烟气超低排放改造在燃煤循环流化床锅炉上的应用
摘要：介绍了同煤集团广发化学工业有限公司超低排放改造的燃煤锅炉房基本运行情况和烟气超低排放改造的主要技术途径，详细分析了该方案的技术创新路线以及改造效果，对化工行业燃煤锅炉烟气超低排放改造的前景进行了展望。
燃煤锅炉使用过程中会产生大量的氮氧化物、二氧化硫以及烟尘。这些污染物如果直接排放到大气中会严重影响周边空气质量，影响居民正常生活。通过烟气治理技术使锅炉达到超低排放标准，既能符合国家对大吨位燃煤锅炉烟气排放的要求，又能改善大气环境，是促进企业生存、持续发展的必经之路。
1工程概况
同煤广发化学工业有限公司原动力站设计为年产60万吨甲醇项目的配套公用工程设施。建设规模为3×130t/h高温高压循环流化床（CFB）锅炉，1×25MW高温高压抽汽凝汽式汽轮发电机，1×3MW饱和背压式汽轮发电机。为使其烟气污染物排放浓度达到超低排放，需增建烟气净化系统。改造前与改造后烟气治理工艺概述如表1。
2改造设计方案
脱硫除尘、脱销装置设计烟气参数如表2。
2.1脱硝部分
脱硝装置包括低氮燃烧、SNCR脱硝以及炉后协同脱硝系统（COA）、DCS控制和超低排放的所有系统（包括主工艺系统、采暖通风、给排水、电气、控制、在线监测、防腐保温、消防）和建（构）筑物。
表2脱硫除尘装置设计参数（单台炉）
2.1.1低氮燃烧
脱硝工艺首先进行低氮燃烧改造。本次项目低氮改造只进行热态调试，确定锅炉一二次风的风量配比，确定二次风三级送风的各级风量比，以达到控制和降低氮氧化物起始浓度。预期目标是在锅炉工况稳定情况下，将氮氧化物控制在120mg/Nm3以内。
2.1.2脱硝系统
新建脱硝综合楼，氨水储罐、除盐水箱、炉后COA脱硝设备布置在脱硝综合楼内。为使本项目脱硝系统可以实现由锅炉原始排放浓度200mg/Nm3降低至最终排放浓度50mg/Nm3以下，选用氨水为SNCR脱硝还原剂；炉后协同脱硝效率需≥50%，选用亚氯酸钠（25%）为脱硝剂。
SNCR脱硝效率达到60%，装置出口氨逃逸率≤8mL/m3。在SNCR脱硝系统出口安装烟气实时监测装置（CEMS系统），具有远方监测显示功能，监测参数包括以下项：NOx、O2、氨逃逸等。
工艺包含以下系统：
（1）稀释系统
新建一套氨水溶液存储及供应系统，氨水采用20%浓度，通过管道或者槽车运至界区内，氨水溶液通过输送泵送至脱硝计量分配模块，输送泵设置2台一用一备。溶液与稀释水混合稀释后才允许喷射入锅炉内。
稀释用水采用除盐水。稀释系统三台炉共用，稀释水泵设置2台一用一备。氨水溶液系统设置过滤器，以防喷枪堵塞。
（2）计量分配系统
每台锅炉宜配置1套计量分配系统。计量分配系统就近布置在喷射系统附近锅炉平台上，以焊接或螺栓的形式固定。
（3）背压控制回路
背压控制回路通过调节阀能调节供料泵为计量装置供应氨水所需的稳定流量和压力，背压控制阀设置一套。
（4）还原剂喷射系统
还原剂喷射系统的设计能适应锅炉最大连续蒸发量（BMCR）30％～100％之间的任何负荷持续安全运行，并能适应机组的负荷变化和机组启停次数的要求。喷射器有足够的冷却保护措施，以使其能承受反温度窗口的温度，而不产生任何损坏。经混合及计量的脱硝剂进入专用喷枪，喷枪均匀充分雾化，同时充分考虑喷枪材质的耐磨蚀性和耐腐蚀性。喷嘴、喷枪、冷却风套管最高工作温度1000℃，其选材有耐磨、抗高温及防腐特性，能承受反温度窗口区域的最高温度和高灰，而无短期损坏。
2.1.3炉后协同脱硝装置
三台炉设置一套与干法脱硫工艺相结合的烟气脱硝装置。脱硝剂为以亚氯酸钠为主的溶液，COA低温协同脱硝工艺主要包括卸料系统、液相脱硝剂存储及输送系统、脱硝剂喷射系统、压缩空气系统等。其中循环流化床半干法脱硫塔是COA工艺最重要、最关键的系统，脱硫塔中完成NO的氧化反应以及NO2的中和吸收反应。
本项目3台炉相邻布置，共用一座COA脱硝间，氧化剂统一存储，集中供应，COA系统脱硝效率按50%设计。
（1）卸料系统
采用液相COA工艺，脱硝氧化剂为10%～25%亚氯酸钠溶液（外购）。
（2）脱硝剂存储、激活及输送系统
设置一个溶液存储罐，满足锅炉24h的使用量需求，亚氯酸钠溶液通过溶液输送泵进入溶液计量系统，通过与激活剂泵供的激活剂进一步激活，并完成对喷射溶液的计量控制。
（3）脱硝剂喷射系统
脱硝剂喷射系统主要由溶液管道及喷枪组成，喷射点位于吸收塔入口烟道。
（4）压缩空气系统
压缩空气主要用于溶液的雾化，以及喷枪的吹扫。
2.2脱硫部分
2.2.1脱硫系统技术路线
循环流化床干法超低排放装置采用负压运行方式以及一炉一套独立的系统。吸收塔内介质流动性好，化学反应进行彻底。吸收塔内部材料能经受混合物的剧烈摩擦，内壁还能避免混合物的粘结。脱硫后除尘器采用低压旋转脉冲布袋除尘器，喷吹压力小于0.1MPa。吸收剂采用生石灰粉，经过干式石灰消化器消化后，熟粉输送至消石灰仓，然后根据脱硫需要，调节吸收剂加入到吸收塔中进行脱硫反应。
循环流化床干法超低排装置设有清洁烟气再循环系统，循环流化床干法超低排装置的负荷范围能满足主机负荷在35%～100%的范围变化，且在负荷调整时有良好的、适宜的调节特性，在主机运行的条件下能可靠和稳定地连续运行。循环流化床干法超低排装置投运时，脱硫后引风机入口处烟气温度高于烟气露点温度15℃以上。
2.2.2吸收塔
吸收塔采用流化床超低排放吸收塔技术，吸收塔保证有足够的脱硫反应时间（不低于5秒）。吸收塔自下而上依次为进口段、塔底排灰装置、文丘里加速段、循环流化床反段、顶部循环出口段。吸收塔为钢体结构。
吸收塔供货包括吸收塔壳体、喷嘴及所有内部构件、塔体防磨及保温等。吸收塔底设置自清式机械排灰装置，不设仓泵。塔内为空塔结构，反段不设任何支撑件，以防灰尘堆积。
2.3布袋除尘部分
除尘器都有结构上独立的壳体，主要由灰斗、过滤室、净气室、进口烟箱、出口烟箱、低压脉冲清灰装置、电控装置、阀门及其他等部分组成。布袋除尘器入口烟尘浓度按60～100g/Nm3设计，在脱硫或不脱硫工况下均满足出口≤5mg/Nm3（干标，6%O2）排放要求。袋式除尘器采用干法脱硫专用低压旋转脉冲清灰方式（清灰用压缩空气在0.1MPa以下）。灰斗及排灰口的设计，灰能自由流动排出灰斗，并且其标高满足采用空气斜槽循环回吸收塔的要求。灰斗流化槽下部还设有外排灰接口，该接口下方连接有仓泵，将外排灰送至脱硫灰库。采用干法脱硫专用超低压旋转脉冲布袋除尘器，适合高浓度及高粘度粉尘过滤。
布袋滤料采用PPS基布+PPS纤维，面层混纺50%PPS超细，采用进口PPS纤维，包括防水、防油、防腐、防酸、防碱、抗氧化处理，持续运行温度为65℃～165℃，瞬间可耐190℃，克重580g/m2，充分考虑脱硫工况或故障工况下满足烟气不同温度的情况。脱硫运行工况，脱硫布袋除尘器的气布比不得大于0.63m3/m2/min。在脱硫装置正常使用情况下，使用寿命≥30000h。
3改造效果
项目改造后通过验收并委托第三方监测公司于2019年10月29日～11月2日组织专业技术人员对本项目的废气、噪声进行了现场监测。锅炉烟气改造后的监测数据显示，排放口均达到了超低排放的要求，锅炉烟气污染物排放满足山西省地方标准DB141703-2019《燃煤电厂大气污染物排放标准》中氮氧化物50mg/m3、二氧化硫35mg/m3、烟尘10mg/m3的要求。污染物排放总量满足新申排污许可证许可总量，整改效果较好。整套装置在燃煤设计条件下，脱硝总效率≥98%；脱硫效率97.66%；装置可利用率：脱硫装置的可利用率98%；布袋除尘器效率≥99.99%；布袋除尘器本体漏风率≤3%；布袋除尘器气布比＜0.63。
4总结
化工行业燃煤锅炉能源消耗量较大，污染物排放量大，近年来各地企业都积极开展环保设施升级改造。其实，超低排放是对燃煤锅炉排放要求最为苛刻的标准，为了更好地适应日趋严格的环保政策，各企业应该建立以实现超低排放为目标的信心与态度。
然而，要进行超低排放改造需要大量资金，使企业面临较大的成本压力，国家也会陆续通过政策性支持，给企业一定的奖励以及财政支持政策，帮助企业实现减排的目标。
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