火电厂锅炉脱硫脱硝控制技术设计
更新时间：2020-04-02 10:23
来源：北方建筑
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摘要：本文以北方某电厂为例，对火电厂锅炉脱硫脱硝问题进行分析，对其工艺流程进行设计，从脱硫脱硝方案选择、工艺系统设计及配置图 3 个方面进行了详细地阐述，最终实现控制电厂大气污染排放量，为其它同类项目提供技术支持和借鉴。
关键词：脱硫脱硝；火电厂；大气污染控制
大气污染控制问题一直是社会关注的热点问题之一。资料表明，火电厂是大气污染源产生的主要原因之一，因此如何解决火电厂的大气污染问题成为现实工程中的关键问题。其中火电厂锅炉的脱硫脱硝工艺技术设计是其最重要的部分，本文主要针对北方热电厂锅炉脱硫脱硝工艺进行论证，从其方案选择、系统设计，以及图纸绘制等方面进行详细阐述。
1 工程概况
本文所述电厂位于中原平原，其地质条件较好，项目选址合理。工厂为四边形，总面积18203m2，建筑面积8000 m2。工厂区的大门位于南侧的中间，进入大门后在行政楼左侧为锅炉房，其内包括锅炉间、软水间、控制室等，其西侧为输煤系统。锅炉房的东侧为烟囱，锅炉房的西侧为2个储煤场。主干道宽度设置7m，次干道4m，均采用水泥路面，完全满足厂区内消防和运输的需要。总体规划布局充分利用了地形，布局紧凑，以节省土地。本项目共有3台锅炉，2台热水锅炉和1台链条锅炉，总出力设计125 MW，3个余热锅炉和燃煤工业锅炉产生的高温水通过主管网输送到热力站，热量通过热交换器传递给低温水，然后低温水从二级管网输送到热用户。DHL70-1.6/150/90-AIII链条锅炉，吨位为100 t/h，锅炉给水温度90℃，锅炉供出热水温度为150℃，锅炉效率83%；DHL29-1.25/130/90型热水锅炉，吨位为40 t/h，锅炉给水温度90℃，锅炉效率80%，锅炉供出热水温度为130℃。
本项目脱硫脱销除尘技术是在 3 台锅炉的烟道出口分别预留脱硫除尘装置建设用地，预留场地满足脱硫除尘装置的建设要求。本项目脱硝系统采用 SCR 与 SNCR 联合脱硝工艺技术，首先在锅炉排烟口设置 SNCR 喷淋层进行初步脱硝，然后烟气经过烟道中 SCR 催化剂催化层进行进一步脱硝，从而使氮氧化物浓度大量降低，达到排放标准。SNCR 喷淋装置安装在锅炉燃烧系统中，SCR 催化层安装在烟道预留段中，不需额外预留建设用地。
2 工艺技术方案选择
2.1脱硫工艺方案选择
本文对几种常用的脱硫技术方法进行比较，其对比结果见表 1。
表 1 脱硫工艺方案条件对比表
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从表 1 可以看出，石灰石-石膏工艺可以广泛的应用，并且不受煤燃烧的硫含量和单位容量限制，脱硫效率高，一般可达 95％。该技术成熟，应用广泛，石灰石-石膏工艺的综合应用能够满足本项目脱硫率的要求。近年来，石灰石-石膏脱硫技术得到了很大的改善，覆盖面积广，成本也在下降。且产生的副产物处理方便，利用范围广，可以较大减少处理成本。双碱法脱硫虽然与石灰石-石膏法同样能达到 95%以上，但副产物处理麻烦，一般都以抛弃为主，氨法适用机组小且吸收剂来源需要当地满足这一条件，没有石灰石-石膏法与双碱法简单。所以本热源厂最终采用石灰石-石膏法作为脱硫主要工艺。
2.2 脱硝工艺方案的选择
本文对 4 种不同的脱销工艺方法进行对比，结果见表 2。SCR 与低氮燃烧技术虽然脱硝效率高，且产物稳定，但设备成本较高。SNCR 技术虽然成本较低但运行条件所需要的温度较高且脱硝效率低，无法达到排放标准。所以本热源厂最终选择 SCR 与SNCR 联合脱硝工艺。根据《国家环境保护“十三五”规划》要求，新建燃煤锅炉必须安装脱硫脱硝设施，所以本项目选用在炉膛内添加氨水喷淋装置进行SNCR 法脱销，并在锅炉与脱硫塔之间的烟道添加SCR 催化层，采用“+1”层，即使用 3 层备用 1 层，实现了减少 NOX排放的目的。因此，脱硝项目选择SCR 与 SNCR 联合脱硝工艺是可行的实施方案。
表 2 脱硝工艺方案条件对比表
3 工艺系统设计
3.1脱硫除尘系统设计参数与性能要求
根据煤质化验报告，本项目用煤含硫率 0.32%，灰分 7.11%。本项目用煤量为 9.56 万 t/a （539.8 t/d），3 台锅炉共用 1 根烟囱，按照以上系数，结合煤质化验结果，锅炉出口烟气量为 983765108m3/a（277900m3/h）。本 项 目 消 耗 石 灰 35.78 kg/h（313.43 t/a），石灰石为 35.78 kg（313.43 t/a）。脱硫除尘系统设计参数见表 3。
表 3 脱硫除尘系统设计参数.
3.2 脱硝工艺系统参数设计及性能要求
根据计算，本项目 3 台锅炉总用煤量为 9.56 万t/a（539.8 t/d），3 台锅炉最终经过总烟道共用 1 根烟囱。本项目选择的催化剂层数为“2+1”的脱硝效率在 70%~75%之上，为保证实际过程中的运行稳定，SCR 脱硝效率取最小值 70%。为贯彻可持续发展，将脱硝效率提高到 85%，则 SNCR 脱硝效率需要达到 85%-70%=15%，即需要降低的氮氧化物浓度为42.86 mg/m3，根据化学反应方程式需要的 NH3的量为 42.16 t/a。
3.3 总平面布置
脱硫除尘系统按其工艺特性集中布置于炉后。3 台锅炉烟气集中在 1 个总烟道，然后集中到袋式除尘器箱的中间部分用来收集烟气中的灰尘和雾气。脱硫布置方式采用 1 炉 1 塔的方式，泥浆循环泵分别设置在 3 个吸收塔的西侧和东侧。本项目所采用 SCR 与 SNCR 联合脱硝工艺，具有脱硝效率高，不用添加额外设施只需要在锅炉烟气出口处设置氨水喷淋装置和烟道预留段添加 SCR 催化层。脱硫脱硝除尘平面布置如图 1 所示。
图 1 脱硫脱硝除尘平面布置
3.4 脱硫工艺系统设计
本项目设计采用石灰石-石膏法脱硫，不设烟气旁路。
（1） 吸收剂制备与补充系统。该系统采用碳酸钙作为吸收剂，碳酸钙干粉料加入到富有氢离子的水中，然后再在溶液罐中进行配置，当配置成碱液之后将其加入脱硫塔中进行脱硫处理工艺，为了使处理后的脱硫产物能够再生还原，一般将脱硫液放入再生池中，含渣液体进入沉淀池，清洁液回用于脱硫，脱硫残渣进行脱水。在整个操作过程中，来自脱硫的许多固体残余物和其他颗粒物质通过泥浆泵被泵送到石膏脱水系统中，且水被移除并返回到再生罐。由于部分碳酸钙将在排出的残渣中，所以碳酸钙需定期补充，以确保整个脱硫系统的正常运行和烟气排放达到标准；
（2） SO2吸收系统。气体进入吸收塔并朝上流动。浆料逆流方式洗涤，气体和液体完全接触。充分吸收 SO2，吸收液在再生池内反应后，再生过的碳酸钙溶液循环打入吸收塔；
（3） 脱硫产物处理系统。由于脱硫与除尘属于同一系统，所以其最终附属产品为石膏浆和粉尘。经被浓缩后在灰渣间内临时储存，作为建材原料使用，溢流液回流到再生池内。
3.5 脱硝工艺系统设计
图 2 脱硫系统流程图
脱硫液循环槽的作用是还原脱硫剂脱硫能力。本脱硫项目脱硫塔采用 3 层喷淋层，最后脱硫产物经过 1 次脱水和 2 次脱水收集在储藏库中进行装运或放置。脱硫系统流程如图 2 所示。
图 3 SCR/SNCR 联合脱销工艺
为了降低 NOX排放，选用 SCR 与 SNCR 联合脱硝工艺。SCR 工艺虽然有着脱硝效率高、设备简单、占地面积小等特点，但是投资较高，需要的催化剂V2O5价格较高，所以选用联合脱硫，从而降低成本，提高经济效益。由于工艺脱硝效率达到了 85%以上，故 NOx 浓度控制在≤200 mg/m3。本系统每台锅炉均设置 1 套 SCR 与 SNCR 联合脱硝工艺设备。氨气从氨储藏罐中进入蒸发器将氨水等蒸发为气体或雾状，然后经过喷嘴喷入进行反应。空气预热器与省煤器的作用都是提高热效率，减少能量损失。SCR/SNCR 联合脱销工艺如图 3 所示。
4 结论
本文结合北方某电厂对其脱硫脱硝防止大气污染技术进行设计，在脱硫脱硝工艺方法上采用石灰石-石膏法以及SCR与SNCR两者相结合方法。同时对项目工艺设计系统的设计参数和性能要求进行了详细地阐述，最终给出平面布置图和工艺流程图。采用本文方案和工艺流程可以使锅炉排放烟气达到国家标准。
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