五阳热电厂锅炉烟气超低排放工艺优选及工程应用

连晓芳

（潞安矿业（集团）公司五阳热电厂，山西长治 046200）

0 引言

随着我国环境形势的日益严峻，为了保护生态平衡，净化环境，2017年2月17日，国家环保部等十个部委、省、市人民政府联合下发文件《关于印发〈京津冀及周边地区2017年大气污染防治工作方案〉的通知》，方案要求涉及到的地市10月底前燃煤发电机组（含自备电厂）全部达到超低排放，未达标的全部停产。而五阳热电厂改造前烟囱烟气含尘浓度大约为40 mg/Nm3，NOX浓度大约为200 mg/Nm3，SO2浓度大约160 mg/Nm3，污染严重，影响环境；为响应国家环保号召，潞安矿业（集团）公司五阳热电厂投资6 500万元，改造4台75 t/h CFB锅炉（锅炉烟气超低排放工程），以保证锅炉烟囱烟气含尘浓度5 mg/Nm3，NOX浓度50 mg/Nm3，SO2浓度35 mg/Nm3，汞及其化合物排放 0.03 mg/Nm3，（标态，干基，6%O2）[1-3]，改造后满足排放要求。

1 锅炉煤种及烟气参数概况（见表1、2）

表1 五阳热电厂煤种参数

表2 五阳热电厂炉出口烟气参数

2 锅炉烟气超低排放工艺

2.1 锅炉烟气超低排放（两种）工艺

2.1.1 锅炉烟气超低排放湿法工艺（见表3）

表3 锅炉烟气超低排放改造工艺（湿法）

2.1.2 锅炉烟气超低排放干法工艺（见表4）

表4 锅炉烟气超低排放改造工艺（干法）

2.2 锅炉烟气超低排放工艺对比

（1）技术路径对比：从技术成熟度、可靠性看，湿法早期在国内大型火力发电厂中应用较多，但其系统庞大复杂，运行费用较高，且产生的脱硫废水中氯离子浓度较高；干法脱硫除尘一体化工艺在国内外大中小型锅炉中均有相当规模的应用业绩，最高应用的机组容量达660 MW，其系统相对简单，运行方便，技术也非常成熟。

（2）投资成本对比：湿法系统的组成设备多，防腐处理、废水处理以及湿式电除尘器造价高。干法简单，无需防腐处理，投资造价低。湿法投资规模比干法要大，资金投入较多。

（3）运行维护成本对比：由于湿法设备比较多，电耗、水耗比较大，增加了废水处理成本和烟囱定期防腐大修成本，运行维护成本远大于干法。

（4）环保方面对比：湿法脱硫过程中会产生大量废水，由于脱除的汞等重金属污染物全部进入废水中，必须进行单独处理，难以实现废水“零排放”；干法过程干态，无废水产生，为真正的“零排放”。

（5）建设工期对比：湿法改造必须对烟囱进行防腐处理，需要停产或新建临时烟囱。停产会中断对五阳煤矿的供热，新建烟囱需向当地环保部门备案，建设工期较长。干法不需要停产，建设工期短。

（6）建设场地方面对比：五阳热电厂在建厂初期，环保设施系统占地面积小。湿法脱硫设备多，需要的场地大，电厂目前的场地不能满足要求。干法为一体化设备，占地面积小，适合五阳热电厂现有场地情况。

2.3 锅炉烟气超低排放投资费用对比（见表5、6、7、8）

表5 干法超低排放投资费用

表6 湿法超低排放投资费用

表7 锅炉烟气超低排放运行费用对比

表8 锅炉烟气超低排放维护费用对比

2.4 锅炉烟气超低排放工艺的选择

综合考虑工程技术先进性、投资成本、运行维护费用、建设工期、改造场地及实际达到的环保效果等各方面因素，决定采用干法工艺(炉内喷钙+脱硫除尘一体化干法工艺方案）。

3 超低排放干法工艺方案（图1）

图1 五阳热电厂干法工艺流程

3.1 脱硝工艺方案

脱硝系统改造包括锅炉低氮燃烧系统+原有SN⁃CR脱硝系统升级改造。

（1）通过低氮燃烧技术（包括锅炉燃烧调整、二次风调整、旋风分离器改造等），使锅炉SNCR入口NOx浓度降低至120 mg/Nm3（干基，6%O2）以下。

（2）对现有SNCR脱硝装置进行优化改造，通过优化喷射流场及增加相应设备，增加喷入点数量（现有喷枪数量为每炉6只），最终在氨氮比不超过2.5的前提下，提高脱硝效率到75%以上。

（3）通过改造使锅炉烟气出口NOx的排放值＜50 mg/Nm3（干基，6%氧量）。

3.2 脱硫工艺方案

脱硫系统改造包括炉内喷钙系统+脱硫除尘一体化工艺。

（1）采用炉内喷钙干法系统（一级脱硫），使锅炉脱硫除尘一体化工艺入口的SO2浓度降低至100 mg/Nm3（干基，6%O2）以下。

（2）二级脱硫采用脱硫除尘一体化工艺，最终使烟囱SO2排放值＜35 mg/Nm3（干基，6%O2）。

3.3 除尘工艺方案

除尘系统改造包括原除尘系统升级改造+脱硫除尘一体化工艺。

（1）通过采用布袋除尘器（一级布袋除尘器）升级改造，使脱硫除尘一体化工艺入口粉尘浓度降低至20 mg/Nm3（干基，6%O2）以下。

（2）二级除尘采用脱硫除尘一体化工艺，最终使烟囱中粉尘排放值＜5 mg/Nm3（干基，6%O2）。

4 超低排放干法结果分析

4.1 超低排放干法结果分析（见表9、10）

表9 4台炉烟囱污染物取样值

表10 4台炉锅炉炉膛温度取样值

根据表9可以得出：通过改造五阳热电厂4×75 t/h CFB锅炉烟气脱硫、脱硝、除尘工程，可以满足锅炉烟气超低排放要求。根据表10可以得出：相同的锅炉出力，随着锅炉床温的提高，烟囱氮氧化物排放随之提高，特点在980℃左右时，烟囱氮氧化物排放显著提高，验证了循环流化床锅炉超过950℃（床温一般控制在850℃～950℃之间）时，锅炉氮氧化物显著提高。床温对二氧化硫、粉尘影响不明显。

4.2 超低排放干法单炉改造结果

3#炉超低排放改造结果见图2。

图2 五阳热电厂3#炉超低排放改造结果

（1）3#炉改造后锅炉烟气含尘量浓度5.79 mg/Nm3，满足超低排放要求。

（2）3#炉改造后锅炉烟气含NOX浓度为39.87 mg/Nm3，满足超低排放要求。

（3）3#炉改造后锅炉烟气含SO2浓度为2.38 mg/Nm3，满足超低排放要求。

4#炉超低排放改造结果见图3。

图3 五阳热电厂4#炉超低排放改造结果

（1）4#炉改造后锅炉烟气含尘量浓度为5.47 mg/Nm3，满足超低排放要求。

（2）4#改造后锅炉烟气含NOX浓度为39.78 mg/Nm3，满足超低排放要求。

（3）4#改造后锅炉烟气含SO2浓度为1.86 mg/Nm3，满足超低排放要求。

5 结论

（1）潞安矿业（集团）五阳热电厂干法脱硫工艺比湿法脱硫工艺优势多。

（2）潞安矿业（集团）五阳热电厂通过改造脱硫、脱硝、除尘能够满足锅炉烟气超低排放要求（烟气含尘浓度 5 mg/Nm3，NOX浓度 50 mg/Nm3，烟气含二氧化硫浓度 35 mg/Nm3）。

（3）潞安矿业（集团）五阳热电厂锅炉烟气超低排放改造工程对环保有益。