詹威全

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 廈門 361000）

1 研究背景

以煉鐵、煉鋼過程中副產的焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣等為燃料生產動力和蒸汽的燃氣鍋爐是鋼鐵企業(yè)的標配。燃氣鍋爐雖然污染物質量濃度較低，但鍋爐數(shù)量規(guī)模極大，導致污染物排放總量大，隨著中國鋼鐵行業(yè)污染減排的不斷深入，越來越多省市要求燃氣鍋爐實現(xiàn)超低排放。2018 年初，應上海市政府要求，寶鋼股份電廠對現(xiàn)有的4 號機組350 MW 燃氣鍋爐開展煙氣治理，以滿足SO 2 質量濃度小于等于30 mg/m3、NOx質量濃度小于等于50 mg/m3、粉塵質量濃度小于等于5 mg/m3（標態(tài)、干基、3%O2）的超低排放要求。

燃氣鍋爐與傳統(tǒng)燃煤鍋爐區(qū)別極大[1]，表現(xiàn)為：①污染物質量濃度相對較低，SO2質量濃度通常不高于200 mg/m3，粉塵質量濃度低于50 mg/m3；②燃氣鍋爐為被動式鍋爐，其負荷由上游輸送的煤氣流量決定，負荷實時波動，且波動幅度和頻率極大；③燃氣可燃易爆，燃燒后煙氣中不可避免殘存一定質量濃度的CO等氣體，需考慮防爆、防中毒措施；④機組發(fā)生故障時，需要保證煤氣的完全放散，完全避免憋壓、角落富集等風險。

因此，燃氣鍋爐在煙氣凈化工藝的選擇上，除滿足排放要求外，還需要能長期高效、可靠、穩(wěn)定、安全且低成本地運行，并且不會產生廢水等二次污染，不會形成白、黃、藍煙等問題[2]。

在此原則上，寶鋼股份電廠從2018-02 開始對脫硫工藝進行了充分考察和調研，并對不同的脫硫工藝進行了必選，確定選擇具有排煙透明、無任何廢水排放、副產物無毒無害、可綜合利用的鈣基干法脫硫工藝。

2018-08，寶鋼股份電廠4#350 MW 燃氣鍋爐脫硫除塵項目開始招標，經(jīng)過層層篩選比對，最終采用針對燃氣鍋爐的特點和要求開發(fā)的DSC-M 新型循環(huán)流化床半干法工藝。該項目于2018-10 開始實施，并于2019-08 順利投運，穩(wěn)定運行至今。

2 工程特點

2.1 場地條件

本工程建設在廠區(qū)指定的場地，場地中有DN4500的架空高爐煤氣管道，上背DN1000 的焦爐煤氣管道（頂標高約20 m）穿越；場地東側有增壓風機變頻器室；場地周邊有地下管線、電纜、電纜溝等。實際情況與原始資料圖紙并非完全相符，因此要求脫硫除塵系統(tǒng)設備基礎、鋼結構立柱布置時，具有足夠的調整可能，當上述問題出現(xiàn)時，設備基礎、立柱布置根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調整。

2.2 脫硫除塵裝置穩(wěn)定性及控制要求

燃氣鍋爐負荷完全取決于上游的煤氣供應，因此，鍋爐負荷處于實時波動狀態(tài)，且波動幅度和頻率極大，因此要求脫硫除塵裝置能適應并能快速響應鍋爐負荷的高頻、高幅度變化。此外，脫硫除塵裝置不得影響鍋爐的運行，需滿足機組的正常運行條件及設備啟停聯(lián)鎖保護等條件，確保機組能實現(xiàn)RUN BACK、FCB、MFT 等聯(lián)鎖、保護功能不變。最為重要的是，鍋爐要求全時段SO2質量濃度小于等于30 mg/m3，粉塵質量濃度小于等于5 mg/m3，這就要求脫硫除塵裝置需與鍋爐同步啟停。這些均對脫硫除塵裝置的穩(wěn)定性及控制提出了極高的要求。

3 工程設計

3.1 設計概述

針對本項目燃氣鍋爐的特點和要求，采用了自主研發(fā)的適用于燃氣鍋爐的DSC-M 新型循環(huán)流化床半干法工藝，采用檢修防中毒、鍋爐零壓點自動實時調節(jié)等針對性措施，實現(xiàn)了脫硫除塵裝置與主機負荷的匹配性，不影響鍋爐的運行，滿足機組的正常運行條件及設備啟停聯(lián)鎖保護等條件，確保機組能實現(xiàn)RUN BACK、FCB、MFT 等聯(lián)鎖、保護功能不變，解決主機故障時可燃易爆氣體的排空問題。創(chuàng)新性地采用高位布置環(huán)保島方案，充分利用縱向空間，將脫硫、除塵等設備置于整體鋼結構上（其中在煤氣管道區(qū)域鋼結構標高不低于20 m）解決場地布置問題。

3.2 工藝流程

本項目按“一機一塔”進行配置，燃氣鍋爐出口煙氣引入新建的DSC-M 新型循環(huán)流化床半干法脫硫除塵裝置，脫硫除塵后的凈煙氣經(jīng)脫硫引風機排往煙囪。

煙氣凈化裝置的流程為：燃氣鍋爐—DSC-M 新型循環(huán)流化床半干法反應塔—布袋除塵器—脫硫引風機—煙囪排放，工藝流程如圖1 所示。

圖1 寶鋼350 MW 燃氣鍋爐煙氣DSC-M新型循環(huán)流化床半干法工藝流程示意圖

3.3 設計參數(shù)

4 號機組原煙囪出口煙氣參數(shù)如表1 所示。新建鋼煙囪處，設計指標要求SO2質量濃度的控制目標為小于等于30 mg/Nm3（標態(tài)、干基、3%O2），粉塵質量濃度的控制目標為小于等于5 mg/m3（標態(tài)、干基、3%O2）；煙囪CEMS 處排煙溫度高于80 ℃，同時高于露點溫度20 ℃。

表1 煙氣設計條件（最大設計工況）

3.4 總體布置設計

寶鋼350 MW 燃氣煙氣脫硫除塵改造按“一機一塔”進行配置，共一套脫硫除塵裝置。寶鋼電廠現(xiàn)有4號燃氣鍋爐為正壓鍋爐，采用鍋爐頂部排煙的塔式布置形式?，F(xiàn)場場地狹小，唯一的可用區(qū)域上還橫穿了煤氣管道，并建有增壓風機變頻器室，布置難度極大。結合占地需求、項目投資、施工進度，創(chuàng)新性地采用高位布置環(huán)保島方案，充分利用縱向空間，將把脫硫、除塵等設備置于整體鋼結構上（其中在煤氣管道區(qū)域鋼結構標高不低于20 m）。

地面僅設置吸收劑制備設備、終產物收集系統(tǒng)、電氣室、空壓站、電梯、引風機等。拆除現(xiàn)4 號機組鍋爐頂上鋼煙囪，在環(huán)保島區(qū)域設置新鋼制煙囪。入口CEMS 小房根據(jù)儀表安裝規(guī)范，采用地面一層建筑，出口CEMS 小房布置在新建鋼平臺上。電梯?？繉有枰B接新建鋼煙囪的CEMS 檢測平臺，建成后實景照片如圖2 所示。

圖2 寶鋼350 MW 燃氣鍋爐煙氣干式脫硫除塵項目脫硫除塵系統(tǒng)實景照片

4 項目運行情況

寶鋼350 MW 燃氣鍋爐煙氣干式脫硫除塵項目從2018-10 開始，先后完成了多方設計方案評審、打樁、土建施工、鋼結構、主體設備安裝等，于2019-08，脫硫除塵裝置順利投運。實際運行數(shù)據(jù)表明，原煙氣經(jīng)過脫硫除塵后出口煙氣中SO2質量濃度為5.4 mg/m3，粉塵質量濃度為1.2 mg/m3，各項性能指標均優(yōu)于設計要求（設計要求為SO2質量濃度小于等于30 mg/m3，粉塵質量濃度小于等于5 mg/m3），排放的質量濃度遠遠優(yōu)于新標準中對污染物的排放限值要求。

5 工藝技術特點

經(jīng)過近兩年的穩(wěn)定高效運行及運行優(yōu)異指標表明，寶鋼350 MW 燃氣鍋爐的DSC-M 新型循環(huán)流化床半干法工藝具有以下特點：①利用高湍動物料床層，同時噴水創(chuàng)造氣液固三相反應環(huán)境，保證高脫硫效率，脫硫效率可達95%以上。②出口煙溫高于酸露點15 ℃以上，無需增加煙氣再熱裝置，無白煙產生，同時煙氣流速較高，不影響煙囪的自拔力，出口污染物落地質量濃度低，對周圍環(huán)境影響小。③不受煙氣負荷及入口SO2質量濃度的限制。燃氣鍋爐為被動式鍋爐，其負荷由上游輸送的煤氣流量決定，負荷實時波動，且波動幅度和頻率極大，運行過程始終保持出口全時段SO2質量濃度小于等于30 mg/m3。④煙囪無需防腐，大大降低投資和風險。吸收塔內高湍動的高密度物料床層具有巨大的吸附比表面積，對于SO3、HCl、HF等酸性氣體，可幾乎完全吸附脫除。因此，整個脫硫裝置及后續(xù)的煙囪無需進行任何防腐處理，可大大節(jié)約投資費用。⑤煙氣經(jīng)脫硫及噴水降溫后，極大地減輕煙氣對后續(xù)濾袋的侵害程度。這種先脫硫后除塵的方式，使得濾袋壽命大幅度延長，另外，利用濾餅層還提高了脫硫效率。吸收塔置于布袋除塵器前，煙氣經(jīng)過循環(huán)流化床吸收塔脫硫后溫度降低，有利于延長布袋除塵器濾袋的壽命（濾袋壽命與煙氣溫度成反比），從而大大減輕了布袋除塵器的維護成本。特別是鍋爐煙氣工況突發(fā)情況，劇烈波動時，由于循環(huán)流化床吸收塔內的高濃度床層具有良好的緩沖作用，可以避免布袋除塵器發(fā)生超溫燒毀破損事故。先脫硫后除塵，未反應完的Ca（OH）2吸附在濾袋表面的粉餅層，可以進一步脫硫，提高脫硫效率。另外，由于DSC-M 循環(huán)流化床吸收塔可幾乎完全脫除SO2、SO3、HCl、HF 等酸性氣體。因此，經(jīng)吸收塔凈化后的煙氣大大減小了對后級布袋除塵器濾料的化學侵害，提高了濾袋的使用壽命。⑥包含酸性氣體、細微顆粒物、重金屬Hg 等在內的多組份污染物協(xié)同脫除，滿足嚴格環(huán)保要求的同時，煙囪出口呈透明狀，感官效果好。SO3、HCl、HF 等酸性氣體反應活性高于SO2，優(yōu)先與Ca（OH）2反應，可幾乎完全脫除。其中SO3是以硫酸氣溶膠的形式存在，直徑為0.1～1.2 μm，在循環(huán)硫化床中很難從床層穿過，而是吸附在Ca（OH）2顆粒表面發(fā)生反應，形成穩(wěn)定的CaSO4，然后通過布袋除塵器脫除，杜絕了濕法脫硫后形成的二次PM2.5的問題。通過循環(huán)流化床吸收塔后，煙氣中細顆粒幾乎都絮集為較大顆粒，如圖3 所示，使原本布袋除塵器都難以阻擋的亞微米級PM2.5得以高效地被除去。而且循環(huán)流化床吸收塔頂及出口等的特殊結構設計，更保證了這些已絮集的顆粒不易被破壞重新分散，使細粉塵顆粒更有利于被后級布袋除塵器過濾脫除，從而使粉塵排放的質量濃度控制在5 mg/m3以下。⑦節(jié)水、節(jié)能。投資少，運行維護工作量小，水耗低、能耗低。⑧不產生廢水，副產物綜合利用范圍廣。裝置不產生廢水，無廢水處理裝置投資及費用。

圖3 干法脫硫前后的顆粒形貌對比

6 結論

雖然燃氣鍋爐煙氣污染物質量濃度相對較低，SO2質量濃度通常不高于200 mg/m3，對脫硫效率要求不高，但這不代表燃氣鍋爐脫硫除塵技術門檻低，這是因為燃氣鍋爐負荷受燃氣供應影響，負荷高頻且高幅度變化，同時脫硫除塵裝置需不影響鍋爐的運行，并能快速響應鍋爐的聯(lián)鎖控制以及與鍋爐同步啟停，這些都要求脫硫除塵裝置需具備極高的穩(wěn)定性以及快速、靈活的調控能力。龍凈自主研發(fā)的DSC-M 新型循環(huán)流化床半干法技術在寶鋼350 MW 燃氣鍋爐上的成功應用，表明了DSC-M 新型循環(huán)流化床半干法技術可滿足燃氣鍋爐的要求，為燃氣鍋爐超低排放治理提供了一個全新的、穩(wěn)定可靠的、低成本的解決方案。