逄少堃,孫 鵬
(濰坊市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心,山東 濰坊 261041)
火電廠在運(yùn)行期間,主要的生產(chǎn)材料為煤炭,因此,會(huì)生成多種大氣污染物,如粉塵、氮氧化物、二氧化硫等。由于各類生成物具有較高的環(huán)境污染性,所以需采取必要措施加以整治。當(dāng)前,國內(nèi)火力發(fā)電生成的氮氧化物,其生成量一直處于逐年增長的狀態(tài),但結(jié)合國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況,煤炭的需求量較大,仍然作為未來能源結(jié)構(gòu)的主要類型。為此,需加強(qiáng)氮氧化物的整治,以維護(hù)大氣環(huán)境的清潔?;痣姀S重要區(qū)域燃煤鍋爐的排污限值要求詳見表1。
表1 火電廠重要區(qū)域中燃煤鍋爐的排污限值要求
2.1.1 濕法脫硫
濕法脫硫工藝主要是充分利用石灰石相關(guān)物料,將其制備成乳濁液,用于消除煙氣中混有的二氧化硫,一般這種脫硫比例不小于95%。在實(shí)際處理過程中,由于石灰石原材料多用于容量較大的鍋爐中,從而可保證高濃度二氧化硫的去除效果。但在此工藝運(yùn)行期間,會(huì)引起煙氣系統(tǒng)形成較高的阻力、較大功率、占用空間較大,導(dǎo)致系統(tǒng)技改有難度,且脫硫副產(chǎn)品的市場銷路較窄,多數(shù)充當(dāng)固廢加以處理,增加了二次污染的可能性。
2.1.2 氨法脫硫
氨法脫硫工藝的使用條件較高,要求鍋爐運(yùn)行時(shí)保持氮能供應(yīng)穩(wěn)定,才能保證氮肥利用效率。在利用氨法脫硫工藝時(shí),脫硫能效不小于95%,且氨氣未參與脫硝反應(yīng)的數(shù)量不高于3 mg/m3。但應(yīng)用此工藝的投入資金量較多,每噸脫硫劑氨的市價(jià)在2 500~3 000元之間;且系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較高的電能、水源消耗;同時(shí),在工藝運(yùn)行期間會(huì)形成較嚴(yán)重的結(jié)晶、沖刷等腐蝕作用,這主要是因?yàn)榘狈摿蛟噭﹥?nèi)含有一定量的硫酸銨等物質(zhì),會(huì)到達(dá)防腐層位置,從而形成嚴(yán)重的腐蝕作用。而反應(yīng)生成的硫酸銨,會(huì)在設(shè)備中處于持續(xù)循環(huán)狀態(tài),形成較強(qiáng)的沖刷腐蝕作用。若設(shè)備處于長期腐蝕運(yùn)行工況下,會(huì)形成嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕問題,有礙于脫硫工藝的運(yùn)行。
2.1.3 石灰石脫硫
爐內(nèi)脫硫工藝,是一種二氧化硫凈化的有效方式,適用于循環(huán)流化床凈化處理工序。其工藝流程是,在爐內(nèi)加入石灰石原材料,這時(shí)碳酸鈣會(huì)在熱量的作用下分解成氧化鈣,分解后會(huì)與二氧化硫進(jìn)行充分反應(yīng),由此可減少煙氣中混有的二氧化硫含量。石灰石脫硫成效詳見表2。
表2 石灰石除硫結(jié)果
此工藝操作方法簡單,但由表2可以看出,脫硫比例的浮動(dòng)性較大,因此,適用于規(guī)格較小的燃機(jī)設(shè)備。
2.1.4 SCR脫硝
選擇性脫硝處理方法,是在催化工況中使用還原劑,有選擇地進(jìn)行煙氣反應(yīng),以此分解氮氧化物,使其轉(zhuǎn)化成氮?dú)馀c水。通常,SCR工藝的處理溫度介于300~400℃ 之間,脫硝能效不小于60%。而多數(shù)火電廠在生產(chǎn)期間,只對機(jī)組進(jìn)行性能調(diào)整,采取深度調(diào)峰措施,這時(shí)機(jī)組會(huì)進(jìn)入低負(fù)荷運(yùn)行工況,同步控制煙氣溫度,但卻間接削弱了SCR脫硝能力,致使氮氧化物排除濃度較高[1]。針對此問題,需加強(qiáng)煙氣溫度調(diào)整,采取鍋爐水混合、多級省煤設(shè)備等方法,以順應(yīng)調(diào)峰工況下的脫硝需求。
2.1.5 SNCR脫硝
SNCR脫硝法是采取控制氮氧化物排出量的形式,達(dá)到脫硝目標(biāo)。在此工藝使用期間,不需要添加催化劑,只是將NH3轉(zhuǎn)變成NOx時(shí)的溫度條件設(shè)定為900 ℃,且溫度上下波動(dòng)不超過100 ℃。這種溫度控制方法,可使脫硝能效達(dá)到30%~50%。需要注意的是,還原劑地添加點(diǎn)位要選在爐膛上側(cè)位置,取煙氣溫度為900 ℃的點(diǎn)位。
2.1.6 低氮燃燒法
該方法是初期對氮氧化物進(jìn)行低濃度燃燒,主要含有燃料分級處理、空氣分級處理、低濃度處理等多種形式。此類燃燒處理方法,旨在控制氮氧化物的生成量。而且,初期進(jìn)行低氮燃燒處理,具有較高的工藝控制難度,通常脫硝比例為10%~20%,多用于氮氧化物含量較小的工況。但如果燃燒生成物中氮氧化物的占比較高,就不可以單用低氮燃燒處理方法,主要是因?yàn)榇朔N燃燒處理無法保證氮氧化物的規(guī)范排放。同時(shí),低氮燃燒處理完成,氮氧化物的含量較小,但會(huì)增加一氧化碳的占比,形成二次污染問題。
2.2.1 海水脫硫
海水脫硫工藝是利用吸收塔,使煙氣與海水處于全面接觸狀態(tài),利用海水的清洗作用,吸附二氧化硫。其工藝流程是,當(dāng)煙氣與海水相互接觸時(shí),海水內(nèi)的堿性物質(zhì)具有一定去硫能力,而煙氣凈化后會(huì)加熱排出;吸收塔傳出的海水添加至曝氣池后,使其與未反應(yīng)的海水融合,對其進(jìn)行集中曝氣處理,可去除海水中吸附的二氧化硫,并保證海水質(zhì)量。此項(xiàng)工藝的脫硫比例不小于95%,顯著減少了火電廠脫硫支出。而且,在進(jìn)行脫硫工藝時(shí),無需添加藥劑,能有效防止二次污染問題的出現(xiàn)。海水脫硫工藝效果顯著,但在使用該工藝時(shí)應(yīng)保證火電廠周邊區(qū)域有較多的海水資源,以保證去硫程序運(yùn)行順利。目前,海水脫硫工藝逐步成熟。比如,某火電廠使用吸收塔去硫時(shí),采取海水添加、煙氣降溫、海水除硫的處理順序,此流程的去硫比例達(dá)到了98%。
2.2.2 低溫SCR脫硝
低溫SCR脫硝工藝,延伸了初期火電廠脫硝催化的反應(yīng)條件,選擇低溫工況,并借助催化劑作用,增強(qiáng)了鍋爐氮氧化物的凈化效果。比如,使用浸漬法工藝生產(chǎn)的釩鉬基,在此種催化劑“鉬”的作用下,有效控制了反應(yīng)溫度。在實(shí)際應(yīng)用過程中,如果煙氣空速工況為60 000 h-1,氧氣量占比為5%,氮氧化物濃度為500 μL/L,在300 ℃的條件下可凈化至少90%的氮氧化物,符合火電廠去氮的工藝要求。
例如,在某熱電廠去氮工藝研究中,創(chuàng)建了“NH3-SCR”去硝程序,此系統(tǒng)可在去硫除塵后,進(jìn)行了低塵SCR設(shè)計(jì),再用金屬氧化物進(jìn)行催化處理。此種工藝在去氮實(shí)踐中,煙氣添加系統(tǒng)的溫度為100 ℃,氨氮比值結(jié)果為1.2,二氧化硫濃度不足3.5 mg/Nm3,煙氣空速參數(shù)測定為4 200 h-1,工況脫硝成效最佳。由于“NH3-SCR”去硝程序投入成本少,脫硝效率佳,符合超低排放需求。
在煙氣凈化期間,需創(chuàng)建脈沖射流除塵項(xiàng)目,以保證除塵、去硝、去硫各項(xiàng)工作進(jìn)展順利。通常,火電廠排出的煙氣會(huì)含有較高比例的二氧化硫,因此,需使用納基脫硫劑,可將其添加在除塵設(shè)備中,并借助袋外過濾功能,有效凈化二氧化硫,同時(shí),以氨氣為媒介,有效去除氮氧化物,保證煙氣的去除效果。在實(shí)際應(yīng)用中,煙氣去硫去硝的聯(lián)合工藝,能有效保證煙氣的凈化比例達(dá)到85%,保障污染物的凈化質(zhì)量,有效控制了凈化裝置的占用空間,且工藝成本投入較少。
在實(shí)際應(yīng)用中,使用活性炭能高效去除二氧化硫,首先要設(shè)定氧化催化條件,使其轉(zhuǎn)化成硫酸,然后獲取無害作用的硫化物,最后再對其余硫化物進(jìn)行排出處理,增強(qiáng)硝化物的去除效果。通常,在去硫去硝聯(lián)合工藝中應(yīng)用活性炭,當(dāng)系統(tǒng)溫度介于100~200 ℃時(shí),應(yīng)替換使用活性炭,以維持其作用。同時(shí),還要密切關(guān)注活性炭的變化,準(zhǔn)確觀察液氧、煙氣排出量、煙氣添加溫度等各類參數(shù),從而逐步優(yōu)化活性炭的去硫去硝體系,以切實(shí)提升煙氣的凈化質(zhì)量。
H火電廠的煙氣凈化程序,以CFGC聯(lián)合去除工藝為主,是借助活性炭的較強(qiáng)吸附能力,有效去除二氧化硫、氮氧化物。同時(shí),保持活性炭加料程序運(yùn)行的平穩(wěn)性,以此提升煙氣凈化的高效性,確保排煙的清潔性。在2019年末,活性炭去硫去硝聯(lián)合工藝系統(tǒng)開始運(yùn)行,但初期運(yùn)行時(shí)活性炭程序表現(xiàn)出不足,污染物凈化效果欠佳。因此,為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性,要對此凈化工藝進(jìn)行改進(jìn),以順應(yīng)清潔生產(chǎn)的各項(xiàng)政策。
CFGC工藝方案:首先抽取200 ℃煙氣,使用“GGH+GAH”換熱程序,有效降低了煙氣溫度,使其溫度達(dá)到了130 ℃;然后在吸附塔中添加煙氣,對其進(jìn)行凈化處理,當(dāng)煙氣凈化完成,再將凈化處理完成的煙氣,傳回?zé)焽?,煙囪?nèi)壁溫度應(yīng)不低于130 ℃;當(dāng)在活性炭凈化程序中,含有去硫、去硝兩個(gè)單獨(dú)程序,去硫獲得的煙氣,會(huì)流進(jìn)除硝程序,此時(shí)添加氨氣去除氮氧化物,煙氣凈化完成,最后從煙囪排出煙氣。
在活性炭凈化體系中含有多個(gè)組成部分,如電動(dòng)葫蘆、布料設(shè)施、鎖氣斗等。而在設(shè)計(jì)緩沖倉時(shí),應(yīng)以單個(gè)吸附塔為主體,由此設(shè)計(jì)出活性炭用料的添加方案。而在設(shè)備檢修期間,要清除吸附塔內(nèi)的物質(zhì)。在活性炭凈化程序運(yùn)行期間,設(shè)定為負(fù)壓工況,以此防止粉塵生成?;钚蕴績艋绦颍禾砑有碌幕钚蕴?;當(dāng)去硫去硝完成,循環(huán)添加活性炭。而吸附塔中傳出的活性炭,會(huì)在鏈斗機(jī)的運(yùn)行下,成功傳送至吸收塔,有效放出二氧化硫氣體,并對其進(jìn)行凈化處理;凈化完成再傳送至酚氰廢水中心,將活性炭進(jìn)行深層處理[2]。需要注意的是,在活性炭傳送期間,會(huì)生成較多的粉料,此時(shí)系統(tǒng)會(huì)回收粉料,可與粉塵共同輸送至高爐噴煤點(diǎn),以提升活性炭余料資源處理的有效性。
4.4.1 活性炭料位調(diào)整不精確
在實(shí)際的處理過程中,去硫去硝程序中的活性炭填料高度,是降低去硫去硝能效的關(guān)鍵條件。逆流吸附的關(guān)鍵在于:活性炭層位置具有一定的可調(diào)整性,如果煙氣含有的硫化物、氮化物占比較高,可調(diào)整活性炭層位置,以順應(yīng)煙氣的凈化需求。因此,為了保證活性炭分布的均衡性,吸附塔單元添加了勻速排出活性炭的程序,以此保持活性炭用料的可用性。同時(shí),為了保證活性炭層位置的控制效果,可使用阻旋式料位調(diào)整設(shè)備。但在項(xiàng)目正式生產(chǎn)后,活性炭加料程序會(huì)持續(xù)沖刷料位計(jì),致使料位葉片處于嚴(yán)重磨損狀態(tài),當(dāng)葉片磨損導(dǎo)致功能失效后,就會(huì)降低接觸程序的應(yīng)用性,從而會(huì)減少料位計(jì)的運(yùn)行時(shí)間,引起料層位置失控,導(dǎo)致無法保證凈化質(zhì)量。
4.4.2 活性炭排料程序的運(yùn)行能力欠佳
活性炭輸料程序,是凈化程序的關(guān)鍵組成,且在外界氣動(dòng)活塞的作用下,此裝置在運(yùn)行期間會(huì)下調(diào)活性炭層的位置;輸料程序可進(jìn)行各個(gè)方向的位置調(diào)整,以保證活性炭層位置變動(dòng)的有序性,防止活性炭層位置發(fā)生偏移問題。但在輸料程序加料期間,加料路徑表現(xiàn)出控制難度,極易引起兩側(cè)加料失衡問題,而排料裝置氣缸反應(yīng)遲緩,會(huì)降低活性炭輸料能力,進(jìn)而會(huì)減緩去硫去硝的處理進(jìn)程。
4.5.1 料位計(jì)改進(jìn)
吸附塔單元合理添加了5個(gè)料位控制程序,添加方案如圖1所示。
圖1 料位控制程序的添加方案
由圖1可以看出,在水平視角對稱添加了兩組料位計(jì),頂層中心方位添加了一組高料位計(jì),其中,左右兩側(cè)同步添加的料位計(jì),可增強(qiáng)料位反饋的精確性,能有效應(yīng)對料位計(jì)位置失衡問題。而在吸附塔單元頂層位置添加高料位計(jì),可回避活性炭沖刷問題,且增加了料位計(jì)的使用時(shí)間,以保證高度調(diào)整的有效性。而橫向料位計(jì)方位,為葉片添加了保護(hù)板,能有效抵消活性炭形成的沖刷作用,切實(shí)回避了葉片磨損問題,有效增加了料位計(jì)的運(yùn)行時(shí)間,同時(shí)也保證了料位計(jì)運(yùn)行的平穩(wěn)性。
4.5.2 優(yōu)化活性炭輸料程序
在凈化程序改進(jìn)時(shí),應(yīng)保持活性炭輸料程序運(yùn)行的平穩(wěn)性。而在程序檢修期間,要排空處理吸附、解吸兩個(gè)處理單元,以去除程序殘存的活性炭,便于檢修人員測定程序性能。第一,經(jīng)系統(tǒng)性能檢測發(fā)現(xiàn):各組模塊的系統(tǒng)定位參數(shù)表現(xiàn)出一定差異問題,證明模塊、輸料等程序,前期系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)存在定位偏差,由此降低了活性炭輸料的平穩(wěn)性。因此,為了保證輸料程序的運(yùn)行質(zhì)量,提升定位準(zhǔn)確性,可在定位位置添加機(jī)械擋塊,替換行程汽缸;且在輸料、模塊內(nèi)側(cè)等位置,添加雷達(dá)測距設(shè)備,以動(dòng)態(tài)獲取輸料程序的位置信息,但如果位置信息發(fā)生波動(dòng),就要再次進(jìn)行擇機(jī)處理。第二,拆除活性炭輸料程序的減速裝置,調(diào)整氣源壓力,增加輸料速度。同時(shí),減速程序調(diào)整的完成,可顯著增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)行能力,且氣缸運(yùn)行無異常。
4.5.3 鏈斗機(jī)改進(jìn)
第一,在系統(tǒng)運(yùn)行期間,鏈斗輸料程序表現(xiàn)出漏料問題,這時(shí)可采取調(diào)整鏈斗設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度,下調(diào)料斗程序位置,使其位于原有高度的2/3,以此解決漏料問題。第二,為了有效控制物料損失,減少鏈斗機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的磨損問題,可在設(shè)備尾部添加一組管鏈機(jī),以傳出地面表層的活性炭,并將其輸送至解吸塔中,再經(jīng)下料傳送至鏈斗內(nèi)。這種系統(tǒng)的改進(jìn)方法,可增強(qiáng)活性炭用料輸料的自動(dòng)性。
4.5.4 振動(dòng)篩改進(jìn)
在系統(tǒng)運(yùn)行期間,振動(dòng)篩箱板發(fā)生了穿孔事件。因此,應(yīng)及時(shí)處理此事故,可采取補(bǔ)焊措施,添加了304板,板厚為6 mm,以此減少篩板腐蝕問題。在工藝優(yōu)化處理后,能有效降低活性炭形成的粉塵數(shù)量,且活性炭粒度不高于5.6 mm的占比較高。初期使用的振動(dòng)篩,在煙氣含水量較大時(shí),篩面會(huì)黏附較多數(shù)量的物料,極易形成物料堵塞問題,無法保證篩分能效,也由此增加了系統(tǒng)故障次數(shù)。所以,為了有效解決這種故障問題,系統(tǒng)優(yōu)化方案為:引進(jìn)活性炭旋振篩。這種新型振篩能有效去除活性炭,且后續(xù)篩網(wǎng)運(yùn)維操作簡便,篩網(wǎng)更換便利,具有較強(qiáng)的運(yùn)維優(yōu)勢,同時(shí),還可以降低篩板的腐蝕、篩分低效等故障問題的發(fā)生概率。
綜上所述,火電廠生產(chǎn)形成的煙氣,表現(xiàn)出了較高的環(huán)境污染性,因此,需使用煙氣處理工藝,并加強(qiáng)去硫去硝聯(lián)合工藝的研發(fā),從而有效增強(qiáng)煙氣凈化質(zhì)量。在2020年,H企業(yè)去硫去硝項(xiàng)目改進(jìn)完成,系統(tǒng)運(yùn)行至今并未發(fā)生故障,活性炭程序運(yùn)行平穩(wěn),切實(shí)達(dá)到了超低排出廢物的目標(biāo),且活性炭用量相比之前減少了5 t/周,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的生產(chǎn)的目標(biāo)。同時(shí),在系統(tǒng)改進(jìn)完成后,保證了硫化物、氮化物的去除能力,煙氣凈化比例高達(dá)98%,具有較高的空氣環(huán)保功能。在未來,可從物料損耗、設(shè)備運(yùn)維、煙氣凈化等多個(gè)方面進(jìn)行深度研發(fā),增強(qiáng)煙氣凈化質(zhì)量,從而切實(shí)發(fā)揮出CFGC的工藝價(jià)值。