大型燃煤锅炉房超低排放改造

何崇智， 胡皓青， 郑炳健， 陈 博

(1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司 第六设计研究院， 天津 300384；2.宝鸡市热力有限责任公司 热源分公司， 陕西 宝鸡 721000)

1 概述

2018年12月29日，陕西省发布地方标准DB 61/1226—2018《锅炉大气污染物排放标准》，并于2019年1月29日开始实施，规定了陕西省省内在用燃煤锅炉自2020年4月1日起的污染物排放限值。本文结合工程实例，对陕西地区大型燃煤锅炉超低排放改造内容及改造效果进行介绍。

2 项目概况

陕西省宝鸡市玉涧堡锅炉房建成于2005年1月，现有3台70 MW燃煤热水锅炉，供热面积为330×104m2。配备布袋除尘器、脱硫设备以及脱硝设备(选择性非催化还原法，以下简称SNCR)。每台锅炉均配置1台布袋除尘器、1套脱硫设备、1套脱硝设备。改造前烟气处理系统见图1。烟气中氮氧化物在锅炉燃烧室内与尿素分解形成的NH3反应后生成N2、水，脱除氮氧化物后的烟气进入布袋除尘器除尘，最后经吸收塔脱硫后由烟囱排入大气。

图1 改造前烟气处理系统

锅炉房位于城市建成区内，DB 61/1226—2018规定的2020年4月1日起执行的污染物排放限值为：颗粒物质量浓度10 mg/m3、氮氧化物质量浓度50 mg/m3、二氧化硫质量浓度35 mg/m3。

根据实测数据，除尘前烟气颗粒物质量浓度≤4 500 mg/m3,脱硝前烟气氮氧化物质量浓度约400 mg/m3，脱硫前烟气二氧化硫质量浓度≤2 300 mg/m3。经改造前烟气处理系统处理后，颗粒物质量浓度为20 mg/m3，氮氧化物质量浓度为200 mg/m3，二氧化硫质量浓度为200 mg/m3。由此可知，改造前烟气处理系统不符合DB 61/1226—2018。因此，需要对除尘装置、脱硝设备、脱硫设备进行改造。

改造方案保留现有布袋除尘器、SNCR脱硝设备，增设湿式电除尘器、SCR(选择性催化还原)脱硝设备，对吸收塔、浆液循环泵进行升级改造。

3 改造内容

3.1 系统流程

改造后烟气处理系统见图2。烟气先在炉内脱硝，然后进入SCR脱硝设备进一步脱硝。对于SCR脱硝设备，由于催化剂条件下反应温度要求控制在320～420 ℃，反应后排出的高温烟气易破坏布袋除尘器。因此，SCR脱硝设备排烟先经过二级省煤器，温度降低至150 ℃左右后，再进入布袋除尘器。除尘后的烟气经引风机进入吸收塔脱硫。为进一步降低颗粒物质量浓度，脱硫后的烟气进入湿式电除尘器再次除尘后排放。

图2 改造后烟气处理系统

3.2 改造内容

① 增设湿式电除尘器

保留布袋除尘器，在吸收塔后增设湿式电除尘器。1台锅炉配套1台湿式电除尘器，共3台。湿式电除尘器布置在吸收塔出口与总烟道之间，吸收塔出口烟气先进入湿式电除尘器除尘，再进入主烟道通过烟囱排放。

湿式电除尘器与干式电除尘器的除尘机理相同，但两种除尘器对集尘极上捕集粉尘的清除方式不同。干式电除尘器通过机械振打方式清灰，湿式电除尘器采用冲刷喷淋等湿式清灰方式。因此，湿式电除尘器能够有效控制二次扬尘，而且湿式电除尘技术具有更高的除尘效率，除尘效率可达90%[4]。

⑧Keynes J．M．，The Collected Writings of John Maynard Keynes，Vol．26，Activities 1941 ～1946．

② 脱硝设备改造

改造现有SNCR脱硝设备，增设SCR脱硝设备。在SCR脱硝设备选型时，考虑了以下因素：一是控制催化反应器的尺寸，减少催化剂用量。二是减小烟气阻力，以保留原引风机。脱硝设备仍然采用尿素作为还原剂，尿素为固体颗粒物，与氨水、液氨相比，储存运输更加安全。固体尿素颗粒由尿素溶液制备系统转化为尿素溶液后分别送入炉内、SCR脱硝设备。

a.SNCR脱硝设备改造

由于锅炉房建成时间较早，不仅炉排腐蚀严重，换热效率降低，而且经常出现因腐蚀引起的漏水事故，严重威胁安全稳定运行，以上问题在本次SNCR脱硝设备改造中一并解决。

原有的尿素溶液喷嘴仅设置在锅炉燃烧室顶部，本次改造除在燃烧室顶部增加喷嘴数量外，还在上层炉排两侧增设尿素溶液喷嘴。增加自动检测及喷嘴流量控制装置，保证尿素溶液有足够的穿透深度和覆盖面。将烟囱出口烟气中氮氧化物质量浓度作为反馈值，与设定的氮氧化物质量浓度进行PID比较运算，控制尿素溶液流量。

b.新增SCR脱硝设备

SCR脱硝设备的反应器采用固定床形式，催化剂为模块放置，采用蜂窝式催化剂，烟气自上向下流动。

③ 脱硫设备改造

锅炉房现有4台(3用1备)浆液循环泵，1台浆液循环泵对应1台吸收塔。每台吸收塔喷淋层为3层，3台吸收塔共用1个循环浆池。

受空间限制，仅对脱硫设备进行局部优化改造。一是对现状吸收塔增高，每台吸收塔增加1层喷淋层，更换除雾器及支架。二是增大浆液循环泵流量，保证足够液气比及气液接触时间，以提高脱硫效率。更换后浆液循环泵流量由450 m3/h提升至1 200 m3/h。浆液循环泵数量及安装位置保持现状，以减少土建工程量并降低改造难度。

4 改造效果

改造项目于2019—2020年供暖期前完工。2019—2020年供暖期，环保部门对烟气的在线检测数据显示：低负荷运行工况下(锅炉额定热功率的40%～60%)，颗粒物质量浓度0.47 mg/m3，氮氧化物质量浓度28.23 mg/m3，二氧化硫质量浓度2.15 mg/m3。平均负荷运行工况下(锅炉额定热功率的60%～90%)，颗粒物质量浓度1.5 mg/m3，氮氧化物质量浓度31.2 mg/m3，二氧化硫质量浓度18.9 mg/m3。高负荷运行工况下(锅炉额定热功率的90%～110%)，颗粒物质量浓度2.19 mg/m3，氮氧化物质量浓度30.20 mg/m3，二氧化硫质量浓度27.30 mg/m3。

由以上数据可知，超低排放改造后，不同负荷条件下污染物排放质量浓度均符合DB 61/1226—2018。

5 结语

随着陕西省地方标准DB 61/1226—2018《锅炉大气污染物排放标准》实施，省内燃煤锅炉超低排放改造工作迫在眉睫。此项目在充分利用旧设备的基础上，投资2 200×104元进行改造，当年投资当年投产。实现了既定环保目标，解决了锅炉房周边居民的污染投诉问题，取得了良好的环境及社会效益。