燃煤锅炉烟气深度治理技术的研究与应用

2016-10-11王欣荣

绿色科技 2016年14期

关键词：吸收塔石灰石除尘器

刘娜，王欣荣

(平顶山天安煤业股份有限公司一矿，河南平顶山 467000)

燃煤锅炉烟气深度治理技术的研究与应用

刘娜，王欣荣

(平顶山天安煤业股份有限公司一矿，河南平顶山 467000)

以平顶山天安煤业股份有限公司一矿燃煤锅炉烟气深度治理工程为例，对锅炉现状进行了分析，指出了布袋除尘+湿法脱硫的组合工艺可以有效去除锅炉烟气中烟尘和二氧化硫对环境的污染，满足新的排放要求，具有技术先进、脱硫除尘效果佳，经济效益好等特点。

燃煤锅炉；烟气治理；脱硫；除尘

1　引言

平顶山天安煤业股份有限公司一矿(以下简称一矿)北山锅炉房内现有三台4T/h锅炉(二用一备)，主要为冬季职工洗澡、供暖及井筒加热提供服务。锅炉房位于平顶山市区北部，距离市区较近，且位于市区的上风向，锅炉烟气对周围环境影响较大。因原有烟气治理系统处理效率低，净化后的烟气排放浓度无法达到新的排放要求。

根据平顶山市“蓝天工程”规划及一矿“十二五”污染物总量削减要求，为了减少锅炉烟气排放对周围环境的污染，进一步改善全市环境质量，保证锅炉烟气达标排放，一矿对锅炉烟气深度治理技术进行了研究应用，以保证锅炉在使用时可以做到达标排放，工程于2015年11月完工投入使用。

2　研究方法

因一矿锅炉小，且要求烟尘排放浓度低于30 mg/m3，二氧化硫排放浓度低于200 mg/m3，因此除尘只有采用布袋除尘。鉴于现场位置十分紧凑的制约，布袋除尘器只有放在原有旋风除尘器位置处。脱硫采用湿法脱硫。在进行湿法脱硫时，因锅炉房四周位置十分有限，故为其三台锅炉设计两台布袋除尘器、两台脱硫塔，使三台锅炉形成两两互为备用。

2.1除尘器的选择

根据一矿三台锅炉的实际情况，采用PPC气箱式脉冲袋式除尘器。该除尘器是一种干式高效除尘器，它利用纤维编制物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物。其作用原理是尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截，细微的尘粒(粒径为1μm 或更小)则受气体分子冲击(布朗运动)不断改变着运动方向，由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径，尘粒便与纤维碰撞接触而被分离出来[1]。

根据丹尼斯和卡莱姆提出的一系列方程，以预测袋式除尘器的颗粒物出口浓度和穿透率[2]，根据理论联系本工程先进设计工艺，袋式除尘器的颗粒物出口浓度计算如下：

ρ2=[Pns+(0.1-Pns)e-aw]ρ1+ρR

Pns=1.5×10-7×exp[12.7(1-e1.03v)]

α=3.6×10-3v-4+0.094

其中：ρ2为颗粒物出口浓度，g/m3；Pns为无量纲常数；v为表面过滤速度，m/s；本工程设计气布比取值0.78 m3/m2/min；ρ1为颗粒物入口浓度，g/m3，袋式除尘器入口含尘浓度ρ1<800 g/m3；ρR为脱落浓度(常数)，g/m3,丹尼斯和卡莱姆采用的ρR为0.5 mg/m3;W为颗粒物负荷，g/m2。

根据公式计算得颗粒物出口浓度9 mg/m3。根据计算袋式除尘器的除尘效率为99.95%，因此保证除尘效率99.95%是可行的。

2.2脱硫方式的选择

目前世界上烟气脱硫技术(FGD)有上百种，但对小型锅炉采用最多的是湿法烟气脱硫技术，其总装机容量占世界脱硫总装机容量的80%以上，其中石灰石-石膏法、钠法、双碱法、镁法、氨法和海水法是目前世界上应用比较广泛的湿法烟气脱硫技术[3]。

双碱法烟气脱硫工艺是为了克服石灰石-石灰法容易结垢的缺点而发展起来的。它先用碱金属盐类的水溶液吸收SO2，然后在另一个石灰反应器中用石灰或石灰石将吸收SO2的溶液再生，再生后的吸收液再循环使用，最终产物以亚硫酸钙和石膏形式析出。由于在吸收和吸收液处理中，使用了不同类型的碱，故称为双碱法。

双碱法明显优点是，由于采用液相吸收，从而不存在结垢和浆料堵塞等问题；另外副产的石膏纯度较高，应用范围更广泛一些。根据以上分析，双碱法不但脱硫效率高和运行可靠性高，而且在一次性投资和运行费用方面也有很大的优势，也不会造成二次污染，因而是更加适合我国国情的一种成熟工艺。结合一矿的具体情况，故在该烟气脱硫项目中采用双碱法工艺。

3　主要工艺参数

3.1除尘器主要参数

布袋除尘器设备参数如表1。

3.2脱硫系统主要参数

根据现场位置将浆液循环置于脱硫塔内底部，在脱硫塔内形成再生。建设二台脱硫塔，通过烟道将三台锅炉烟气连通进入两台脱硫。脱硫塔设在锅炉房南侧现有澡堂位置处。脱硫塔直径设为φ2.5 m，高8.8 m，浆液池高度2 m，塔内气流上升速度0.85 m/s。

3.2.1浆液系统

吸收塔浆液最佳pH值在5.6～5.8之间，pH值是由吸收塔中补充的石灰石浆液的量决定的。而加入吸收塔的石灰石浆液的量的大小将取决于预计的锅炉负荷、SO2含量以及实际的吸收塔浆液的pH值。设置在吸收塔旁的在线pH值探头将测量吸收塔浆液的pH值。原烟气穿过吸收塔时，蒸发并带走的吸收塔中的水分以及脱硫反应生成物带出水，将导致吸收塔浆液的固体浓度增大。该浆液密度将通过返回滤液调节。

脱硫反应的产物与加入的石灰石浆液和密度调节水，在吸收塔浆液池中形成一种新的浆液。吸收塔石膏浆液由石膏排出泵泵入石膏旋流器中。吸收塔顶部设有放空阀，在正常运行时阀门是关闭的。当FGD装置停运时，阀门开启以消除在吸收塔氧化风机还在运行时或停运后冷却下来时产生的与大气的压差。

3.2.2氧化空气系统

烟气中本身含氧量不足以氧化反应生成的亚硫酸钙。因此，需提供强制氧化系统为吸收塔浆液提供氧化空气。氧化系统将把脱硫反应中生成的半水亚硫酸钙(CaSO3·1/2H2O)氧化为2水硫酸钙(CaSO4·2H2O)即石膏。氧化空气系统将为这一过程提供氧化空气。

每套吸收塔的氧化空气系统由2台罗茨式氧化风机(1运1备)及氧化空气分布系统组成。氧化空气分布系统含氧化空气喷枪及相应的管道、阀门。氧化空气通过氧化空气喷枪和吸收塔侧进式搅拌器的作用均匀地分布在吸收塔底部反应浆液池中，将亚硫酸钙氧化为硫酸钙。

3.2.3吸收剂制备系统

钠盐或石灰石粉进入石灰石浆液池，与工艺水配制成一定浓度的石灰石浆液，制成的石灰石浆液通过石灰石浆液泵送到吸收塔，并以烟气负荷，进口SO2浓度和pH值通过一个控制阀控制石灰石浆液进入吸收塔的量。吸收剂供应系统满足FGD所有可能的负荷范围。

3.2.4浆液排放回收系统

排水坑用来收集FGD系统正常运行，清洗和检修中产生的排出物。排水坑一满，排水坑泵自动将其中的液体输送至吸收塔或事故浆液箱。事故浆液箱用于储存吸收塔检修，小修，停运或事故情况下排放的浆液，通过石膏排出泵将吸收塔中的浆液输送到事故浆液箱中。通过事故浆液泵，浆液可从事故浆液箱输送回到吸收塔。设置事故浆液箱1个，φ2.4 m×2.5 m,有效容积：10 m3，事故浆液箱设置一台搅拌器。设置2台事故浆液箱泵，流量：10 m3/h，2台泵同时运行可将浆液返回到吸收塔的时间不大于8 h。设置吸收塔排水坑及搅拌器2套，排水坑泵2台。

3.2.5烟气系统

原经过布袋除尘器的烟气自引风机出口引出，通过新建钢烟道，分别进入吸收塔，从吸收塔出来的净烟气分别进入原烟囱排放。

原经过布袋除尘器的烟气经引风机升压后，烟气经过吸收塔的入口向上流动穿过喷淋层。在此，烟气被冷却、洗涤、饱和，烟气中的SO2、HCl、HF以及部分SO3等被吸收，灰尘被洗涤。经过喷淋洗涤的净烟气进入原烟囱。

4　结果与讨论

对烟囱进、出口烟气进行监测，连续监测3 d，每隔8 h监测一次。监测情况见表2和表3。

表2　出口烟气监测表(SO2)

经过治理，烟尘由进口的1800 mg/Nm3可降低至8 mg/Nm3，二氧化硫由进口的1300 mg/Nm3可降低至130 mg/Nm3，远远低于《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2001)的排放要求。因主要运行时间为冬季，按每年运行200 d计算，每年可少排放烟尘156.8 t，少排放二氧化硫97.24 t，减少了对周围环境的污染，有效提高周围的大气环境质量，具有良好的环境效益和社会效益。