呂 飛

（山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600）

1 20T蒸汽鍋爐提標改造施工方案

王家?guī)X煤業(yè)鍋爐房原有20t/h 蒸汽鍋爐3 臺，系采用濕法脫硫除塵一體化工藝裝備進行除塵脫硫，因原有工藝性能不能滿足《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）的排放限值的要求，需對原有鍋爐房的除塵脫硫工藝及其工藝裝備進行環(huán)保升級改造，以使燃煤鍋爐煙氣能達標排放。

改造項目內(nèi)容主要包括工藝設(shè)備供貨和安裝及工藝管路、電氣、土建、調(diào)試、培訓(xùn)、環(huán)保驗收等一切與工藝目標相關(guān)的內(nèi)容，使改造后的煙塵排放指標≤50mg/Nm3，二氧化硫排放指標≤300mg/Nm3，以達到國家環(huán)保的排放要求。

1.1 主要改造施工項目

（1）將除塵器的布袋全部更換為高溫型超細纖維高密度超低排放：PPS+PTFE 覆膜，保證布袋除塵器出口粉塵濃度低于10mg/Nm3(未經(jīng)含氧量折算值)，煙氣經(jīng)過脫硫塔及管束除霧器，粉塵濃度小于10mg/Nm3(未經(jīng)含氧量折算值)，這樣保證折算后的粉塵濃度小于30mg/Nm3(9%，O2)以下，達到排放要求。

（2）引風(fēng)機改造：拆除原來兩臺120kW引風(fēng)機，增加兩臺160kW 引風(fēng)機，引風(fēng)機位置改至布袋除塵器與脫硫塔之間，增加配套引風(fēng)機變頻器、配電裝置和線纜。

（3）脫硫方面：王家?guī)X煤業(yè)鍋爐房目前采用雙堿法進行脫硫，設(shè)計最高脫除率90%，但根據(jù)鍋爐煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，按照國家環(huán)保新標準，在個別時間段存在超標情況（即S 含量＞200mg/m3），因此必須對現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)進行改造才可完全達到國家最新環(huán)保標準的排放要求。

1.2 脫硫部分改造項目

（1）新建一個鋼結(jié)構(gòu)脫硫塔，位置在布袋除塵器旁的空地，脫硫塔可容納2 臺鍋爐的煙氣，即2 爐1 塔設(shè)計。采用堿法脫硫，新上3 臺噴淋泵，脫硫塔上方布置束管除霧器，脫硫除霧后的煙氣從原混凝土煙囪排放（如果原混凝土煙囪未做防腐，脫硫塔可采用煙塔一體的方式）。出口排放的SO2濃度小于50mg/Nm3（未經(jīng)含氧量折算值），折算后SO2濃度小于200mg/Nm3(9%,O2)以下，達到排放要求。

（2）所有機泵檢修、刷漆，更換所有壓力表。

（3）新裝PH 自動控制裝置，以實現(xiàn)警示連鎖操作，提供人機交互界面。

（4）新增配套電氣系統(tǒng)，以及對原電氣系統(tǒng)進行改造。

（5）新增自動加堿、加石灰裝置，以及增加4臺攪拌器。

（6）對原脫硫系統(tǒng)沉淀池進行改造，變沉淀池為綜合池。

1.3 脫硝改造項目

王家?guī)X煤業(yè)鍋爐房目前沒有安裝脫硝系統(tǒng)，根據(jù)鍋爐煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，氮氧化物排放量在個別時間段存在超標情況，因此必須新增一套脫硝系統(tǒng)才可以達到國家最新環(huán)保標準的排放要求。

根據(jù)環(huán)保技術(shù)部、機電部前期的調(diào)研和討論結(jié)果，結(jié)合該公司實際情況，本方案擬采用臭氧低溫氧化脫硝工藝，要求該系統(tǒng)達到自動化運行要求，具備人機操作界面。

臭氧脫硝成套設(shè)備主要包括：液氧罐1 臺，汽化器1 臺，減壓閥組1 套，氧氣管路及閥門1 套，臭氧發(fā)生器1 臺，冷卻循環(huán)系統(tǒng)1 套，補氮系統(tǒng)1 套，檢測儀器1 套，臭氧多點旋流式煙道布氣器1 套，臭氧管路及閥門1 套，臭氧脫硝副產(chǎn)物處理系統(tǒng)，臭氧脫硝系統(tǒng)的供配電系統(tǒng)。另外還要求臭氧脫硝系統(tǒng)須實現(xiàn)PLC 自動控制功能。

2 臭氧脫硝施工方案

臭氧技術(shù)脫硝效率最高，能夠滿足更高標準的大氣污染物排放限值，且液氧供量根據(jù)負荷可調(diào)，占地面積小，特適合運行工況不穩(wěn)定的中小型工業(yè)鍋爐。運行費用較低，且在液氧可以免費提供的情況下，運行費用非常低。臭氧脫硝主要是利用臭氧的強氧化性，將不可溶于水的低價態(tài)氮氧化物氧化為可溶于水的高價態(tài)氮氧化物，氮氧化物在洗滌塔內(nèi)被吸收，從而可以達到脫硝目的。

2.1 脫硝反應(yīng)

臭氧脫硝過程中氮的氧化機理如下：通過臭氧在煙道的施放、布氣、氣相混合的方式、溫度控制、粉塵影響等的全面模擬試驗，構(gòu)建出臭氧與氮氧化物之間化學(xué)反應(yīng)機理，可根據(jù)低溫條件下臭氧與一氧化氮關(guān)鍵反應(yīng)進行研究。

低溫條件下，O3與NO 之間的反應(yīng)如下：

① NO+O3→NO2+O2；

② NO2+O3→NO3+O2； ③NO3+NO2→N2O5

與氣相中其他化學(xué)物質(zhì)如CO、SO2相比，NO可以很快被臭氧氧化，這就使得氮氧化物的臭氧氧化具有很高的選擇性。因為氣相中的NOx被轉(zhuǎn)化為溶于水的化合物，這使得氧化反應(yīng)更加完全，從而不可逆地脫除NOx。并且該工藝的脫硝效率高，可滿足更高標準的環(huán)保要求。

2.2 臭氧系統(tǒng)

臭氧系統(tǒng)由臭氧發(fā)生器、冷卻水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測儀器儀表等部分組成。液氧經(jīng)過汽化后分別進入臭氧發(fā)生器、精密過濾器、減壓、穩(wěn)壓后進入臭氧發(fā)生室。在臭氧發(fā)生室內(nèi)，氧氣通過中頻高壓放電變成臭氧，產(chǎn)出的氣體經(jīng)溫度、壓力、流量監(jiān)控調(diào)節(jié)后由臭氧出氣口釋放出。

2.3 氧氣源

臭氧發(fā)生器所需的氧氣源應(yīng)定期或不定期由液氧專用車運輸至液氧儲罐區(qū)進行儲存。液氧儲罐區(qū)主要設(shè)置液氧儲罐、液氧卸車加注管道及閥組、液氧汽化裝置、減壓閥組、氧氣源場地土建工程等。液氧儲罐按7d 以上儲量計算，罐體容積為100m3。

2.4 脫硝的副產(chǎn)物

脫硝過程是用氧化性極強的臭氧將煙氣中的一氧化氮轉(zhuǎn)化為易溶于水的氮氧化物，產(chǎn)出物在后一級的脫硫脫硝塔中被洗劑吸收。雙堿法、氧化鎂法洗劑塔內(nèi)NOx的吸收反應(yīng)方程式如下：

2.5 布氣系統(tǒng)和氧化反應(yīng)區(qū)設(shè)置

在鍋爐氧化區(qū)通過對風(fēng)機后煙道改造，在鋼煙道內(nèi)加裝臭氧分布裝置和臭氧混合反應(yīng)器，每臺鍋爐設(shè)一套，共四套。

臭氧出氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥組后進入布氣裝置及混合反應(yīng)器內(nèi)，應(yīng)對煙道流場進行布置，保證氣體的充分混合，并且不會對后級設(shè)備產(chǎn)生影響，防止煙羽的產(chǎn)生。利于優(yōu)化煙氣流場，提高臭氧反應(yīng)的效率，減少對下游煙道設(shè)備的影響。

2.6 工藝水系統(tǒng)

脫硝工藝用水量較少，主要為脫硝稀釋分配系統(tǒng)使用，可直接由脫硫工藝水箱接出。

3 脫硝方案

根據(jù)鍋爐房運行實際，設(shè)計臭氧量為1×50kg/h，本方案設(shè)計臭氧量為1×50kg/h，臭氧系統(tǒng)設(shè)置在2#布袋除塵器西南側(cè)空地處，臭氧投加系統(tǒng)設(shè)置在布袋除塵器出口煙管處，1 臺臭氧發(fā)生器對應(yīng)2套脫硝用臭氧投加系統(tǒng)，2 套臭氧投加系統(tǒng)可選擇性的共同使用或自由切換使用。

臭氧發(fā)生器成套設(shè)備由液氧儲罐、空浴式汽化器、穩(wěn)壓裝置、臭氧發(fā)生系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、臭氧多點逆流漩流式煙道布氣器、自控系統(tǒng)、檢測儀器等組成。

3.1 系統(tǒng)配置

按照鍋爐運行負荷，合理配置設(shè)備，提供完整的臭氧發(fā)生成套系統(tǒng)，設(shè)置1 套50kg/h 臭氧發(fā)生系統(tǒng)，單套系統(tǒng)臭氧產(chǎn)量50kg/h，臭氧濃度100~148mg/L。

臭氧系統(tǒng)包括以下配置：

（1）臭氧發(fā)生器1 臺，單臺臭氧發(fā)生器產(chǎn)量為50kg/h，臭氧濃度100~148mg/L，額定功耗≤7kW·h/kg；

（2）液氧儲罐1 臺，容積50m3；

（3）空浴式汽化器2 臺，500m2；

（4）液氧穩(wěn)壓裝置1 套；

（5）西門子自動控制系統(tǒng)1 套；

（6）冷卻循環(huán)系統(tǒng)1 套，包括內(nèi)循環(huán)水泵1 臺，板式換熱器1 臺，補水水箱1 臺，及其配套的工藝閥門和底座；

（7）檢測儀器1 套，包括臭氧泄漏報警儀1 臺，臭氧在線監(jiān)測儀1 臺，氧氣泄漏報警儀；

（8）臭氧分配及逆流式臭氧噴射系統(tǒng)2 套；

（9）臭氧分配自控系統(tǒng)1 套。

3.2 流程說明

3.2.1 臭氧系統(tǒng)流程說明

根據(jù)氧化脫硝系統(tǒng)的工藝特點及規(guī)模，控制系統(tǒng)采用分散控制、集中監(jiān)視和操作的原則。

3.2.2 臭氧系統(tǒng)設(shè)備特點

本次施工選用的臭氧發(fā)生器的特點

（1）發(fā)生室高耐壓

放電體全部進行15kV 沖壓測試，耐高強度的機械沖擊和熱電沖擊，并具有超強的抗氧化性。

（2）高穩(wěn)定節(jié)能電源技術(shù)

臭氧電源采用全IGBT 變頻技術(shù)，追蹤電流電壓相位，功率因數(shù)≥0.95，對現(xiàn)代電網(wǎng)無干擾，噪音低，功耗優(yōu)于國標。

3.2.3 材質(zhì)保證

臭氧具有很強的氧化性，優(yōu)秀的材質(zhì)是設(shè)備穩(wěn)定安全運行的保證，臭氧發(fā)生室臭氧產(chǎn)生的核心部件全部采用不低于316L 不銹鋼材質(zhì)，與臭氧接觸部分全部采用不低于316L 不銹鋼、四氟、氟橡膠材質(zhì)。

臭氧發(fā)生器使用壽命10a，整機免費維護5a。高硼硅放電管使用壽命10a，放電室在純氧氣源工作狀態(tài)下終生免維護。

4 結(jié) 語

根據(jù)王家?guī)X煤礦鍋爐房現(xiàn)場實際情況，本著投資少、工期短、工藝先進性的原則，采用臭氧法脫硝工藝。由于除塵、脫硫及脫硝均屬于煙氣末端治理技術(shù)，影響最終治理效果的前期因素很多，如鍋爐運行工況、運行人員素質(zhì)等。所以應(yīng)確保鍋爐運行達到或接近國家規(guī)定的工況要求，同時提高運行人員運行操作水平，做到人機結(jié)合，高效運行，從而達到最終排放100%設(shè)計效果。