计测技术稿件信息
14MW燃煤锅炉烟气脱硫除尘技术研究
王 辉1，李 诺2，冯立新1
（1.葫芦岛中核凯利核能服务有限公司，辽宁 葫芦岛，125100；2. 中核北方铀业有限公司，辽宁 葫芦岛，125100）
摘要：主要研究了我国北方某锅炉系统技术改造应用，对排烟热能回收系统、除尘系统、脱硫系统、烟道系统进行了设计与配置。改造后锅炉系统投资省、运行成本低、效率高，锅炉烟气中硫化物、氮氧化物、粉尘含量全部达标，为同行业锅炉技改提供了参考依据。
关键字：锅炉改造；热能回收；烟气达标；脱硫除尘
Technical renovation on desulfuration and dedusting of 14MW boiler system
Wang Hui1, Li Nuo2, Feng Lixin1
（1.CNNC Huludao Kaili Nuclear Power Service Co.,Ltd. Huludao, Liaoning 125100, China; 2. North Uranium Industry Company of China National Nuclear Corporation, Huludao, Liaoning 125100, China）
Abstract: The boiler system technical renovation used in a company in northern China. Rational design and arrangement of smoke exhaust energy recovery, dust removal system, dedusting system was researched. The investigation into the application of the reformed boiler system shows that it is of less investment, low operation cost, high efficiency. The reformed boiler system has realized stable operation, the indexes such assulfide, nitrogen oxides and dust in effluent are all reached to the national standard, and these can provide the reference basis for same industry.
Keywords: boiler system technical renovation; heat recovery; emissions standard; desulfuration and dedusting
燃煤锅炉运行过程中排放的烟尘、SO2、NOx等为大气污染物主要来源之一，我国北方大部分地区冬季供暖仍以燃煤为热源，随国家对节能减排工作越来越重视，环保标准逐年提高，大多数锅炉的烟气处理装置已经不能满足新环保标准要求，锅炉设施改造势在必行[1]。我国北方某电厂供热系统由4台DZL14-1.25/130/70-AⅡ14MW热水燃煤锅炉、MSCM-20型脱硫除尘器以及引风机、鼓风机等组成的4个独立单元组成，存在锅炉排烟温度高、热能损失高、除尘脱硫指标不满足标准[2]等缺陷。锅炉烟气直接进入到麻石脱硫除尘器，烟囱排放的烟气具有明显的黑黄颜色，按照林格曼黑度的标准可以划到2~3级[3]。本文通过分析并结合工程实际，在回收流失热源（节能）、保护延长布袋寿命、提高脱硫效率、优化设备等方面上得到整体的提升 ，使锅炉排出的SO2、氮氧化物、粉尘含量全部达标。
本次技术改造旨在降低SO2和烟尘排放量，不改变锅炉的主体构造、工作原理及性能设计，不对现有厂房扩容增高，利用现有空间安置新增设备。脱硫副产物应易于处理，无二次污染。在满足上述要求的前提下，应尽可能降低工程造价和运行工艺成本，不产生新的操作岗位。主要技术指标如表1所示。
表1 改造达到的技术指标表
|
序号 |
项目 |
控制指标 |
|
1 |
排烟温度降低 |
20%～30% |
|
2 |
烟气颗粒浓度 |
≤40 mg/m3以下 |
|
3 |
烟气SO2浓度 |
≤80 mg/m3 |
本次改造主要涉及：1#2#3#锅炉每台增加省煤器/空预器、安装2台除尘器（1#2#共用、3#4#共用）、2#3#脱硫塔改造、烟道增加切换功能。
本工工艺中，烟气自锅炉出口进入空气预热器，通过烟道进入除尘器，当含尘烟气从进风口进入收尘器后，气流便转向流入灰斗，同时气流速度变慢，由于惯性作用，使气体中粗颗粒粉尘直接落入灰斗，起到预收尘的作用，进入灰斗的气流随后折转向上通过内部装有金属骨架的滤袋，粉尘被捕集在滤袋的外表面，净化后的气体进入滤袋室上部的清洁室，汇集到出风管经管道由风机通过排气筒排出。经过除尘后的烟气进入到脱硫塔中，烟气中的SO2、 NOx等酸性物质经过该段与碱性喷淋水接触，进行脱硫，降低烟温（能有效的缩小烟气休积，降低烟气流速，达到延长烟气停留在塔中的反应时间），烟气经过引风机由烟筒排入大气。流程如图1所示。
图1 系统改造流程示意图
本体结构和辅助系统缺少省煤器、空预器的重要单元，因此需要在系统中安装上述单元构件，以达到回收排烟热能、降低排烟温度的目的[4]。由于锅炉基建早已完成，剩余空间不足，难以同时容纳省煤器与空预器的安置，因此需要在两者之间选择其一。虽然省煤器的回收热能效果更好，但考虑到空预器的体积小、重量轻、施工造价及勤务性等问题优于省煤器，因此将空预器作为本次改造中热能回收的首选。空预器参数要求如表2所示，设备参数如表3所示。
表2 空预器参数要求
|
序号 |
项 目 |
数 据 |
项 目 |
数 据 |
|
1 |
烟气入口温度 |
200℃ |
烟气出口温度 |
140℃ |
|
2 |
空气风量 |
30000m3/h |
空气温度 |
20℃ |
|
3 |
空气温升 |
≥70℃ |
锅炉出力 |
20t/h |
|
4 |
烟气侧阻力 |
＜400pa |
空气侧阻力 |
＜250pa |
表3 空预器产品参数
|
项目 |
数据 |
项目 |
数据 |
|
型号 |
ZGRH-K-20t |
数量 |
3台 |
|
回收热量 |
380×104kj/h |
空气温升 |
90～100℃ |
|
烟气流量 |
60000m3/h（max） |
空气流量 |
300003/h（max） |
|
烟气侧阻力 |
280pa |
空气侧阻力 |
160pa |
|
设计温降 |
（260～160℃）100℃；空气入口温度20℃ |
||
|
外形尺寸 |
1874×1479×3105mm |
||
由于袋式除尘效率高，不会造成二次污染，便于回收干料等性能，在国内外的应用越来越广，占到所用除尘设备的80%。因此采用技术成熟、性价比高的袋式除尘器作为本次锅炉改造中除尘子项的主要设备[5]。
布袋式除尘器的设计处理风量[6]：
其中，Q-处理风量（m3/h）； V-过滤风速（m/s），一般取0.9~1.2m/s；S-过滤面积（m2）。
在引风机满功率运行情况下，风量Q为58000 m3/h，过滤面积S为1070m2。
根据现场安装情况确定除尘器尺寸以及布袋长度以及布袋材质，进而达到过滤面积。根据现场安装条件确定布袋直径160mm、长度为6000mm，布袋个数为350根，布袋材料为纤维+PTFE基布材质，温度最高为200℃。清灰方式采用全自动在线清灰，手自动开启，灰斗2个，星型卸料器2个，螺旋输灰机12m长，5.5kw一根。脉冲阀25个，3寸淹没阀，电压220v。气源采用18.5kw螺杆空压机一台，储气罐1m3一个，冷干机1台，足够达到除尘器喷吹使用。除尘设备按照PLC程序自动运行。
本收尘器为负压工作，全钢结构，收尘率可达 99.9%以上，净化后气体的含尘浓度小于 30mg/m3（标）。选用LMC-1070型长袋低压脉冲袋式除尘器，主要技术参数如表4所示。 Ø
表4 布袋式除尘器参数
|
项 目 |
数 据 |
备 注 |
|
最大处理烟气量（m3/h） |
58000 |
|
|
总过滤面积（m2） |
1070 |
|
|
过滤风速(m/min) |
0.9 |
|
|
收尘器阻力（Pa） |
1500～2000 |
|
|
滤袋总数（个） |
350 |
|
|
滤袋规格/材质 |
纤维+PTFE 基布材质 |
|
|
使 用 温 度 |
<200℃ |
|
|
清 灰 方 式 |
全自动在线清灰 |
带手动功能 |
|
灰斗数 |
2 |
|
|
漏风率 |
≤3% |
|
|
数量 |
2台（套） |
|
烟气脱硫原理为NaOH溶液吸收SO2并副产NaHSO3的过程，可分为以下几步：
2NaOH+SO2 =Na2SO3+H2O （1）
Na2SO3+ SO2+ H2O=2NaHSO3 （2）
（1）+（2）总反应式为
NaOH+SO2=NaHSO3
在循环操作过程中，Na2SO3为实际的SO2 吸收剂。
原MSCM-20型脱硫除尘器水浴喷头数量少，造成喷淋量不足，粉尘颗粒与二氧化硫与水、碱液的物化反应的配比不足。另外，碱液流量不足，原脱硫器在入烟口平列4个喷嘴，碱液喷淋流量不能满足中和硫化物的需求，致使原烟气排放的SO2超标，如图2所示。
经改进，在原脱硫塔的主筒体上增加了2层喷淋组，共20个专用喷嘴。在碱液泵现有功率下，使碱液流量从5 m3/h增加至30 m3/h，如图3所示。
图2 原脱硫塔的喷淋示意图
图3 脱硫塔的喷淋改造示意图
1#2#3#锅炉之间增加连接烟道，使3个锅炉与2#、3#除尘器同时连接，并在适当位置设置挡板阀，可以实现开闭挡板阀达到锅炉与2台除尘器进行切换对接的目的，如图4所示。
图4 烟道改造示意图
改造后三台锅炉的排烟通道经过切换，如图5所示，均实现脱硫除尘的工艺流程，保证了供暖运行的可靠性。每套脱硫除尘系统可以互为备用，提高了供热运行的保障，同时节省了资金。
图5 可切排烟换路径示意图
2018年冬季运行期间，对改造后烟气脱硫除尘系统的脱硫除尘效果进行检测，检测结果如表5所示。
表5 改造前后除尘脱硫对标表
|
序号 |
名称 |
改造前指标 |
改造后指标 |
国家标准 |
|
1 |
颗粒物，mg/m3 |
76.71 |
19 |
80 |
|
2 |
SO2，mg/m3 |
669.35 |
352.09 |
400 |
|
3 |
NOX，mg/m3 |
123.35 |
140.66 |
400 |
经过一个月的运行，颗粒物浓度降为19 mg/m3，SO2浓度降为352.09 mg/m3，NOX浓度降为140.66 mg/m3，均满足国家标准规定[2]。
（1）空预器运行效果
空预器的运行提高了炉膛温度，燃料燃烧充分，节煤10%左右，减少烟尘原始排放浓度30%以上，提高节能与环保效益，如表6所示。
表6 空预器现场监测参数
|
项目 |
监测数据 |
项目 |
监测数据 |
|
烟气入口温度 |
190℃ |
烟气出口温度 |
153℃ |
|
空气入口温度 |
14℃ |
空气出口温度 |
68℃ |
|
鼓风流量 |
12000m3/h |
引风流量 |
25000 m3/h |
实践验证：为缩短热风路径和减小占用空间，拆除原有鼓风机的消音装置，由于换热器与鼓风机的风道足够长且又密闭，完全可以担当消音器的功能。
（2）烟道及烟道阀运行效果
烟道阀开启顺畅灵活，闭合的翻板密闭无泄漏，鼓风机、引风机变频20～25Hz运行，炉膛负压（-0.3Pa），说明烟道转弯延伸对烟气的阻滞影响较小，满足排烟需求。
（3）脱硫塔运行效果
脱硫塔试水实验可得，喷淋嘴下的液体以伞形膜状散布，在烟气紊流的作用下容易打碎形成细小水雾，增加碱液与硫化物的反应面积。在投运后监测数据低于国标要求。
（1）经过改对空预器、除尘系统、脱硫系统、烟道等改造，烟气指标脱硫除尘效率高，能满足到国家标准。
（2）本次改造是设计与实践的高度结合。降低了运营管理成本，可以推广到同行业内应用。
[1]王耀国. 工业锅炉节能改造技术的研究[J]. 中国新技术新产品，2017(07) :6-8.
[2] GB13271-2014，锅炉大气污染物排放标准（S）.
[3]董广霞，吕卓，程洁，白煜，封雪. 我国重点调查企业工业锅炉污染排放特征[J]. 中国环境监测，2018(01):45-47.
[4] 刘妍. 中小型燃煤锅炉脱硫除尘及节能技术[
