脱硫脱硝除尘一体化工程优化改造
易成+高芳莹
摘要：随着工业化的发展，环境问题日益凸显。目前，燃煤电厂尾气脱硫脱硝除尘无害化处理仍是环保领域急需攻克的难题。本文就对某脱硫脱硝除尘一体化改造工程进行分析探讨，以期为后续相关治理工程提供参考。
关键词：燃煤电厂；烟气处理；脱硫脱硝除尘一体化
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0105-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.061
Optimization of the integrated desulfurization， denitrification and dust removal projects
Yi Cheng 1，2， Gao Fangying 1
（1.College of Environmental and Safety Engineering， Nanhua University， Hengyang Hunan 421001，China；
2.Hangzhou Branch of China Resources Land （Beijing） Property Management Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310020，China）
Abstract：With the development of industrialization， environmental problems have become increasingly prominent. At present， the desulfurization， denitrification and detoxification of coal-fired power plant exhaust gas detoxification is still the urgent need to overcome the environmental problems. In this paper， a desulfurization， denitrification and dust removal integration renovation project to analyze and discuss with a view to provide reference for the subsequent related governance projects.
Key words：Coal-fired power plant；Flue gas treatment；Desulfurization， Denitration and dust removal integration
為响应国家“煤电节能减排”的号召，浙江杭州某橡胶企业引进了巴西先进的“脱硫脱硝除尘一体化”技术，以期通过高效的脱硫脱硝除尘设备 KTLF100000/2140L对锅炉烟气尾气进行处理。然而，项目施工后烟气尾气脱硝除尘处理效果并不理想，本文就试运行结果进行了原因分析，其中炉内温度过低、氮氧化物组分比例的影响、无强催化强氧化装置等因素是该一体化设备脱硝及除尘效率不理想的主要原因。结合主要原因，本文通过优化改造方案，力图完善巴西一体化工艺，从而使得整个项目达到了SO2排放低于35mg/m3，NOx排放低于50mg/m3，粉尘颗粒物排放低于5 mg/m3的原有设计要求[1]。
1 改造前效果分析
1.1 试运行结果
采用国家标准检测方法进行烟气排放检测，经多次检测，其中主要污染物SO2、NOx和粉尘颗粒物的具体检测结果如下表1。
以上获得的检测数据仅代表瞬时数据，但浮动区间稳定，具有代表性。根据现有的脱硫脱硝除尘一体化设备的运行情况，主要针对现有装置脱硫脱硝系统存在的问题，为达到安全稳定的运行做出的改造方案设计[2]。
1.2 问题分析及改造思路
脱硫存在问题如下，由于目前浓缩段结构及吸收循环系统工艺流程设计中的缺陷易造成：（1）浓缩段难以形成硫铵结晶颗粒，不能形成正常的副产品；（2）吸收液中的亚硫酸铵不能全部转化成硫酸铵，易造成气溶胶和现场气味严重；（3）排烟气溶胶大，烟气拖尾；（4）选用的泵类和管道管件不适合氨法脱硫工程使用。针对脱硫问题提出以下改造思路：（1）去掉原有的烟道上的浓缩段，增加一个烟气浓缩降温箱，供2个脱硫塔使用；（2）增设氧化槽及风机，以达到亚硫铵最好的氧化效果；（3）塔上部设置水洗段，有一层规整填料及液体分布器，还有二层折流板除雾器，进一步洗涤净化气体；（4）配置符合上述改造的工艺管路及附属设备。
脱硝主要就是脱硝效率明显不足。针对脱硝问题提出以下改造思路：在氨法脱硫基础上，在烟气中加入臭氧，使NOX氧化，再被氨化溶液吸收国内外氨法脱硫工艺，经过多年的工程实践开发出了具有自身技术特点的氨法脱硫工艺，该氨法脱硫技术采用逆流多功能脱硫塔，集塔内结晶、SO2吸收、尾气洗涤于一塔，气体流程简单、占地面积小、不产生二次污染。在对烟气中SO2脱除率高的同时，还具有硫铵回收率高、净烟气对周围设施腐蚀小等优点[3]。
2 改造工艺流程介绍
2.1 改造工艺流程技术特点
工艺流程上，避免了氨法脱硫副反应—气溶胶产生的条件。
（1）如果高温烟气与吸收液接触，会产生气溶胶，我们先采用硫铵液给热烟气降温，避免了气溶胶的生成温度；（2）给热烟气降温时，设计了大流量雾化效果低的喷头及工艺条件，避免了小的硫铵液滴蒸干变成μm级的硫铵固体微粒；（3）设计了强化的氧化装置，保证了进入硫铵降温溶液系统的稀液氧化度达到99.5%；（4）在脱硫吸收液的成分控制上，采用不含氨而含一定比例的亚硫酸铵的溶液，杜绝了氨逃逸的发生，并大大提高了吸收液的吸收能力；（5）在脱硫塔上部，增设了独立的水洗涤段，对脱硫后的气体进行洗涤，从而大大减少了气体夹带的微小脱硫液滴，减少了游离氨逃逸和脱硫液的损失[4]。
2.2 氨利用率技术特点
氨利用技术特点是利用率高，加入1吨氨可产出3.7吨化肥。由于采取了上述措施，氨损失减少，硫铵产量自然提高。硫铵产量的提高使硫铵销售收入增加，降低了脱硫运行的综合成本。
2.3 净烟气洁净排放技术特点
净烟气洁净排放，游离氨≤5 mg/Nm3，同时对周围设备外表不存在锈蚀，对环境无任何影响。在吸收段上部增加独立的填料水洗段，用大量的循环水在高效填料层与脱硫后的湿烟气接触，烟气中的液滴及游离氨被充分吸收，杜绝直径小于20μm的水滴产生。另外在塔上部设有高效除雾器，可对液滴进行有效拦截。采用此工艺设计，能有效地避免了副反应生成和微小硫铵液滴的产生，并回收了净烟气中挥发性的游离氨，使净烟气经过除雾后几乎不含液滴，游离氨≤5 mg/Nm3。氨的利用率≥98%。
2.4 脱硫脱硝装置的改造
2.4.1 脱硫塔改造
将原有一体化设备的脱硫塔改造为多功能组合塔，烟气在该塔内完成气体降温、烟气SO2吸收、烟气洗涤除雾几个过程。
2.4.2 烟气系统改造
从锅炉引風机来的热烟气经过原烟道，进入脱硫塔浓缩箱，向下流动穿过硫铵液喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度，同时硫铵液进一步得到浓缩。再从箱体的中下部出口分别进入脱硫塔，烟气中的SO2被循环浆液吸收，除去SOX及其他污染物后，然后再进入含洗涤层的除雾段与水接触，气体夹带的吸收液微粒被洗涤。净烟气通过塔顶烟道进入原烟囱排放。
2.4.3 浓缩系统改造
在浓缩箱内，硫铵液与烟气并流接触，硫铵浆液进一步得到提浓，结晶析出。在此段中，由于箱截面积较大，气体流速慢，使气体中夹带的硫铵液滴量小，不会出现原流程的气体夹带液体现象。被浓缩的硫铵浆液通过泵打入浓缩箱喷淋层继续循环使用，部分含结晶的浆液通过结晶排出泵打去硫铵后处理系统。
2.4.4 SO2吸收及洗涤系统改造
脱硫塔吸收采用还保持原有的吸收方式，只是增加喷头数量。烟气由进气口进入脱硫塔，在塔内与铵化溶液与烟气中SO2反应。吸收了SO2脱硫吸收液落于塔下部溶液池，再由吸收循环泵打至喷淋层继续使用。由于吸收液含有一定浓度的亚硫酸铵，脱硫效率会很高。
2.4.5 氧化空气系统改造
为保证亚硫酸铵氧化效果，在脱硫塔外设置单独的氧化槽，氧化槽内的浆液通过氧化风机将氧化空气鼓入反应池。为保证氧化效果，氧化空气分布系统采用喷管式，氧化空气被分布管注入，分散为细小的气泡并均布于浆液中。SO32-在氧化槽反应池中被氧化空气完全氧化。增设一台制氧机与一台臭氧发生器。
3 优化改造后的效果及结论
优化改造后的效果如表2所示，该一体化脱硫脱硝除尘工艺前期施工由于设计缺陷，导致脱硝、除尘效率并不理想，后经作者分析探讨，进行国内外主流脱硫、脱硝、除尘技术的优劣比对，最终采用氨法脱硫与臭氧脱硝相结合的一体化改造方案进行施工。该改造方案可以达到原有设计目标，从而达到烟气超低排放，进而实现SO2排放限值低于35mg/m3，NOx排放限值低于50mg/m3，粉尘颗粒物排放限值低于5 mg/m3的政策要求。
参考文献
[1]易成，张晓文，姚娅，李密，吴思.脱硫脱硝除尘一体化工程节能减排案例分析[J].资源节约与环保，2016（09）：9+13.
[2]薛琴.电厂脱硫脱硝一体化技术及应用研究[J].资源节约与环保，2017（06）：1+3.
[3]张会军.燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术研究进展[J].绿色环保建材，2017（03）：21.
[4]纪晓雯.燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术的研究与应用[J].能源与环境，2004（04）：53-56.
收稿日期：2017-11-20
作者简介：易成（1988-），男，硕士，工程师，研究方向为脱硫脱硝、辐射屏蔽。
摘要：随着工业化的发展，环境问题日益凸显。目前，燃煤电厂尾气脱硫脱硝除尘无害化处理仍是环保领域急需攻克的难题。本文就对某脱硫脱硝除尘一体化改造工程进行分析探讨，以期为后续相关治理工程提供参考。
关键词：燃煤电厂；烟气处理；脱硫脱硝除尘一体化
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0105-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.061
Optimization of the integrated desulfurization， denitrification and dust removal projects
Yi Cheng 1，2， Gao Fangying 1
（1.College of Environmental and Safety Engineering， Nanhua University， Hengyang Hunan 421001，China；
2.Hangzhou Branch of China Resources Land （Beijing） Property Management Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310020，China）
Abstract：With the development of industrialization， environmental problems have become increasingly prominent. At present， the desulfurization， denitrification and detoxification of coal-fired power plant exhaust gas detoxification is still the urgent need to overcome the environmental problems. In this paper， a desulfurization， denitrification and dust removal integration renovation project to analyze and discuss with a view to provide reference for the subsequent related governance projects.
Key words：Coal-fired power plant；Flue gas treatment；Desulfurization， Denitration and dust removal integration
為响应国家“煤电节能减排”的号召，浙江杭州某橡胶企业引进了巴西先进的“脱硫脱硝除尘一体化”技术，以期通过高效的脱硫脱硝除尘设备 KTLF100000/2140L对锅炉烟气尾气进行处理。然而，项目施工后烟气尾气脱硝除尘处理效果并不理想，本文就试运行结果进行了原因分析，其中炉内温度过低、氮氧化物组分比例的影响、无强催化强氧化装置等因素是该一体化设备脱硝及除尘效率不理想的主要原因。结合主要原因，本文通过优化改造方案，力图完善巴西一体化工艺，从而使得整个项目达到了SO2排放低于35mg/m3，NOx排放低于50mg/m3，粉尘颗粒物排放低于5 mg/m3的原有设计要求[1]。
1 改造前效果分析
1.1 试运行结果
采用国家标准检测方法进行烟气排放检测，经多次检测，其中主要污染物SO2、NOx和粉尘颗粒物的具体检测结果如下表1。
以上获得的检测数据仅代表瞬时数据，但浮动区间稳定，具有代表性。根据现有的脱硫脱硝除尘一体化设备的运行情况，主要针对现有装置脱硫脱硝系统存在的问题，为达到安全稳定的运行做出的改造方案设计[2]。
1.2 问题分析及改造思路
脱硫存在问题如下，由于目前浓缩段结构及吸收循环系统工艺流程设计中的缺陷易造成：（1）浓缩段难以形成硫铵结晶颗粒，不能形成正常的副产品；（2）吸收液中的亚硫酸铵不能全部转化成硫酸铵，易造成气溶胶和现场气味严重；（3）排烟气溶胶大，烟气拖尾；（4）选用的泵类和管道管件不适合氨法脱硫工程使用。针对脱硫问题提出以下改造思路：（1）去掉原有的烟道上的浓缩段，增加一个烟气浓缩降温箱，供2个脱硫塔使用；（2）增设氧化槽及风机，以达到亚硫铵最好的氧化效果；（3）塔上部设置水洗段，有一层规整填料及液体分布器，还有二层折流板除雾器，进一步洗涤净化气体；（4）配置符合上述改造的工艺管路及附属设备。
脱硝主要就是脱硝效率明显不足。针对脱硝问题提出以下改造思路：在氨法脱硫基础上，在烟气中加入臭氧，使NOX氧化，再被氨化溶液吸收国内外氨法脱硫工艺，经过多年的工程实践开发出了具有自身技术特点的氨法脱硫工艺，该氨法脱硫技术采用逆流多功能脱硫塔，集塔内结晶、SO2吸收、尾气洗涤于一塔，气体流程简单、占地面积小、不产生二次污染。在对烟气中SO2脱除率高的同时，还具有硫铵回收率高、净烟气对周围设施腐蚀小等优点[3]。
2 改造工艺流程介绍
2.1 改造工艺流程技术特点
工艺流程上，避免了氨法脱硫副反应—气溶胶产生的条件。
（1）如果高温烟气与吸收液接触，会产生气溶胶，我们先采用硫铵液给热烟气降温，避免了气溶胶的生成温度；（2）给热烟气降温时，设计了大流量雾化效果低的喷头及工艺条件，避免了小的硫铵液滴蒸干变成μm级的硫铵固体微粒；（3）设计了强化的氧化装置，保证了进入硫铵降温溶液系统的稀液氧化度达到99.5%；（4）在脱硫吸收液的成分控制上，采用不含氨而含一定比例的亚硫酸铵的溶液，杜绝了氨逃逸的发生，并大大提高了吸收液的吸收能力；（5）在脱硫塔上部，增设了独立的水洗涤段，对脱硫后的气体进行洗涤，从而大大减少了气体夹带的微小脱硫液滴，减少了游离氨逃逸和脱硫液的损失[4]。
2.2 氨利用率技术特点
氨利用技术特点是利用率高，加入1吨氨可产出3.7吨化肥。由于采取了上述措施，氨损失减少，硫铵产量自然提高。硫铵产量的提高使硫铵销售收入增加，降低了脱硫运行的综合成本。
2.3 净烟气洁净排放技术特点
净烟气洁净排放，游离氨≤5 mg/Nm3，同时对周围设备外表不存在锈蚀，对环境无任何影响。在吸收段上部增加独立的填料水洗段，用大量的循环水在高效填料层与脱硫后的湿烟气接触，烟气中的液滴及游离氨被充分吸收，杜绝直径小于20μm的水滴产生。另外在塔上部设有高效除雾器，可对液滴进行有效拦截。采用此工艺设计，能有效地避免了副反应生成和微小硫铵液滴的产生，并回收了净烟气中挥发性的游离氨，使净烟气经过除雾后几乎不含液滴，游离氨≤5 mg/Nm3。氨的利用率≥98%。
2.4 脱硫脱硝装置的改造
2.4.1 脱硫塔改造
将原有一体化设备的脱硫塔改造为多功能组合塔，烟气在该塔内完成气体降温、烟气SO2吸收、烟气洗涤除雾几个过程。
2.4.2 烟气系统改造
从锅炉引風机来的热烟气经过原烟道，进入脱硫塔浓缩箱，向下流动穿过硫铵液喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度，同时硫铵液进一步得到浓缩。再从箱体的中下部出口分别进入脱硫塔，烟气中的SO2被循环浆液吸收，除去SOX及其他污染物后，然后再进入含洗涤层的除雾段与水接触，气体夹带的吸收液微粒被洗涤。净烟气通过塔顶烟道进入原烟囱排放。
2.4.3 浓缩系统改造
在浓缩箱内，硫铵液与烟气并流接触，硫铵浆液进一步得到提浓，结晶析出。在此段中，由于箱截面积较大，气体流速慢，使气体中夹带的硫铵液滴量小，不会出现原流程的气体夹带液体现象。被浓缩的硫铵浆液通过泵打入浓缩箱喷淋层继续循环使用，部分含结晶的浆液通过结晶排出泵打去硫铵后处理系统。
2.4.4 SO2吸收及洗涤系统改造
脱硫塔吸收采用还保持原有的吸收方式，只是增加喷头数量。烟气由进气口进入脱硫塔，在塔内与铵化溶液与烟气中SO2反应。吸收了SO2脱硫吸收液落于塔下部溶液池，再由吸收循环泵打至喷淋层继续使用。由于吸收液含有一定浓度的亚硫酸铵，脱硫效率会很高。
2.4.5 氧化空气系统改造
为保证亚硫酸铵氧化效果，在脱硫塔外设置单独的氧化槽，氧化槽内的浆液通过氧化风机将氧化空气鼓入反应池。为保证氧化效果，氧化空气分布系统采用喷管式，氧化空气被分布管注入，分散为细小的气泡并均布于浆液中。SO32-在氧化槽反应池中被氧化空气完全氧化。增设一台制氧机与一台臭氧发生器。
3 优化改造后的效果及结论
优化改造后的效果如表2所示，该一体化脱硫脱硝除尘工艺前期施工由于设计缺陷，导致脱硝、除尘效率并不理想，后经作者分析探讨，进行国内外主流脱硫、脱硝、除尘技术的优劣比对，最终采用氨法脱硫与臭氧脱硝相结合的一体化改造方案进行施工。该改造方案可以达到原有设计目标，从而达到烟气超低排放，进而实现SO2排放限值低于35mg/m3，NOx排放限值低于50mg/m3，粉尘颗粒物排放限值低于5 mg/m3的政策要求。
参考文献
[1]易成，张晓文，姚娅，李密，吴思.脱硫脱硝除尘一体化工程节能减排案例分析[J].资源节约与环保，2016（09）：9+13.
[2]薛琴.电厂脱硫脱硝一体化技术及应用研究[J].资源节约与环保，2017（06）：1+3.
[3]张会军.燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术研究进展[J].绿色环保建材，2017（03）：21.
[4]纪晓雯.燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术的研究与应用[J].能源与环境，2004（04）：53-56.
收稿日期：2017-11-20
作者简介：易成（1988-），男，硕士，工程师，研究方向为脱硫脱硝、辐射屏蔽。
