某化肥厂3×130t/h锅炉脱硝、除尘改造方案

贺慧宁,孙 惠,严美霞

(中国空分工程有限公司，浙江 杭州 310051)

某化肥厂动力车间3台130t/h锅炉，系中压、循环流化床锅炉，型号：HGG-130/3.82-L.HM。设计燃用煤种为褐煤，引风机设计流量310000 m3/h、一次风机设计流量113685 m3/h、二次风机设计流量65660 m3/h、返料风机为罗茨风机，排烟温度为150℃。烟气采用布袋式除尘器，尾部无脱硝装置。

改造前，锅炉运行氮氧化物指标为350～380mg/m3，烟气颗粒物指标为80～100mg/m3，根据《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)[1]，65t/h以上燃煤锅炉(现有循环流化床锅炉)氮氧化物及烟气颗粒物指标分别为200mg/m3及30mg/m3，该厂锅炉氮氧化物及烟气颗粒物排放指标均超出国家标准。为达到国家排放要求，坚持科学发展观，实现可持续发展战略，该化肥厂决定在现有3×130t/h锅炉上装设烟气脱硝装置，并对原有的布袋除尘器进行改造。

1 改造技术原则

(1)可能按现有场地条件安排烟气脱硝、除尘工程，使工艺设施布局合理、安全、操作方便，对各设施的影响最小。

(2)尽量避免脱硝副产物的二次污染，脱硝工艺应尽可能减少噪音对环境的影响。

(3)尽量节约能源和水源，降低脱硝、除尘系统的投资和运行费用。

2 脱销改造

2.1 脱销工艺选择

2.1.1 方案一：SCR烟气脱硝技术

以NH3作为还原剂，将烟气中的NOx还原成N2和H2O。反应温度为200℃～400℃，SCR系统一般布置在省煤器与空预器之间。

2.1.2 方案二：SNCR烟气脱硝技术

用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，反应温度为850～1100℃，还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2。

本项目锅炉后端空间狭窄，布置反应器较为困难，施工难度较大，不适合SCR技术的实施，最终选择SNCR作为该厂的脱硝工艺技术，以氨水作为还原剂。

2.2 SNCR工艺系统

SNCR系统主要由氨水配置系统、氨水稀释供应系统、还原剂炉前喷射及雾化风系统组成。

2.2.1 氨水配置系统

利用化肥车间原氨水配置系统，配置成20%～25%浓度的氨水。配置系统20%氨水配置能力为3m3/h。

2.2.2 氨水稀释供应系统

氨水配置车间配置经输送泵输送至炉前稀释罐，与除盐水混合稀释成5%～10%的氨水溶液，再经供应泵输送至喷射器前。

2.2.3 炉前喷射及雾化风系统

本项目3×130t/h循环流化床锅炉，炉膛出口温度约为800℃，因此还原剂喷射装置最佳位置是炉膛出口、分离器入口段。

炉前喷射系统设计为三层，喷枪布置在旋风分离器的入口，满足氨水和NOx发生反应的温度条件，每个旋风分离器入口布置3根喷枪，每台炉布置6根喷枪。

喷枪上的氨水进口和雾化风进口为快速接头连接，雾化风来自电厂一次风机出口。

2.3 SNCR脱硝效果保证措施

SNCR脱硝核心技术在于喷枪布置的温度区域、喷枪的雾化效果及与烟气的混合效果。

本项目设计阶段是根据锅炉设计资料和实际情况，建立计算机数学模型，模拟炉内燃烧温度的分布，将整个锅炉的燃烧温度场模拟计算出来，与现场实际测量的温度场进行对比分析，找出了最佳的SNCR反应温度区间。在选择好合适的温度区间后，还需对喷枪的喷射效果及烟气的混合效果进行模拟，保证还原剂与烟气充分接触，混合均匀。

3 除尘改造

3.1 除尘器设计条件

除尘器入口烟气量： 320000 m3/h；

除尘器入口烟气温度：140～150 ℃；

入口烟尘浓度: 20g/Nm3；

出口含尘浓度: <30 mg/Nm3；

本体漏风率：<2%；

本体运行阻力：≤1200 Pa。

3.2 改造方案比选

由于受到场地条件限制，布袋除尘器改造方案的关键点在于增加有效的过滤面积，共有三个方案。

3.2.1 方案一

调整单一滤室单元，滤袋分布，增加水平面滤袋密度。在不增高壳体的基础上，不加长柱距，不加宽跨距，对原单一滤室单元X方向5000mm、Y方向3200mm矩形范围内(共12个单元)，进行重新布置，在原柱距范围内重新布置布袋除尘器的花板。

3.2.2 方案二

增加滤室单元的整体高度，增加单个袋笼的长度。将原除尘器袋室加高，进而更换花板、喷吹管、滤袋、袋笼等部件，袋室Y方向的高度增加，是为了更换更长的滤袋，同样也可达到增加过滤面积的效果，满足烟尘最终达标排放。

3.2.3 方案三

利用电袋复合除尘器来保证烟尘达标排放。由于布袋受温度、湿度影响较大，考虑系统和可靠性原因不考虑采用布袋除尘器方案。

本项目考虑方案一与方案二，对滤室单元做重新布置，两种改造方案技术及性能对比见表1，两种改造方案费用比较见表2。

表1 不同改造方案技术及性能对比表

表2 不同改造方案费用

从电除尘器运行安全可靠性上看，两种方案均可满足达标排放，方案一不改变整体袋室高度，仅增加单一滤室滤袋的水平布置密度，即做到了有效增加过滤面积，又最小范围减少了对本体的改动，比方案二将原除尘器袋室整体加高方案运行安全可靠性高些。

从工程造价上比较，方案一不改变整体袋室高度，仅增加单一滤室滤袋的水平布置密度方案静态改造费用比方案二将原除尘器袋室整体加高方案节省约51.36万元。

从改造工期看，方案一单台炉改造23天比方案二单台43天施工周期短约19天。

从施工难易度上看，方案一比方案二工程改动量较小，施工难度降低。

综上所述，从技术成熟度、工程造价、改造周期、运行可靠性、施工难度难易角度看，采用方案一，此方案做到了有效增加过滤面积，又最小范围减少了对本体的改动。

4 环境社会效益

4.1 NOx排放控制

3×130t/h锅炉初始NOx排放浓度按380mg/m3，机组脱硝年利用时间为8000h，按照脱硝效率60%计算，SNCR脱硝改造后，则3台锅炉年减排NOx总量约777吨，这对改善当地的大气环境质量有着重要作用。

4.2 粉尘排放控制

粉尘排放量从50mg/m3降至30 mg/m3，粉尘排放降低幅度达40%，3台锅炉年减少粉尘排放量约68吨。

4.3 社会效益

除了酸雨的形成外，锅炉排放的氮氧化物还会与碳氢化合物发生反应，产生致癌物质，对人体产生严重影响。本工程实施后，该化肥厂的NOx排放浓度大幅降低，能满足“大气污染物排放的火电厂”(GB13223-2011)。通过脱硝、降尘工程的实施，NOx年减排量可达约777吨，粉尘年减排量约68吨，将有助于改善当地大气环境，具有良好的宏观社会效益。