烟气多污染物超低排放协同治理技术研究

林欢

（永清环保股份有限公司，长沙 410330）

引言

我国燃煤电厂的烟气治理，虽已具备高效脱硝、脱硫、除尘技术及设备，但普遍采用的治理模式只是针对单项污染物。单一治理模式未充分考虑各污染物控制技术间的协同能力，较难达到超低排放的要求，并会提高设备的投资和运行费用，增加治污设备的占地面积，存在高能耗、副产物二次污染等问题。美国、德国、日本等国超低排放协同治理的经验表明，协同治理技术高效、经济。结合我国燃煤电厂烟气多污染物的特点，超低排放协同治理技术研究具有重要意义。

1 各设备间的相互影响

1.1 脱硝系统对其他设备的影响

通过降低氧气含量和火焰温度达到减少NOx产生的低氮燃烧，不完全燃烧会增加飞灰含碳量，造成设备磨损、烧坏、积灰等问题[1]。采用SCR脱硝，飞灰会使催化剂因磨损、堵塞、失活而失效。烟气经过催化剂，SO3浓度会增加，产生的黏性沉积物铵盐会造成除尘器的堵塞和腐蚀。脱硝系统氨逃逸或喷氨系统喷氨不均造成的局部氨逃逸，都会增加粉尘中的无机氨含量，造成除尘器极板、极线、滤袋处板结。

1.2 除尘系统对其他设备的影响

湿法脱硫对入口粉尘浓度要求较高。除尘器出口烟气的粉尘含量直接影响脱硫塔的脱硫效率[2]。当除尘器出口粉尘浓度过高时，粉尘会影响气液两相的接触面，增大传质阻力，影响脱硫效率。粉尘中的酸不溶物也会影响石膏的色度、纯度、重金属含量。烟气中的粉尘过量，也会对脱硫设备如吸收塔、增压风机、搅拌器、除雾器等造成磨损，影响设备的使用寿命。

1.3 脱硫系统对其他设备的影响

脱硫系统如烟气流速过高，少数浆液会被带入除雾器和GGH，造成结垢和堵塞。不设GGH，完成脱硫后的吸收塔出口烟气温度较低，会产生冷凝酸。冷凝酸会腐蚀脱硫系统出口后的尾部烟道和烟囱。脱硫后的烟气中的SO3和浆液滴会形成“石膏雨”，造成环境污染。

2 国外超低排放协同治理技术

国外的烟气多污染物协同治理技术较成熟。日本、美国、德国的脱硝、脱硫、除尘超低排放协同治理技术路线主要如下。

2.1 日本烟气污染物协同治理技术路线

2.2 美国烟气污染物协同治理技术路线

2.3 德国烟气污染物协同治理技术路线

借鉴国外的技术经验，需结合我国燃煤电厂的工程特点，制定适合国内的燃煤电厂烟气多污染物超低排放协同治理技术。

3 工程应用

3.1 工程概况

某公司1×130t/h+2×150t/hCFB锅炉烟气超低排放改造项目，采用SNCR脱硝系统，原SNCR脱硝装置制备及输送为公用系统；除尘系统为电袋复合除尘器，三电一袋；脱硫系统采用炉内喷钙干法脱硫。根据《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）》[3]，该锅炉烟气出口参数无法适应新的环保要求，需进行超低排放改造。改造后烟气污染物排放浓度需达到超低排放标准。烟气主要参数见下表。

烟气脱硫入口烟气参数表

3.2 超低排放协同治理技术路线

根据烟气参数可知，改造脱硝效率为75%、脱硫效率为98.3%、除尘效率为90%。工程改造场地有限，原SNCR脱硝系统后增加SCR脱硝系统。新建石灰石-石膏脱硫系统+湿式电除尘器一体塔，一炉一塔设置。改造后烟气多污染物超低排放协同治理技术路线为：

3.3 技术分析

3.3.1 SNCR+SCR组合脱硝系统

选择性非催化还原工艺（SNCR）在温度750℃～900℃区间，可直接通过炉内喷注还原剂，将NOx还原成N2。SNCR脱硝设备简单，投资少，但效率较低，脱硝效率在30%～50%。增加药剂的喷入量，可提高NOx的去除效率。但氨过量，氨逃逸会造成二次污染。选择性催化还原工艺（SCR）是指在催化剂的作用下，通过喷注氨或尿素等还原剂，选择性地将NOx还原成N2。SCR的脱硝效率较高，可到80%～90%。在SNCR脱硝后，增加SCR脱硝系统，烟气通过时与催化剂充分接触，进一步提高脱硝效率，也可使氨逃逸降到最低。

该项目采用“SNCR+SCR”烟气脱硝系统，采用尿素作为还原剂。前段为原有SNCR脱硝工艺系统，以炉膛为脱硝反应器；后段为该工程新增的SCR工艺，SCR反应器布置在省煤器之间，烟气自高温省煤器出口引出，经SCR脱硝后返回低温省煤器。SCR反应器布置在炉后10～30m标高空间，自地面立独立钢架支撑，保证无水平力传递给锅炉钢架。SCR脱硝采用尿素作为还原剂，选择蜂窝式催化剂，催化剂采用1+1层的布置模式。为使烟气流经反应器时分布均匀，利用计算机对反应器进行流场分析优化。反应器入口设置气流均布装置，入口及出口段设置导流板，使烟气流经反应器时阻力尽可能小。在每台炉脱硝反应器入口安装实时监测装置，每台炉的脱硝反应器出口安装氨逃逸和CEMS装置。

3.3.2 石灰石-石膏湿法脱硫系统

石灰石-石膏湿法脱硫工艺是目前应用最广泛的一种脱硫技术，技术成熟，运行可靠性好，具有脱硫效率高、对煤种变化适应性强、吸收剂资源丰富、脱硫副产物便于综合利用等特点。本次改造总平面布置尽量减少占地面积，新建石灰石-石膏湿法脱硫系统+湿式电除尘器一体塔，一炉一塔设置。单塔设3层喷淋层，采用高效双向空心锥喷嘴，覆盖率达300%。第一层喷淋层下方设置一层筛板式均流托盘，可均布吸收塔内的气体流速，避免烟气流速局部高的情况，增加烟气在吸收塔的停留时间，延长气液接触时间，提高吸收塔的脱硫除尘效率。在吸收塔第一层和第二层、第二层和第三层喷淋层之间各设一层提效环，最大限度降低能耗。喷淋层上方设置二级屋脊式除雾器，每级除雾器底部设置冲洗管和喷嘴。用于冲洗除雾器元件，防止堵塞。

3.3.3 电袋复合除尘器+湿式除尘器组合除尘系统

保留原电袋复合除尘器作为一级除尘，利用电场作用收集80%左右的粗颗粒粉尘。剩余的细微颗粒被荷电后，在电荷异性相吸的作用下组成大粉尘团，袋式除尘作为二级除尘，过滤收集剩余20%左右的粉尘，减少高浓度粉尘对脱硫系统的影响。新建吸收塔的塔顶布置湿式除尘器，采用管式除尘器，立式布置，最大程度减少烟气阻力；管式除尘器的收尘极采用重量轻、强度高、耐腐蚀性能好的导电玻璃钢材料，蜂窝状模块化设计，结构紧凑，占空间小，减轻吸收塔承重荷载；采用间歇式冲洗，无废水产生，不会造成二次污染。湿式除尘器布置在湿法脱硫后方，可协同处理湿法脱硫后的硫酸雾、PM2.5、重金属离子等，从而达到粉尘超低排放。

3.3.4 运行情况

某公司1×130t/h+2×150t/h CFB锅炉烟气超低排放改造项目完成168h调试后投入使用，系统运行稳定，净烟气出口NOx质量浓度＜15mg/Nm3、SO2质量浓度≤10mg/Nm3、烟尘排放浓度＜5mg/Nm3，烟气处理能力和效果均达到环保标准。

4 结论

超低排放改造后，运行情况表明：

（1）采用SNCR+SCR组合脱硝技术，可实现高效脱硝，保证烟囱出口NOx浓度≤50mg/Nm3。氨总逃逸率≤3ppm，避免氨逃逸影响脱硫效率和除尘器结垢。

（2）充分利用成熟可靠的石灰石-石膏湿法脱硫技术，采用高效喷淋系统、板式均流托盘、提效环等新型脱硫工艺，可提高脱硫效率。保证烟囱出口SO2浓度≤50mg/Nm3。采用2层屋脊式除尘器，使除雾器出口液滴含量≤20mg/Nm3，可减轻湿式除尘器的压力。

（3）常规干式除尘器+湿法脱硫很难达到出口烟尘浓度＜5mg/Nm3。电袋复合除尘器+湿法脱硫后加装湿式除尘器，在保证粉尘出口浓度的同时，也可协同处理湿法脱硫后的硫酸雾、PM2.5、重金属离子等。

（4）SNCR+SCR组合脱硝+电袋复合除尘器+石灰石-石膏湿法脱硫+湿式除尘器的协同控制路线，可实现烟气多污染物超低排放。