神华神东煤炭集团矿业服务公司 内蒙古鄂尔多斯 017209
摘要: 我国小型燃煤锅炉布局分散，数量众多，尾部烟气净化迫在眉睫。 了解目前工业化的脱硫除尘方式的优缺点，并根据小型燃煤锅炉的运行特点，选择适合它的净化技术。同时，脱硫除尘一体化作为一种趋势，已成为研究热点和研究方向。
关键词：燃煤锅炉；除尘；脱硫
前言：
随着雾霾天气日益增多，国家已加大对环境的治理和监管。在我国，燃烧煤炭产生的二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等是大气污染的主要来源，2011年和 2014年先后出台了《火电厂大气污染排放标准》（GB13223- 2011) 和 《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271- 2014)，各地方政府纷纷响应，密集出台大气污染防治行动方案。2013年底，山西、内蒙古、陕西等省市陆续出台了实施计划，明确污染防治目标和任务措施，满足GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》。而神东矿区小型燃煤锅炉布局分散，数量众多，小型燃煤锅炉短期内难以取缔，治理小型燃煤锅炉排放的污染物迫在眉睫。
1政策背景
2013年9月10日，国务院发布《大气污染防治行动计划》（国发[2013]37号）（以下简称《行动计划》），这项被称为史上最严厉的行动计划，明确提出“经过五年努力，全国空气质量总体改善”的行动目标，同时提出了2013至2017年大气污染防治的具体指标，推出了十个方面具体措施（常称为“大气十条”）。目标明确、内容详实、措施有力，充分体现了中央政府防止大气污染的坚定决心。9 月 17 日，国家环保部发布《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》，18日，国家环保部与京津冀及周边地区签订大气防治目标责任书，立下大气污染防治“军令状”，神东矿区小型燃煤锅炉为满足GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》要求，结合山西、内蒙古、陕西等省市出台的实施计划，也制定了相应的措施。
1.1必要性
推动煤炭落实“大气十条”要求，开展污染物治理工作，完成《“十二五”主要污染物总量减排责任书》的重要保障。
1.2锅炉现状
活鸡兔锅炉房现有2×10+2×8t/h热风炉，锅炉安装时间为2012年10月。现在4台锅炉均设置多管旋风除尘器进行除尘，每台除尘器后配有一台湿式脱硫塔，用氢氧化钠溶液进行脱硫。根据2013年神东环保处组织相关单位抽检数据分析，除尘器前颗粒物1569mg/Nm3，二氧化硫898mg/Nm3，均超出了GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》在用锅炉烟气排放限值为：颗粒物≤80 mg/Nm3，SO2≤400 mg/Nm3。
2条件
2.1交通运输
大柳塔煤矿活鸡兔新热风炉房位于陕西省与内蒙古自治区交界处的陕西一侧，交通较为方便，经井田东界有包头—大柳塔—神木的二级公路，向北112km至内蒙古鄂尔多斯市，220km抵包头市，向南62km达神木县。神木县向南有榆神府二级公路与西包公路连通，神木至榆林128km，至西安830km。井田东部由包神铁路，在大柳塔设有车站，并由此向北沿包神线经内蒙达秦皇岛港，向南可沿包神—神朔铁路经山西和河北省达黄骅港，交通便利。
2.2水文气象条件
大柳塔煤矿活鸡兔新热风炉位于乌兰木伦河中游西岸，地形南高北低，海拔1057～1273m，东侧和北侧支沟发育，北侧基岩裸露，相对高差最大216m，潜水形成一个较完整的水文地质单元，零星分布的浑园，长梁状黄土梁峁为井田地表系分水岭。由松散沙层泉或烧变岩泉排泄形成地表水系，流入乌兰木伦河。
3原则及要求
3.1 改造的目的及主要内容
锅炉燃煤含硫为0.46%，实测烟气中的SO2浓度为390mg/Nm3，根据含硫量0.46%计算的烟气中的SO2浓度为1150mg/Nm3，考虑到实测时的锅炉运行状况，脱硫系统入口SO2浓度按1500mg/Nm3考虑。按照在用锅炉≤400mg/Nm3限值的要求，为了保证稳定达标且优于国家排放标准，预留一定的富余量，脱硫系统排放浓度按SO2≤300 mg/Nm3设计。
实测烟气中的粉尘浓度为1569mg/Nm3，考虑到实测时的锅炉运行状况，除尘系统入口粉尘浓度按2000mg/Nm3考虑。按照在用锅炉≤80mg/Nm3限值的要求，为了保证稳定达标且优于国家排放标准，预留一定的富余量，除尘系统排放浓度按≤50mg/Nm3设计。
大柳塔活鸡兔锅炉房现有2×10+2×8t/h四台热风炉，拆除原有多管旋风除尘器，每台锅炉安装一台布袋除尘器，包括布袋除尘器系统、排灰系统、压缩空气系统等内容；脱硫改造采用现有脱硫系统，优化管道及附属设备，包括SO2吸收系统，制浆、供浆系统、排水系统等内容，改造后达到排放标准。
3.2除尘改造原则
根据要求，结合锅炉具体情况，除尘改造工艺及其设计方案基于以下几个方面来考虑：
（1）低排放、高效率
锅炉除尘器改造工艺和设备必须满足国家新颁布的排放标准，以满足日益严格的环保要求，彻底解决颗粒物排放不达标的问题。
（2）安全、可靠
除尘器系统、设备、自动控制应能在锅炉运行可能出现的各种情况下长期可靠、安全运行，确保不影响锅炉运行。
（3）低阻力运行
紧紧围绕如何降低和控制除尘器运行阻力制订设计方案，合理布置设备结构、进风方式、气流分布和运行参数，确保改造后的除尘器运行阻力小于1200Pa，降低运行能耗。
（4）采用成熟技术、吸收成功经验
采用成熟、安全、可靠的技术和设备，避免和消除其它类似项目中出现的问题及缺陷，吸收类似工程的成功经验，创建优良示范工程。
（5）节省投资
本着经济、高效、施工方便的原则，降低改造费用，减少改造工作量，缩短施工工期。
（6）配置先进的自动控制系统
采用先进、可靠的自动检测和控制系统，实现除尘器自动化运行。
3.3 脱硫改造原则
依据锅炉目前的烟气的排放状况以及项目改造的现场条件和机组的具体情况等，遵循有关的法规和标准，保证本工程脱硫装置的安全可靠运行，节约投资和运行成本，满足环保要求，本工程脱硫工艺选择原则为：
（1）主要技术指标满足国家和当地环保要求；
（2）投资和运行费用合理；
（3）施工方便，操作可行，能达到预期的技术目标和最终要实现的社会环境效益的方案。
4除尘系统
除尘系统用于过滤烟气中的粉尘，以达到环保要求的排放浓度。主要包括：壳体及烟气系统、清灰系统、布袋及袋笼、花板、灰斗等。
4.1壳体及烟气系统
除尘器采用下部进气、上部出气方式，烟气进气方式合理，烟气通过灰斗上部进口急速变向进入袋室底部，烟气中的大颗粒由于惯性作用直接落入灰斗，通过合理设计袋室大小，在进口处设置分布导向装置，保证较小的烟气上升速度，可使袋室除尘器烟气均匀，使烟气均匀地流过布袋，防止滤袋的磨损，保证良好的过滤。
除尘器壳体壁板厚度不小于4mm，保证密封、防雨、排水及防腐，壳体设计充分考虑了避免出现死角或灰尘积聚区。
除尘器设有足够和安全的检修维护通道、人孔门、通风装置，符合相关的安全和技术规程，以便运行、维护及检修时使用。
4.2清灰系统
清灰系统采用中压脉冲清灰，清灰压力为0.4-0.6MPa，可以减少清灰对滤袋的损伤，清灰气源由空压机提供，清灰系统的设计符合使用要求，工作性能稳定可靠。
电磁脉冲阀选择具有寿命长、动作灵敏等优点的直角式脉冲阀。在正常使用条件下，脉冲阀喷吹次数大于100万次。
清灰控制采用定阻力或定时自动控制。每台除尘器均装设有一套时间、差压自动脉冲喷吹控制仪，实现除尘器自动清灰。
每台除尘器顶部配有一套脉冲反吹装置，包括气包、电磁脉冲阀、喷吹管等，保证每一条布袋都可以被均匀干净的清灰，保证理想的喷吹效果。脉冲反吹是在每行袋束之间轮流执行，脉冲间隔在5-20秒内可调。脉冲间隔的调整以除尘器进出口差压为依据，差压越高，脉冲间隔越小，差压越低，脉冲间隔越大，使布袋差压保证在800Pa-1200Pa之间。
4.3布袋及袋笼
对于整台锅炉布袋除尘器而言，滤袋是其核心部件，滤袋的质量及选型是否得当直接影响除尘器的效率及使用寿命；滤袋的材料种类很多，性能及价格差别较大。
滤袋使用寿命保证不小于年3年。滤袋在保证期内（1个采暖期）失效率<0.5%，寿命期内失效率<1%。滤料材质的选择及加工方法充分考虑了本工程锅炉的运行状况及其烟气特性的要求，保证滤袋在寿命期内安全可靠的运行。
袋笼为刚性设计，12根φ3.2mm钢丝均采用点焊组成笼子，去除尖边、毛刺以免破坏滤袋。为方便操作，袋笼采用分体式设计，分为2节加上简单的连锁组件，无需使用特殊工具。最上面一节配备低碳钢颈圈，无需工具即可使滤袋不锈钢卡带与花板紧密配合。颈圈还可以保护袋顶，以免维护人员在花板上走动时造成滤袋的破损。袋笼最下面一节装有低碳钢帽。袋笼联接牢固，表面光滑，并作防腐处理，安装后的滤袋底部有合适的间距，避免相互间的接触。
滤袋在检修维护时更换方便，一个人操作一般3～5分钟即可更换一条布袋。
4.4灰斗及除灰系统
除尘器灰斗壁板厚度不小于4mm，灰斗斜壁与水平面的夹角为60°，相邻壁交角的内侧成圆弧形，可保证灰自由流动即时排出灰斗。灰斗的贮存量可保证最大含尘量下8小时满负荷运行。
布袋除尘器下除灰设置有电动锁气给料机及集灰箱，用来卸灰、贮存布袋除尘器收集的粉煤灰，每班一次将集灰箱中的粉煤灰推运至锅炉房外的堆渣场暂存，定期用汽车外运进行综合利用。配置的集灰箱设有喷淋水增湿装置，防止二次扬尘。喷淋水接至脱硫废水，达到废水综合利用。
5脱硫系统
5.1 SO2吸收系统
原吸收塔为圆柱体、钢结构，底部与地下循环浆池相连，上部设有喷淋，每塔对应一台浆液循环泵。8t/h锅炉吸收塔直径为1.4m，高度4.2m，10t/h锅炉吸收塔直径为1.9m，高度4.4m。
烟气进入吸收塔后，与喷淋层喷出的浆液接触，烟气被浆液洗涤，其中的SO2被浆液吸收。被吸收到浆液中的SO2在吸收塔下部的循环浆池内与浆液中的Na+发生反应生成Na2SO3。
改造方案为，更换原有循环泵，在每座吸收塔上增加一层喷淋，提高脱硫效率。
5.2脱硫剂浆液制备及供给系统
脱硫剂采用固体氢氧化钠，纯度95%。
4台锅炉，其中2台满负荷运行时，脱硫剂最高耗量见下表。
6.2噪声
烟气脱硫除尘设备所产生的噪声应控制在低于80dB的水平（距产生噪声设备1米处测量），否则应采取降噪隔音措施。
大柳塔活鸡兔2×10+2×8t/h热风炉烟气脱硫、除尘项目噪声设备主要为空压机、氧化风机，均采取降噪隔音措施，避免对环境造成噪声污染。
7节约和合理利用能源
7.1节能
为认真贯彻节约和合理利用能源的精神，对设备选择及系统的确定进行优化设计，尽量采用安全可靠，技术先进，效率高，性能好的设备，充分考虑减少脱硫装置的电耗，统筹规划，尽量利用现有设备和设施，优化系统间各个环节的布置和连接等以节省能耗、减少投资和占地面积。本工程主要考虑以下措施：
（1）对于消耗厂用电大的设备优化设计，以节约能源。
（2）采用低损耗变压器及高效电动机。照明灯具选用高能低耗型号。
（3）吸收塔的喷淋系统在操作程序中，循环泵设有在机组负荷率较低或燃煤含硫量较低时，根据性能要求，可人为选择喷淋系统的运行方式，以降低脱硫系统的厂用电率。
（4）进行烟气流场模拟工作，降低烟气系统阻力，降低电耗。
7.2节水
加强脱硫系统的水务管理，与全厂用水统一调度、合理利用、综合平衡，达到一水多用，综合利用，重复利用，降低锅炉房水耗量。
如脱硫装置冷却、伴热冷却水凡能回收的均回收，系统设计中将泄漏的浆液回收。
8安全防治措施
（1）在装置的设计过程中，应严格按照电力行业有关标准进行设计，相关标准如下：
（2）防电伤措施
电气设备应采取必要的机械、电气连锁装置以防止误操作；
电气设备设计严格按照带电部分不低于最小安全净距执行；
电气设备选用有五防设施的设备，对配电室加锁，严格执行工作票制度；
在高压电气设备的周围按规程规定设置栅栏，遮拦或屏蔽装置；
紧急事故采取声光显示及必要的其它指示信号，设置自动联锁装置以给出处理事故的方法；
各元件的控制回路均设有保险、信号、监视、跳闸等保护措施；
所有电气设备应有防雷击设施并有接地设施。
（3）防机械伤害措施
所有转动机械外露部分均应加装防护罩或采取其它防护措施；设备布置应留有足够的检修场地和人行通道。
（4）其它伤害防止措施
所有钢平台及钢楼梯踏板采用花纹钢板或格栅板以防人员滑倒；
在楼梯孔平台等处周围设置保护围沿和栏杆，以防高处跌伤；
在粉尘含量高的场所设有除尘设施并安装通风机；
凡有腐蚀性液体漏卸或排空的地方设有围堰和冲洗设施；
凡温度高于50℃的设备、管道必须保温，防烫伤；
灰浆系统和化学药液系统检修及运行操作均要遵守安全操作规程。
结语：作为特大型能源企业，神华集团积极落实国家行动计划，带头做好大气污染防治工作，是中央企业份内的社会责任，化挑战为机遇，发挥神华独特优势，实现低碳高效发展的历史性契机。推动煤炭落实“大气十条”要求，开展污染物治理工作，既是完成《“十二五”主要污染物总量减排责任书》的重要保障，也为培育壮大节能环保产业、促进企业技术进步提供神东公司内部市场平台。
参考文献：
[1] 蒋文举.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京:化学工业出版社,2001.
[2] 武立军.中小型燃煤锅炉 SO2 治理技术现状及建议[J].电力环境 保护，2006,2(4)：12- 14.
[3] 现行的国家及部颁发的行业有关规程、规定和规范：《火力发电厂烟气脱硫设计技术规程》
论文作者:张鹏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第7期
论文发表时间:2017/8/10
标签：锅炉论文; 烟气论文; 除尘器论文; 系统论文; 吸收塔论文; 大气污染论文; 浆液论文; 《建筑学研究前沿》2017年第7期论文;