余能發(fā)電廠燃氣鍋爐脫硫除塵改造實踐

徐德坤，白宗正，胡國安，禹金龍

（寧波鋼鐵有限公司，浙江寧波 315807）

前言

寧波鋼鐵有限公司是一家鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，為充分利用富余煤氣，企業(yè)建成一套135 MW 汽輪發(fā)電機組，配套400 t/h 超高壓全燃煤氣鍋爐，燃料為高、轉(zhuǎn)混合煤氣及焦?fàn)t煤氣。鍋爐排放煙氣中的SO2濃度在80∽100 mg/m3，最高時超過200 mg/m3，顆粒物濃度6～8 mg/m3，不能滿足生態(tài)環(huán)境部《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》（環(huán)大氣（2019）35號）和《關(guān)于執(zhí)行國家排放標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物特別排放限值的通告》（浙環(huán)發(fā)（2019）14 號）中排放限值SO2≤35 mg/m3，顆粒物≤5 mg/m3的要求。見表1。

表1 某天機組負荷及對應(yīng)的煙氣SO2濃度

1 技術(shù)方案選擇

通過對當(dāng)前國內(nèi)外脫硫工藝的分析研究，脫硫方法一般可分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫等三類。經(jīng)檢測，寧鋼余能發(fā)電廠燃氣鍋爐煙氣中的硫主要有兩個來源，分別是焦?fàn)t煤氣中H2S以及高爐煤氣中的H2S和羥基硫。受目前公司內(nèi)部條件所限，短期內(nèi)無法實現(xiàn)煤氣含硫的源頭治理，故燃燒前脫硫不予考慮；燃燒中脫硫則對工藝改動較大，也難以實現(xiàn)；因此，燃燒后脫硫（煙氣脫硫）就成了唯一的選擇。

電廠燃氣鍋爐作為公司煤氣系統(tǒng)的緩沖用戶，負荷受全公司煤氣平衡影響，大幅度頻繁波動，煙氣量也隨之實時變化；煤氣作為一種相對潔凈的燃料，煙氣中的SO2濃度也遠低于燃煤鍋爐。

上述因素決定了余能發(fā)電廠燃氣鍋爐煙氣中SO2總量較少，且隨著機組負荷變化而變化，因此，脫硫工藝的選擇也需適應(yīng)機組負荷變化的特點。在滿足超低排放要求的前提下，綜合考慮項目特點和廠區(qū)工藝布局的實際情況，遵循流程簡化、操作簡單、節(jié)約投資、固廢處理方便、節(jié)省占地等原則，確定了碳酸氫鈉干法脫硫工藝，并配套布袋除塵系統(tǒng)。

2 脫硫除塵工藝

2.1 脫硫系統(tǒng)

2.1.1 碳酸氫鈉干法脫硫原理

碳酸氫鈉干法脫硫技術(shù)基本原理是酸堿反應(yīng)。在除塵器前段煙道噴入經(jīng)研磨處理后的碳酸氫鈉粉末，粉末在高溫?zé)煔獾淖饔孟录せ?，NaHCO3在溫度達到140 ℃時迅速發(fā)生爆米花反應(yīng)，表面積迅速增加，具備極高的反應(yīng)活性，煙氣與激活的碳酸氫鈉粉末充分接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO2及其他酸性介質(zhì)被吸收凈化。

碳酸氫鈉干法脫硫技術(shù)主要由以下幾步組成。

鈉鹽熱激活

與酸性氣體反應(yīng)

2.1.2 碳酸氫鈉干法脫硫工藝流程

碳酸氫鈉研磨輸送系統(tǒng)包括料倉、旋轉(zhuǎn)給料閥、螺旋給料器（計量裝置）、研磨機、分級機和離心風(fēng)機等。碳酸氫鈉原料由原料倉通過螺旋給料器（進入研磨機的物料量取決于煙氣中SO2濃度，通過調(diào)整給料螺桿的速度來調(diào)節(jié)進料量）均勻進料至研磨機中，研磨后進行分級篩選，符合細度的物料由輸送風(fēng)機噴入鍋爐尾部煙道，碳酸氫鈉粉噴入熱煙氣中后會迅速反應(yīng)，生成具有高比表面積和多孔的活性碳酸鈉，活性碳酸鈉與煙氣中的SO2、SO3在高溫下充分反應(yīng)，脫除酸性物質(zhì)，同時生成硫酸鈉顆粒，隨煙氣一同進入除塵器［1］［2］。

2.2 布袋除塵系統(tǒng)

2.2.1 布袋除塵原理

布袋除塵器通過濾袋將粉塵從濁煙氣中分離出來。含塵煙氣從外向內(nèi)流過濾袋，在增壓風(fēng)機的抽吸作用下，緩慢而均勻地穿過濾袋，塵粒被擋在濾袋外面，潔凈煙氣經(jīng)凈氣室匯集到出口煙道后外排。當(dāng)布袋除塵器的前后壓差或時間達到某一設(shè)定值時，通過脈沖壓縮空氣將濾袋外面捕集到的粉塵吹落到除塵器底部的灰斗內(nèi)。

2.2.2 布袋除塵工藝流程

含塵煙氣進入除塵器的進口煙道后，通過進口導(dǎo)流板進入各個濾室。速度較高的含塵氣流在導(dǎo)流板的作用下降速并均勻分布于整個濾室，之后，在增壓風(fēng)機的作用下氣流以緩慢的速度穿過濾袋，粉塵被攔截在濾袋表面，煙氣在經(jīng)過凈化后排出。附著在濾袋表面的粉塵在壓縮空氣的作用下脫離濾袋并落入灰斗內(nèi)?；叶穬?nèi)的粉塵由星型給料閥排出，以羅茨風(fēng)機為動力經(jīng)輸灰系統(tǒng)送入灰倉［3］［4］。

2.3 增壓風(fēng)機及附屬管道

新增煙道從原有鍋爐引風(fēng)機出口引出，之后匯總到總煙道，經(jīng)研磨后的碳酸氫鈉粉末噴入總煙道，脫硫反應(yīng)后生成的Na2SO4和未及反應(yīng)的Na2CO3（或NaHCO3）隨煙氣一道進入布袋除塵器，通過布袋除塵后的凈煙氣經(jīng)風(fēng)機增壓后由煙囪排入大氣。見圖1。

圖1 脫硫除塵系統(tǒng)工藝流程圖

3 碳酸氫鈉干法脫硫工藝技術(shù)特點

（1）系統(tǒng)工藝流程簡單，操作維護方便，調(diào)節(jié)靈活，可控性好，自動化程度高。

（2）適應(yīng)性強，可根據(jù)濁煙氣中的SO2濃度，調(diào)節(jié)進入煙道的脫硫劑量來適應(yīng)各種工況，達到脫除煙氣中SO2的目的。

（3）脫硫效率可達95%以上，脫硫劑利用率高，脫硫劑用量少，副產(chǎn)物量少，副產(chǎn)物Na2SO4是化工產(chǎn)品。

（4）系統(tǒng)全干態(tài)運行，沒有廢水處理和排放問題，也不存在濕法脫硫技術(shù)導(dǎo)致的“白煙”問題，無二次污染。

（5）無需建設(shè)脫硫塔，脫硫劑直接噴入煙道，不額外增加占地面積。

（6）脫硫劑制備設(shè)施占地面積小，布置靈活，運行能耗較濕法脫硫、半干法脫硫低，節(jié)約能耗。

（7）脫硫系統(tǒng)溫降低，僅10 ℃左右，可直接由原煙囪排放，煙囪不需要做防腐處理。

（8）脫硫劑成本相對較高，但煙氣總的含硫量低，成本增加有限。

4 運行分析

4.1 運行效果

改造前鍋爐煙氣SO2含量在80∽100 mg/m3，異常時超過200 mg/m3，煙氣總量隨機組負荷變化；顆粒物含量在6∽8 mg/m3。均不能滿足超低排放的要求。改造前鍋爐煙氣污染物排放數(shù)據(jù)見表2。

表2 改造前鍋爐煙氣排放數(shù)據(jù)

改造后，調(diào)試期間煙氣SO2含量可低于5 mg/m3，脫硫效率超過95%。為節(jié)約運行成本，將煙氣SO2目標(biāo)值設(shè)定為25 mg/m3。實際煙氣SO2含量小于30 mg/m3，顆粒物含量小于3 mg/m3，均滿足超低排放要求。改造后鍋爐煙氣污染物排放數(shù)據(jù)見表3。

表3 改造后鍋爐煙氣排放數(shù)據(jù) mg/m3

對某天鍋爐煙氣污染物整點瞬時值分析，詳見表4，均能滿足超低排放要求。

表4 某天鍋爐煙氣污染物整點瞬時值數(shù)據(jù)

4.2 脫硫灰處置

脫硫灰主要成分為Na2SO4，以及少量未經(jīng)脫硫反應(yīng)的Na2CO3（或NaHCO3）和煤氣中帶來的粉塵。不含危險化學(xué)品物質(zhì)，Na2SO4可作為水玻璃、元明粉的生產(chǎn)原料，也可以作為水泥助劑的生產(chǎn)原料。因用戶用量較少，供過于求，所以處理脫硫灰還需另付處置費，每噸約500 元。在滿足超低排放要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)合理控制脫硫劑的噴吹量。

4.3 社會效益

項目自2020 年10 月份投產(chǎn)以來，電廠燃氣鍋爐煙氣污染物實現(xiàn)了超低排放。據(jù)估算，累計實現(xiàn)SO2減排56 t，顆粒物減排3.67 t，為公司實現(xiàn)大氣污染物總體減排目標(biāo)和創(chuàng)建“綠色寧鋼”作出了重要貢獻。

5 結(jié)語

碳酸氫鈉干法脫硫工藝簡單，一次性投資少，占地面積小，操作維護簡單，全干法治理，脫硫效率高，運行成本低，負荷適應(yīng)性強，有效避免煙囪“白煙”產(chǎn)生，可以滿足更嚴(yán)格的排放指標(biāo)，逐漸成為國內(nèi)大部分鋼鐵企業(yè)燃氣鍋爐煙氣治理的首選工藝。寧波鋼鐵有限公司余能發(fā)電廠燃氣鍋爐采用該工藝，取得了良好的減排效果。