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      高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備在生物質(zhì)鍋爐煙氣治理領(lǐng)域的應(yīng)用

      2022-11-25 16:31:14吳煒彬王妨劉穎盧能國(guó)蘇仲夏
      關(guān)鍵詞:濾筒干法除塵

      吳煒彬,王妨,劉穎,盧能國(guó),蘇仲夏

      (福建龍凈環(huán)保股份有限公司,福建 龍巖 364000)

      生物質(zhì)鍋爐排放煙氣中二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)含量較低,與燃煤鍋爐相比,生物質(zhì)能源的特點(diǎn)是具有可再生性、低污染性、廣泛分布性,而且總量十分豐富。隨著國(guó)家對(duì)鍋爐排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高,即便生物質(zhì)鍋爐出口煙氣排放物含量較低,但也已經(jīng)不適應(yīng)新的環(huán)保要求,生物質(zhì)鍋爐常用的煙氣治理技術(shù)面臨挑戰(zhàn)。現(xiàn)有國(guó)內(nèi)某生物質(zhì)發(fā)電公司配1 臺(tái)130t/h 高溫高壓、生物質(zhì)燃料自然循環(huán)汽包水冷振動(dòng)爐排鍋爐,需要同步建設(shè)煙氣脫硫除塵脫硝裝置。

      1 工藝分析與選擇

      1.1 生物質(zhì)鍋爐煙氣特點(diǎn)

      本工程主要燃料為玉米秸稈、小麥秸稈、花生殼,產(chǎn)生的煙氣具有以下特點(diǎn):(1)生物質(zhì)灰熔點(diǎn)較低,極易在受熱面上積灰和結(jié)焦,影響換熱。(2)煙氣中的堿金屬與二氧化硅在燃燒條件下形成黏性很強(qiáng)的四硅酸鉀(K2O·4SiO2)和硅酸鈉(Na2O·2SiO2)低熔點(diǎn)共晶體,相互黏結(jié),形成結(jié)渣。(3)煙氣中的一氧化碳(CO)、SO2會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)堿性氧化物發(fā)生結(jié)焦。(4)燃料水分含量較高,燃燒后的水蒸氣中含有的酸性物質(zhì)會(huì)加速省煤器及下游設(shè)備的腐蝕[1]。(5)粉塵濃度高,含有沙石等磨蝕性強(qiáng)的顆粒及未燃盡的火星。

      1.2 常規(guī)除塵脫硫脫硝工藝

      鍋爐煙氣的常規(guī)除塵脫硫脫硝工藝路線是先脫硝,再除塵脫硫。脫硝技術(shù)有選擇性非催化還原(SNCR)和選擇性催化還原(SCR)。SNCR 的脫硝效率低,多用作低氮燃燒技術(shù)的補(bǔ)充處理手段。SCR 的脫硝效率相對(duì)較高,是目前已成熟應(yīng)用的煙氣脫硝技術(shù)。除塵技術(shù)有電除塵、布袋除塵等。脫硫技術(shù)多采用半干法脫硫技術(shù)。常規(guī)除塵、脫硫、脫硝工藝在生物質(zhì)鍋爐應(yīng)用上存在較大問題,由于生物質(zhì)鍋爐煙氣飛灰量大、含有堿金屬,會(huì)造成SCR 脫硝催化劑堵塞及中毒,催化劑更換頻繁,布袋易糊袋、易燒損,而電除塵器效率不夠。

      1.3 高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除技術(shù)

      高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除技術(shù)是一種先進(jìn)的脫硫、除塵、脫硝一體化工藝,該技術(shù)以高溫?zé)o機(jī)纖維復(fù)合濾筒為核心處理元件,先對(duì)煙氣進(jìn)行高溫干法脫硫,再通過復(fù)合濾筒同時(shí)完成粉塵過濾和NOx脫除。該技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì):

      (1)除塵效率高,濾筒表面覆膜孔徑極小,可處理亞微米級(jí)的顆粒,將含塵氣體凈化到10mg/m3甚至更低。

      (2)附屬工藝流程簡(jiǎn)短,設(shè)備集成,布置緊湊,占地面積小,維護(hù)工作量少。

      (3)煙氣先經(jīng)濾筒表面過濾粉塵,再經(jīng)濾筒壁內(nèi)催化劑作用脫硝,濾筒表面形成的塵餅可保護(hù)催化劑免受砷、硒、鉀、鈉等元素毒化,解決了催化劑的磨損和堵塞,避免了重金屬對(duì)催化劑的毒化作用,延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命。

      (4)收集含有爆炸危險(xiǎn)或帶有火花的含塵氣體時(shí)安全性較高。

      (5)對(duì)粉塵的比電阻沒有要求,適應(yīng)溫度范圍廣(280℃—420℃)。

      (6)耐腐蝕,幾乎對(duì)所有的化學(xué)品都有惰性[2]。

      (7)濾筒表面覆膜的孔徑光滑,粉塵不易黏附其表面,清灰更容易,并且隨著過濾風(fēng)速的增加,系統(tǒng)阻力增加不明顯。

      (8)高溫?zé)煔鈨艋笤龠M(jìn)行熱量回收,可提高鍋爐換熱效率。

      基于上述技術(shù)優(yōu)勢(shì),該生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目采用高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除的技術(shù)路線進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)。

      2 技術(shù)方案

      2.1 工藝路線

      針對(duì)該生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目鍋爐煙氣的特點(diǎn),煙氣治理工藝路線設(shè)計(jì)為:鍋爐省煤器③→高溫干法脫硫塔→高效低阻沉降室→復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備→鍋爐省煤器②→鍋爐省煤器①→煙冷氣→空氣預(yù)熱器→風(fēng)機(jī)→煙囪。工藝布置見下圖。

      工藝布置示意圖

      煙氣從鍋爐省煤器③出口引出,300℃—350℃的高溫?zé)煔饨?jīng)過干法脫硫塔脫硫后,進(jìn)入高效低阻沉降室預(yù)收塵,再進(jìn)入高溫復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備。原煙氣粉塵、脫硫灰和重金屬等污染物經(jīng)過濾筒表面過濾脫除;無塵高溫?zé)煔膺M(jìn)入無機(jī)纖維復(fù)合濾筒壁內(nèi)的催化區(qū)脫除NOx。經(jīng)過凈化后的煙氣返回下級(jí)省煤器②進(jìn)口,再經(jīng)由鍋爐省煤器①、煙冷器、鍋爐尾部換熱器和空氣預(yù)熱器回收剩余熱量后,溫度降至110℃—130℃,最終經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排入大氣。

      2.2 技術(shù)方案

      脫硫采用高溫干法脫硫塔,脫硫劑采用300 目消石灰。在脫硫塔后端,設(shè)置高效低阻沉降室用于對(duì)進(jìn)入塵硝反應(yīng)器的煙氣進(jìn)行預(yù)除塵和阻火。塵硝反應(yīng)器共12 個(gè)倉室,每個(gè)倉室獨(dú)立保溫,進(jìn)出口煙道上均設(shè)置閥門,在線監(jiān)測(cè)每個(gè)分室的運(yùn)行數(shù)據(jù),當(dāng)發(fā)現(xiàn)有濾管破損時(shí),可將該分室離線,更換該分室的濾筒,而不是影響整套系統(tǒng)的繼續(xù)運(yùn)行。

      倉室內(nèi)部采用花板耐熱抗扭結(jié)構(gòu)和濾筒精準(zhǔn)限位組件,應(yīng)用多維高均勻性氣流均布技術(shù),保證協(xié)同脫除裝備的出口污染物排放濃度符合要求,延長(zhǎng)濾筒的使用壽命,提高設(shè)備的可靠性。

      輸灰系統(tǒng)采用“星型卸灰閥+水冷刮板機(jī)+羅茨風(fēng)機(jī)”稀相氣力輸送。

      脫硝劑采用20%氨水,利用氣液雙相霧化噴槍噴入煙道內(nèi)。

      2.2.1 高溫脫硫和脫硝技術(shù)

      2.2.1.1 高溫干法脫硫技術(shù)

      實(shí)驗(yàn)研究表明,消石灰作為脫硫劑,在250℃—400℃時(shí),溫度越高其脫硫效率也越高,溫度為350℃左右時(shí)其脫硫效率最高。同時(shí),在此溫度段的脫硝效率也較高。因此,250℃—400℃是脫硫與脫硝的最佳溫度區(qū)間,即匹配點(diǎn)。在脫硫過程中,NOx在脫硫反應(yīng)中起到類似催化劑的作用,提高了脫硫劑的表面活性?;谝陨涎芯拷Y(jié)論,本項(xiàng)目采用高溫干法脫硫塔脫硫工藝,脫硫劑采用300 目以上粒徑的消石灰。

      2.2.1.2 脫硝技術(shù)

      催化劑由特殊分散工藝得到的納米級(jí)分散液與多種高活性組分溶液混合而成,通過往復(fù)式旋轉(zhuǎn)滴涂裝置均勻植入濾筒內(nèi)。采用此種工藝將催化劑與無機(jī)纖維濾筒復(fù)合,催化劑比表面積大,與煙氣中NOx接觸充分,大大減少了催化劑使用量,提高了脫硝效率。此外,催化劑活性溫度窗口也增加了200℃—400℃,使復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備具有更好的適應(yīng)性。

      2.2.2 高效低阻沉降室

      由于煙氣粉塵濃度大,對(duì)塵硝濾筒有較大影響,因此,在脫硫與塵硝反應(yīng)器之間設(shè)計(jì)了高效低阻沉降室。以計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),沉降室內(nèi)設(shè)有X 型孔阻火板和多層迷宮型均布板,一方面能夠高效攔截和熄滅未完全燃燒的生物質(zhì)顆粒,保證濾筒使用壽命,防止二次燃燒帶來的其他危害;另一方面能高效沉降大顆粒粉塵,減少濾筒的工作負(fù)荷和對(duì)濾筒的沖刷影響。

      3 性能測(cè)試結(jié)果

      該生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目于2020 年12 月投運(yùn),并于2021 年3 月由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備進(jìn)行了性能測(cè)試,檢測(cè)了130t/h 生物質(zhì)鍋爐排氣筒出口的污染物濃度,檢測(cè)結(jié)果見下表。結(jié)果顯示,顆粒物出口濃度為1.03—1.62mg/Nm3、SO2濃度為11—14mg/Nm3、NOx出口濃度為31—36mg/Nm3,實(shí)現(xiàn)了超低排放。

      有組織廢氣測(cè)試結(jié)果

      4 結(jié)語

      本次生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目使用的高溫干法脫硫與復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備將多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來,有效解決了傳統(tǒng)技術(shù)存在的受粉塵比電阻影響大、運(yùn)行費(fèi)用高、對(duì)微細(xì)顆粒脫除率低、易糊袋破袋、催化劑易堵塞中毒等問題,并且出口排放濃度優(yōu)于“53550”超低排放指標(biāo)。該技術(shù)路線在本項(xiàng)目的成功應(yīng)用,證明了其先進(jìn)性,同時(shí)也意味著該技術(shù)在生物質(zhì)鍋爐煙氣治理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

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