一体化脱硫脱硝除尘运行试验及优化改造

郝宏飞

(山西焦煤集团五麟煤焦开发有限责任公司，山西 汾阳 032200)

引 言

现阶段，煤炭在我国能源结构中仍占据主导地位，我国每年大量消耗煤炭在快速发展经济的同时，导致环境被严重污染。原因在于，煤炭中含有大量的硫化物、氮化物等，燃烧后产生大量的SO2、NOx等污染气体，同时，还会产生大量的粉尘[1]。火力发电作为煤炭的最大应用行业，为减小对环境的污染，根据国家发改委最新下发的通知要求，所采用的燃煤发电机所排放出烟尘的质量浓度不得大于5 mg/m3，SO2的排放量不得大于35 mg/m3，NOx的排放量不得大于50 mg/m3。为此，需对当前燃煤发电机组的脱硫脱硝以及除尘效果进行改进。

1 一体化脱硫脱硝除尘运行试验研究

1.1 一体化脱硫脱硝除尘工艺研究

目前，针对煤炭燃烧后所产生烟气中硫化物、氮化物以及粉尘的处理仍然主要以国外引进的SCR技术为主，该技术在实际应用中消耗大量的催化剂和吸收剂，成本非常高，对于发电行业而言每年消耗的煤炭量非常巨大，若一直采用SCR技术脱硫脱硝除尘的话将大大增加生产成本。经分析，SCR技术应用成本过高的主要原因在于对烟气中的硫、硝以及粉尘的处理是分段进行的。为此，实现脱硫脱硝除尘的一体化功能将是降低投资、控制成本的有效途径。一体化脱硫脱硝除尘的工艺流程如图1所示。

图1 一体化脱硫脱硝除尘工艺流程图

一体化脱硫脱硝除尘工艺流程采用水喷淋+氨水中和的技术将脱硫、脱硝以及除尘集中于一套系统中。目前，基于一体化脱硫脱硝除尘技术的kTLF100000/2140L脱硫脱硝设备已经应用于实际生产中。

1.2 一体化脱硫脱硝除尘试验效果分析

为验证该设备的脱硫、脱硝以及除尘效果，需对烟气排放、污染源排放等数值进行检测，并着重对二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、氨氮、硫酸盐、硫酸盐氮等杂质按照相关标准规范进行检测[2]。根据省市下发的通知，要求燃煤锅炉排放出的烟气中氮氧化物的消除率大于85%，硫化物的消除率大于98%，除尘效率大于85%。具体指标为：烟尘的质量浓度不得大于5 mg/m3，SO2的排放量不得大于35 mg/m3，NOx的排放量不得大于50 mg/m3。

本方案分别采用直接读数法和分析法对烟气中的SO2、NOx以及粉尘的浓度进行检测，检测结果如表1所示。

表1 一体化脱硫脱硝除尘设备运行检测效果

如表1所示，该设备的脱硫率可达98.8%，而且排放出SO2的质量浓度远小于35 mg/m3；该设备的脱硝率为8.7%，远小于国家发改委规定的氮氧化合物消除率大于85%的要求，而且排放出NOx的质量浓度远大于50 mg/m3的要求；该设备的除尘率约为50%，未达到国家发改委所规定的除尘率大于85%和粉尘质量浓度小于5 mg/m3的要求。

综上所述，kTLF100000/2140L的脱硫脱硝设备的脱硝和除尘效果不满足要求。

1.3 一体化脱硫脱硝除尘设备优化改造建议

经现场考察，导致该设备脱硝除尘效果不佳的原因及对应的改造建议可总结为如下三点：

1) 炉内温度过低。理论上要求该设备1#、2#炉的温度保持在800 ℃以上，而3#炉的温度保持在850 ℃以上。实践表明，由于1#、2#炉本身结构原因导致其炉内温度很难达到800 ℃以上。为解决锅炉本身结构所导致炉内温度不达标的问题，拟通过保证蒸发量大于65 t/h，且将炉内的氧气比例控制在6%以下。

2) 该设备缺乏强催化剂氧化装置。由于该设备缺乏强催化剂氧化装置，导致NOx很难被氧化。为此，拟通过采用特殊的氧化剂或在烟气中加入适量的臭氧以保证NOx能够被最大可能的氧化，最终被氨化溶液所吸收[3]。

3) 设备炉内初始的氮氧化物的含量偏高。经检测，炉内氮氧化物的最高质量浓度达到400 mg/m3。为此，可在设备炉内加装分量分级控制系统，降低锅炉出口烟气中所含氧气的量。

2 一体化脱硫脱硝除尘设备的优化改造

结合当前一体化脱硫脱硝除尘设备的运行效果以及改造建议，分别对该设备的脱硫、脱硝以及除尘环节作如下改造：

2.1 脱硫环节的改造

虽然该设备的脱硫效果满足国家发改委的相关标准要求，但是在实际运行过程中脱硫环节还存在如下缺陷：

1) 浓缩段不能形成正常的副产品；2) 亚硫酸铵未能够全部转化为硫酸铵导致现场的气味严重且存在气溶胶；3) 当前设备所配置的管道和泵与所采用的脱硫技术存在差异[4]。

针对上述脱硫环节中存在的缺陷，进行如下改造：

1) 将原烟道上的浓缩段去除并加装一套烟气浓缩降温箱；2) 增设氧化槽保证所有亚硫酸铵均可转化为硫酸铵；3) 增设水洗段，对所排放的气体进行深度洗涤。改造后的脱硫流程如图2所示。

图2 改造后脱硫总流程图

2.2 脱硝除尘环节的改造

针对该设备脱硝环节的改造旨在解决其脱硝效率不达标的问题，主要根据1.3中的改造建议对脱硫环节进行改造，尤其在烟气中加入适量的臭氧提升NOx的氧化率，最终能够尽可能地被氨化溶液所吸收。改造后的脱硝流程图如第70页图3所示。

图3 改造后脱硝总流程图

针对该设备除尘效果不达标的问题，在脱硫脱硝改造的基础上为其增设一套烟气浓缩降温池，其

主要包括喷淋层对其中的粉尘进行消除。

2.3 改造效果验证

将上述改造思路在当前一体化脱硫脱硝除尘设备中实现，并采用试验阶段同样的方法对所排放烟气中的SO2、NOx以及粉尘的浓度进行检测，检测结果如表2所示。

表2 一体化脱硫脱硝除尘设备改造效果

如表2所示，该设备的脱硫率可达99.2%，而且排放出SO2的质量浓度远小于35 mg/m3；该设备的脱硝率为89.4%，而且排放出NOx的质量浓度远小于50 mg/m3的要求；该设备的除尘率约为88.2%，达到国家发改委所规定的除尘率大于85%和粉尘质量浓度小于5 mg/m3的要求。

3 结语

煤炭当前仍然在我国能源结构中占据主导地位，对煤炭资源的利用量依然很大[5]，如若对煤炭资源的利用不合理且对所排放的烟气处理不充分的话会导致严重的环境污染。本文针对燃煤锅炉所排放烟气不满足国家发改委标准要求的问题，对设备的脱硫、脱硝以及除尘环节进行改造，经改造后该设备在实现脱硫脱硝除尘一体化的基础上实现脱硫率可达99.2%，脱硝率可达89.4%，除尘率可达88.2%，均满足国家发改委的相关标准要求。