段建田

(山西國辰建設(shè)工程勘察設(shè)計有限公司，山西 陽泉 045000)

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小型燃煤鍋爐和熱風(fēng)爐煙氣脫硫脫硝及除塵技術(shù)應(yīng)用
——以山西省陽煤集團(tuán)新景礦蘆湖南熱風(fēng)房改造設(shè)計為例

段建田

(山西國辰建設(shè)工程勘察設(shè)計有限公司，山西 陽泉 045000)

介紹了小型燃煤鍋爐脫硫脫硝及除塵方法，通過工程實例對工藝進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，采用多管除塵器+噴淋散射塔處理設(shè)備，煙氣的除塵處理效率為99.5%，脫硫效率為94%，采用SNCR脫硝技術(shù)，脫硝效率為50%。該工藝運行自動化程度高，是一種發(fā)展前景較好的煙氣處理工藝。

煙氣；脫硫脫硝；噴淋散射塔；SNCR

山西陽煤集團(tuán)小型燃煤熱風(fēng)爐、燃煤鍋爐數(shù)量較多，布點分散，目前絕大多數(shù)鍋爐的脫硫除塵系統(tǒng)為濕式旋流板麻石除塵器，煙塵排放濃度達(dá)不到《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 13271-2014)的要求，急需尋求新的可靠技術(shù)來解決這一問題。針對陽煤集團(tuán)小型鍋爐、熱風(fēng)爐的煙氣治理項目，通過擬采取的脫硫脫硝除塵技術(shù)，能使煙氣的煙塵、SO2、NOX濃度達(dá)標(biāo)排放，我們選取了新景蘆湖南作為技術(shù)應(yīng)用點，新景礦蘆湖南風(fēng)井熱風(fēng)爐煙氣治理后達(dá)到《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271-2014)標(biāo)準(zhǔn)(NOX<300mg/m3、SO2<300mg/m3、顆粒物<50mg/m3)要求[1]。

1 國內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

1.1 燃煤煙氣脫硫技術(shù)

國內(nèi)外控制SO2排放的重點是控制與能源活動有關(guān)的排放?？刂品椒ㄓ校喝紵懊摿颉⑷紵忻摿?、末端尾氣脫硫(煙氣脫硫)。按照脫硫方式和產(chǎn)物的處理形式劃分，煙氣脫硫技術(shù)可分為濕法、半干法、干法三類，其中，濕法脫硫約占脫硫技術(shù)的85%。目前世界上采用煙氣脫硫系統(tǒng)最多的國家有美國、德國、日本[2]。

1.2 燃煤煙氣脫硝技術(shù)

控制NOX排放的技術(shù)措施可以分為兩大類：一是所謂的源頭控制，其特征是通過各種技術(shù)手段，控制燃燒過程中NOX的生成反應(yīng)：另一類所謂的尾部控制，其特征是把已經(jīng)生成的NOX通過某種手段還原為N2，從而降低NOX排放量。低NO燃燒技術(shù)措施一自是應(yīng)用最廣泛的措施，主要方法有空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、低氮燃燒、濃度偏差燃燒、煙氣再循環(huán)等。與尾部控制脫硝相比，低氮燃燒法簡單易行，可方便地用于現(xiàn)存裝置，但NO的降低幅度十分有限，且燃燒熱損失較多[3]。

煙氣脫硝技術(shù)與NO的氧化、還原及吸附特性有關(guān)，可分為干法和濕法，目前有兩類商業(yè)化的煙氣脫硝技術(shù)，選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)。

總結(jié)以上脫硫技術(shù)及脫硝技術(shù)可知，傳統(tǒng)的脫硫工藝或脫硝工藝一個設(shè)備主要治理一種污染物，其占地面積大、一次投資和運行成本高。若要同時脫硫脫硝，則需安裝兩種不同的設(shè)備，企業(yè)將不堪重負(fù)。因此，傳統(tǒng)的大氣污染物治理思路已到了迫切需要轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時刻，為了降低煙氣凈化費用，適應(yīng)國內(nèi)企業(yè)的需求，開發(fā)同時脫硫脫硝的新技術(shù)、新設(shè)備已成為煙氣凈化技術(shù)發(fā)展的總趨勢。

2 原始設(shè)計參數(shù)

針對新景礦蘆湖南現(xiàn)有5臺型號為ZRL-2.8/w的燃煤熱風(fēng)爐，根據(jù)陽泉地區(qū)實際煤質(zhì)，采用以下煤質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析計算：硫分2%，灰分20%，低位發(fā)熱量20900kJ/kg(5000kcal/kg)。

根據(jù)以上煤質(zhì)參數(shù)，經(jīng)理論計算，燃煤熱風(fēng)爐煙氣原始排放濃度為：顆粒物3959.2mg/m3，二氧化硫3167.4mg/m3，氮氧化物500～600mg/m3。

3 煙氣治理工藝流程

熱風(fēng)爐排出的煙氣先進(jìn)入空預(yù)器，與冷空氣換熱后降溫至150℃以下，降溫后的煙氣進(jìn)入陶瓷多管式除塵器進(jìn)行初步除塵(除塵效率在80%以上)，接著通過引風(fēng)機(jī)將煙氣送入噴淋散射塔，噴淋散射塔內(nèi)煙氣中的細(xì)小煙塵顆粒及SO2被脫除，煙氣帶水滴量也降至75mg/Nm3以下，凈化后的煙氣通過防腐的凈煙道進(jìn)入原水平磚砌煙道，再通過煙囪排入大氣。

噴淋散射塔入口處1m采用碳鋼內(nèi)襯不銹鋼，噴淋散射塔及出口凈煙道采用碳鋼襯玻璃鱗片。

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 設(shè)計內(nèi)容

新景礦蘆湖南熱風(fēng)爐房煙氣治理設(shè)計：①除塵采用陶瓷多管式除塵器+噴淋散射塔二級除塵；②脫硫采用雙堿法，對原有控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改造，提高自動化水平，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性大大提高。脫硫塔采用成熟可靠的噴淋散射塔，其優(yōu)點是脫硫效率高、運行費用低、對細(xì)小塵顆粒極高的捕獲能力、對不同的脫硫工藝和負(fù)荷變動有很好的適應(yīng)性；③脫硝采用爐內(nèi)噴射尿素脫硝技術(shù)，因為目前在熱風(fēng)爐運行當(dāng)中沒有相應(yīng)的實例，所以本次通過在熱風(fēng)爐爐膛的不同位置布置噴射孔的實驗來設(shè)計出最優(yōu)的方案。若NOX排放濃度降至100mg/Nm3以下，也可采用控溫范圍更廣的QurdriDeNOX高分子爐內(nèi)脫硝技術(shù)來達(dá)到排放指標(biāo)[4-5]。

4.2 工藝特點

4.2.1 脫硫系統(tǒng)設(shè)計

脫硫工藝采用雙堿法脫硫工藝，脫硫塔采用成熟可靠的噴淋散射塔，其優(yōu)點是脫硫效率高、運行費用低、對細(xì)小塵顆粒有極高的捕獲能力、對不同的脫硫工藝和負(fù)荷變動有很好的適應(yīng)性。

(1) 噴淋散射塔優(yōu)點

其脫硫吸收裝置采用—噴淋散射塔技術(shù)。而脫硫工藝采用鈉鈣雙堿法(NaR-Ca(OH)2)。采用純堿啟動、鈉堿吸收SO2、石灰再生的方法。較之傳統(tǒng)石灰石法等其它脫硫工藝，它有以下優(yōu)點：①噴淋散射塔技術(shù)除了高效脫硫的特點外，還具有深度除塵的功能。②噴淋散射塔可在30%～110%的負(fù)荷波動下也能正常運行，而且吸收劑適應(yīng)范圍廣泛，可適應(yīng)氨法、石灰石法、鎂法工藝。③吸收速度快，可降低液氣比L/G，比傳統(tǒng)石灰石噴淋法節(jié)省20%以上的電耗。④誘導(dǎo)結(jié)晶技術(shù)，塔內(nèi)主要以鈉基清潔吸收，把容易沉淀的離子交換工藝在塔外進(jìn)行，沉淀結(jié)垢的風(fēng)險移至吸收塔外，所以增加了系統(tǒng)的可靠性。⑤純堿循環(huán)利用，提高了脫硫劑的利用率。

(2)噴淋散射塔設(shè)備構(gòu)造

噴淋散射脫硫塔技術(shù)是噴淋塔和鼓泡塔脫硫相結(jié)合的一種新工藝。這種脫硫工藝可將SO2的吸收、氧化、溶解等工藝過程合并到一個單獨的氣-液-固相反應(yīng)器中進(jìn)行。

散射塔是由下倉、中倉和上倉組成。

中倉是由煙道入口、噴淋裝置、上升煙道和煙氣散射器組成，噴淋裝置在對煙氣進(jìn)行降溫、增濕的同時，可對煙氣進(jìn)行初步脫硫。

上倉是由煙氣除霧器和煙道出口組成，煙氣除霧器可保證煙氣夾帶水量低于75mg/m3。

(3)噴淋散射塔的脫硫原理

煙氣脫硫的基本原理就是：酸+堿 = 鹽+水，煙氣中的SO2屬于酸，吸收液屬于堿，因此只要能使煙氣中的SO2與吸收液充分接觸就可產(chǎn)生鹽和水，從而使煙氣中的SO2被脫除。噴淋散射塔在進(jìn)行煙氣脫硫時采用的是噴淋+鼓泡，它完全可以滿足酸堿的充分接觸，以達(dá)到煙氣脫硫的目的，同時，還可通過調(diào)節(jié)吸收液的液位高低，來增減煙氣中的SO2與吸收液的接觸時間，以滿足國家不同時段對煙氣中SO2的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

其基本化學(xué)原理可分為脫硫過程和再生過程。

1)吸收過程：

(1)

(2)

(3)

以上三式視脫硫液酸堿度不同而異：

(1)式為吸收啟動反應(yīng)式；堿性較高時(pH>9)，(2)式為主要反應(yīng)，堿性降低到中性甚至酸性時(5

2)再生過程：

(4)

(5)

(4)噴淋散射塔具有低運行成本和低能耗的優(yōu)點

噴淋散射塔是結(jié)合噴淋塔和鼓泡塔的優(yōu)點而創(chuàng)新的一種新型的吸收塔型，其對煙氣污染物(煙塵、SO2、NOX)的吸收過程可分為二次，第一次吸收(以脫硫為例)是利用噴淋塔脫硫曲線的斜率最大段，即：脫硫效率最高處(液氣比為1～4處)進(jìn)行煙氣脫硫，同時對進(jìn)入噴淋散射塔的煙氣還具有降溫、增濕和對散射塔的中倉進(jìn)行清洗的多重作用；第二次吸收是利用鼓泡塔散射器插入吸收液的深度與脫硫率的關(guān)系進(jìn)行煙氣脫硫，由于鼓泡塔在煙氣脫硫時具有分散相(煙氣中的SO2)對連續(xù)相(吸收液)的優(yōu)點，使得噴淋散射塔具有更好的節(jié)能特點和更高的脫硫率。

4.2.2 脫硝系統(tǒng)設(shè)計

本次工程中采用SNCR(尿素)脫硝技術(shù)，其特點是：占地面積?。幌啾劝狈ò踩愿?；投資省，運行費用較低；相比SCR建設(shè)周期短；對熱風(fēng)爐系統(tǒng)阻力影響小。

SNCR(尿素)系統(tǒng)中主要包括：上料系統(tǒng)(或人工投料)，尿素溶解罐、尿素溶解儲罐、溶液輸送泵，電加熱系統(tǒng)，溶液計量分配系統(tǒng)，空氣冷卻系統(tǒng)，渦流混合噴槍，配套的管道、閥門、電氣自控組成。

(1)工藝流程簡介：

在熱風(fēng)爐燃燒的煙氣中氮氧化物包含了NO和NO2，而NO占到煙氣中NOX的90%以上。所以脫硝過程以去除NO為主。所以這里僅列出以尿素為還原劑與NO在SNCR下的反應(yīng)過程。其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

總的反應(yīng)式為：

(6)

從以上反應(yīng)方程式可以看出，在適當(dāng)?shù)臓t膛溫度下 NOX與還原劑(尿素)反應(yīng)，生成無害的氮氣、二氧化碳和水。但在式(7)中可以看出，在溫度過高的情況下尿素本身也會被氧化成 NOX，反而會增加NOX的排放。

(7)

(2)脫硝系統(tǒng)設(shè)計

1)所以在 SNCR 的技術(shù)中，溫度是至關(guān)重要的參數(shù)。為了更加準(zhǔn)確的找到適合的噴射位置，本次工程中每臺熱風(fēng)爐上計劃分別布設(shè)6個噴射點和6個溫度檢測點。

2)尿素溶液配制過程中需配置電伴熱，以防尿素溶解后的再結(jié)晶。

3)在整個脫硝工藝中，尿素溶液總是處于被加熱狀態(tài)。若尿素的溶解水和稀釋水(一般為工業(yè)水)的硬度過高，在加熱過程中水中的鈣、鎂離子析出會造成脫硝系統(tǒng)的管路結(jié)垢、堵塞。因此，必須在尿素中添加阻垢劑或采用除鹽水作為脫硝工藝水。

4.2.3 除塵系統(tǒng)設(shè)計

除塵采用XDN陶瓷多管式除塵器+噴淋散射塔二級除塵。

(1)一級除塵：XDN型多管除塵器負(fù)荷適應(yīng)性良好，不會隨著處理風(fēng)量增加而影響除塵效率。對于不同蒸發(fā)量鍋爐的煙氣除塵都可保證一定的除塵效率

(2)二級除塵：煙氣通過噴淋散射塔，可以達(dá)到較高的除塵效率。

4.2.4 電氣與控制系統(tǒng)

本工程控制系統(tǒng)，采用西門子S7-300散集中控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制采用遠(yuǎn)程柜的方式來實現(xiàn)。吸收塔控制系統(tǒng)與機(jī)組控制系統(tǒng)分散集中之間的所有信號交換(包括：聯(lián)鎖、保護(hù)以及監(jiān)視信號)，采用硬接線方式。

分散集中控制系統(tǒng)由操作員站、工業(yè)以太網(wǎng)、交換器、以及連接設(shè)備的DP電纜和網(wǎng)線組成整體的分散集中控制系統(tǒng)。

分散集中控制系統(tǒng)的功能，包括脫硫數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、電氣控制系統(tǒng)(ECS)。

以分散集中控制系統(tǒng)LCD顯示器和鍵盤作為脫硫監(jiān)視和控制中心，不再設(shè)置常規(guī)儀表盤。

5 結(jié) 論

采用所選用的工藝，處理后煙塵濃度19.8mg/m3，二氧化硫濃度190mg/m3，NOX的濃度300mg/m3，除塵處理效率99.5%，脫硫處理效率94%，脫硝處理效率50%。

[1] GB13271-2014，鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn).

[2]王瀟.中小鍋爐燃煤煙氣脫硫脫硝一體化控制技術(shù)試驗研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2011.

[3]姚盛翔.改進(jìn)雙堿法同時脫硫脫硝試驗研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2011.

[4]韓穎慧.基于多元復(fù)合活性吸收劑的煙氣CFB同時脫硫脫硝研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

[5]王正華.煤粉爐內(nèi)脫硫脫硝的試驗研究[D].浙江大學(xué)，2003.

Small Coal-fired Boiler Flue Gas Desulfurization and Denitration Removal Technology and Blast Applications

DUAN Jiantian

(Shangxi Guochen Construction Engineering Survey and Design Co.，Ltd Shanxi yangquan，045000)

This paper introduces the small coal-fired boiler desulfurization and denitration dust removal method，Through an engineering example of process are analyzed，The results show that the multi-tube dust catcher and spray tower scattering processing equipment，F(xiàn)lue gas dust removal processing efficiency of 99.5%，the desulfurization efficiency of 94%，Adopting SNCR denitration technology，the denitration efficiency of 50%.The operation and a high degree of automation，It′s a good development prospect of flue gas treatment technology.

flue gas；desulfurization denitration；spray tower of scattering；SNCR

段建田，碩士研究生，畢業(yè)于西南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系

X81

A

1673-288X(2016)06-0135-03

引用文獻(xiàn)格式：段建田.小型燃煤鍋爐和熱風(fēng)爐煙氣脫硫脫硝及除塵技術(shù)應(yīng)用[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(6)：135-137.