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超聲波脫硫除塵一體化技術的應用與示范

2019-10-25信息來源 : 中氮肥 張元勇

兗礦魯南化工有限公司鍋爐系統有6臺循環流化床鍋爐, 配置有“布袋除塵器+SNCR脫硝+低氮燃燒+氨法脫硫”等環保設施, 運行過程中煙氣SO2排放濃度在35~150 mg/m3, 煙塵排放濃度在19~36 mg/m3, 達不到《山東省火電廠大氣污染物排放標準》 (DB 37/664—2013) 第2號修改單的要求, 故必須對鍋爐系統實施超低排放改造。

在對當前市場上可供選擇的鍋爐煙氣超低脫硫、除塵技術進行比選分析的基礎上, 最終確定選擇超聲波脫硫除塵一體化技術對鍋爐系統實施改造。改造后, 凈煙氣中的SO2濃度穩定控制在30 mg/m3以下, 煙塵濃度穩定控制在5 mg/m3以下, 完全滿足DB 37/664—2013第2號修改單的要求, 年減排SO2達369. 36 t, 減排煙塵172. 8 t, 每年可減少環保稅支出約242萬元, 經濟效益和環保效益顯著。

燃煤電廠鍋爐污染物排放是造成大氣污染的主要原因之一,近年來,國家投入巨額資金大力開展工業點源特別是燃煤電廠的污染治理工作,要求燃煤鍋爐達到地方污染物特別排放限值 (超低排放) 要求,《山東省火電廠大氣污染物排放標準》 (DB 37/664—2013) 第2號修改單明確規定:現有火電鍋爐2019年1月1日起必須達到排放煙氣SO2含量≤35 mg/m3、煙塵含量≤10 mg/m3(410 t/h以上鍋爐煙氣煙塵含量≤5mg/m3) 的要求。

1 鍋爐煙氣排放概況及改造目標

兗礦魯南化工有限公司 (簡稱魯南化工) 是兗礦集團旗下大型高科技煤化工企業,其主導產品為甲醇、醋酸、醋酸乙酯、丁醇等,配套建設的鍋爐系統主要為化工生產裝置提供動力或熱源 (用于精餾提純) ,富余蒸汽用于發電。

魯南化工現有6臺循環流化床鍋爐,東、西廠區各配置3臺,分別為2臺130 t/h循環流化床鍋爐和1臺260 t/h循環流化床鍋爐 (2×130t/h+1×260 t/h) ,鍋爐均為2004—2009年期間建設,建成時間較早,污染物排放濃度較高。

前幾年對鍋爐系統進行了技術升級改造,6臺鍋爐均配置了“布袋除塵器+SNCR脫硝+低氮燃燒+氨法脫硫”等環保設施。其中,東、西廠區各配置氨法脫硫裝置1套 (東廠區為1#脫硫塔、西廠區為2#脫硫塔) ,采用三爐一塔方式配置,2套脫硫裝置均采用江蘇新世紀江南環保股份有限公司開發的第一代氨法脫硫技術,2009年建成投用,設計煙氣處理量673 400 m3/h、脫硫效率98%、SO2排放濃度≤100 mg/m3,實際SO2排放濃度在35~150 mg/m3、煙塵排放濃度在19~36 mg/m3,棗莊市環境監測監控信息管理系統監測到的2016年全年煙氣中污染物排放數據見表1。

可以看出,魯南化工鍋爐煙氣排放指標達不到DB 37/664—2013第2號修改單的要求,必須對鍋爐系統進行超低排放改造。

表1 技改前煙氣中污染物排放濃度統計mg/m3

根據DB 37/664—2013第2號修改單的要求,魯南化工確定鍋爐煙氣脫硫除塵改造目標如下:凈煙氣中SO2含量≤35 mg/m3、顆粒物 (煙氣中各種塵粒的總和) 含量≤5 mg/m3,其他工藝指標達到《氨法煙氣脫硫工程通用技術規范》 (HJ 2001—2018) 的要求。

2 技術路線比選

為達到新標準的要求,魯南化工2015—2016年持續對國內脫硫、除塵超低排放工藝及其應用狀況進行了深入的考察調研,但當時國內煙氣超低排放處于剛起步階段,已經投運的成熟示范裝置還不多,大型燃煤電廠超低排放基本上以石灰石-石膏法+濕式電除塵工藝為主,可選擇性少。

2.1 SO2超低排放技術路線比選

國內應用較多的煙氣脫硫工藝主要有石灰石-石膏法、氨法和半干法,3種工藝均技術成熟、可靠,并有廣泛的應用。由于魯南化工已建成氨法脫硫裝置,且以化工生產過程中副產氨水作為脫硫劑,氨法脫硫副產硫酸銨可作為企業生產復混肥的原料,其運行成本、技術可靠性等均較石灰石-石膏法、半干法等工藝有明顯優勢,因此,SO2超低排放改造只需對現有氨法脫硫裝置進行優化,即通過吸收段結構優化強化傳質效果、提高脫硫劑覆蓋率、避免煙氣短路及偏流,就可實現凈煙氣中SO2濃度低于35 mg/m3的目標,較新建超低排放設施節省投資50%以上。

2.2 煙塵超低排放技術路線比選

在脫硫系統改造的基礎上,要實現凈煙氣中顆粒物含量≤5 mg/m3的要求,有多種工藝組合方式可選,超低除塵工藝組合的比較見表2。

通過比對并綜合考慮魯南化工的生產經營狀況,最終我們確定選擇施工周期短、新增占地少、投資低、運行安全可靠的“原布袋除塵+超聲波脫硫除塵一體化技術”對鍋爐系統進行改造,該技術路線可較常規的“脫硫+濕式電除塵超低排放技術”工藝路線節約投資50%以上,節省運行費用50%以上,具有明顯的技術和應用優勢。

3 超聲波脫硫除塵一體化技術工藝原理及流程

超聲波脫硫除塵一體化技術是將脫硫吸收與深度除塵組合在1套裝置中的聯合處理技術,是一種集煙氣脫硫、除塵于一體的經濟、高效的超低排放技術,可使脫硫后凈煙氣中的SO2含量控制在35 mg/m3以下、煙塵含量控制在5 mg/m3以下。

3.1 工藝原理

3.1.1 氨法脫的工藝原理

在多功能煙氣脫硫塔吸收段中,通過氨水中的NH3與煙氣中的SO2反應將鍋爐煙氣中的SO2予以吸收脫除,得到脫硫中間產品———亞硫酸銨或亞硫酸氫銨溶液,之后在脫硫塔的氧化段鼓入壓縮空氣,使亞硫酸銨或亞硫酸氫銨與空氣中的O2發生氧化反應生成硫酸銨;在脫硫塔的濃縮段,高溫煙氣將硫酸銨溶液濃縮,得到固含量在10%~15%的硫酸銨漿液,漿液經旋流器濃縮以及離心分離、干燥、包裝等工序處理后最終得到硫酸銨產品。

表2 多種煙氣超低除塵工藝組合的比較

3.1.2 超聲波除塵的工藝原理

超聲波除塵技術由江蘇新世紀江南環保股份有限公司開發,采用洗滌凝聚、聲波凝并2種細微顆粒物粒徑增大技術對載塵煙氣進行細微顆粒物粒徑增大預處理,從而大大提升細微顆粒物的去除效果,最后采用多級高效除霧器實現總塵的超低排放。其中,聲波凝并顆粒物粒徑增大技術是在聲波或超聲波的作用下使細微顆粒物發生共振 (聲波聲強不小于0.5 kW/m2、頻率在0.05~150 kHz更好;顆粒粒徑越小則振幅越大) 而相互結合、增大,從而促進顆粒凝聚并從流動的氣體中分離出來。

超聲波除塵技術的三大機理: (1) 超聲波在氣體中傳播,推動氣體中懸浮的微粒反復振動而對微粒做功,不同大小粒子的振幅不同而導致粒子間相互碰撞; (2) 由于氣流與顆粒間的相對速度不同,粒子之間形成流體吸引力; (3) 由于聲輻射壓的作用,使粒子沉積到聲駐波的波腹上,大大增加塵粒的碰撞積灰。

3.2 工藝流程

超聲波脫硫除塵一體化裝置工藝流程簡圖見圖1。鍋爐引風機送來的煙氣,通過增壓風機進入多功能煙氣脫硫塔濃縮段,蒸發濃縮硫酸銨溶液,煙氣溫度降至約60℃;之后煙氣進入脫硫塔吸收段,通過與吸收液中的NH3反應除去煙氣中的大部分SO2和其他酸性氣,煙氣溫度進一步降至45~55℃;之后凈煙氣經超聲波凝并,其中的顆粒物結合為大顆粒,經除霧器捕集后返回塔內,凈煙氣則由脫硫塔煙囪直接排放。

圖1 超聲波脫硫除塵一體化裝置工藝流程簡圖

4超聲波脫硫除塵一體化技術的應用及效果

4.1應用概況

2016年10月—2017年6月,魯南化工采用超聲波脫硫除塵一體化超低排放技術先后完成了東、西廠區2套氨法脫硫裝置的升級改造,2套氨法脫硫裝置分別于2017年4月和2017年7月進行運行調試,之后投入正常運行。

投運至今,裝置運行正常,凈煙氣中SO2濃度能夠穩定控制在30 mg/m3以下,煙塵濃度穩定控制在5 mg/m3以下,完全滿足DB 37/664—2013第2號修改單的要求,沒有出現日均值、小時均值超標的現象;投運至今,超聲波脫硫除塵一體化裝置按計劃檢修3次,主要是脫硫塔內件的常規檢查和防腐處理,檢查結果顯示,其動、靜設備運轉正常,超聲波設施及新增屋脊式除霧器、絲網除沫器均無嚴重腐蝕現象。

4.2 排放指標考核

2018年4月2日0:00—4月8日23:00對2#脫硫塔進行了168 h的運行考核,2018年7月13日0:00—7月19日23:00對1#脫硫塔進行了168 h的運行考核,棗莊市環境監測監控信息管理系統監測到的煙氣中污染物排放數據見表3。

表3 技改后煙氣中污染物排放濃度統計mg/m3

4.3 工藝運行指標考核及評價

(1) 性能考核期間共生產硫酸銨137 t,脫硫前系統硫酸銨潛在量為52.88 t,系統共消耗濃度15%的氨水145.47 m3,折合純氨21.88 t,理論上應生成硫酸銨84.89 t,即氨利用率為 (137-52.88) ÷84.89×100%=99.1%,而設計氨利用率≥99%,實際氨利用率優于設計值。

(2) 設計煙氣脫硫系統壓降≤2100 Pa,實際考核煙氣脫硫系統壓降390Pa,優于設計值。

(3) 設計煙氣氨逃逸≤2 mg/m3,實際考核氨逃逸值為0.533×10-6(0.405 mg/m3) ,優于設計值。

(4) 設計凈煙氣中霧滴濃度≤75 mg/m3,實際考核霧滴濃度20.69 mg/m3,優于設計值。

可見,超聲波脫硫除塵一體化裝置各項排放指標及工藝指標均達到設計要求,符合《山東省火電廠大氣污染物排放標準》和《氨法煙氣脫硫工程通用技術規范》的要求。

4.4 經濟效益評價

據項目環評及驗收報告,項目實施后年減排SO2達369.36 t,減排煙塵172.8 t,按山東省環保稅征收標準———SO2每當量6元、煙塵每當量1.2元計算,每年減少環保稅支出約242萬元。

4.5 環境效益評價

超聲波脫硫除塵一體化技術的應用是在原煙氣處理設施的基礎上進行的升級改造,改造后,正常生產過程中水全部重復利用,不產生廢水,事故廢水排放地坑回收 (重復利用) ,副產品———硫酸銨對外出售,無其他廢渣產生;6臺循環流化床鍋爐年減排SO2達369.36 t,年減排煙塵172.8 t,大幅減輕了對環境的污染,為打贏“藍天保衛戰”做出了積極的貢獻。

5 結束語

魯南化工超聲波脫硫除塵一體化技術的應用實踐表明:其各項排放指標完全能達到《山東省火電廠大氣污染物排放標準》和《氨法煙氣脫硫工程通用技術規范》的要求,可實現鍋爐煙氣的超低排放;該技術可采用“多爐一塔”的方式配置[魯南化工已將超聲波脫硫除塵一體化備塔列入2019年項目資金計劃,以實現“三爐兩塔” (開一備一) ,滿足設備檢修和環保應急工作需要],可大大減少一次性改造資金的投入;該技術適用于現有氨法脫硫裝置的升級改造,具有施工周期短、改造設備少、占地少、投資小、運行安全可靠等優點,可作為化工、石化、醫藥等企業自備中小型鍋爐煙氣超低排放示范工藝路線的首選。

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