高青宇，姚國(guó)強(qiáng)，王兆興

（陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西渭南 714000）

0 引 言

陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司 （簡(jiǎn)稱渭化集團(tuán)）一期大化肥項(xiàng)目1996年5月建成投產(chǎn)；二期 “雙甲”項(xiàng)目2006年5月建成投產(chǎn)，并分別于2007年6月和2008年5月建成投產(chǎn)了1套50kt／a二甲醚裝置 （二甲醚產(chǎn)能合計(jì)100 kt／a）；三期 400kt／a甲醇項(xiàng)目 2009年開工，2011年建成投產(chǎn)。其中，一期項(xiàng)目配套了2臺(tái)160t／h煤粉鍋爐 （簡(jiǎn)稱1#、2#鍋爐），于1995年投用；二期項(xiàng)目配套了1臺(tái)220t／h循環(huán)流化床鍋爐 （簡(jiǎn)稱3#鍋爐），于2006年投用；三期項(xiàng)目配套了2臺(tái)240t／h循環(huán)流化床鍋爐 （簡(jiǎn)稱4#、5#鍋爐），于2011年投用。

眾所周知，燃煤鍋爐對(duì)環(huán)境有著很大的影響。煤炭在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量SO2、CO2、NOX以及粉塵等污染物，對(duì)大氣、環(huán)境溫度和人體健康會(huì)產(chǎn)生諸多不利影響。近年來(lái)，隨著國(guó)家環(huán)保政策及標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)苛，燃煤鍋爐環(huán)保升級(jí)改造工作在全國(guó)范圍內(nèi)大面積鋪開。為適應(yīng)國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，渭化集團(tuán)近年來(lái)也對(duì)不同時(shí)期投用的燃煤鍋爐投入大量資金和資源進(jìn)行了分階段的改造，以下對(duì)各階段的鍋爐改造情況作一介紹和總結(jié)。

1 煤粉鍋爐煙氣脫硝、除塵、脫硫一體化改造

“十二五”期間，《陜西省 “十二五”環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》提出：“大力推進(jìn)顆粒物污染防治。以可吸入顆粒物作為城市大氣污染防治的重點(diǎn)，全面控制煙粉塵排放”。陜西省環(huán)保廳隨即對(duì)陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司下達(dá)減排指標(biāo)：二氧化硫排放總量應(yīng)在2010年28.006kt的基礎(chǔ)上削減58.27%，控制在11.686kt；氮氧化物排放總量應(yīng)在2010年5.122kt的基礎(chǔ)上削減37.66%，控制在3.193kt。為此，渭化集團(tuán)對(duì)一期項(xiàng)目的2臺(tái)160t／h煤粉鍋爐 （1#、2#鍋爐）進(jìn)行了改造，將1#、2#鍋爐的靜電除塵器改造為直通均流式脈沖袋式除塵器，同時(shí)在原有基礎(chǔ)和預(yù)留空地上增設(shè)脫硫脫硝裝置。改造目標(biāo)是經(jīng)除塵脫硫脫硝技改后污染物排放限值達(dá)到2012年1月1日起新實(shí)施的 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011）的相關(guān)要求，即最終煙塵排放濃度 ＜30mg／m3、SO2排放濃度 ＜200 mg／m3，NOX排放濃度 ＜200mg／m3。

1.1 改造目標(biāo)

2臺(tái)160t／h煤粉鍋爐 （1#、2#鍋爐），單臺(tái)鍋爐煙氣量為200000m3／h，煙塵初始濃度28 g／m3、SO2初始濃度1512mg／m3、NOX初始濃度760mg／m3；經(jīng)除塵脫硫脫硝工藝處理后，煙塵排放濃度≤20mg／m3、SO2排放濃度≤50mg／m3、NOX排放濃度≤100mg／m3。

1.2 改造原理及工藝流程

1.2.1 SCR脫硝改造

1#、2#鍋爐脫硝采用選擇性催化還原技術(shù)（SCR脫硝技術(shù)），其本質(zhì)是利用NH3或尿素的還原性，在SCR反應(yīng)器中金屬催化劑的作用下，將NOX轉(zhuǎn)化為N2和H2O，其在大型鍋爐上有相當(dāng)成熟的運(yùn)行業(yè)績(jī)。SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間 （高含塵區(qū)），省煤器出口煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在320～420℃的溫度條件下，煙氣經(jīng)各層催化劑模塊后其中的NOX被還原為N2和H2O。SCR脫硝技術(shù)的脫硝效率一般在70%～90%。

1#、2#鍋爐SCR脫硝工藝流程如圖1所示。來(lái)自氨氣制備系統(tǒng)的氨氣與稀釋風(fēng)機(jī)的空氣通過(guò)氨／空氣混合器充分混合，混合氣體進(jìn)入噴氨格柵及氨／煙氣混合器，與鍋爐尾部煙氣充分混合并經(jīng)整流后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在SCR反應(yīng)器內(nèi)，NH3與NOX反應(yīng)生成N2和H2O。

SCR反應(yīng)器進(jìn)口設(shè)有溫度測(cè)點(diǎn)，SCR反應(yīng)器的操作溫度為320～420℃，當(dāng)煙氣溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即切斷氨氣供給。在SCR反應(yīng)器進(jìn)、出口設(shè)有NOX含量和O2含量監(jiān)測(cè)儀，在SCR反應(yīng)器出口還設(shè)有NH3含量監(jiān)測(cè)儀。

圖1 煤粉鍋爐SCR脫硝工藝流程簡(jiǎn)圖

1.2.2 除塵器改造

在役1#、2#鍋爐各配置有1臺(tái)靜電除塵器，但粉塵排放濃度不能滿足國(guó)家現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。為保障煙氣脫硫工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行，按照現(xiàn)行發(fā)電鍋爐粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)要求，必須對(duì)在役鍋爐電除塵器進(jìn)行技術(shù)更新和徹底改造。于是，在在役電除塵器的基礎(chǔ)上，利用在役靜電除塵器的殼體、支架、灰斗和大部分平臺(tái)爬梯等，將其改造為直通均流式脈沖袋式除塵器。

布袋除塵器又稱過(guò)濾式除塵器，它利用纖維編織而成的袋子來(lái)收集煙氣中的固體顆粒物，其除塵效率較高，技術(shù)先進(jìn)、成熟、可靠，運(yùn)行成本低，煙氣經(jīng)布袋除塵器處理后，一般能保證煙塵排放濃度在50mg／m3以下，可滿足大氣治理和設(shè)備維護(hù)管理方面的要求。

1.2.3 增設(shè)氨法 （濕法）脫硫系統(tǒng)

氨法 （濕法）脫硫工藝原理：利用堿性的氨水 （濃度15%）作為吸收劑，在吸收塔內(nèi)，使煙氣中的酸性氣體SO2與O2充分接觸反應(yīng)生成硫酸鹽溶液，混合鹽溶液經(jīng)后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶、濃縮、脫水后得到硫酸銨產(chǎn)品出售。氨法 （濕法）脫硫系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 氨法 （濕法）脫硫系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

經(jīng)布袋除塵器除塵后含SO2的煙氣經(jīng)原煙氣擋板門進(jìn)入脫硫塔，自下而上經(jīng)過(guò)3層漿液噴淋層后，煙氣中的SO2被吸收；漿液噴淋層上方設(shè)置有1層積液盤，脫除掉SO2的煙氣自下而上穿過(guò)積液盤上的清水層，利用清水吸收凈煙氣中夾帶的亞硫酸銨／亞硫酸氫銨，以溶解脫硫過(guò)程中可能產(chǎn)生的亞硫酸氫銨氣溶膠，之后積液盤上的清水通過(guò)管道流入清洗水槽；出吸收塔的煙氣再連續(xù)流經(jīng)2層除霧器除去煙氣中所夾帶的漿液霧滴 （煙氣中漿液含量小于75mg／m3），得到的凈煙氣由脫硫塔頂部煙囪排入大氣。控制脫硫塔內(nèi)循環(huán)漿液的pH在5.2～5.8，脫硫塔底部的循環(huán)漿液池設(shè)置有液體攪動(dòng)裝置，并布置有氧化空氣分布器，氧化空氣由氧化風(fēng)機(jī)供給，經(jīng)氧化空氣分布器以細(xì)小氣泡的方式分布到循環(huán)漿液中，增加漿液中亞硫酸銨的氧化接觸面積 （氧化率可達(dá)95%以上），漿液中的亞硫酸銨被氧化成硫酸銨，當(dāng)脫硫塔內(nèi)漿液濃度達(dá)到35%～40%時(shí)，脈沖泵將硫酸銨溶液輸送到硫酸銨漿液貯槽，然后通過(guò)硫酸銨溶液輸送泵送至一、二效蒸發(fā)器，在真空狀態(tài)下蒸發(fā)結(jié)晶，循環(huán)加熱濃縮至漿液含固量達(dá)到10%～15%后在結(jié)晶取出槽中沉降，然后送至結(jié)晶槽；在結(jié)晶槽內(nèi)硫酸銨結(jié)晶顆粒長(zhǎng)大，結(jié)晶漿液經(jīng)過(guò)旋流器給料泵輸送到旋流器進(jìn)行固液分離，旋流器底流漿液含固量升至40%～50%后進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行脫水處理，得到含水量為3%～5%的粗硫酸銨，粗硫酸銨產(chǎn)品經(jīng)干燥機(jī)干燥后進(jìn)入包裝機(jī)，最終作為商品硫酸銨外售。

1.3 改造效果

2臺(tái)160t／h煤粉鍋爐 （1#、2#鍋爐）實(shí)施上述改造后，2015年7月部分工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 煤粉鍋爐煙氣脫硝、除塵、脫硫一體化改造后部分工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)

2 循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝改造

二期項(xiàng)目配套的1臺(tái)220t／h循環(huán)流化床鍋爐 （3#鍋爐）和三期項(xiàng)目配套的2臺(tái)240t／h循環(huán)流化床鍋爐 （4#、5#鍋爐）是由無(wú)錫華光鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)制造的，鍋爐為高溫高壓?jiǎn)五佂矙M置式，單爐膛，自然循環(huán)，全懸吊結(jié)構(gòu)，全鋼架Π型布置，鍋爐設(shè)計(jì)煤種為黃陵煙煤，分別于2006年和2011年投用。

煤炭燃燒是我國(guó)SO2、煙塵和NOX排放的主要來(lái)源之一，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，我國(guó)以煤炭為主的能源消費(fèi)格局不會(huì)改變，煤炭消耗量將持續(xù)增長(zhǎng)。NOX是主要的大氣污染物之一，直接或間接與大氣環(huán)境問(wèn)題相關(guān)，如光化學(xué)煙霧、酸沉降、平流層臭氧損耗和全球氣候變化；此外，氮沉降量的增加會(huì)對(duì)陸地和水生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境安全產(chǎn)生不利影響。

國(guó)家新標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)新建和2004年1月1日—2011年12月31日期間環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件通過(guò)審批的現(xiàn)有燃煤火力發(fā)電鍋爐全部實(shí)施煙氣脫硝，要求NOX排放濃度控制在100mg／m3以下，而我公司現(xiàn)役循環(huán)流化床鍋爐煙氣NOX排放濃度達(dá)不到國(guó)家新標(biāo)準(zhǔn)要求，改造迫在眉睫。為此，公司決定采用選擇性非催化還原法 （SNCR脫硝）對(duì)循環(huán)流化床鍋爐煙氣進(jìn)行治理，以大大降低NOX的排放濃度，使其滿足國(guó)家 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011）的要求。SNCR脫硝以NH3為還原劑，而渭化集團(tuán)的尿素生產(chǎn)裝置會(huì)產(chǎn)生一定量的廢氨水，將其作為脫硝裝置的還原劑，可以達(dá)到 “以廢治廢”的效果。具體工藝流程：在現(xiàn)有燃煤鍋爐的基礎(chǔ)上增加氨儲(chǔ)槽和氨噴射裝置，用氨水輸送泵（氨水輸送泵布置在一期脫硫裝置所用氨區(qū)內(nèi)）將氨儲(chǔ)罐內(nèi)8%～10%的氨水溶液輸送至靜態(tài)混合器，與鍋爐房脫鹽水管引出的稀釋水混合，并由在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行工況和NOX排放情況調(diào)節(jié)稀釋后的氨水濃度在5%左右，稀釋后的氨水在壓縮空氣的作用下送入噴射系統(tǒng)進(jìn)行噴射 （混合器及脫硝噴射系統(tǒng)布置在鍋爐一側(cè)）。

2013年10月，3#、4#、5#鍋爐 SNCR脫硝項(xiàng)目提出并立項(xiàng)，2014年7月建成投運(yùn)。2015年11月30日—12月2日4#、5#鍋爐煙氣NOX排放濃度及氨逃逸濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 循環(huán)流化床鍋爐煙氣SNCR脫硝改造后NOX排放濃度及氨逃逸濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

應(yīng)用實(shí)踐表明：SNCR脫硝系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)單，只需在現(xiàn)有燃煤鍋爐的基礎(chǔ)上增加氨儲(chǔ)槽和氨噴射裝置，占地面積小，投資成本低，改造周期短；脫硝反應(yīng)溫度在850～1100℃，適用于在役循環(huán)流化床鍋爐的改造；改造后鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行成本低、脫硝率高。

3 循環(huán)流化床鍋爐除塵、脫硫一體化改造

圖3 半干法脫硫工藝流程圖

3#、4#、5#循環(huán)流化床鍋爐除塵、脫硫一體化改造采用福建龍凈環(huán)保股份有限公司自主研發(fā)的LJD-FGD鍋爐煙氣脫硫除塵工藝。該工藝為半干法脫硫工藝，其工藝原理為：以干態(tài)石灰粉Ca（OH）2作為吸收劑，通過(guò)吸收劑的多次再循環(huán)，在脫硫反應(yīng)器內(nèi)延長(zhǎng)吸收劑與煙氣的接觸時(shí)間，達(dá)到高效脫硫的目的 ［主要反應(yīng)方程式為：Ca（OH）2+SO2→CaSO3+H2O；Ca（OH）2+SO3→CaSO4+H2O；CaSO3+O2→CaSO4］，同時(shí)大大提高吸收劑的利用率。

半干法脫硫工藝流程圖見(jiàn)圖3。鍋爐空氣預(yù)熱器出口的煙氣進(jìn)入脫硫吸收塔，在吸收塔內(nèi)，通過(guò)噴入降溫水，煙氣中的SO2與加入的吸收劑及循環(huán)物料發(fā)生反應(yīng)而脫除；脫硫后含大量粉塵的煙氣經(jīng)布袋除塵器除塵，之后由脫硫引風(fēng)機(jī)引至現(xiàn)有煙囪排放，布袋除塵器收集下來(lái)的粉塵大部分循環(huán)回脫硫吸收塔與SO2反應(yīng)，少部分采用氣力輸送方式送到脫硫灰?guī)臁?/p>

3#、4#、5#鍋爐除塵、脫硫一體化改造項(xiàng)目于2015年7月提出并立項(xiàng)，投資8000余萬(wàn)元，2016年6月建成投運(yùn)。投運(yùn)后，運(yùn)行狀況良好，循環(huán)流化床鍋爐煙氣SO2排放濃度≤35mg／m3，滿足 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）及《關(guān)中地區(qū)重點(diǎn)行業(yè)大氣污染物排放限值》（DB61／941—2014）要求，有效減輕了環(huán)境污染，可達(dá)到目前環(huán)保行業(yè)最嚴(yán)苛的煙氣超凈排放要求。項(xiàng)目改造效果得到業(yè)界認(rèn)可，并申請(qǐng)獲得國(guó)家環(huán)保補(bǔ)貼資金1000余萬(wàn)元。

4 技術(shù)應(yīng)用總結(jié)

（1）布袋除塵技術(shù)成熟可靠，一般能保證煙塵排放濃度在50mg／m3以下，除塵效果顯著。

（2）氨法 （濕法）脫硫工藝腐蝕問(wèn)題難以消除，裝置運(yùn)行中出現(xiàn)管道附件連接部位腐蝕的問(wèn)題，繼而易造成漏液和堵塞，影響生產(chǎn)；另外，煙囪排氣出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象。

（3）SNCR脫硝工藝技術(shù)，無(wú)需催化劑，在現(xiàn)有燃煤鍋爐的基礎(chǔ)上增加氨儲(chǔ)槽和氨噴射裝置即可，操作控制簡(jiǎn)單，脫硝效果明顯。

（4）半干法脫硫工藝技術(shù)先進(jìn)，原煙囪不用改造和防腐，一次性投資低；操作運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，維修工作量??；無(wú)腐蝕、無(wú)廢水，煙氣不帶水、無(wú)拖尾，實(shí)施后可滿足目前環(huán)保行業(yè)最嚴(yán)苛的煙氣超凈排放要求，值得推廣應(yīng)用。

5 技改工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

從渭化集團(tuán)近年來(lái)鍋爐系統(tǒng)技改工程項(xiàng)目的立項(xiàng)、實(shí)施、投用等工作中，總結(jié)得出如下技改工程經(jīng)驗(yàn)：技改工程項(xiàng)目所選工藝技術(shù)路線及設(shè)備應(yīng)立足前沿，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)或設(shè)備，同時(shí)，項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)審查階段，要特別重視審查工作，避免裝置建成后一步一步陷入被動(dòng)升級(jí)改造的局面；項(xiàng)目建設(shè)期間，必須嚴(yán)格把握項(xiàng)目實(shí)施程序，以可研報(bào)告為基礎(chǔ)和依據(jù)，嚴(yán)格實(shí)行各專業(yè)的審查，其中外審工作尤為重要，且應(yīng)認(rèn)真對(duì)待專家的每條意見(jiàn)；項(xiàng)目實(shí)施前期，各專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)并了解安全、環(huán)保、設(shè)計(jì)、施工、制造等規(guī)范、法律、標(biāo)準(zhǔn)，以具備前瞻性或預(yù)測(cè)把握未來(lái)相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策及指標(biāo)的能力。