高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備在生物質(zhì)鍋爐煙氣治理領(lǐng)域的應(yīng)用

吳煒彬，王妨，劉穎，盧能國(guó)，蘇仲夏

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

生物質(zhì)鍋爐排放煙氣中二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）含量較低，與燃煤鍋爐相比，生物質(zhì)能源的特點(diǎn)是具有可再生性、低污染性、廣泛分布性，而且總量十分豐富。隨著國(guó)家對(duì)鍋爐排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，即便生物質(zhì)鍋爐出口煙氣排放物含量較低，但也已經(jīng)不適應(yīng)新的環(huán)保要求，生物質(zhì)鍋爐常用的煙氣治理技術(shù)面臨挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有國(guó)內(nèi)某生物質(zhì)發(fā)電公司配1 臺(tái)130t/h 高溫高壓、生物質(zhì)燃料自然循環(huán)汽包水冷振動(dòng)爐排鍋爐，需要同步建設(shè)煙氣脫硫除塵脫硝裝置。

1 工藝分析與選擇

1.1 生物質(zhì)鍋爐煙氣特點(diǎn)

本工程主要燃料為玉米秸稈、小麥秸稈、花生殼，產(chǎn)生的煙氣具有以下特點(diǎn)：（1）生物質(zhì)灰熔點(diǎn)較低，極易在受熱面上積灰和結(jié)焦，影響換熱。（2）煙氣中的堿金屬與二氧化硅在燃燒條件下形成黏性很強(qiáng)的四硅酸鉀（K2O·4SiO2）和硅酸鈉（Na2O·2SiO2）低熔點(diǎn)共晶體，相互黏結(jié)，形成結(jié)渣。（3）煙氣中的一氧化碳（CO）、SO2會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)堿性氧化物發(fā)生結(jié)焦。（4）燃料水分含量較高，燃燒后的水蒸氣中含有的酸性物質(zhì)會(huì)加速省煤器及下游設(shè)備的腐蝕[1]。（5）粉塵濃度高，含有沙石等磨蝕性強(qiáng)的顆粒及未燃盡的火星。

1.2 常規(guī)除塵脫硫脫硝工藝

鍋爐煙氣的常規(guī)除塵脫硫脫硝工藝路線是先脫硝，再除塵脫硫。脫硝技術(shù)有選擇性非催化還原（SNCR）和選擇性催化還原（SCR）。SNCR 的脫硝效率低，多用作低氮燃燒技術(shù)的補(bǔ)充處理手段。SCR 的脫硝效率相對(duì)較高，是目前已成熟應(yīng)用的煙氣脫硝技術(shù)。除塵技術(shù)有電除塵、布袋除塵等。脫硫技術(shù)多采用半干法脫硫技術(shù)。常規(guī)除塵、脫硫、脫硝工藝在生物質(zhì)鍋爐應(yīng)用上存在較大問題，由于生物質(zhì)鍋爐煙氣飛灰量大、含有堿金屬，會(huì)造成SCR 脫硝催化劑堵塞及中毒，催化劑更換頻繁，布袋易糊袋、易燒損，而電除塵器效率不夠。

1.3 高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除技術(shù)

高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除技術(shù)是一種先進(jìn)的脫硫、除塵、脫硝一體化工藝，該技術(shù)以高溫?zé)o機(jī)纖維復(fù)合濾筒為核心處理元件，先對(duì)煙氣進(jìn)行高溫干法脫硫，再通過復(fù)合濾筒同時(shí)完成粉塵過濾和NOx脫除。該技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）除塵效率高，濾筒表面覆膜孔徑極小，可處理亞微米級(jí)的顆粒，將含塵氣體凈化到10mg/m3甚至更低。

（2）附屬工藝流程簡(jiǎn)短，設(shè)備集成，布置緊湊，占地面積小，維護(hù)工作量少。

（3）煙氣先經(jīng)濾筒表面過濾粉塵，再經(jīng)濾筒壁內(nèi)催化劑作用脫硝，濾筒表面形成的塵餅可保護(hù)催化劑免受砷、硒、鉀、鈉等元素毒化，解決了催化劑的磨損和堵塞，避免了重金屬對(duì)催化劑的毒化作用，延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命。

（4）收集含有爆炸危險(xiǎn)或帶有火花的含塵氣體時(shí)安全性較高。

（5）對(duì)粉塵的比電阻沒有要求，適應(yīng)溫度范圍廣（280℃—420℃）。

（6）耐腐蝕，幾乎對(duì)所有的化學(xué)品都有惰性[2]。

（7）濾筒表面覆膜的孔徑光滑，粉塵不易黏附其表面，清灰更容易，并且隨著過濾風(fēng)速的增加，系統(tǒng)阻力增加不明顯。

（8）高溫?zé)煔鈨艋笤龠M(jìn)行熱量回收，可提高鍋爐換熱效率。

基于上述技術(shù)優(yōu)勢(shì)，該生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目采用高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除的技術(shù)路線進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)。

2 技術(shù)方案

2.1 工藝路線

針對(duì)該生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目鍋爐煙氣的特點(diǎn)，煙氣治理工藝路線設(shè)計(jì)為：鍋爐省煤器③→高溫干法脫硫塔→高效低阻沉降室→復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備→鍋爐省煤器②→鍋爐省煤器①→煙冷氣→空氣預(yù)熱器→風(fēng)機(jī)→煙囪。工藝布置見下圖。

工藝布置示意圖

煙氣從鍋爐省煤器③出口引出，300℃—350℃的高溫?zé)煔饨?jīng)過干法脫硫塔脫硫后，進(jìn)入高效低阻沉降室預(yù)收塵，再進(jìn)入高溫復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備。原煙氣粉塵、脫硫灰和重金屬等污染物經(jīng)過濾筒表面過濾脫除；無塵高溫?zé)煔膺M(jìn)入無機(jī)纖維復(fù)合濾筒壁內(nèi)的催化區(qū)脫除NOx。經(jīng)過凈化后的煙氣返回下級(jí)省煤器②進(jìn)口，再經(jīng)由鍋爐省煤器①、煙冷器、鍋爐尾部換熱器和空氣預(yù)熱器回收剩余熱量后，溫度降至110℃—130℃，最終經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排入大氣。

2.2 技術(shù)方案

脫硫采用高溫干法脫硫塔，脫硫劑采用300 目消石灰。在脫硫塔后端，設(shè)置高效低阻沉降室用于對(duì)進(jìn)入塵硝反應(yīng)器的煙氣進(jìn)行預(yù)除塵和阻火。塵硝反應(yīng)器共12 個(gè)倉(cāng)室，每個(gè)倉(cāng)室獨(dú)立保溫，進(jìn)出口煙道上均設(shè)置閥門，在線監(jiān)測(cè)每個(gè)分室的運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有濾管破損時(shí)，可將該分室離線，更換該分室的濾筒，而不是影響整套系統(tǒng)的繼續(xù)運(yùn)行。

倉(cāng)室內(nèi)部采用花板耐熱抗扭結(jié)構(gòu)和濾筒精準(zhǔn)限位組件，應(yīng)用多維高均勻性氣流均布技術(shù)，保證協(xié)同脫除裝備的出口污染物排放濃度符合要求，延長(zhǎng)濾筒的使用壽命，提高設(shè)備的可靠性。

輸灰系統(tǒng)采用“星型卸灰閥+水冷刮板機(jī)+羅茨風(fēng)機(jī)”稀相氣力輸送。

脫硝劑采用20%氨水，利用氣液雙相霧化噴槍噴入煙道內(nèi)。

2.2.1 高溫脫硫和脫硝技術(shù)

2.2.1.1 高溫干法脫硫技術(shù)

實(shí)驗(yàn)研究表明，消石灰作為脫硫劑，在250℃—400℃時(shí)，溫度越高其脫硫效率也越高，溫度為350℃左右時(shí)其脫硫效率最高。同時(shí)，在此溫度段的脫硝效率也較高。因此，250℃—400℃是脫硫與脫硝的最佳溫度區(qū)間，即匹配點(diǎn)。在脫硫過程中，NOx在脫硫反應(yīng)中起到類似催化劑的作用，提高了脫硫劑的表面活性。基于以上研究結(jié)論，本項(xiàng)目采用高溫干法脫硫塔脫硫工藝，脫硫劑采用300 目以上粒徑的消石灰。

2.2.1.2 脫硝技術(shù)

催化劑由特殊分散工藝得到的納米級(jí)分散液與多種高活性組分溶液混合而成，通過往復(fù)式旋轉(zhuǎn)滴涂裝置均勻植入濾筒內(nèi)。采用此種工藝將催化劑與無機(jī)纖維濾筒復(fù)合，催化劑比表面積大，與煙氣中NOx接觸充分，大大減少了催化劑使用量，提高了脫硝效率。此外，催化劑活性溫度窗口也增加了200℃—400℃，使復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備具有更好的適應(yīng)性。

2.2.2 高效低阻沉降室

由于煙氣粉塵濃度大，對(duì)塵硝濾筒有較大影響，因此，在脫硫與塵硝反應(yīng)器之間設(shè)計(jì)了高效低阻沉降室。以計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，沉降室內(nèi)設(shè)有X 型孔阻火板和多層迷宮型均布板，一方面能夠高效攔截和熄滅未完全燃燒的生物質(zhì)顆粒，保證濾筒使用壽命，防止二次燃燒帶來的其他危害；另一方面能高效沉降大顆粒粉塵，減少濾筒的工作負(fù)荷和對(duì)濾筒的沖刷影響。

3 性能測(cè)試結(jié)果

該生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目于2020 年12 月投運(yùn)，并于2021 年3 月由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備進(jìn)行了性能測(cè)試，檢測(cè)了130t/h 生物質(zhì)鍋爐排氣筒出口的污染物濃度，檢測(cè)結(jié)果見下表。結(jié)果顯示，顆粒物出口濃度為1.03—1.62mg/Nm3、SO2濃度為11—14mg/Nm3、NOx出口濃度為31—36mg/Nm3，實(shí)現(xiàn)了超低排放。

有組織廢氣測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本次生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目使用的高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備將多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，有效解決了傳統(tǒng)技術(shù)存在的受粉塵比電阻影響大、運(yùn)行費(fèi)用高、對(duì)微細(xì)顆粒脫除率低、易糊袋破袋、催化劑易堵塞中毒等問題，并且出口排放濃度優(yōu)于“53550”超低排放指標(biāo)。該技術(shù)路線在本項(xiàng)目的成功應(yīng)用，證明了其先進(jìn)性，同時(shí)也意味著該技術(shù)在生物質(zhì)鍋爐煙氣治理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。