摘要：本文以北方某電廠為例，對火電廠鍋爐脫硫脫硝問題進(jìn)行分析，對其工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，從脫硫脫硝方案選擇、工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)及配置圖 3 個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)地闡述，最終實(shí)現(xiàn)控制電廠大氣污染排放量，為其它同類項(xiàng)目提供技術(shù)支持和借鑒。

大氣污染控制問題一直是社會關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。資料表明，火電廠是大氣污染源產(chǎn)生的主要原因之一，因此如何解決火電廠的大氣污染問題成為現(xiàn)實(shí)工程中的關(guān)鍵問題。其中火電廠鍋爐的脫硫脫硝工藝技術(shù)設(shè)計(jì)是其最重要的部分，本文主要針對北方熱電廠鍋爐脫硫脫硝工藝進(jìn)行論證，從其方案選擇、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及圖紙繪制等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 工程概況

本文所述電廠位于中原平原，其地質(zhì)條件較好，項(xiàng)目選址合理。工廠為四邊形，總面積18203m2，建筑面積8000 m2。工廠區(qū)的大門位于南側(cè)的中間，進(jìn)入大門后在行政樓左側(cè)為鍋爐房，其內(nèi)包括鍋爐間、軟水間、控制室等，其西側(cè)為輸煤系統(tǒng)。鍋爐房的東側(cè)為煙囪，鍋爐房的西側(cè)為2個(gè)儲煤場。主干道寬度設(shè)置7m，次干道4m，均采用水泥路面，完全滿足廠區(qū)內(nèi)消防和運(yùn)輸?shù)男枰？傮w規(guī)劃布局充分利用了地形，布局緊湊，以節(jié)省土地。本項(xiàng)目共有3臺鍋爐，2臺熱水鍋爐和1臺鏈條鍋爐，總出力設(shè)計(jì)125 MW，3個(gè)余熱鍋爐和燃煤工業(yè)鍋爐產(chǎn)生的高溫水通過主管網(wǎng)輸送到熱力站，熱量通過熱交換器傳遞給低溫水，然后低溫水從二級管網(wǎng)輸送到熱用戶。DHL70-1.6/150/90-AIII鏈條鍋爐，噸位為100 t/h，鍋爐給水溫度90℃，鍋爐供出熱水溫度為150℃，鍋爐效率83%；DHL29-1.25/130/90型熱水鍋爐，噸位為40 t/h，鍋爐給水溫度90℃，鍋爐效率80%，鍋爐供出熱水溫度為130℃。

本項(xiàng)目脫硫脫銷除塵技術(shù)是在 3 臺鍋爐的煙道出口分別預(yù)留脫硫除塵裝置建設(shè)用地，預(yù)留場地滿足脫硫除塵裝置的建設(shè)要求。本項(xiàng)目脫硝系統(tǒng)采用 SCR 與 SNCR 聯(lián)合脫硝工藝技術(shù)，首先在鍋爐排煙口設(shè)置 SNCR 噴淋層進(jìn)行初步脫硝，然后煙氣經(jīng)過煙道中 SCR 催化劑催化層進(jìn)行進(jìn)一步脫硝，從而使氮氧化物濃度大量降低，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。SNCR 噴淋裝置安裝在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，SCR 催化層安裝在煙道預(yù)留段中，不需額外預(yù)留建設(shè)用地。

2 工藝技術(shù)方案選擇

2.1脫硫工藝方案選擇

本文對幾種常用的脫硫技術(shù)方法進(jìn)行比較，其對比結(jié)果見表 1。

表 1 脫硫工藝方案條件對比表

從表 1 可以看出，石灰石-石膏工藝可以廣泛的應(yīng)用，并且不受煤燃燒的硫含量和單位容量限制，脫硫效率高，一般可達(dá) 95％。該技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，石灰石-石膏工藝的綜合應(yīng)用能夠滿足本項(xiàng)目脫硫率的要求。近年來，石灰石-石膏脫硫技術(shù)得到了很大的改善，覆蓋面積廣，成本也在下降。且產(chǎn)生的副產(chǎn)物處理方便，利用范圍廣，可以較大減少處理成本。雙堿法脫硫雖然與石灰石-石膏法同樣能達(dá)到 95%以上，但副產(chǎn)物處理麻煩，一般都以拋棄為主，氨法適用機(jī)組小且吸收劑來源需要當(dāng)?shù)貪M足這一條件，沒有石灰石-石膏法與雙堿法簡單。所以本熱源廠最終采用石灰石-石膏法作為脫硫主要工藝。

2.2 脫硝工藝方案的選擇

本文對 4 種不同的脫銷工藝方法進(jìn)行對比，結(jié)果見表 2。SCR 與低氮燃燒技術(shù)雖然脫硝效率高，且產(chǎn)物穩(wěn)定，但設(shè)備成本較高。SNCR 技術(shù)雖然成本較低但運(yùn)行條件所需要的溫度較高且脫硝效率低，無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。所以本熱源廠最終選擇 SCR 與SNCR 聯(lián)合脫硝工藝。根據(jù)《國家環(huán)境保護(hù)“十三五”規(guī)劃》要求，新建燃煤鍋爐必須安裝脫硫脫硝設(shè)施，所以本項(xiàng)目選用在爐膛內(nèi)添加氨水噴淋裝置進(jìn)行SNCR 法脫銷，并在鍋爐與脫硫塔之間的煙道添加SCR 催化層，采用“+1”層，即使用 3 層備用 1 層，實(shí)現(xiàn)了減少 NOX排放的目的。因此，脫硝項(xiàng)目選擇SCR 與 SNCR 聯(lián)合脫硝工藝是可行的實(shí)施方案。

表 2 脫硝工藝方案條件對比表

3 工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1脫硫除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)與性能要求

根據(jù)煤質(zhì)化驗(yàn)報(bào)告，本項(xiàng)目用煤含硫率 0.32%，灰分 7.11%。本項(xiàng)目用煤量為 9.56 萬 t/a （539.8 t/d），3 臺鍋爐共用 1 根煙囪，按照以上系數(shù)，結(jié)合煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，鍋爐出口煙氣量為 983765108m3/a（277900m3/h）。本 項(xiàng) 目 消 耗 石 灰 35.78 kg/h（313.43 t/a），石灰石為 35.78 kg（313.43 t/a）。脫硫除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見表 3。

表 3 脫硫除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù).

3.2 脫硝工藝系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)及性能要求

根據(jù)計(jì)算，本項(xiàng)目 3 臺鍋爐總用煤量為 9.56 萬t/a（539.8 t/d），3 臺鍋爐最終經(jīng)過總煙道共用 1 根煙囪。本項(xiàng)目選擇的催化劑層數(shù)為“2+1”的脫硝效率在 70%~75%之上，為保證實(shí)際過程中的運(yùn)行穩(wěn)定，SCR 脫硝效率取最小值 70%。為貫徹可持續(xù)發(fā)展，將脫硝效率提高到 85%，則 SNCR 脫硝效率需要達(dá)到 85%-70%=15%，即需要降低的氮氧化物濃度為42.86 mg/m3，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式需要的 NH3的量為 42.16 t/a。

3.3 總平面布置

脫硫除塵系統(tǒng)按其工藝特性集中布置于爐后。3 臺鍋爐煙氣集中在 1 個(gè)總煙道，然后集中到袋式除塵器箱的中間部分用來收集煙氣中的灰塵和霧氣。脫硫布置方式采用 1 爐 1 塔的方式，泥漿循環(huán)泵分別設(shè)置在 3 個(gè)吸收塔的西側(cè)和東側(cè)。本項(xiàng)目所采用 SCR 與 SNCR 聯(lián)合脫硝工藝，具有脫硝效率高，不用添加額外設(shè)施只需要在鍋爐煙氣出口處設(shè)置氨水噴淋裝置和煙道預(yù)留段添加 SCR 催化層。脫硫脫硝除塵平面布置如圖 1 所示。

圖 1 脫硫脫硝除塵平面布置

3.4 脫硫工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用石灰石-石膏法脫硫，不設(shè)煙氣旁路。

（1） 吸收劑制備與補(bǔ)充系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用碳酸鈣作為吸收劑，碳酸鈣干粉料加入到富有氫離子的水中，然后再在溶液罐中進(jìn)行配置，當(dāng)配置成堿液之后將其加入脫硫塔中進(jìn)行脫硫處理工藝，為了使處理后的脫硫產(chǎn)物能夠再生還原，一般將脫硫液放入再生池中，含渣液體進(jìn)入沉淀池，清潔液回用于脫硫，脫硫殘?jiān)M(jìn)行脫水。在整個(gè)操作過程中，來自脫硫的許多固體殘余物和其他顆粒物質(zhì)通過泥漿泵被泵送到石膏脫水系統(tǒng)中，且水被移除并返回到再生罐。由于部分碳酸鈣將在排出的殘?jiān)校蕴妓徕}需定期補(bǔ)充，以確保整個(gè)脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行和煙氣排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；

（2） SO2吸收系統(tǒng)。氣體進(jìn)入吸收塔并朝上流動。漿料逆流方式洗滌，氣體和液體完全接觸。充分吸收 SO2，吸收液在再生池內(nèi)反應(yīng)后，再生過的碳酸鈣溶液循環(huán)打入吸收塔；

（3） 脫硫產(chǎn)物處理系統(tǒng)。由于脫硫與除塵屬于同一系統(tǒng)，所以其最終附屬產(chǎn)品為石膏漿和粉塵。經(jīng)被濃縮后在灰渣間內(nèi)臨時(shí)儲存，作為建材原料使用，溢流液回流到再生池內(nèi)。

3.5 脫硝工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖 2 脫硫系統(tǒng)流程圖

脫硫液循環(huán)槽的作用是還原脫硫劑脫硫能力。本脫硫項(xiàng)目脫硫塔采用 3 層噴淋層，最后脫硫產(chǎn)物經(jīng)過 1 次脫水和 2 次脫水收集在儲藏庫中進(jìn)行裝運(yùn)或放置。脫硫系統(tǒng)流程如圖 2 所示。

圖 3 SCR/SNCR 聯(lián)合脫銷工藝

為了降低 NOX排放，選用 SCR 與 SNCR 聯(lián)合脫硝工藝。SCR 工藝雖然有著脫硝效率高、設(shè)備簡單、占地面積小等特點(diǎn)，但是投資較高，需要的催化劑V2O5價(jià)格較高，所以選用聯(lián)合脫硫，從而降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。由于工藝脫硝效率達(dá)到了 85%以上，故 NOx 濃度控制在≤200 mg/m3。本系統(tǒng)每臺鍋爐均設(shè)置 1 套 SCR 與 SNCR 聯(lián)合脫硝工藝設(shè)備。氨氣從氨儲藏罐中進(jìn)入蒸發(fā)器將氨水等蒸發(fā)為氣體或霧狀，然后經(jīng)過噴嘴噴入進(jìn)行反應(yīng)。空氣預(yù)熱器與省煤器的作用都是提高熱效率，減少能量損失。SCR/SNCR 聯(lián)合脫銷工藝如圖 3 所示。

4 結(jié)論

本文結(jié)合北方某電廠對其脫硫脫硝防止大氣污染技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在脫硫脫硝工藝方法上采用石灰石-石膏法以及SCR與SNCR兩者相結(jié)合方法。同時(shí)對項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和性能要求進(jìn)行了詳細(xì)地闡述，最終給出平面布置圖和工藝流程圖。采用本文方案和工藝流程可以使鍋爐排放煙氣達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

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