鍋爐煙氣超低排放技術(shù)改造應(yīng)用

石永

（陜西延長(zhǎng)石油興化化工有限公司，陜西 興平 713100）

1 改造背景及存在問(wèn)題

1.1 改造背景

2013 年，陜西省頒布《陜西省“治污降霾·保衛(wèi)藍(lán)天”五年行動(dòng)計(jì)劃（2013—2017 年）》；2014 年，陜西省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布《關(guān)中地區(qū)重點(diǎn)行業(yè)大氣污染物特別排放限值》（DB 61/941—2014）；2018 年，陜西省印發(fā)《陜西省鐵腕治霾打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)方案（2018—2020 年）（修訂版）》，印發(fā)地方標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 61/1226—2018）。由此可見(jiàn)陜西省改善大氣環(huán)境質(zhì)量的決心。

某企業(yè)地處關(guān)中腹地，是以煤為原料的典型煤化工國(guó)有企業(yè)，主要產(chǎn)品有甲醇、合成氨、氯化銨、純堿、甲胺、乙醇等。2009 年建成投產(chǎn)，熱動(dòng)力裝置配套4×160t/h 高溫高壓煤粉鍋爐，鍋爐煙氣治理采用布袋除塵、氨法脫硫、低氮燃燒技術(shù)，德古士煤氣化爐酸性氣處理采用克勞斯脫硫工藝。隨著《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 61/1226—2018）的頒布實(shí)施，原有環(huán)保裝置無(wú)法滿足要求，實(shí)施鍋爐煙氣超低排放技術(shù)改造勢(shì)在必行。近年來(lái)，鍋爐煙氣排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)變化情況如下圖所示。

鍋爐煙氣排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)變化情況

1.2 存在的主要問(wèn)題

氨法脫硫與其他脫硫工藝相比，具有效率高、副產(chǎn)品氮含量高、附加值高等優(yōu)點(diǎn)，硫酸銨可作為農(nóng)用肥料，也可作為農(nóng)用復(fù)合肥加工原料，延伸產(chǎn)業(yè)鏈。該企業(yè)原鍋爐煙氣排放治理裝置采用氨法脫硫工藝，為區(qū)域環(huán)境改善和治理發(fā)揮了重要作用，隨著《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 61/1226—2018）的頒布實(shí)施，原有裝置運(yùn)行中暴露出以下問(wèn)題：

（1）脫硫裝置效率低。雖然能滿足SO2排放濃度小于35mg/Nm3的指標(biāo)，但存在排放數(shù)據(jù)波動(dòng)大，投加氨水量大，尾氣氨逃逸高，且顆粒物與氨水投加量成正相關(guān)，兩個(gè)排放指標(biāo)難以同時(shí)滿足，煙氣拖尾及液滴夾帶嚴(yán)重等問(wèn)題，配套脫硫裝置后處理產(chǎn)能過(guò)小，制約了吸收裝置的物料平衡[1]。

（2）鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)按NOx排放濃度<100mg/Nm3設(shè)計(jì)，無(wú)法滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

（3）克勞斯尾氣中SO2排放濃度不穩(wěn)定，排放值在800mg/Nm3左右，排放濃度較高，對(duì)環(huán)境存在一定影響。

（4）鍋爐布袋除塵裝置運(yùn)行效率偏低，實(shí)際顆粒物排放濃度在20mg/Nm3左右，不滿足超低排放要求（顆粒物排放濃度≤10mg/Nm3），雖然總排口顆粒物指標(biāo)合格，但顆粒物作為有害物質(zhì)進(jìn)入氨法脫硫吸收系統(tǒng)，不但會(huì)造成嚴(yán)重的設(shè)備磨損，還會(huì)影響硫酸銨溶液結(jié)晶，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生大量晶核，后處理裝置旋流器、離心機(jī)難以對(duì)其進(jìn)行分離，會(huì)造成系統(tǒng)物料失衡[2]。

2 解決思路

（1）脫硫裝置采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的多功能單塔吸收分區(qū)循環(huán)氨法脫硫工藝，塔外強(qiáng)制氧化，尾氣排放采用二級(jí)水洗+一級(jí)濕電除塵工藝，排放指標(biāo)SO2濃度≤35mg/Nm3、顆粒物濃度≤10mg/Nm3。

（2）脫硝裝置工藝采用低氮燃燒+SCR 聯(lián)合工藝，設(shè)計(jì)NOx濃度≤50mg/Nm3。

（3）除塵裝置采用布袋除塵工藝，改造內(nèi)容為：更換濾袋為覆膜PTFE 基布，PPS 超細(xì)纖維，表面作砑光、防油防水、乳液浸漬處理，設(shè)計(jì)排放顆粒物濃度≤10mg/Nm3。

（4）將克勞斯含硫尾氣引入鍋爐煙氣氨法脫硫吸收系統(tǒng)，增加廢熱鍋爐，回收焚燒尾氣熱量，降低尾氣溫度后送入脫硫入口煙道，與鍋爐煙氣混合一并處理回收。

改造項(xiàng)目于2018 年4 月完成招標(biāo)開(kāi)始建設(shè)，于2019 年5 月建成投入使用，是我國(guó)西北地區(qū)率先實(shí)施鍋爐煙氣超低排放改造的項(xiàng)目。在充分調(diào)研、核實(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造設(shè)計(jì)并在運(yùn)行過(guò)程中不斷優(yōu)化。

3 改造內(nèi)容及運(yùn)行效果評(píng)價(jià)

3.1 氨法脫硫煙氣處理系統(tǒng)

3.1.1 脫硫吸收裝置

吸收裝置是氨法脫硫的核心設(shè)備，集氣液傳質(zhì)、化學(xué)吸收、氧化反應(yīng)、結(jié)晶等化工單元功能于一體，所采用的多功能一體化吸收塔技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、操作彈性高。吸收塔設(shè)置煙氣流場(chǎng)均布設(shè)施，煙氣側(cè)布置有填料層和屋脊式除霧器，溶液側(cè)布置4 層錯(cuò)綜分布的循環(huán)噴淋層，保證氣液比。在防止氨逃逸方面，通過(guò)在溶液濃縮段與吸收段設(shè)置隔離措施，吸收區(qū)頂層噴淋液由氧化塔底取液，使低pH 值（4.2～4.8）溶液與尾氣再次接觸，同時(shí)采取兩級(jí)水洗工藝，減少尾氣氨逃逸。脫硫水洗后煙氣經(jīng)兩級(jí)除霧，加濕電除塵器，減少煙氣帶液量和顆粒物排放。處理后煙氣經(jīng)90m 煙囪塔頂直排。改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比如表1 所示。

表1 脫硫裝置改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比

3.1.2 脫硫濕電除塵裝置

脫硫裝置之后去除極細(xì)霧滴顆粒的除塵設(shè)備主要是濕式電除塵器[3]。濕式電除塵器能夠脫除煙氣經(jīng)水洗層及機(jī)械除霧器后攜帶的大顆粒物及液滴。工作時(shí)，煙氣中液滴不斷向沉淀極移動(dòng)，在沉淀極表面形成一層連續(xù)水膜，水膜靠重力流至下部集液槽，實(shí)現(xiàn)在線清除顆粒物。

濕電除塵系統(tǒng)可有效去除SO3、NH3、微細(xì)粉塵（PM2.5）、細(xì)小液滴、汞等，去除效率達(dá)90%以上，大大降低了煙氣的不透明度（渾濁度）。通過(guò)表1 中濕電啟停時(shí)的顆粒物排放指標(biāo)及氨逃逸值可以驗(yàn)證除塵效果。

3.2 鍋爐SCR 煙氣脫硝

鍋爐制粉系統(tǒng)采用熱一次風(fēng)直吹工藝，燃燒器具有濃淡分離低氮燃燒技術(shù)，脫硝前NOx排放值為550mg/m3，超低排放改造目標(biāo)為脫硝后NOx≤50mg/Nm3。改造方案為：采用SCR 脫硝工藝，脫硝反應(yīng)器為3 層結(jié)構(gòu)，催化劑為蜂窩結(jié)構(gòu)，活性物質(zhì)為V2O5，載體為TiO2，并加入W2O3作為SO2向SO3轉(zhuǎn)換的抑制物，入口煙氣溫度為380℃，脫硝效率92%。具體改造措施為：增加上層省煤器換熱面積，爐后布置SCR 反應(yīng)器，上層空預(yù)器移至反應(yīng)器下層，改造相應(yīng)煙風(fēng)道流程，催化劑采用聲波吹灰器；系統(tǒng)煙氣阻力增加1kPa，脫硫裝置煙氣阻力增加1kPa，改造引風(fēng)機(jī)增加總壓頭2kPa，更換引風(fēng)機(jī)電機(jī)、液力耦合器及風(fēng)機(jī)使其滿足要求。改造后引風(fēng)機(jī)富余量充足，系統(tǒng)阻力低于設(shè)計(jì)值，脫硝效率較高，數(shù)據(jù)對(duì)比如表2 所示。

表2 脫硫裝置改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比

3.3 煤氣化裝置克勞斯含硫尾氣回收

煤氣化裝置克勞斯硫回收工序，主要處理來(lái)自上游低溫甲醇洗的酸性氣（主要成分是H2S），酸性氣體進(jìn)入焚燒爐燃燒后轉(zhuǎn)化為SO2氣體。離開(kāi)焚燒爐的尾氣溫度為820℃，與急冷空氣混合，溫度降到300℃，送往煙囪排放。該工藝存在熱能浪費(fèi)，同時(shí)尾氣煙氣中SO2濃度較高，且在氣化爐工藝負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，燃燒不穩(wěn)定，排放偶有超標(biāo)，給運(yùn)行帶來(lái)極大的環(huán)保壓力。

改造方案為：在焚燒爐后設(shè)置廢熱鍋爐，將尾氣降至200℃，焚燒爐出口約有10kPa 壓力，輸送距離約為0.8km，阻力為3kPa，無(wú)需增加風(fēng)機(jī)，與鍋爐煙氣混合后送入氨法脫硫系統(tǒng)，以解決原工藝存在的問(wèn)題。運(yùn)行后效果良好，不但回收了煙氣余熱，而且脫除了SO2，改善了環(huán)境質(zhì)量。

氣化克勞斯尾氣熱回收效益計(jì)算：產(chǎn)生蒸汽5.1t/h，裝置年運(yùn)行8000h，年產(chǎn)1.3MPa 飽和蒸汽40 800t，按每噸蒸汽成本100 元計(jì)算，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益408 萬(wàn)元。

3.4 脫硫后處理單元尾氣回收

脫硫后處理裝置的結(jié)晶干燥環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生尾氣，尾氣中存在一定量的細(xì)小硫酸銨粉末，雖然相關(guān)政策未對(duì)其有嚴(yán)格要求，但直接排放會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。改造方案為：將后處理尾氣與原蒸發(fā)結(jié)晶后處理尾氣匯總后送入脫硫吸收塔吸收區(qū)進(jìn)行洗滌，處理合格后排放。另外，脫硫水洗循環(huán)槽為常壓設(shè)備，上部設(shè)有排氣孔，運(yùn)行過(guò)程中循環(huán)回流液夾帶塔內(nèi)氣體，造成部分水汽由槽頂排放，環(huán)境溫度較低時(shí)尤為明顯。因此，設(shè)置了水封裝置，消除運(yùn)行過(guò)程中水汽外冒情況。通過(guò)以上改造，現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境得到改善，杜絕了運(yùn)行過(guò)程中的二次污染。

3.5 超低后處理與原蒸發(fā)結(jié)晶后處理并聯(lián)改造

增設(shè)一套后處理裝置，擴(kuò)大產(chǎn)能，濃縮段為塔內(nèi)飽和結(jié)晶，塔區(qū)設(shè)置板框式壓濾機(jī)去除系統(tǒng)內(nèi)煙塵顆粒物。在項(xiàng)目試運(yùn)中發(fā)現(xiàn)，塔內(nèi)漿液飽和結(jié)晶與板框壓濾除泥兩個(gè)環(huán)節(jié)難以同步進(jìn)行，特別是脫硫負(fù)荷較大時(shí)，連續(xù)出料與除泥相矛盾，生產(chǎn)過(guò)程中漿液內(nèi)累積的粉塵無(wú)法通過(guò)出料有效攜帶出脫硫系統(tǒng)，造成硫酸銨結(jié)晶細(xì)小，漿液黏度增大，工藝設(shè)備磨損嚴(yán)重，泄漏頻繁，故障率高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)物料失衡被迫停車。

對(duì)此，將超低排放后處理與原真空蒸發(fā)結(jié)晶連通，在系統(tǒng)溶液密度較低時(shí)，利用原蒸發(fā)結(jié)晶裝置對(duì)系統(tǒng)內(nèi)漿液進(jìn)行強(qiáng)制結(jié)晶，通過(guò)出料調(diào)整系統(tǒng)物料平衡，改善漿液內(nèi)粉塵積累情況，實(shí)現(xiàn)裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.6 脫硫氨水配制改用脫鹽水優(yōu)化

原裝置氨水配置單元采用液氨蒸發(fā)與一次水混合制備20%濃度氨水，由于一次水電導(dǎo)率高，混合過(guò)程為放熱反應(yīng)，混合器及后續(xù)管道閥門銨鹽結(jié)垢問(wèn)題頻發(fā)，濾網(wǎng)堵塞嚴(yán)重。對(duì)此，改造時(shí)用脫鹽水代替一次水，既解決了因氨垢造成系統(tǒng)堵塞問(wèn)題，又保障了氨水泵長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。該優(yōu)化設(shè)計(jì)也為脫硫系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

4 綜合效果評(píng)價(jià)

氨法脫硫是氣液反應(yīng)，具有反應(yīng)活性高、速度快、噴淋動(dòng)力損耗低、啟停操作簡(jiǎn)捷、維護(hù)方便、過(guò)程中無(wú)二次污染、有一定脫硝功能、副產(chǎn)品硫酸銨附加值高、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好、對(duì)煤的硫含量適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。以該改造項(xiàng)目為例，鍋爐煙氣流量為100 萬(wàn)Nm3/h，年使用時(shí)間為8000h，改造后粉塵、NOx和SO2年排放量從160t、720t 和400t 分別降低至64t、384t 和264t，年排放降低量分別為96t、336t 和136t。超低排放改造綜合效能評(píng)價(jià)情況見(jiàn)表3、表4。

5 結(jié)語(yǔ)

鍋爐煙氣超低排放技術(shù)，在滿足排放要求、減少污染物的同時(shí)，具有綠色、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行綜合效果顯著。采用多功能一體化吸收塔氨法脫硫塔+濕電除塵工藝，在滿足超低排放要求的同時(shí)，消除了煙氣拖尾、液滴攜帶等二次污染問(wèn)題；低氮燃燒+SCR 聯(lián)合脫硝工藝滿足NOx超低排放要求和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)；將克勞斯尾氣送入氨法脫硫裝置進(jìn)行處理效果良好；在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)施脫硫后處理尾氣回收改造、原蒸發(fā)結(jié)晶與超低排放后處理并聯(lián)改造、氨水配置用脫鹽水代替一次水優(yōu)化改造，解決了脫硫裝置生產(chǎn)中的技術(shù)難題。樹(shù)立綠色環(huán)保理念，實(shí)施超低排放技術(shù)改造，是當(dāng)前企業(yè)綠色環(huán)保發(fā)展的必然之路。

表3 超低排放改造綜合效果評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表

表4 克勞斯含硫尾氣及后處理尾氣回收改造效果評(píng)價(jià)表