針對煤粉工業(yè)鍋爐的主流污染控制技術(shù)及其項(xiàng)目應(yīng)用效果進(jìn)行分析,參照電站鍋爐煙氣凈化布置工藝及小型濕式電除塵器在中國的應(yīng)用情況,提出一種煤粉工業(yè)鍋爐超低排放技術(shù).該工藝在可以實(shí)現(xiàn)煙塵、SO2、NOx超低排放，對煙氣中復(fù)合污染物進(jìn)行有效控制，適合在中國大面積推廣。
0引言
中國在用燃煤工業(yè)鍋爐47×104臺余，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、水泥、造紙、供熱等多個(gè)行業(yè)，年消耗煤炭達(dá)6.4×108t，占全國總煤炭消費(fèi)量的18%左右。由于能源消費(fèi)基數(shù)大、技術(shù)裝備落后、運(yùn)營水平不高、環(huán)保措施不到位等原因，燃煤工業(yè)鍋爐年排放煙塵約410×104t、SO2約570×104t、NOx約200×104t，分別占全國排放總量的32%、26%、15%[1]，是名副其實(shí)的污染物排放大戶。
近年來，隨著煙氣治理技術(shù)不斷發(fā)展，國家對煙污染物的排放控制日趨嚴(yán)格。要求所有具備改造條件的燃煤電廠，到2020年力爭實(shí)現(xiàn)煙塵、SO2、NOx在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，排放濃度分別不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3;山東省出臺了《關(guān)于加快推進(jìn)燃煤機(jī)組(鍋爐)超低排放的指導(dǎo)意見》，對燃煤工業(yè)鍋爐的煙塵、SO2和NOx的超低排放做出明確要求。針對燃煤工業(yè)鍋爐超低排放的開發(fā)推廣已是大勢所趨。
煤粉工業(yè)鍋爐由于能源利用效率和污染物排放控制的良好表現(xiàn)，近年來獲得了較為廣泛地發(fā)展。煙塵、SO2、NOx排放濃度均可滿足GB13271—2014鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中重點(diǎn)地區(qū)大氣污染物特別排放限值的要求，即基準(zhǔn)氧含量9%條件下煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于30mg/m3、200mg/m3、200mg/m3。但各項(xiàng)污染物的排放數(shù)據(jù)對比超低排放限值，仍有一定差距。開發(fā)一種適合煤粉工業(yè)鍋爐的低成本、高效率的超低排放技術(shù)迫在眉睫。
1煤粉工業(yè)鍋爐的污染控制技術(shù)
煤粉工業(yè)鍋爐的主流污染控制技術(shù)是袋式除塵技術(shù)、濕法脫硫技術(shù)、低氮燃燒技術(shù)、SNCR脫硝技術(shù)和SCR脫硝技術(shù)。
1.1袋式除塵技術(shù)
袋式除塵技術(shù)(FabricFilter，F(xiàn)F)是一種是利用袋狀過濾元件來捕集含塵氣體中固體顆粒物的干式除塵技術(shù)。目前根據(jù)煙氣的溫濕度、原始灰塵濃度、酸堿度等使用條件的不同，已開發(fā)出多種耐熱性良好、化學(xué)性能穩(wěn)定性、過濾效率出色的濾袋產(chǎn)品。袋式除塵技術(shù)效率高，一般可達(dá)到99.5%以上，煙塵排放質(zhì)量濃度可低于30mg/m3，對亞微米顆粒具有較高的分級除塵效率[4]，已廣泛應(yīng)用在各工業(yè)領(lǐng)域，成為中國大氣污染控制特別是PM2.5排放控制的主流技術(shù)。
1.2濕法脫硫技術(shù)
濕法脫硫技術(shù)(WetFlueGasDesulfurization，WFGD)是一種用堿性氧化物水溶液或水漿液在吸收塔內(nèi)噴淋洗滌煙氣中SO2的技術(shù)。根據(jù)采用脫硫劑的不同，常用的濕法脫硫技術(shù)有石灰石/石膏法、氨法和氧化鎂法等三類，脫硫效率均能達(dá)到95%以上。濕法脫硫技術(shù)在電力、冶金、石化等行業(yè)應(yīng)用廣泛，占世界脫硫總裝機(jī)容量的85%左右。中國90%以上的煙氣脫硫工程采用的是石灰石/石膏濕法脫硫工藝，遼寧、山東等鎂礦儲量較為豐富的地區(qū)有一定氧化鎂法脫硫工藝的應(yīng)用。
1.3NOx控制技術(shù)
1.3.1低氮燃燒技術(shù)
低氮燃燒技術(shù)是采用空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環(huán)等手段，通過延緩燃燒進(jìn)程或稀釋煙氣顯熱，以控制熱力型NOx的一類技術(shù)的統(tǒng)稱。國家環(huán)境保護(hù)燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能與污染控制工程技術(shù)中心(以下簡稱“工程中心”)采用空氣分級燃燒和煙氣再循環(huán)等方式，開發(fā)的新一代煤粉工業(yè)鍋爐燃燒器已可實(shí)現(xiàn)NOx折算初始排放濃度<200mg/m3。
1.3.2SNCR脫硝技術(shù)
SNCR(SelectiveNon-CatalyticReduction，選擇性非催化還原)是一種通過向高溫?zé)煔庵心蛩鼗虬被衔镒鳛檫€原劑，有選擇性地把煙氣中的NOx還原為N2和H2O的脫硝技術(shù)操作溫度在800℃~1000℃，脫硝效率在30%～80%[5]。
1.3.3SCR脫硝技術(shù)
SCR(SelectiveCatalyticReduction，選擇性催化還原)是一種基于在催化劑的作用下，通過向煙氣中噴入尿素或氨基化合物作為還原劑，有選擇性地將煙氣中的NOx還原為N2和H2O的脫硝技術(shù)。操作溫度與催化反應(yīng)的活性溫度范圍有關(guān)，以V2O5/TiO2金屬氧化物為例，反應(yīng)溫度在260℃~425℃[6]，脫硝效率在80%以上。
1.4應(yīng)用案例
項(xiàng)目一：東北J市2#熱源廠選用藍(lán)天環(huán)保兩臺58MW新型高效煤粉工業(yè)鍋爐(型號AXS58-1.6/130/70-AⅢ)及其附屬配套設(shè)施，為國際機(jī)場及周圍城區(qū)提供熱源。煙氣污染控制技術(shù)選用了袋式除塵技術(shù)和氧化鎂濕法脫硫技術(shù)。2013年組織對該熱源廠兩臺鍋爐進(jìn)行環(huán)保測試，煙塵折算排放濃度20mg/m3，除塵效率99.77%，SO2折算排放濃度48mg/m3，脫硫效率85.63%，排放指標(biāo)均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)GB13271—2014鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。
項(xiàng)目二：石家莊市為了加強(qiáng)居民供熱工程的霧霾治理，選用藍(lán)天環(huán)保兩臺29MW新型高效煤粉工業(yè)鍋爐(型號QXS29-1.6/125/70-AⅢ)及其附屬配套設(shè)施，為石家莊西北區(qū)域提供熱源。煙氣污染控制技術(shù)選用了袋式除塵技術(shù)、氧化鎂濕法脫硫技術(shù)、低氮燃燒聯(lián)合SNCR脫硝技術(shù)。2015年組織對該熱源廠2#鍋爐進(jìn)行環(huán)保測試，煙塵折算排放濃度7mg/m3，SO2低于儀器檢出限，NOx折算排放濃度58mg/m3，排放指標(biāo)均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)GB13271—2014鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。
2超低排放技術(shù)方案
2.1現(xiàn)有污染控制技術(shù)效果分析
在基準(zhǔn)氧含量9%條件下，國家規(guī)定的煙塵、SO2、NOx超低排放濃度限值折算為8mg/m3、28mg/m3、40mg/m3。高于同樣折算條件下，根據(jù)GB13271—2014鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對重點(diǎn)地區(qū)大氣污染物特別排放限值的要求，即分別不高于30mg/m3、200mg/m3、200mg/m3。
按項(xiàng)目一應(yīng)用效果分析，袋式除塵效率已經(jīng)高達(dá)99.77%，但折算排放濃度仍高于超低排放限值。煙塵處理效率需要進(jìn)一步提高，單靠一級除塵器較難實(shí)現(xiàn)超低排放的目的，需要串聯(lián)一級除塵裝置，理論上其除塵效率應(yīng)達(dá)到60%以上。項(xiàng)目一中氧化鎂濕法脫硫效率為85.63%，低于濕法脫硫技術(shù)平均效率95%。經(jīng)測算，該項(xiàng)目其余條件不變情況下，當(dāng)脫硫效率達(dá)到91.62%時(shí)，即可滿足28mg/m3排放要求。故此，濕法脫硫系統(tǒng)進(jìn)行提效技術(shù)優(yōu)化改造可以確保超低排放要求。
低氮燃燒聯(lián)合SNCR脫硝技術(shù)，理論上在SNCR脫硝效率最佳狀態(tài)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)NOx超低排放。考慮到SNCR脫硝效率受鍋爐工況、噴射布置等多種因素影響，同樣設(shè)計(jì)在不同工況下處理效果差異較大。出于穩(wěn)定運(yùn)行考慮，選擇低氮燃燒聯(lián)合SCR技術(shù)，即在低氮燃燒NOx原始排放不高于200mg/m3的條件下，串聯(lián)效率在80%以上的SCR脫硝技術(shù)，確保NOx超低排放。