多污染物一体化控制环保设备的集成研究及开发

文_常慧芬 王中雷 伊洋 卓朝福 中节能六合天融环保科技有限公司

燃煤锅炉作为火电厂的重要设备，同时也是环境污染的源头。近年来随着环保政策的不断趋严及标准密集出台，很多燃煤锅炉都配套有环保设施，按照各地区控制要求的差异化，重点地区开始要求实现超超低排放。

基于“燃煤锅炉污染物一体化控制技术研究及工程示范”成果，在PM2．5、SO2、NOx控制反应机理及反应间耦合/竞争机制、核心设备研制、一体化控制示范的基础上：按照国家更高的排放标准，开发超超低排放工艺技术；使PM2．5、SO2、NOx分别达到5mg/Nm3、10mg/Nm3、30mg/Nm3，并满足国家新提出的锅炉烟气排放温度和含湿量要求。

1 设备的集成研究及开发

1.1 设计方案

以480t/h 常见燃煤锅炉作为环保设备的设计参考锅炉，进行烟气超低一体化控制装置的研究。

烟气经过金属间化合物柔性膜高温除尘装置进行PM 除尘，除尘后烟气进入新型微孔SCR 装置进行脱硝，随后烟气经过余热回收装置进行降温，降温后的烟气混入臭氧发生装置产生的臭氧在此氧化氮氧化物，最后烟气进入氨法喷淋散射塔脱硫硝，净化后的烟气经引风机引入烟囱排放，

1.2 工作原理

每个处理系统单独集成安装，烟气经锅炉尾部受热面进入金属间化合物柔性膜高温除尘器，烟气经尘降后，顺次进入新型微孔SCR 脱硝装置，NOX经尘降后，进入余热锅炉系统，除盐水作为冷媒介与烟气进行换热，吸热提高水温后作为锅炉进水口供水，烟气余热利用，达到节能的效果。换热后的烟气中通入臭氧进行高级氧化，将未反应的NOx及其他有害气体进行氧化，生成可溶于水的多种高价态氮氧化物，氧化后的烟气进入尾端同时脱硫脱硝除尘装置，采用氨水溶液喷淋散射吸收。吸收净化后的烟气经引风机进入烟囱排放。单独集成系统与系统间通过烟道连接。

1.3 集成装置功能

1.3.1 高温除尘

目前燃煤烟气中污染物NOx治理技术主要选用SCR 工艺，多属于高灰布置，含灰量大不仅易造成催化剂磨损、中毒、堵塞等，且空预器也易积灰腐蚀，在超净排放的大背景下，污染物的深度脱除面临挑战，将SCR 布置于高温除尘系统后能有效解决以上常见问题，也是污染物治理技术中的关键问题。高温除尘技术与目前常规技术相比，他的使用温度可达到600℃，过滤袋材质为金属间化合物柔性膜，具有耐磨性、抗氧化性、选择性分级过滤、PM 级过滤、独立集成设计等优点。

1.3.2 微孔SCR脱硝

基于高温除尘技术，烟气先除尘后进入SCR 反应器，催化剂安放在一个固定撬装的反应器内，反应器设计为整体座式型，烟气穿过催化剂层NOX经催化还原为N2和H2O。在低尘布置下，催化剂可选择微孔型，即单位体积内有效体积增多。低尘布置下采用微孔催化剂可降低反应器成本。

1.3.3 余热锅炉

系统采取卧式集成设计，分成受热面部分和公用部分。公用部分旁置：包括软化水箱、水泵和控制系统。受热面部分主要为省煤器、水管路集成组成。系统采用高效传热元件—热管，较一般余热回收装置有许多明显优点。

①各换热设备之间有烟道连接，中间烟道上设入孔（供设备安装和停炉检修时使用）。

②省煤器是由热管元件组合而成。热流体的热量由换热管传给水套管内的饱和水（饱和水由下降管输入），并使其加热，这样热管不断将热量输入水管，达到将热烟气降温的目的。

③整个系统中省煤器采用积木式模块化箱体结构设计，全部受压元件的组焊均在厂内完成，分段出厂，现场吊装，减少现场安装焊口，集成设计安装。

1.3.4 臭氧氧化

经余热锅炉降温后的烟气混入臭氧发生装置产生的臭氧在此将烟气中未发生SCR 反应的NOX再次氧化为高价态氮氧化物。臭氧发生器包括：臭氧发生室、臭氧电源柜、发生器中粉尘过滤器、减压阀、流量计、变送器等集成设计，便于安装控制。

1.3.5 氨法脱硫脱硝

本系统包括脱硫硝反应塔。公用系统、分离系统等。湿法脱除剂采用20%氨水，公用系统包括氨水储罐、氨水泵、工艺水罐、工艺水泵等，分离系统部分包括结晶蒸发器、冷却结晶槽、离心分离机、滤液槽等；喷淋层布置于脱硫硝反应塔顶上部，烟气自下而上经过喷淋区，烟气中硫氧化物、氮氧化物被吸收后自塔顶排出。以实现超超低排放要求。

1.3.6 除雾装置

经湿法脱硫脱硝的烟气中夹带直径10 ～30μm 的液滴，小粒径粉尘，对后端尾部烟道具有一定的腐蚀性，除雾器具有捕集的功能，利用液滴的惯性和重力原理，分离烟气和颗粒物、水份滞留在塔底。

1.3.7 自动化控制系统

先进的完全自动化控制是超净排放工艺系统中关键技术。高温金属膜除尘系统中设置有风门自动阀，温度远传，差压变送等可远程调控仪表，可根据系统不同的运行情况做在线调整，保护除尘器。微孔SCR 系统氨区氨水罐、供氨泵、仪表、调节阀等按照撬装设置，根据锅炉负荷在线调整供氨量，实现经济性。余热锅炉进水系统装有电动调节阀，可实现设备自动化进水，锅炉出水口安装温度变送器与进水口调节阀、泵连锁启停，保证余热锅炉安全稳定运行。脱硫硝塔浆池部装有PH 值变送器，由PLC 控制氨量的注入量，同时注入泵出口安装有电磁流量计，可达到理想的效果。

2 结果分析

该套环保装置于2019 年7月在某电厂进行了现场试验。为保证装置的安全运行稳定，设计如下：

①每个系统单独集成设计，设备之间采用烟道连接，接口采用法兰连接便于安装及拆卸。

②氨区箱罐、泵、阀门、仪表采用撬装设计，底座采用22#槽钢结构，保证运行时安全稳定。

通过整套装置10d 的连续运行，分别监测SO2、NOx、PM进出口浓度值。结果如图1、图2、图3 所示。

图1 NOX 浓度变化曲线

图2 SO2 浓度变化曲线

图3 PM2.5 浓度变化曲线

从图1、图2 和图3 得出：环保装置未加装前锅炉出口PM值30 ～35g/Nm3，NOx浓 度 值400 ～450mg/Nm3，SO2浓度值4000 ～4500mg/Nm3。加装环保装置后烟囱出口PM2．5、SO2、NOx分别达到5mg/m3、10mg/m3、30mg/m3，达到超超低排放环保标准要求。

3 结语

超超净环保一体化控制设备较传统工艺显著降低出口污染物浓度值。独立系统集成设计，系统之间采用烟道活动连接，便于检修。集成设计达到布局美观、紧凑，便于控制。一体化控制实现物耗在线连锁调节，实现经济节能。

通过现场实际运行数据分析，采用一体化控制环保设备，解决了燃煤锅炉超净排放工艺效率低等问题，做到了燃煤锅炉超超净排放目标。高温除尘后脱硝，延长了催化剂的使用寿命，降低了反应器的成本投资。