葉田友

(山西焦煤五麟煤焦開發(fā)有限責(zé)任公司， 山西 呂梁 032202)

山西某焦化企業(yè)為年產(chǎn)100萬t焦炭、10萬t甲醇的獨立焦化廠,配套2臺40 t/h燃煤循環(huán)流化床鍋爐，主要為焦化、甲醇系統(tǒng)提供中、低壓蒸汽，目前配置的煙氣治理設(shè)施為爐外石灰石-石膏濕法煙氣脫硫和布袋除塵裝置，污染物排放濃度難以滿足現(xiàn)行環(huán)保政策要求。《山西省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》要求，2018年10月1日起在用燃煤鍋爐煙氣污染物排放執(zhí)行《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271-2014)表3中大氣污染物特別排放限值，NOx、SO2、顆粒物的排放濃度限值分別為200 mg/Nm3、200 mg/Nm3、30 mg/Nm3. 為此，該焦化企業(yè)通過技術(shù)分析和調(diào)研，采用SNCR-SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)，并新增高效濕法除塵塔進(jìn)行煙 。

1 改造工程背景

1.1 鍋爐結(jié)構(gòu)及主要運行參數(shù)

該企業(yè)2臺燃煤鍋爐均為濟(jì)南鍋爐集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的YG-40/4.02-M型蒸汽鍋爐。該爐為燃煤循環(huán)流化床中壓鍋爐，采用“Ⅱ”型布置，框架支吊結(jié)構(gòu)。爐膛四周由水冷壁組成，爐頂由前墻水冷壁管向后斜拉而成。汽水系統(tǒng)采用自然循環(huán)，爐膛外集中下降管。過熱蒸汽采用兩級加熱、一級噴水降溫方式保證蒸汽參數(shù)。

燃燒系統(tǒng)工藝流程為：煤由鋼煤斗(容量200 t)經(jīng)過給煤機(jī)送入爐膛燃燒，在爐膛內(nèi)經(jīng)過860～950 ℃高溫燃燒后，大顆粒爐渣通過爐膛下部的放渣管進(jìn)入冷渣機(jī)冷卻到100 ℃后，經(jīng)輸渣機(jī)、提升機(jī)運送到渣庫存放。

小顆粒爐渣以及煤燃燒后形成的飛灰，在爐膛負(fù)壓的作用下，從爐膛頂部(溫度800～900 ℃)進(jìn)入旋風(fēng)分離器做離心運動，大顆粒在旋風(fēng)分離器底部被分離出來，小顆粒由旋風(fēng)分離器的中心筒進(jìn)入煙道，依次經(jīng)過蒸汽過熱器、省煤器、空預(yù)器等余熱回收裝置和布袋除塵器、爐外石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置等煙氣凈化設(shè)施處理后，送往高度100 m煙囪排放。鍋爐主要運行參數(shù)為：2臺裝機(jī)容量為40 t/h的流化床鍋爐, 煙氣量(標(biāo)態(tài)干基9%氧)為100 000 Nm3/h，爐膛燃燒區(qū)底部溫度為860～950 ℃，爐膛燃燒區(qū)頂部溫度為800～900 ℃，一級省煤器出口煙氣溫度為350～400 ℃.

1.2 提標(biāo)改造前煙氣治理工藝

2臺燃煤鍋爐為2009年建設(shè)，2011年正式運行，配套的環(huán)保設(shè)施與鍋爐主體同時投入使用。提標(biāo)改造前煙氣污染物治理采用爐外石灰石-石膏濕法煙氣脫硫和布袋除塵工藝，工藝流程見圖1.

圖1 煙氣提標(biāo)改造前工藝流程示意圖

改造前布袋除塵器出口煙塵濃度85 mg/Nm3，脫硫塔出口煙塵濃度45～60 mg/Nm3、NOx出口濃度400～650 mg/Nm3. NOx、煙塵排放濃度難以滿足特別排放限值要求。煙氣提標(biāo)改造前配套的環(huán)保設(shè)施運行參數(shù)為：入布袋除塵器煙氣含塵量為50 g/Nm3，出布袋除塵器煙氣含塵量為85 mg/Nm3，布袋除塵器氣布比為0.91 m3/(m2·min)，進(jìn)脫硫塔SO2濃度為4 000 mg/Nm3，出脫硫塔SO2濃度為100～200 mg/Nm3，脫硫塔鈣硫比為1.02，脫硫塔液氣比為22 L/m3，出脫硫塔煙氣含塵量為45～60 mg/Nm3，出脫硫塔煙氣NOx濃度為400～650 mg/Nm3.

2 煙氣治理提標(biāo)改造工藝

2.1 SNCR-SCR聯(lián)合脫硝工藝

SNCR(選擇性非催化劑還原)脫硝工藝是指在沒有催化劑的條件下，氨水噴入爐膛，在850～1 100 ℃的溫度區(qū)域，氨水進(jìn)行選擇性非催化反應(yīng)來還原煙氣中的氮氧化物，使其生成氮氣和水，達(dá)到降低煙氣中NOx排放濃度的目的。

在850～1 100 ℃條件下，SNCR煙氣脫硝主要化學(xué)反應(yīng)方程式見式(1)，當(dāng)脫硝還原劑噴入點的溫度過高時，還原劑NH3被氧化為NO，會增加煙氣中NOx含量，具體化學(xué)反應(yīng)方程式見式(2)[1]：

4NH3+4NO+O2→6H2O+4N2

(1)

4NH3+5O2→6H2O+4NO

(2)

SNCR脫硝技術(shù)主要優(yōu)點是無需添加脫硝催化劑，對脫硝改造場地條件要求低，適用于場地條件受限、入口NOx含量低的脫硝工程。缺點是窗口溫度難以控制，氨逃逸率高，脫硝效率低，大機(jī)組效率為25%～50%，小機(jī)組效率可達(dá)70%～80%.

SCR(選擇性催化劑還原)脫硝工藝是指煙氣在催化劑存在條件下向溫度280～420 ℃區(qū)域的尾部煙道內(nèi)加入氨水，氨水與煙氣中的NOx反應(yīng)，生成無害的氮氣和水，降低煙氣中NOx含量。主要化學(xué)反應(yīng)方程式見式(3)、(4)[2]：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

(3)

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

(4)

在無催化劑存在的情況下，氨與氮氧化物的反應(yīng)只能在1 000 ℃左右進(jìn)行，而SCR技術(shù)利用催化劑的催化作用可以降低反應(yīng)活化能，使反應(yīng)可在300～400 ℃下進(jìn)行。SCR脫硝技術(shù)主要優(yōu)點是脫硝效率較高，可達(dá)60%～90%.缺點是必須有催化劑，且要求具有300～400 ℃較佳的反應(yīng)溫度窗口。

鑒于以上原因，結(jié)合鍋爐結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)，設(shè)計在爐膛燃燒區(qū)上部溫度800～900 ℃的區(qū)域加裝SNCR(選擇性非催化劑還原)脫硝系統(tǒng)，在一級省煤器出口溫度350～400 ℃的區(qū)域加裝SCR(選擇性催化劑還原)脫硝系統(tǒng)，通過兩級脫硝工藝來降低NOx濃度，減少排放量，SNCR-SCR聯(lián)合脫硝工藝見圖2.

圖2 SNCR-SCR聯(lián)合脫硝工藝流程示意圖

聯(lián)合脫硝工藝是將SNCR的還原劑噴入爐膛技術(shù)與SCR工藝相結(jié)合，利用SNCR逃逸的氨作為SCR的還原劑，隨煙氣一起進(jìn)入后端SCR裝置，進(jìn)一步進(jìn)行催化反應(yīng)脫除NOx，充分發(fā)揮了SNCR工藝投資少、SCR工藝脫硝效率高的優(yōu)點。

聯(lián)合工藝的另一優(yōu)點是通過SNCR系統(tǒng)初步脫硝，降低了SCR裝置入口NOx濃度，減少了催化劑用量和反應(yīng)器容積，降低了SCR系統(tǒng)的成本。

2.2 高效濕法除塵工藝

當(dāng)前，鍋爐布袋除塵器出口含塵量70～85 mg/Nm3的煙氣，經(jīng)過脫硫塔洗滌后煙塵濃度降至45～60 mg/Nm3，仍無法滿足特別排放限值要求，為此設(shè)計采用二爐一塔的配置方式在脫硫塔后新增高效濕法除塵塔。煙氣高效濕法除塵工藝示意圖見圖3.煙氣由除塵塔的下部進(jìn)入，煙氣由下向上流動，洗滌液(水)借助噴淋泵經(jīng)噴淋管道進(jìn)入除塵塔的上部，洗滌液通過噴嘴形成小液滴，并借助重力作用落到洗塵塔內(nèi)，在此過程中煙氣中的粉塵和洗滌液充分接觸匯集、凝聚，達(dá)到凈化煙氣的作用。除塵塔噴淋層上方安裝有雙層折流板除霧器，用于去除煙氣中的水分，除霧器的上方安裝不銹鋼316L絲網(wǎng)組成的超級除霧器，用來攔截霧滴和粉塵，降低煙氣的含塵量。

圖3 煙氣高效濕法除塵工藝示意圖

2.3 煙氣治理提標(biāo)改造前后工藝對比

燃煤鍋爐煙氣治理提標(biāo)改造后新增1套SNCR-SCR聯(lián)合煙氣脫硝裝置、1臺高效濕法除塵塔來滿足煙氣的達(dá)標(biāo)排放要求，提標(biāo)改造后的工藝流程見圖4，提標(biāo)改造前后的環(huán)保設(shè)施對比見表1.

圖4 煙氣提標(biāo)改造后工藝流程示意圖

表1 煙氣治理提標(biāo)改造前后工藝對比表

3 煙氣治理提標(biāo)改造后運行效果分析

2×40 t/h燃煤鍋爐煙氣治理提標(biāo)技術(shù)改造項目已投入使用，鍋爐燃燒系統(tǒng)運行良好，對鍋爐蒸汽負(fù)荷無影響。2018年9月10日—11日山西某專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)對提標(biāo)改造后的環(huán)保設(shè)施進(jìn)行了特別排放限值驗收監(jiān)測，具體數(shù)據(jù)見表2，3.

表2 監(jiān)測期間生產(chǎn)工況表

由表3可知，蒸汽負(fù)荷在正常范圍內(nèi)調(diào)整時，煙氣中NOx經(jīng)過SNCR-SCR兩級脫硝工藝處理，工藝出口NOx濃度≤50 mg/Nm3，煙氣中SO2經(jīng)過爐外石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝處理，工藝出口SO2濃度≤150 mg/Nm3，煙氣中顆粒物經(jīng)過布袋+濕法除塵兩級除塵工藝處理，工藝出口顆粒物濃度≤25 mg/Nm3，煙氣污染物含量滿足大氣特別排放要求。

表3 鍋爐煙氣監(jiān)測結(jié)果表

4 結(jié) 語

通過一年的實際運行分析，采用SNCR-SCR聯(lián)合脫硝、布袋+濕法除塵兩級除塵工藝對燃煤鍋爐煙氣治理提標(biāo)技術(shù)改造，配合原有的爐外石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，可以確保2×40 t/h燃煤鍋爐煙氣污染物含量低于《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271-2014)中規(guī)定的大氣污染物特別排放標(biāo)準(zhǔn)。