賀慧寧,孫 惠,嚴(yán)美霞
(中國空分工程有限公司,浙江 杭州 310051)
某化肥廠動力車間3臺130t/h鍋爐,系中壓、循環(huán)流化床鍋爐,型號:HGG-130/3.82-L.HM。設(shè)計燃用煤種為褐煤,引風(fēng)機設(shè)計流量310000 m3/h、一次風(fēng)機設(shè)計流量113685 m3/h、二次風(fēng)機設(shè)計流量65660 m3/h、返料風(fēng)機為羅茨風(fēng)機,排煙溫度為150℃。煙氣采用布袋式除塵器,尾部無脫硝裝置。
改造前,鍋爐運行氮氧化物指標(biāo)為350~380mg/m3,煙氣顆粒物指標(biāo)為80~100mg/m3,根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)[1],65t/h以上燃煤鍋爐(現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐)氮氧化物及煙氣顆粒物指標(biāo)分別為200mg/m3及30mg/m3,該廠鍋爐氮氧化物及煙氣顆粒物排放指標(biāo)均超出國家標(biāo)準(zhǔn)。為達(dá)到國家排放要求,堅持科學(xué)發(fā)展觀,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,該化肥廠決定在現(xiàn)有3×130t/h鍋爐上裝設(shè)煙氣脫硝裝置,并對原有的布袋除塵器進(jìn)行改造。
(1)可能按現(xiàn)有場地條件安排煙氣脫硝、除塵工程,使工藝設(shè)施布局合理、安全、操作方便,對各設(shè)施的影響最小。
(2)盡量避免脫硝副產(chǎn)物的二次污染,脫硝工藝應(yīng)盡可能減少噪音對環(huán)境的影響。
(3)盡量節(jié)約能源和水源,降低脫硝、除塵系統(tǒng)的投資和運行費用。
2.1.1 方案一:SCR煙氣脫硝技術(shù)
以NH3作為還原劑,將煙氣中的NOx還原成N2和H2O。反應(yīng)溫度為200℃~400℃,SCR系統(tǒng)一般布置在省煤器與空預(yù)器之間。
2.1.2 方案二:SNCR煙氣脫硝技術(shù)
用NH3、尿素等還原劑噴入爐內(nèi)與NOx進(jìn)行選擇性反應(yīng),反應(yīng)溫度為850~1100℃,還原劑迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOx進(jìn)行SNCR反應(yīng)生成N2。
本項目鍋爐后端空間狹窄,布置反應(yīng)器較為困難,施工難度較大,不適合SCR技術(shù)的實施,最終選擇SNCR作為該廠的脫硝工藝技術(shù),以氨水作為還原劑。
SNCR系統(tǒng)主要由氨水配置系統(tǒng)、氨水稀釋供應(yīng)系統(tǒng)、還原劑爐前噴射及霧化風(fēng)系統(tǒng)組成。
2.2.1 氨水配置系統(tǒng)
利用化肥車間原氨水配置系統(tǒng),配置成20%~25%濃度的氨水。配置系統(tǒng)20%氨水配置能力為3m3/h。
2.2.2 氨水稀釋供應(yīng)系統(tǒng)
氨水配置車間配置經(jīng)輸送泵輸送至爐前稀釋罐,與除鹽水混合稀釋成5%~10%的氨水溶液,再經(jīng)供應(yīng)泵輸送至噴射器前。
2.2.3 爐前噴射及霧化風(fēng)系統(tǒng)
本項目3×130t/h循環(huán)流化床鍋爐,爐膛出口溫度約為800℃,因此還原劑噴射裝置最佳位置是爐膛出口、分離器入口段。
爐前噴射系統(tǒng)設(shè)計為三層,噴槍布置在旋風(fēng)分離器的入口,滿足氨水和NOx發(fā)生反應(yīng)的溫度條件,每個旋風(fēng)分離器入口布置3根噴槍,每臺爐布置6根噴槍。
噴槍上的氨水進(jìn)口和霧化風(fēng)進(jìn)口為快速接頭連接,霧化風(fēng)來自電廠一次風(fēng)機出口。
SNCR脫硝核心技術(shù)在于噴槍布置的溫度區(qū)域、噴槍的霧化效果及與煙氣的混合效果。
本項目設(shè)計階段是根據(jù)鍋爐設(shè)計資料和實際情況,建立計算機數(shù)學(xué)模型,模擬爐內(nèi)燃燒溫度的分布,將整個鍋爐的燃燒溫度場模擬計算出來,與現(xiàn)場實際測量的溫度場進(jìn)行對比分析,找出了最佳的SNCR反應(yīng)溫度區(qū)間。在選擇好合適的溫度區(qū)間后,還需對噴槍的噴射效果及煙氣的混合效果進(jìn)行模擬,保證還原劑與煙氣充分接觸,混合均勻。
除塵器入口煙氣量: 320000 m3/h;
除塵器入口煙氣溫度:140~150 ℃;
入口煙塵濃度: 20g/Nm3;
出口含塵濃度: <30 mg/Nm3;
本體漏風(fēng)率:<2%;
本體運行阻力:≤1200 Pa。
由于受到場地條件限制,布袋除塵器改造方案的關(guān)鍵點在于增加有效的過濾面積,共有三個方案。
3.2.1 方案一
調(diào)整單一濾室單元,濾袋分布,增加水平面濾袋密度。在不增高殼體的基礎(chǔ)上,不加長柱距,不加寬跨距,對原單一濾室單元X方向5000mm、Y方向3200mm矩形范圍內(nèi)(共12個單元),進(jìn)行重新布置,在原柱距范圍內(nèi)重新布置布袋除塵器的花板。
3.2.2 方案二
增加濾室單元的整體高度,增加單個袋籠的長度。將原除塵器袋室加高,進(jìn)而更換花板、噴吹管、濾袋、袋籠等部件,袋室Y方向的高度增加,是為了更換更長的濾袋,同樣也可達(dá)到增加過濾面積的效果,滿足煙塵最終達(dá)標(biāo)排放。
3.2.3 方案三
利用電袋復(fù)合除塵器來保證煙塵達(dá)標(biāo)排放。由于布袋受溫度、濕度影響較大,考慮系統(tǒng)和可靠性原因不考慮采用布袋除塵器方案。
本項目考慮方案一與方案二,對濾室單元做重新布置,兩種改造方案技術(shù)及性能對比見表1,兩種改造方案費用比較見表2。
表1 不同改造方案技術(shù)及性能對比表
表2 不同改造方案費用
從電除塵器運行安全可靠性上看,兩種方案均可滿足達(dá)標(biāo)排放,方案一不改變整體袋室高度,僅增加單一濾室濾袋的水平布置密度,即做到了有效增加過濾面積,又最小范圍減少了對本體的改動,比方案二將原除塵器袋室整體加高方案運行安全可靠性高些。
從工程造價上比較,方案一不改變整體袋室高度,僅增加單一濾室濾袋的水平布置密度方案靜態(tài)改造費用比方案二將原除塵器袋室整體加高方案節(jié)省約51.36萬元。
從改造工期看,方案一單臺爐改造23天比方案二單臺43天施工周期短約19天。
從施工難易度上看,方案一比方案二工程改動量較小,施工難度降低。
綜上所述,從技術(shù)成熟度、工程造價、改造周期、運行可靠性、施工難度難易角度看,采用方案一,此方案做到了有效增加過濾面積,又最小范圍減少了對本體的改動。
3×130t/h鍋爐初始NOx排放濃度按380mg/m3,機組脫硝年利用時間為8000h,按照脫硝效率60%計算,SNCR脫硝改造后,則3臺鍋爐年減排NOx總量約777噸,這對改善當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境質(zhì)量有著重要作用。
粉塵排放量從50mg/m3降至30 mg/m3,粉塵排放降低幅度達(dá)40%,3臺鍋爐年減少粉塵排放量約68噸。
除了酸雨的形成外,鍋爐排放的氮氧化物還會與碳?xì)浠衔锇l(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生致癌物質(zhì),對人體產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本工程實施后,該化肥廠的NOx排放濃度大幅降低,能滿足“大氣污染物排放的火電廠”(GB13223-2011)。通過脫硝、降塵工程的實施,NOx年減排量可達(dá)約777噸,粉塵年減排量約68噸,將有助于改善當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境,具有良好的宏觀社會效益。