干法脱硫煤粉锅炉超低排放改造方案.pdfVIP

第 45 卷第 9 期 辽 宁 化 工 Vol.45，No.9 2016年9月 Liaoning Chemical Industry September， 2016 收稿日期收稿日期： 2016-05-11 作者简介作者简介：李春澎（1994-） ，男，辽宁省辽阳市人，2016 年大连理工大学在读，研究方向：化学工艺。 干法脱硫煤粉锅炉超低排放改造方案 李 春 澎 （大连理工大学 化工与环境生命学部 化工学院，辽宁 大连 116024） 摘 要：针对某热电厂采用循环流化床干法脱硫的煤粉锅炉不满足现行超低排放标准的问题，推 荐三种改造方案，通过技术经济分析指出了最适合的方案，对现有干法脱硫锅炉超低排放改造项目的 实施有指导意义。 关 键 词：煤粉锅炉；干法脱硫； 超低排放 中图分类号：TK 22 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2016）09-1207-03 根据火电厂大气污染物排放标准( GB 13223-2011） ，国内燃煤机组已基本完成燃煤锅炉 烟气达标排放改造工作。 2014 年 9 月， 国家发改委、 环境保护部、国家能源局联合下发煤电节能减排 升级与改造行动计划（2014-2020 年） (发改能源 2014 2093 号),明确了锅炉烟气超低排放的区域、 标准值和时限等，并要求东部地区 2017 年 12 月完 成超低排放改造，在基准氧含量 6%条件下，烟尘、 SO2、氮氧化物排放浓度分别不高于 10、35、50 毫 克/立方米的限值。另外，浙江省、山西省等地方政 府结合地区特点，推出了烟尘、SO2、氮氧化物排放 浓度分别不高于 5、35、50 毫克/立方米的更为严格 的标准。 本文以东部地区某电厂 410 t/h 煤粉锅炉烟气 烟气排放实际运行数据为基础，提出实现锅炉排放 烟气中烟尘、 SO2、 氮氧化物排放浓度分别不高于 5、 35、50 毫克/立方米的超低排放改造解决方案。 1 脱硫超低排放技术改造方案 1.1 煤粉锅炉现状 锅炉烟气量为 466 358 Nm 3/h，现有烟气脱硫除 尘工艺流程为：低氮燃烧+SCR 脱硝+电除尘+干法 循环流化床脱硫+袋式除尘，脱硫脱硝改造前原引 风机入口SO2、 烟尘、 氮氧化物排放浓度分别为1 780 mg/Nm 3、1 544 mg/Nm3和 566 mg/Nm3，改造后烟气 排放浓度分别为 200、30、100 mg/Nm 3，满足火 电厂大气污染物排放标准 ( GB 13223-2011） 要求。 1.2 SO2和烟尘超低排放改造方案 方案一：现有干法脱硫系统提标改造方案。干 法脱硫指脱硫过程中烟气一直保持干态的工艺，脱 硫剂以干粉状态直接加入脱硫塔内。脱硫除尘超低 排放工艺流程仍然为电除尘+干法脱硫+袋式除尘， 烟气经电除尘去除部分粉煤灰后，送入吸收塔内， 通过喷入降温水，烟气中 SO2与吸收剂及循环物料 发生反应而脱除，干法脱硫反应塔内物料呈絮状, 有利于超细颗粒物凝聚成大颗粒度的灰，为后续布 袋除尘器实现 5 mg/Nm 3 的超低排放指标提供工艺 保证，同时布袋除尘器滤布更换为可滤除微细颗粒 的超细材质，并配合脱硫塔和布袋除尘器工艺参数 的调整，综合措施实现脱硫除尘超低排放目标。该 方案不需拆除现有半干法脱硫塔、电除尘器，保证 脱硫效率 99%以上。 方案二：新建一套石灰石-石膏湿法脱硫除尘 系统+烟囱防腐。湿法工艺指脱硫过程中烟气处于 或者部分时段处于饱和状态的工艺，包括氨法、石 灰石-石膏法、海水法等，其中技术最成熟的是石 灰石-石膏法，占 90%以上。改造工艺路线为低氮 燃烧+SCR 脱硝+布袋除尘+石灰石-石膏法脱硫+湿 电除尘。拆除现有半干法脱硫塔、电除尘器，布袋 除尘器采用整体更换滤袋等提高除尘效率等措施后 取代电除尘器， 局部改造现有低氮燃烧和 SCR 脱硝 系统，采用双塔双循环脱硫技术, 实现浆液在一级 塔和二级塔之间循环利用, 提高液气比, 提高烟气 脱硫效率， 脱硫后烟气进入湿式电除尘器,采用水流 冲洗,不会产生二次扬尘, 同时由于温度降低和含湿 量增高, 粉尘比电阻下降，有效收集微细颗粒物， 满足 5 mg/Nm 3的粉尘排放标准。 方案三：新建一套氨法超声波脱硫除尘一体化 系统+烟囱防腐。氨法脱硫的工作原理是氨水通过 喷头雾化后喷入脱硫塔与烟气中的 SO2反应生成高 DOI:10.14029/ki.issn1004-0935.2016.09.028 1208 辽 宁 化 工 2016 年 9 月 效化肥硫酸铵。 拆除现有半干法脱硫塔、 电除尘器、 布袋除尘器，改造工艺路线为低氮燃烧+SCR 脱硝+ 布袋除尘+氨法超声波脱硫除尘一体化系统。引风 机来的烟气进入脱硫塔，经洗涤降温、吸收 SO2、 除雾后进入超声波除尘装置， 完成对颗粒物的控制、 洗涤、捕集功能后，净烟气可直接烟囱排放。脱硫 效率 99%以上，除尘效率 80%以上，可确保烟尘、 SO2排放浓度不超过 5、35 毫克/立方米的限值。 表 1 双塔脱硫系统性能计算 项目 单位 常用煤种 一级脱硫塔脱硫效率（预洗涤塔） % 65 1 二级脱硫塔脱硫效率（主吸收塔） % 95 1 吸风机入口含硫量 mg/Nm 3 31.15 表 2 脱硫及布袋除尘器除尘性能计算 项目 单位 常用煤种 布袋除尘器出口粉尘浓度 mg/Nm3 20 脱硫塔除尘效率 % 302 脱硫塔出口粉尘浓度 mg/Nm3 14 湿电除尘器效率 % 703 烟囱入口含尘量 mg/Nm3 4.2 表 3 脱硫除尘器一体化系统性能计算 项目 单位 常用煤种 布袋除尘器出口粉尘浓度 mg/Nm3 20 脱硫除尘一体化吸收塔入口含硫量mg/Nm3 1780 脱硫除尘一体化吸收塔除尘效率 % 80 脱硫除尘一体化吸收塔脱硫效率 % 99 净烟气 SO2 排放浓度 mg/Nm3 17.8 烟囱入口含尘量 mg/Nm3 4 2 方案对比分析 2.1 脱硫超低排放部分改造的总投资方面 石灰石-石膏法脱硫和氨法脱硫的改造费用相 近，按一炉一塔的稳妥锅炉运行方式，每台锅炉改 造费用需 3 000 万元左右， 干法脱硫仅需 1 000 万元 左右。 2.2 在经济性方面 影响运行可变成本的主要因素是电耗、脱硫剂 价格和副产品销售价格或处置费用。方案一的干法 脱硫系统提标改造方案，脱硫剂生石灰采购价格约 200 元/吨,脱硫灰销售情况很少,根据市场情况，需 处置费 2575 元/吨，单位 SO2脱除直接运行成本约 1 300 元/吨（不含折旧费） 。方案二的石灰石-石膏 法脱硫技术，脱硫剂石灰石粉采购价格 150 元/吨， 石膏销售价格 2050 元/吨，单位 SO2脱除直接运行 成本约 1 400 元/吨（不含折旧费） 。 方案三的氨法 脱硫技术，脱硫剂液氨价格 2 300 元/吨，副产品硫 酸铵销售价格 550 元/吨，考虑包装袋、水电汽消耗 等，单位 SO2脱除直接运行成本约 1 200 元/吨（不 含折旧费） 。 2.3 在施工工期、施工组织及施工方案方面 由于该锅炉距离居民区很近，三个方案均需利 用原有 240 米烟囱实现烟气最终排放。方案一不需 进行烟囱防腐，不需要拆除重建和设备迁移，改造 工作量小，施工简单；方案二和方案三的湿法脱硫 存在烟囱和设备腐蚀问题，高空拆除及安装工作量 大，且生产与改造同时进行，两个烟囱不能同时改 造，工期长，需要增设临时烟道，施工难度大。 2.4 从副产品处置方面 干法脱硫副产品脱硫灰的制砖工艺成熟，但成 本高，与普通砖竞争优势不大，有合适制砖厂配套 将大大本技术应用范围；石灰石-石膏湿法脱硫副 产品石膏的销售虽然受建筑市场景气程度影响，但 相对干法脱硫来说，一般不会增加处置费用；氨法 湿法脱硫的副产品硫酸铵可作为化肥，属于典型的 循环经济，变废为宝，对于北方粮食大省，销售前 景较好。 2.5 从运行稳定性方面 湿法脱硫应用广泛，运行稳定，对脱硫入口烟 气温度没有限制，点炉初期需注意防止燃料油燃烧 不充分造成浆液带油而中毒，但是湿法工艺技术特 点决定了其具有高温、酸性的环境，烟气中的 SO2 溶于水后呈酸性，会对设备造成化学腐蚀和电化学 腐蚀，如果发生泄漏，氨法脱硫还需考虑设备外部 防腐；同时，在 SO2脱除过程中，石灰石或者硫酸 铵对设备产生较大磨损，循环泵、搅拌器和喷嘴等 需采用耐磨材料。干法脱硫干湿分开，不存在腐蚀 问题，运行中需注意建立循环流化床床层，避免塌 发生。 3 结束语 综上所述,三种改造方案的主流工艺都是成熟 的，只要设计合理，操作正确，脱硫除尘效率都能 满足超低排放设计要求。 方案一在原有系统上改造， 改造工程量小，投资少，折旧费低，虽然直接运行 成本与湿法脱硫技术持平， 增加了副产品处置费用， 但总运行成本低，企业负担小；烟囱不需防腐；不 存在设备、管道及烟囱因设计和施工不到位造成的 腐蚀严重、后续维修费大幅增加的风险，且局部改 造、优化运行参数的方式可以充分利用多年积累的 干法脱硫丰富操作经验，有利于脱硫超低排放装置 第 45 卷第 9 期 李春澎： 干法脱硫煤粉锅炉超低排放改造方案 1209 的平稳运行。方案二脱硫剂方便易得，价格低，运 行成本不是很高，石膏能实现销售，但是需新建脱 硫装置，投资增加造成总成本大幅增加，经济性不 合理，且存在腐蚀和一定程度的硫酸铵和亚硫酸铵 的细小颗粒气溶胶烟气拖尾问题；原烟囱防腐改造 难度非常大，工期长，防腐效果与经济性的平衡较 难把握。方案三运行费用低，绿色环保，环境友好， 销售前景尚可，但存在和石灰石-石膏法同样的问 题，即需要从干法脱硫方式改为湿法脱硫方式，新 建湿法脱硫系统，经济性不合理，有腐蚀、拖尾问 题。对于企业来说，成本效益和平稳运行是关键， 因此，结合本锅炉现状，推荐采用方案一进行脱硫 超低排放改造。 参考文献： 1薛方明，邵媛双塔双循环脱硫技术在执行污染物超低排放火电 机组中的应用J. 山东化工，2015，44（20） ：147-150 2程道同燃煤电厂烟气超低排放技术研究J. 科技传播，2014，6 （上） ：86-87 3 赵金龙， 胡达清， 单新宇， 刘海蛟 燃煤电厂超低排放技术综述J 电 力与能源，2015，36（5） ：701-707 Ultra-low Emission Reform Scheme of Dry Desufurization Pulverized Coal Fired Boiler LI Chun-peng （Dalian University of Technology, Liaoning Dalian 116024,China） Abstract: The flue gas of a boiler with dry desufurization process cannot meet the standard of the ultra-low emission, so three schemes were proposed, and the best scheme was determined based on technical and economical analysis. Key words: pulverized coal fired boiler ; dry desufurization; ultra-low emission （上接第 1206 页） 3 结 论 （1） 耐硫变换单元与甲烷化单元的相互位置调 整后，来往两者之间的 H2 换热管道长度减小，因 其材料 15CrMo GB9948 价格较高，故能节约成本。 （2） 框架减少， 相关设备移入耐硫变换的框架 后，使耐硫变换单元的框架更为紧凑，充分利用此 框架的空间，相关设备更为接近，可以节约钢材。 （3） 耐硫变换单元与甲烷化单元之间的 H2 换 热管道长度缩短，降低 H2 在往返两个单元的过程 中其热量的散失和对其动能的消耗， 可以节约能源。 （4） 整个合成气净化装置更为紧凑， 耐硫变换 单元和甲烷化单元衔接更妥当，丙烯制冷单元与酸 脱单元距离更近。为其它设备和框架留出了空地。 参考文献： 1石油化工工艺装置布置设计通则（SH3011-2000） S. 2石油化工企业设计防火规范（GB50160-2008） S. 3石油化工管道布置设计通则（SH3012-2000） S Optimization of the Position Relation Between Methanation and Sulfur Tolerant Shift Related Equipments HU Yuan-zhang (Sinopec Ningbo Engineering Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315103,China) Abstract: Main problems existing in equipment layout before the adjustment were put forward, the optimiz