燃煤锅炉烟气脱硫除尘系统技术改造

燃煤锅炉烟气脱硫除尘系统技术改造

杜伊祯

神华神东矿业服务公司内蒙古鄂尔多斯

摘要：本文结合神东煤炭集团燃煤锅炉达标治理工程，探讨了湿法脱硫除尘工艺流程，介绍了该工艺的脱硫除尘效果。

关键词：燃煤锅炉；烟气；脱硫除尘；技术改造

引言

2013年9月10日，国务院发布《大气污染防治行动计划》（国发[2013]37号）[1]（以下简称《行动计划》）。这项被称为史上最严厉的行动计划，明确提出“经过五年努力，全国空气质量总体改善”的行动目标，同时提出了2013至2017年大气污染防治的具体指标，推出了十个方面具体措施（常称为“大气十条”）。目标明确、内容详实、措施有力，充分体现了中央政府防止大气污染的坚定决心。9月17日，国家环保部发布《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》[2]，18日，国家环保部与京津冀及周边地区签订大气防治目标责任书，立下大气污染防治“军令状”。

各地方政府纷纷响应，密集出台大气污染防治行动方案。2013年底，山西、内蒙古、陕西等省市陆续出台了实施计划，明确污染防治目标和任务措施。满足GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》[3]。

1燃煤锅炉达标治理的必要性

首先，作为特大型能源企业，神东公司积极落实国家行动计划，带头做好大气污染防治工作，是中央企业份内的社会责任。

其次，化挑战为机遇，发挥神华独特优势，实现低碳高效发展的历史性契机。

第三，推动煤炭落实“大气十条”要求，开展污染物治理工作，既是完成《“十二五”主要污染物总量减排责任书》[4]的重要保障，也为培育壮大节能环保产业、促进企业技术进步提供神华集团内部市场平台。

综上所述，神东公司委托中国市政工程西北设计研究院有限公司，会同神东公司规划发展部，神东矿业服务公司，据实际情况，结合实地调查及同类项目的处理经验，组织编制了《神华神东煤炭集团公司2014-2016年燃煤锅炉达标治理规划》[5]。根据该规划的具体要求，神华集团中国节能减排有限公司（以下简称“国节能”）进行了现场勘查与测试工作，并根据测试结果对111台锅炉的脱硫除尘方案进行了细化，于2015年1月初与神东公司进行了讨论。根据有关的会议纪要的精神，国节能完成了该项目的初步设计工作。

2工程概况

2.1企业基本情况

2010年，神华集团公司提出了“创建世界一流煤炭综合能源企业”的发展战略，在煤电油运一体化基础上，持续优化调整产业结构，强化煤炭开采、运输、加工利用全产业链的高效能源生产模式，提升价值创造力，具有推动煤炭绿色开采与清洁高效转化利用的独特优势。伴随主营业务的跨越式发展，各产业通过管理减排、技术改造和结构调整等途径，有效提升能源利用效率，显著降低主要污染物排放，厂矿周边生态环境持续改善，逐年完成了国家各项考核任务。

神华神东煤炭集团有限责任公司（以下简称“神东公司”）是神华集团公司的核心煤炭生产企业，于2009年5月20日在神东矿区四公司的基础上整合成立。公司地跨陕、晋、蒙三省区，主要负责神东矿区以及山西省保德煤矿及其配套项目的开发建设。

2.2项目基本情况

哈拉沟煤矿副井广场锅炉房共2×10+1×6t/h蒸汽锅炉，锅炉型号SZL10-1.25-AII/AⅢ，2台；SZL6-1.25-AII/II，1台。。3台锅炉均采用麻石水膜除尘器进行除尘，均未安装脱硫设施，根据2013年环保处抽检监测及2014年山东唯真测试分析有限公司现场测试数据，颗粒物1958mg/Nm3，二氧化硫390mg/Nm3，并且根据含硫量0.46%计算得烟气中的SO2浓度为1150mg/Nm3，超出了GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》的排放限值要求。

根据GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》要求，烟气排放限值为：颗粒物≤80mg/Nm3，SO2≤400mg/Nm3。本次改造工程除尘脱硫设施处理后烟气需达到以下标准（比国家标准严一级）颗粒物≤50mg/Nm3；SO2≤300mg/Nm3。

3脱硫工艺系统

烟气脱硫工艺系统主要由烟气系统、SO2吸收系统、浆液制备及供应系统、石膏处理系统、工艺水系统、压缩空气系统等组成。

3.1烟气系统

由于本项目按三台锅炉共设一座吸收塔，烟气从引风机后主烟道汇合，经脱硫处理后的烟气由吸收塔顶部的直排烟囱排入大气。并在每台锅炉的引风机出口设置烟气挡板门以防止本台锅炉不运行时烟气的反窜。

新设脱硫系统后，由于原有的土建烟囱未考虑防腐，不能继续在脱硫后使用，本方案设计采用吸收塔与烟囱一体化结构，增加直排烟囱，脱硫处理后的烟气直接由吸收塔顶部的直排烟囱排放。直排烟囱为玻璃钢材质，高度为21.9m。

本次需要改造的锅炉，引风机余压不足，需要进行改造或者更换，改造后的引风机风量不变，压头增加2700Pa。

在吸收塔入口烟道设置烟气降温系统，当脱硫系统正常运行烟气温度高于150℃时，打开烟气降温系统，以降低进入吸收塔的烟气温度。烟气降温系统用水由工艺水泵提供。

在吸收塔入口烟道另外设置紧急事故喷淋系统，当脱硫系统故障时，快速打开紧急喷淋降温系统，以降低烟气温度，保护吸收塔。紧急事故喷淋系统用水由工艺水泵提供。

3.2SO2吸收系统

SO2吸收系统是烟气脱硫系统的核心，主要包括吸收塔、喷淋层、除雾器、循环泵、搅拌器和氧化风机等设备。本项目采用石灰—石膏湿法脱硫工艺，吸收塔为逆流式喷淋空塔。吸收塔将脱硫、氧化、除尘三项功能集于一体。

吸收塔为圆柱体、钢结构，内衬防腐层。吸收塔底部为循环浆区，上部由两层喷淋层和两级除雾器组成，每层喷淋层对应一台浆液循环泵。吸收塔直径为3m，吸收塔本体总高度23.1m。吸收塔顶部为直排烟囱，直排烟囱直径为1.5m，顶标高为45m，烟囱材质为玻璃钢。

烟气进入吸收塔后，与喷淋层喷出的浆液接触，烟气被浆液洗涤，其中的SO2被浆液吸收。被吸收到浆液中的SO2在吸收塔下部的循环浆池内与浆液中的Ca2+发生反应生成CaSO3，并被氧化风机鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏晶体CaSO4·2H2O，由石膏排出泵自吸收塔送至石膏处理系统。吸收塔设1台石膏排出泵。

被洗净的烟气经机械除雾器去除大部分液滴，后经吸收塔顶部的直排烟囱排出。

新鲜的石灰浆液加入到吸收塔浆池，以补充消耗的吸收剂。浆池的pH控制在6.0~7.0，以利于Ca（OH）2的溶解、CaSO3的氧化和石膏晶体的生成。

3.3氧化空气系统

氧化空气系统由氧化风机、氧化空气管路和氧化空气喷枪组成。氧化风机采用高性能、高效率的罗茨风机，以保证亚硫酸钙强制氧化所需的空气量。本工程吸收塔设2台氧化风机，1运1备，氧化风机流量为150m3/h。

氧化空气喷枪安装于距上层搅拌器前端的一定位置处，与搅拌器配合液流搅动、破碎氧化空气使之均匀分散保证高的氧转移率。

3.4脱硫剂浆液制备及供给系统

脱硫剂采用商品石灰粉，粒径为250目通过率达90%。

本项目的石灰粉消耗量较小，采用半自动制浆方式。袋装石灰粉储存于室内，使用时人工将石灰粉加入到石灰浆液池中。石灰浆液池有效容积按3台锅炉额定工况下、燃用设计煤种时脱硫装置不少于12小时的石灰浆液耗量设计。石灰浆液池设计为半地下式，设置一台顶入式搅拌器和一台石灰浆液泵，为吸收塔供应脱硫剂浆液，石灰浆液泵流量为15m3/h。

3.5石膏处理系统

吸收塔设置一台石膏排出泵，泵的流量为15m3/h，扬程为75m，为板框压滤机专用泵。

吸收塔的石膏浆液通过石膏浆液排出泵送至板框压滤机，定时脱水，经脱水处理后石膏表面含水率小于40％，置于石膏库，供综合利用。

压滤后的滤液水和冲洗水进入废水池，大部分浆液经废水泵返回至制浆系统和吸收塔循环使用，少部分随附产物石膏渣（含40%）带走，系统无废水排放。

3.6工艺水系统

脱硫工艺水采用厂区自来水，两台炉正常运行时脱硫工艺水耗量约为4m3/h。在脱硫岛内设置1座工艺水箱，有效容积为8m3。工艺水箱配2台工艺水泵（1运1备），工艺水经工艺水泵输送至各工艺水用户，工艺水泵的流量为25m3/h。

工艺水系统满足FGD装置正常运行和事故工况下脱硫工艺系统的用水。

3.7压缩空气系统

本工程所需的压缩空气从新增的空压机系统接引。

4除尘工艺系统

除尘系统用于过滤烟气中的粉尘，以达到环保要求的排放浓度。主要包括：壳体及烟气系统、清灰系统、布袋及袋笼、花板、灰斗等。

4.1壳体及烟气系统

除尘器采用下部进气、上部出气方式，烟气进气方式合理，烟气通过灰斗上部进口急速变向进入袋室底部，烟气中的大颗粒由于惯性作用直接落入灰斗，通过合理设计袋室大小，在进口处设置分布导向装置，保证较小的烟气上升速度，可使袋室除尘器烟气均匀，使烟气均匀地流过布袋，防止滤袋的磨损，保证良好的过滤。

除尘器壳体壁板厚度不小于4mm，保证密封、防雨、排水及防腐，壳体设计充分考虑了避免出现死角或灰尘积聚区。

除尘器设有足够和安全的检修维护通道、人孔门、通风装置，符合相关的安全和技术规程，以便运行、维护及检修时使用。

4.2清灰系统

清灰系统采用中压脉冲清灰，清灰压力为0.4-0.6MPa，可以减少清灰对滤袋的损伤，清灰气源由空压机提供，清灰系统的设计符合使用要求，工作性能稳定可靠。

电磁脉冲阀选择具有寿命长、动作灵敏等优点的直角式脉冲阀。在正常使用条件下，脉冲阀喷吹次数大于100万次。

清灰控制采用定阻力或定时自动控制。每台除尘器均装设有一套时间、差压自动脉冲喷吹控制仪，实现除尘器自动清灰。

每台除尘器顶部配有一套脉冲反吹装置，包括气包、电磁脉冲阀、喷吹管等，保证每一条布袋都可以被均匀干净的清灰，保证理想的喷吹效果。脉冲反吹是在每行袋束之间轮流执行，脉冲间隔在5-20秒内可调。脉冲间隔的调整以除尘器进出口差压为依据，差压越高，脉冲间隔越小，差压越低，脉冲间隔越大，使布袋差压保证在800Pa-1200Pa之间。

4.3布袋及袋笼

对于整台锅炉布袋除尘器而言，滤袋是其核心部件，滤袋的质量及选型是否得当直接影响除尘器的效率及使用寿命；滤袋的材料种类很多，性能及价格差别较大。

滤袋使用寿命保证不小于年3年。滤袋在保证期内（1个采暖期）失效率<0.5%，寿命期内失效率<1%。滤料材质的选择及加工方法充分考虑了本工程锅炉的运行状况及其烟气特性的要求，保证滤袋在寿命期内安全可靠的运行。

袋笼为刚性设计，12根φ3.2mm钢丝均采用点焊组成笼子，去除尖边、毛刺以免破坏滤袋。为方便操作，袋笼采用分体式设计，分为2节加上简单的连锁组件，无需使用特殊工具。最上面一节配备低碳钢颈圈，无需工具即可使滤袋不锈钢卡带与花板紧密配合。颈圈还可以保护袋顶，以免维护人员在花板上走动时造成滤袋的破损。袋笼最下面一节装有低碳钢帽。袋笼联接牢固，表面光滑，并作防腐处理，安装后的滤袋底部有合适的间距，避免相互间的接触。

滤袋在检修维护时更换方便，一个人操作一般3～5分钟即可更换一条布袋。

4.4花板

花板由钢板加工，并适当加固。滤袋孔呈矩阵排列。花板上滤袋孔的切割采用数控激光切割机进行加工，这样产生的热量相对要少，产生的热变形最小。去除滤袋孔边缘全部尖边以消除滤袋损坏的潜在的危险。花板和壳体结构之间采用密封焊，形成气密性装置，可以实现灰尘零泄漏。

4.5灰斗及除灰装置

除尘器灰斗壁板厚度不小于4mm，灰斗斜壁与水平面的夹角为60°，相邻壁交角的内侧成圆弧形，可保证灰自由流动即时排出灰斗。

原锅炉配套的水膜除尘器配套除灰方式为地下设置灰水池，采用捞灰机捞灰与手动推车，多管旋风除尘器下设关断阀，定期打开卸灰至手动推车，定期推至堆渣场暂存，定期用汽车外运进行综合利用。

布袋除尘器下除灰设置有电动锁气给料机及集灰箱，用来卸灰、贮存布袋除尘器收集的粉煤灰，运行班组定期将集灰箱中的粉煤灰推运至锅炉房外的堆渣场暂存，定期用汽车外运进行综合利用。配置的集灰箱设有喷淋水增湿装置，防止二次扬尘。喷淋水接至脱硫废水，达到废水综合利用。

5.脱硫除尘后大气污染物减排

5.1脱硫除尘后大气污染物减排

脱硫工程本身为环保治理项目，项目实施后使SO2、颗粒物排放量大为降低。

布袋除尘器及炉外脱硫工程投运后，三台炉每年向大气排放颗粒物减排量78吨、二氧化硫减排量20.6吨。因此对保护厂区周边地区大气环境大有益处，环境效益十分可观。

6应用情况

2016年对改造后烟气脱硫除尘系统的脱硫除尘效果进行初步检测，3台锅炉烟气排放达到环保标准。

7结论

实践证明，采用石灰石-石膏法脱硫及布袋除尘工艺，效率高，能够达到环保标准。

参考文献

[1]《大气污染防治行动计划》（国发[2013]37号）

[2]《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》

[3]《锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2014）》

[4]《“十二五”主要污染物总量减排责任书》

[5]《神华神东煤炭集团公司2014-2016年燃煤锅炉达标治理规划》