某炼化企业自备电厂超低排放改造研究

文_陈星 中国昆仑工程有限公司

2014年9月，国家发展改革委、原环保部、国家能源局联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》提出“东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值”的目标。2015年12月2日，国务院总理李克强主持召开的国务院常务会议，提出“东部地区燃煤机组超低排放改造时间提前，由原来的2020年提前至2017年底。”因此，在节能减排形势日益严峻，环境法规逐渐完善的背景下，随着炼化企业清洁生产、循环经济模式、节能减排目标责任考核等政策的实施，企业自备电厂面临着更加严峻的环保压力，仅靠管理是不够的，必须要依靠技术革新来实现新的突破，提高节能减排的技术水平和管理水平，确保节能减排考核目标的顺利完成。对现有烟气处理装置进行“超低排放”改造成为企业自备电厂技术革新的一种，也符合国家节能减排政策和环境管理发展要求。

目前，超低排放的技术路线由高效脱硝、高效除尘、高效脱硫和脱硫后低浓度粉尘高效脱除几个部分组成。常用的脱硝方案为低氮燃烧改造或增加催化剂用量来实现超低排放，但增加催化剂用量会增加烟气中SO2的转换，且增大氨逃逸风险，因此需要对脱硝系统进行流场模拟与核算。对于脱硫超低排放主要是提高现有湿法脱硫塔的脱硫效率，目前成熟的脱硫增效措施有增加喷淋层、持液盘、提效环和双塔/单塔双循环等技术，需根据锅炉及现有脱硫塔情况选择合适脱硫改造方案。除尘是超低排放中的一个难点，现有成熟的超低排放除尘工段分脱硫前和脱硫后两部分组合完成。脱硫前主要有低低温静电除尘、旋转电极静电除尘、复合电袋、布袋除尘等技术方案，仅靠脱硫前除尘是无法实现烟气超低排放的粉尘要求，还需在脱硫后增加高效除尘。目前，应用较成熟的是管束式除尘除雾器超低排放除尘一体化技术、湿式静电除尘器3种路线。实施超低排放后增加设备或改造脱硫塔均会增加烟风系统阻力，需要对引风机进行核算。本文基于某炼化企业自备电厂烟气超低排放改造工程进行分析，为其它地区炼化公司自备电厂提供工程解决方案。

1 工程概况

某炼化企业自备电厂为460t/h 高温高压四角切圆煤粉炉HG-460/9.8-YM21型。现采用选择性催化还原（SCR）脱硝布袋除尘、石灰石-石膏湿法脱硫进行烟气治理，排放指标满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）要求，即SO2＜100mg/Nm3，NOx＜ 100mg/Nm3，粉尘 ＜30mg/Nm3。

2 脱硝改造工艺

目前锅炉采用第一代百叶窗式水平浓淡低氮燃烧技术，该技术煤粉燃尽可能会较差；水冷壁附近的气氛还原性强，当煤种的含硫较高时，会产生高温腐蚀，当灰熔点不高时，会产生结渣现象。本次低氮改造采用第三代百叶窗式水平浓淡燃烧器，与高位分离燃尽风系统及多角布置的二次风相结合。该技术通过水平浓淡煤粉燃烧与炉内空气垂直分级燃烧相结合而形成立体分级燃烧，能有效降低NOx排放，强化劣质煤的燃烧稳定性，保证高效燃烧，并拓宽燃料适应性。保证省煤器出口NOx排放浓度不大于350mg/Nm3。

SCR脱硝反应器目前装有三层催化剂，其中最下层板式催化剂运行已超24000h。现有催化剂实现超低排放会严重影响催化剂寿命，且有氨逃逸增加的风险，故本次改造更换最下层催化剂。采用16孔蜂窝式催化剂，每台反应器用量61m3。

采用CFD数值模拟方法对SCR系统流场进行计算分析，以保证进入反应器的NOx和氨气达到良好的湍流混合，确保速度分布、烟气分布以及还原剂浓度分布合理，系统压力损失最小。对现有SCR反应器从进口烟道的喷氨格栅至反应器出口导流板烟道系统均严格按照现有的实际值进行模拟。结果表明烟气在SCR反应器入口中心位置存在流速洼区，后续的整流格栅未充分发挥作用；烟气流速分布均匀度不高，速度分布的绝对偏差已经超过超低排放的要求（Cv＜10%），现有SCR反应器内烟气分布均匀度偏低。

本项目对SCR反应器中喷氨格栅、整流格栅及导流板等内件进行改造，配合低氮燃烧以及增加氨量，实现超低排放。

3 布袋除尘器改造

布袋除尘器过滤风速0.908m/min，在正常生产中能满足出口粉尘小于35mg/Nm3的要求，但布袋破损或者单阀盖旁路阀漏烟气时容易造成出口粉尘超标。因此本次改造对布袋除尘器进行彻底检查，更换破损布袋，检查旁路和花板的密封性，确保粉尘出口达标，并将旁路阀更换为双阀盖且增设密封风，密封风由风机取自布袋除尘器出口净气室中热的干烟气，对双阀板间进行密封。

4 脱硫改造工艺

目前锅炉烟气中SO2浓度在1600～1956 mg/Nm3之间。经核算，在SO2浓度低于1600mg/Nm3开启三层喷淋可达到二氧化硫出口低于35mg/Nm3；当SO2浓度接近上限时，开启四层喷淋才可达到出口低于35mg/Nm3。考虑到本次改造还涉及到粉尘的超级排放，因此需要增加脱硫塔对烟气中的粉尘脱除效果，在脱硫塔增设一层持液盘，既能在处理高含硫烟气时有备用喷淋循环泵，还能提高脱硫塔除尘效率。持液盘采用2205合金钢材质，开孔率35%，孔径35mm。

5 高效除尘改造工艺

从投资成本、运行经济性、可靠性、改造工期并结合该电厂现场改造实际情况几个方面综合考虑，本次改造采用管束式高效除尘技术。

吸收塔顶部原有两级屋脊式除雾器，高度为5.495m，不满足管束式除尘除雾装置的安装空间要求，故将吸收塔除雾区加高2m。更换除雾器后，吸收塔出口粉尘浓度≤5mg/Nm3，达到烟尘超低排放。管束装置为A型，采用改性高分子材料，壁厚4mm，规格φ450×2600mm。

6 超低排放改造效果

某炼化企业自备电厂完成超低排放改造后，设备运行情况良好，性能指标达到设计要求，且运行能耗在国内同类型企业中处于领先水平。表1为某炼化企业自备电厂烟气总排出口监测指标。

表1 某炼化企业自备电厂排放监测指标

7 结论

本文提出了针对460t/h燃煤锅炉“低氮燃烧改造+SCR增加备用层催化剂+脱硫塔内增加持液盘+管束式高效除尘器”的超低排放改造方案，并在某炼化企业自备电厂超低排放改造中得到全面验证，得出结论：①低氮燃烧是一种有效控制氮氧化物排放的手段，配合SCR系统可以稳定实现氮氧化物的超低排放。②持液盘对脱硫效果具有多重有利作用，通过对脱硫塔入口烟气的均匀分布，提升脱硫塔的吸收效果，还提高了传统喷淋塔的除尘效率。管束式除尘除雾器具有投资低，运行成本低，改造工程少，工期短等优点，可满足烟尘的超低排放。③超低排放改造完成后，某炼化企业自备电厂每年新增减排量NOx为1281t/a，SO2为974.6t/a，烟尘为300t/a，环境效益和社会效益突出。