小型燃煤锅炉和热风炉烟气脱硫脱硝及除尘技术应用——以山西省阳煤集团新景矿芦湖南热风房改造设计为例

段建田

(山西国辰建设工程勘察设计有限公司，山西 阳泉 045000)



小型燃煤锅炉和热风炉烟气脱硫脱硝及除尘技术应用
——以山西省阳煤集团新景矿芦湖南热风房改造设计为例

段建田

(山西国辰建设工程勘察设计有限公司，山西 阳泉 045000)

介绍了小型燃煤锅炉脱硫脱硝及除尘方法，通过工程实例对工艺进行了分析，结果表明，采用多管除尘器+喷淋散射塔处理设备，烟气的除尘处理效率为99.5%，脱硫效率为94%，采用SNCR脱硝技术，脱硝效率为50%。该工艺运行自动化程度高，是一种发展前景较好的烟气处理工艺。

烟气；脱硫脱硝；喷淋散射塔；SNCR

山西阳煤集团小型燃煤热风炉、燃煤锅炉数量较多，布点分散，目前绝大多数锅炉的脱硫除尘系统为湿式旋流板麻石除尘器，烟尘排放浓度达不到《锅炉大气污染物排放标准》 (GB 13271-2014)的要求，急需寻求新的可靠技术来解决这一问题。针对阳煤集团小型锅炉、热风炉的烟气治理项目，通过拟采取的脱硫脱硝除尘技术，能使烟气的烟尘、SO2、NOX浓度达标排放，我们选取了新景芦湖南作为技术应用点，新景矿芦湖南风井热风炉烟气治理后达到《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271-2014)标准(NOX<300mg/m3、SO2<300mg/m3、颗粒物<50mg/m3)要求[1]。

1 国内外研究开发现状和发展趋势

1.1 燃煤烟气脱硫技术

国内外控制SO2排放的重点是控制与能源活动有关的排放。控制方法有：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、末端尾气脱硫(烟气脱硫)。按照脱硫方式和产物的处理形式划分，烟气脱硫技术可分为湿法、半干法、干法三类，其中，湿法脱硫约占脱硫技术的85%。目前世界上采用烟气脱硫系统最多的国家有美国、德国、日本[2]。

1.2 燃煤烟气脱硝技术

控制NOX排放的技术措施可以分为两大类：一是所谓的源头控制，其特征是通过各种技术手段，控制燃烧过程中NOX的生成反应：另一类所谓的尾部控制，其特征是把已经生成的NOX通过某种手段还原为N2，从而降低NOX排放量。低NO燃烧技术措施一自是应用最广泛的措施，主要方法有空气分级燃烧、燃料分级燃烧、低氮燃烧、浓度偏差燃烧、烟气再循环等。与尾部控制脱硝相比，低氮燃烧法简单易行，可方便地用于现存装置，但NO的降低幅度十分有限，且燃烧热损失较多[3]。

烟气脱硝技术与NO的氧化、还原及吸附特性有关，可分为干法和湿法，目前有两类商业化的烟气脱硝技术，选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。

总结以上脱硫技术及脱硝技术可知，传统的脱硫工艺或脱硝工艺一个设备主要治理一种污染物，其占地面积大、一次投资和运行成本高。若要同时脱硫脱硝，则需安装两种不同的设备，企业将不堪重负。因此，传统的大气污染物治理思路已到了迫切需要转变的关键时刻，为了降低烟气净化费用，适应国内企业的需求，开发同时脱硫脱硝的新技术、新设备已成为烟气净化技术发展的总趋势。

2 原始设计参数

针对新景矿芦湖南现有5台型号为ZRL-2.8/w的燃煤热风炉，根据阳泉地区实际煤质，采用以下煤质参数进行分析计算：硫分2%，灰分20%，低位发热量20900kJ/kg(5000kcal/kg)。

根据以上煤质参数，经理论计算，燃煤热风炉烟气原始排放浓度为：颗粒物3959.2mg/m3，二氧化硫3167.4mg/m3，氮氧化物500～600mg/m3。

3 烟气治理工艺流程

热风炉排出的烟气先进入空预器，与冷空气换热后降温至150℃以下，降温后的烟气进入陶瓷多管式除尘器进行初步除尘(除尘效率在80%以上)，接着通过引风机将烟气送入喷淋散射塔，喷淋散射塔内烟气中的细小烟尘颗粒及SO2被脱除，烟气带水滴量也降至75mg/Nm3以下，净化后的烟气通过防腐的净烟道进入原水平砖砌烟道，再通过烟囱排入大气。

喷淋散射塔入口处1m采用碳钢内衬不锈钢，喷淋散射塔及出口净烟道采用碳钢衬玻璃鳞片。

4 系统设计

4.1 设计内容

新景矿芦湖南热风炉房烟气治理设计：①除尘采用陶瓷多管式除尘器+喷淋散射塔二级除尘；②脱硫采用双碱法，对原有控制系统进行优化和改造，提高自动化水平，使系统的稳定性和可靠性大大提高。脱硫塔采用成熟可靠的喷淋散射塔，其优点是脱硫效率高、运行费用低、对细小尘颗粒极高的捕获能力、对不同的脱硫工艺和负荷变动有很好的适应性；③脱硝采用炉内喷射尿素脱硝技术，因为目前在热风炉运行当中没有相应的实例，所以本次通过在热风炉炉膛的不同位置布置喷射孔的实验来设计出最优的方案。若NOX排放浓度降至100mg/Nm3以下，也可采用控温范围更广的QurdriDeNOX高分子炉内脱硝技术来达到排放指标[4-5]。

4.2 工艺特点

4.2.1 脱硫系统设计

脱硫工艺采用双碱法脱硫工艺，脱硫塔采用成熟可靠的喷淋散射塔，其优点是脱硫效率高、运行费用低、对细小尘颗粒有极高的捕获能力、对不同的脱硫工艺和负荷变动有很好的适应性。

(1) 喷淋散射塔优点

其脱硫吸收装置采用—喷淋散射塔技术。而脱硫工艺采用钠钙双碱法(NaR-Ca(OH)2)。采用纯碱启动、钠碱吸收SO2、石灰再生的方法。较之传统石灰石法等其它脱硫工艺，它有以下优点：①喷淋散射塔技术除了高效脱硫的特点外，还具有深度除尘的功能。②喷淋散射塔可在30%～110%的负荷波动下也能正常运行，而且吸收剂适应范围广泛，可适应氨法、石灰石法、镁法工艺。③吸收速度快，可降低液气比L/G，比传统石灰石喷淋法节省20%以上的电耗。④诱导结晶技术，塔内主要以钠基清洁吸收，把容易沉淀的离子交换工艺在塔外进行，沉淀结垢的风险移至吸收塔外，所以增加了系统的可靠性。⑤纯碱循环利用，提高了脱硫剂的利用率。

(2)喷淋散射塔设备构造

喷淋散射脱硫塔技术是喷淋塔和鼓泡塔脱硫相结合的一种新工艺。这种脱硫工艺可将SO2的吸收、氧化、溶解等工艺过程合并到一个单独的气-液-固相反应器中进行。

散射塔是由下仓、中仓和上仓组成。

中仓是由烟道入口、喷淋装置、上升烟道和烟气散射器组成，喷淋装置在对烟气进行降温、增湿的同时，可对烟气进行初步脱硫。

上仓是由烟气除雾器和烟道出口组成，烟气除雾器可保证烟气夹带水量低于75mg/m3。

(3)喷淋散射塔的脱硫原理

烟气脱硫的基本原理就是：酸+碱 = 盐+水，烟气中的SO2属于酸，吸收液属于碱，因此只要能使烟气中的SO2与吸收液充分接触就可产生盐和水，从而使烟气中的SO2被脱除。喷淋散射塔在进行烟气脱硫时采用的是喷淋+鼓泡，它完全可以满足酸碱的充分接触，以达到烟气脱硫的目的，同时，还可通过调节吸收液的液位高低，来增减烟气中的SO2与吸收液的接触时间，以满足国家不同时段对烟气中SO2的排放标准的要求。

其基本化学原理可分为脱硫过程和再生过程。

1)吸收过程：

(1)

(2)

(3)

以上三式视脱硫液酸碱度不同而异：

(1)式为吸收启动反应式；碱性较高时(pH>9)，(2)式为主要反应，碱性降低到中性甚至酸性时(5

2)再生过程：

(4)

(5)

(4)喷淋散射塔具有低运行成本和低能耗的优点

喷淋散射塔是结合喷淋塔和鼓泡塔的优点而创新的一种新型的吸收塔型，其对烟气污染物(烟尘、SO2、NOX)的吸收过程可分为二次，第一次吸收(以脱硫为例)是利用喷淋塔脱硫曲线的斜率最大段，即：脱硫效率最高处(液气比为1～4处)进行烟气脱硫，同时对进入喷淋散射塔的烟气还具有降温、增湿和对散射塔的中仓进行清洗的多重作用；第二次吸收是利用鼓泡塔散射器插入吸收液的深度与脱硫率的关系进行烟气脱硫，由于鼓泡塔在烟气脱硫时具有分散相(烟气中的SO2)对连续相(吸收液)的优点，使得喷淋散射塔具有更好的节能特点和更高的脱硫率。

4.2.2 脱硝系统设计

本次工程中采用SNCR(尿素)脱硝技术，其特点是：占地面积小；相比氨法安全性高；投资省，运行费用较低；相比SCR建设周期短；对热风炉系统阻力影响小。

SNCR(尿素)系统中主要包括：上料系统(或人工投料)，尿素溶解罐、尿素溶解储罐、溶液输送泵，电加热系统，溶液计量分配系统，空气冷却系统，涡流混合喷枪，配套的管道、阀门、电气自控组成。

(1)工艺流程简介：

在热风炉燃烧的烟气中氮氧化物包含了NO和NO2，而NO占到烟气中NOX的90%以上。所以脱硝过程以去除NO为主。所以这里仅列出以尿素为还原剂与NO在SNCR下的反应过程。其化学反应方程式为：

总的反应式为：

(6)

从以上反应方程式可以看出，在适当的炉膛温度下 NOX与还原剂(尿素)反应，生成无害的氮气、二氧化碳和水。但在式(7)中可以看出，在温度过高的情况下尿素本身也会被氧化成 NOX，反而会增加NOX的排放。

(7)

(2)脱硝系统设计

1)所以在 SNCR 的技术中，温度是至关重要的参数。为了更加准确的找到适合的喷射位置，本次工程中每台热风炉上计划分别布设6个喷射点和6个温度检测点。

2)尿素溶液配制过程中需配置电伴热，以防尿素溶解后的再结晶。

3)在整个脱硝工艺中，尿素溶液总是处于被加热状态。若尿素的溶解水和稀释水(一般为工业水)的硬度过高，在加热过程中水中的钙、镁离子析出会造成脱硝系统的管路结垢、堵塞。因此，必须在尿素中添加阻垢剂或采用除盐水作为脱硝工艺水。

4.2.3 除尘系统设计

除尘采用XDN陶瓷多管式除尘器+喷淋散射塔二级除尘。

(1)一级除尘：XDN型多管除尘器负荷适应性良好，不会随着处理风量增加而影响除尘效率。对于不同蒸发量锅炉的烟气除尘都可保证一定的除尘效率

(2)二级除尘：烟气通过喷淋散射塔，可以达到较高的除尘效率。

4.2.4 电气与控制系统

本工程控制系统，采用西门子S7-300散集中控制系统，系统的控制采用远程柜的方式来实现。吸收塔控制系统与机组控制系统分散集中之间的所有信号交换(包括：联锁、保护以及监视信号)，采用硬接线方式。

分散集中控制系统由操作员站、工业以太网、交换器、以及连接设备的DP电缆和网线组成整体的分散集中控制系统。

分散集中控制系统的功能，包括脱硫数据采集和处理系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、电气控制系统(ECS)。

以分散集中控制系统LCD显示器和键盘作为脱硫监视和控制中心，不再设置常规仪表盘。

5 结 论

采用所选用的工艺，处理后烟尘浓度19.8mg/m3，二氧化硫浓度190mg/m3，NOX的浓度300mg/m3，除尘处理效率99.5%，脱硫处理效率94%，脱硝处理效率50%。

[1] GB13271-2014，锅炉大气污染物排放标准.

[2]王潇.中小锅炉燃煤烟气脱硫脱硝一体化控制技术试验研究[D].浙江工业大学，2011.

[3]姚盛翔.改进双碱法同时脱硫脱硝试验研究[D].浙江工业大学，2011.

[4]韩颖慧.基于多元复合活性吸收剂的烟气CFB同时脱硫脱硝研究[D].华北电力大学，2012.

[5]王正华.煤粉炉内脱硫脱硝的试验研究[D].浙江大学，2003.

Small Coal-fired Boiler Flue Gas Desulfurization and Denitration Removal Technology and Blast Applications

DUAN Jiantian

(Shangxi Guochen Construction Engineering Survey and Design Co.，Ltd Shanxi yangquan，045000)

This paper introduces the small coal-fired boiler desulfurization and denitration dust removal method，Through an engineering example of process are analyzed，The results show that the multi-tube dust catcher and spray tower scattering processing equipment，Flue gas dust removal processing efficiency of 99.5%，the desulfurization efficiency of 94%，Adopting SNCR denitration technology，the denitration efficiency of 50%.The operation and a high degree of automation，It′s a good development prospect of flue gas treatment technology.

flue gas；desulfurization denitration；spray tower of scattering；SNCR

段建田，硕士研究生，毕业于西南大学环境科学与工程系

X81

A

1673-288X(2016)06-0135-03

引用文献格式：段建田.小型燃煤锅炉和热风炉烟气脱硫脱硝及除尘技术应用[J].环境与可持续发展，2016，41(6)：135-137.