钠剂干法脱硫工艺在燃气锅炉中的实践应用

2020-07-28刘俊明时元田

冶金动力 2020年7期

刘俊明,时元田,李磊

（莱钢能源动力厂，山东莱芜 271100)

前言

莱钢能源动力厂型钢区燃气锅炉均已安装烟气在线监测系统，根据2019 年9 月7 日执行的山东省第四阶段排放标准，结合改造前燃气锅炉运行情况分析，锅炉烟气SO2超标率均在90%以上，无法满足环保要求。如不采取相关脱硫技术措施，锅炉将面临环保处罚和限产、停产，势必影响生产稳定，而且造成煤气大量放散，严重影响公司生产顺行和效益提升。为实现锅炉烟气环保达标排放，必须对型钢各燃气锅炉实施烟气脱硫改造。型钢区各锅炉为燃煤气型锅炉，高炉炉况及煤气质量波动时有发生，烟气SO2小时值和日均值常发生超标现象，改造之前烟气SO2排放日均值约为80 mg/m3，不能满足《山东省区域性大气污染物排放标准》（DB37-2016）烟气污染物超低排放标准SO2＜35 mg/m3要求。

1 技术研究方案

1.1 技术研发总体思路

研发一套适合型钢锅炉烟气配套的脱硫除尘一体化装置，拟采用SDS钠剂全干法脱硫工艺，考虑占地空间小的“超级磨+管道反应法”脱硫技术，采用的脱硫剂为小苏打NaHCO3，脱硫效率达到90%以上，钠剂干法脱硫后烟气中SO2含量在35mg/m3以下。

对于新上脱硫工艺，必须满足如下条件：

（1）能够满足超低排放标准；

（2）不会对锅炉燃烧造成干扰，不影响锅炉效率、经济性；

（3）不能对环境造成二次污染，固废处理合规；

（4）改造场地有限，设备选型等考虑选择占地面积小的工艺；

（5）脱硫效率高，运行成本低，并具有环保前瞻性和长期适应性。

1.2 研发目标

通过试验找到一种可靠工艺应用于燃煤气锅炉脱硫，得到脱硫效率高，投资少，运行费用低，自动化程度高，可靠性好，副产物可以利用、符合超低排放标准的技术。

2 锅炉脱硫技术工艺设计

型钢燃气锅炉烟气脱硫方案为SDS全干法脱硫工艺，采用超级磨+管道反应法，见图1。

图1 SDS全干法脱硫工艺图

超级磨+管道反应法脱硫技术采用小苏打作为脱硫剂，从锅炉引风机出来的烟气经烟道引入脱硫除尘系统。烟气首先进入管道反应器，在管道反应器中喷入经超级磨磨细的脱硫剂（NaHCO3），脱硫剂与高温烟气中的SO2反应。净化达标后的烟气经脱硫增压风机抽吸回到烟囱，经烟气在线监测合格后排放。

工艺采用的脱硫剂为碳酸氢钠，将工业级碳酸氢钠研磨至微细颗粒（800 目）后喷入脱硫管道反应器中进行物理化学反应，以达到消除烟气中的SO2的目的。反应原理如下：

与其他酸性物质（如SO3、HF、HCl）的反应：

Na2CO3+SO3=Na2SO4+CO2

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2

Na2CO3+2HF=2NaF+H2O+CO2

干态粉状的脱硫副产物随烟气进入布袋除尘器。除尘器收集的脱硫灰经气力输送进入集中灰仓存储。脱硫副产物主要为Na2SO4等物质,可用于水泥、土壤固化剂或玻璃加工等。

3 脱硫装置设计

全干法脱硫系统主要由烟气系统、制粉及喷射系统、布袋除尘系统、脱硫灰输送系统、公辅系统等组成。见图2。脱硫采用U 形管道反应器，结构简单，无需频繁维护，脱硫剂的粒度达到800 目，满足脱硫系统反应活性要求的同时，考虑炉型、负荷、烟气含硫等方面因素，针对性强，药剂使用量低，运行成本低。

图2 脱硫装置图

3.1 烟气系统

脱硫烟气全部来自于锅炉煤气燃烧后产生的废气，通过烟道进入管道反应器、布袋除尘器、经增压风机增压后返回烟囱直接排放。脱硫烟气入口设置烟气在线监测仪表，用于实时监测烟气入口和脱硫后的排放浓度。其中脱硫处理后的烟气检测仪表数据与环保局联网，实时监控。图3 为增加脱硫后烟气工艺流程图。

图3 烟气工艺流程图

3.2 制粉及喷射系统

小苏打粉经计量螺旋后进入超级磨进行研磨制粉，研磨至800 目后被气力输送至管道反应器进行脱硫。

制粉及喷射系统主要包括小苏打（NaHCO3）储存仓、计量螺旋、超细磨和细粉喷射器等。

小苏打由计量螺旋加料机送入超细磨粉系统，通过磨粉系统的风机将脱硫剂超细粉送到喷射系统，喷入烟道和脱硫反应器。

图4为制粉喷射系统工艺流程图。

图4 制粉喷射系统工艺流程图

3.3 布袋除尘系统

系统采用低压脉冲布袋除尘器，由清灰系统、氮气系统、控制系统、除尘器及核心部件等设备组成。

3.4 脱硫灰输送系统

脱硫灰输送主要分为浓相气力输送、脱硫灰储存两部分，除尘仓有远程报警和自动输灰功能。

3.5 公辅系统

氮气系统接自氮气储气罐，用气压力0.4～0.6 MPa。

脱硫主要用电设备有：增压风机、除尘本体、输灰系统、磨机系统等。

4 药剂最佳反应温度控制的关键技术措施

试验初期，脱硫系统的反应温度由锅炉排烟温度自然决定，高负荷时排烟温度较高，脱硫反应温度也相对较高，可以达到150 ℃左右，基本满足脱硫设计要求，而在锅炉低负荷时，排烟温度较低，脱硫反应温度只有110～120 ℃左右，不能满足脱硫设计温度145～160 ℃，脱硫效率降低，其脱硫剂用量远大于设计值，达到了80～100 kg/h，无法实现设计脱硫效果，环保设施运行费用大大增加。详见表1。

表1 药剂加入方式和反应温度控制表

2019年2月，该系统在型钢65 MW 锅炉进行了煤气加热器旁通改造试验，在煤加煤气侧进口出口增加旁通后，可以调节烟气出口温度，从而提高脱硫烟气温度。在锅炉低负荷时，运行人员通过调节旁通阀开度来使烟气出口温度提高至140 ℃以上，保障脱硫效率。

5 应用效果分析

型钢锅炉烟气脱硫系统于2019 年2 开始连续调试，经过多次调试，锅炉烟气SO2含量日均值明显下降，能够满足《山东省区域性大气污染物排放标准》（DB37）第四阶段重点控制区域超低排放要求，实现锅炉稳定可靠运行，

截至2019 年12 月，锅炉烟气SO2含量日均值可实现25～35 mg/m3范围内任意控制，进一步实现了成本的可调可控，如表2。本项目实施以后，锅炉脱硫系统在喷药量40～50 kg/h 情况下，能够满足烟气超低排放要求，实现锅炉稳定可靠运行，规避企业因环保原因的停产压产风险，效益主要为环保效益和社会效益。