超低排放改造關鍵問題探究

文_郭俊蒙 國能包頭煤化工有限責任公司

煤炭是自然界的主要能源，它在地下經歷了復雜的化學和物理變化，由地質作用轉變而成，被廣泛應用于工業生產中。我國一次能源消費中煤炭占比過半，其中燃煤發電廠對于煤炭的需要很大，有數據顯示，我國發電用煤占據全國煤炭總量的25%左右。而且燃煤發電廠技術為煤炭直接燃燒，煤本身含有的化學元素較多，在燃燒的催化作用下可能會發生不同的化學反應，最終的燃燒產物排放到大氣中，對于空氣質量的影響非常大。如何科學合理的降低燃煤電廠的污染物排放，對于改善大氣環境具有重要的意義，因此由燃煤發電企業提出了超低排放的概念。通過多年的超低排放改造技術發展，燃煤發電企業已基本實現超低排放。并逐漸將超低排放的概念擴展到燃煤相關的其他相關企業，如化工、冶金等生產過程中的超低排放改造。

1 燃煤電廠排放的主要污染物

本文主要探討燃煤利用過程中，尾氣排放中含有的污染物，即排放的煙氣。因為此部分污染物是燃煤利用生產中最重要的污染物排放途徑。排放量大，染污性強，對環境的影響最大。一直作為環保監控的主要排放口進行監督管控。

煙氣是指在燃煤過程中通過煙囪排放到空氣中的氣體，由于煤本身含有一定的硫、氨等物質，所以主要的煙氣污染物包括煙塵、硫化物以及氮氧化物等。首先，對于煙塵來說，它的粒子直徑小于10μm，可以長期的漂浮在空氣中，而且煙塵表面含有一定的硫酸鹽，可以與金屬物質發生腐蝕等化學反應，在漂浮的過程中除了會被吸入人體內外，還可能與不同的物質進行反應，產生嚴重的危害。其次，硫化物是現階段空氣中危害性非常強的氣體，在煤炭開采的過程中，它或多或少的會存在相應的硫物質，經過燃燒后與氧氣充分反應形成二氧化硫或者三氧化硫等氣體，可以溶解于水中產生強烈的腐蝕作用，在空氣中也可以被吸入到人們的體內，引發支氣管炎甚至更嚴重的疾病。另外，如果煤炭在燃燒的過程中沒有經過充分反應，或者在其他催化劑的作用下還會產生碳、氮等氧化物，其中一氧化氮的毒性極強；如果單位密度的空氣中一氧化氮含量超標，在短時間內就可以造成人體死亡。同時，二氧化氮會與大氣中的碳氧化物作用，生成光化學煙霧和臭氧，對農作物、森林、人類健康造成巨大的危害。

2 超低排放改造的主要技術

2.1 袋式除塵技術

袋式除塵技術是高效的干式除塵方法，在生產實際中應用非常廣泛，可用于燃煤儲運、現場灰塵治理、鍋爐煙氣除塵等處，它是將纖維元素做成濾袋的形式，吸附燃煤電廠生產過程中產生的粉塵，它的除塵效率極高，有著非常重要的作用。在袋式除塵技術中，濾袋的選擇是其中的關鍵內容，在現階段來說，纖維濾料是其中的主要原料，它是一種新型復合物，在使用的過程中不僅過濾速度快，也可以提高過濾質量，而且便于后續的清洗工作，節省沖洗過程中的資源消耗。纖維濾料還具有高強度的適用性，可以適應搖擺、沖擊等不同的動作。同時，在袋式除塵技術及電除塵技術基礎上開發出電袋復合除塵器，利用電場捕捉收集顆粒大的煙塵，對微塵進行荷電，提高袋式除塵器的除塵效果，電袋式復合除塵器要充分考慮協同除塵作用及電場故障情況下的除塵效果。

2.2 煙氣脫硫技術

煙氣脫硫指從煙道氣或其他工業廢氣中除去硫氧化物(SO2和SO3)。國內外常用的煙氣脫硫方法按其工藝大致可分為濕式拋棄工藝、濕式回收工藝和干式工藝三類。在我國的火電廠、鋼廠，90%以上采用濕式石灰/石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程，這種工藝已有50年的歷史，經過不斷地改進和完善后，技術比較成熟，而且具有脫硫效率高(90%～98%)，機組容量大，煤種適應性強，運行費用較低和副產品易回收等優點。在濕法工藝中，煙氣的再熱問題直接影響整個FGD工藝的投資。因為經過濕法工藝脫硫后的煙氣一般溫度較低(45℃），大都在露點以下，所以若不經過再加熱而直接排入煙囪，則容易形成酸霧，腐蝕煙囪，也不利于煙氣的擴散。

2.3 低氮燃燒改造技術

在燃煤電廠的工作過程中，還可以從源頭上進行超低排放的改造工作，有關人員應該對燃煤工藝進行具體的研究，明確它的標準流程，從而在傳統的燃燒器中加入鼓風機、引風機等裝置，或者采用變頻器等設備實現自動控制，這種設備的加入可以提高燃煤過程的清潔性，使得煤炭達到充分燃燒，提高工作效率?，F階段來說，低氮燃燒改造技術在應用中被不斷改造和創新，可以根據燃燒室的特點進行具體的安裝，通過調節燃燒器提高煤炭的燃燒參數，而且這種改造技術方便后續的維修和保養。另外，工作人員可以在低氮燃燒改造技術中安裝閥門裝置，加強各方面的控制，使其可以達到最佳的效果。

3 燃煤電廠超低排放改造中的關鍵問題

3.1 影響因素過多

在燃煤電廠超低排放改造技術應用的過程中，存在的主要問題就是影響因素過多，導致許多技術達不到預期的標準，沒有加強各方面的控制。就袋式除塵這一改造技術來說，首先，在應用的過程中，濾袋上的粉塵厚度與它的吸附效果有著直接的關系，如未對濾袋的噴吹、振達嚴格執行規范要求，將導致濾袋上的粉塵聚集嚴重，還可能在吸附力的作用下產生粉塵架橋現象，從而導致煙塵吸附的效率降低且造成除塵器壓差增大。其次，對本廠粉塵特性、除塵器處溫度等未進行充分分析，沒有根據煙塵的特點、大小及煙溫進行濾袋原料的選擇，從而導致部分粉塵并沒有得到有效的吸附或極易造成濾袋的損壞。另外，對于除塵器的輸灰系統設計余量不足或輸送系統設計存在缺陷，將導致煤質波動時，即灰分增加的情況下，輸灰能力不足導致必須降負荷運行?；蛘哂捎谠O計缺陷導致輸灰系統穩定性不足，輸灰管線頻繁泄漏或堵塞等情況的發生。對于脫硫改造這一改造技術來說，以石灰石-石膏濕法脫硫為例，如何合理的選擇塔內結構、噴淋密度、鈣硫比、除霧器形式對于改造后的排放指標、經濟運行有著至關重要的意義。對于低氮燃燒改造技術，如何立足原設備選擇合適的低氮燃燒技術，是保證改造后效果及減少改造投資的重要環節。

3.2 改造的質量管理問題

在燃煤電廠超低排放改造技術應用中，它的改造質量也是阻礙改造效果的主要因素。首先，在進行超低排放改造裝置的安裝過程中，沒有加強對施工過程的監督，導致許多項目的實施不符合相關標準，如材料焊接、保溫、防腐等施工作業未嚴格按照規范要求，將造成后續運行過程中的泄漏、凍結或防腐脫落等故障的發生，嚴重影響系統運行的穩定性。其次，沒有對改造裝置的質量進行合格性檢查，如低氮燃燒器，在安裝之前，如果沒有對它的生產廠家以及零部件進行檢驗，直接進行裝置改造。濕式脫硫系統常用的襯膠管道和漿液泵防腐等如未進行合格性檢驗即進行安裝?？赡軙a生不同的質量和安全隱患。

3.3 改造安全管理的問題

超低排放技術改造過程中的安全管理也是重中之重，由于不注重安全管理造成的施工事故時有發生。首先，技改項目的安全管理較建設項目的安全管理要復雜，技改過程中，不得對生產運行中的裝置產生影響。其次，技改項目的施工工期一般都較短，盡量減少對生產的影響。這就造成在技改過程中趕工期的情況時有發生。趕工期會造成安全管理漏洞增加，如果施工安全管理沒有嚴格落實，就很有可能造成事故。如，在吸收塔改造中，防腐涂層及除霧器均為易燃材料，如果施工中消防安全沒有落到實處，則很有可能發生火災事故，造成嚴重的后果。改造施工過程中，動火作業、受限空間作業、高處作業、吊裝作業等直接作業繁多，且多為施工難度較大的作業，如施工組織及人員安全管理不到位，極易發生人身傷害事故。此外，施工隊伍的人員素質參差不齊，如何加強施工人員的安全管理，也是技術改造過程中的安全管理要點。

4 燃煤電廠超低排放改造問題的解決方法

4.1 明確改造方向，充分進行改造可行性分析

以某煤化工企業自備電站鍋爐超低排放改造各項管理措施為例。首先，充分地了解超低排放要求，包括技術規范、政策體系等，如排放標準、完成日期、配套監測設備體系、采樣規范要求、環保驗收標準和監測條件等?，F行的超低排放標準為煙塵排放濃度小于10mg/Nm3,SO2排放濃度小于35mg/Nm3，NOx排放濃度小于50mg/Nm3。為保證改造后能夠長期維持低于超低排放標準運行，且有一定的余量，在項目設計時留有余量將改造目標設定高于超低排放標準，即設定改造后排放指標須達到煙塵排放濃度小于5mg/Nm3,SO2排放濃度小于25mg/Nm3，NOx排放濃度小于35mg/Nm3，且能夠長期穩定運行，滿足性能驗收試驗規范要求。

其次，改造中要達到目標排放標準，必須保證管理技術、硬件設備設施、管理體系等均達到最優化，同時考慮到節能、減排兩方面要求。改造方案編制工作中，應及時進行各個工作環節的評估管理，如充分評估改造后能耗情況與三劑消耗情況、充分評估改造后系統穩定性是否滿足要求、充分評估需要進行改造的設備范圍及改造難度等。相關人員要了解煙氣凈化設施的狀況和特點，并及時進行分析，結合現存差距進行改造。針對超低排放要求所帶來的改造難度，及時進行相關措施的制定和執行，結合常規、非常規污染物風險進行處理。

在SO2污染物超低排放的改造中，原吸收塔設計為噴淋空塔結構，設置三層噴淋層，平板式除霧器結構，燃煤硫分0.5%左右，燃煤硫分較低。在運行過程中兩臺漿液循環泵運行，即兩層噴淋層運行SO2排放濃度在60mg/Nm3左右，如三臺漿液循環泵運行，則SO2排放濃度在40mg/Nm3左右。且在運行過程中，除霧器帶水情況嚴重。通過分析采取了增加一層噴淋層，對現有噴淋層進行更換，增加噴淋密度；更換除霧器為屋脊式除霧器；在吸收塔內噴淋層下部增加一層托盤層；吸收塔漿液區設置分離器，提高石膏的結晶效果。通過以上改造項目，在改造后的實際使用中能夠達到預期的效果。改造后吸收塔兩臺漿液循環泵運行即可將SO2排放濃度控制在15mg/Nm3左右，在保證環保指標的同時降低了循環泵的電量消耗；同時，由于托盤層的持液效果，及噴淋密度的增大，能夠進一步降低排放煙氣中的煙塵濃度，實際運行中吸收塔入口煙塵排放濃度20mg/Nm3左右，吸收塔出口煙塵排放濃度3mg/Nm3左右；除霧器的改造降低了吸收塔出口煙氣的含水量，降低了對于尾部煙道及煙筒的腐蝕。

在NOx污染物超低排放的改造中，采取了兩項改造措施，鍋爐采取低氮燃燒器改造，并在煙氣處理流程中增加催化劑層數。同時，對NOx污染物的產生和處理環節進行改造。低氮燃燒器采用降低爐膛煙溫，減少燃燒過程中的NOx產生量，同時為保證鍋爐的燃燒效率，在爐膛上部增加燃盡風。煙氣處理流程中，對預留的一層脫硝催化劑層進行了填充，并由改造施工方對噴氨系統進行優化，改造噴氨格柵。在實際運行中效果明顯，在不增加液氨消耗量的情況下，排放煙氣中NOx排放濃度由改造前的80mg/Nm3左右降低至改造后的30mg/Nm3左右。

在煙塵污染物超低排放的改造中，對原有布袋除塵器進行擴容，電除塵器進行改造升級不僅能提高布袋除塵器的煙氣處理量、降低布袋除塵器的壓差，也能對布袋振達及噴吹效果進行優化，保證布袋除塵器的正常運行。同時，由于改造后吸收塔的煙氣清洗作用增加，將煙塵排放濃度由改造前的20mg/Nm3左右降低至改造后3mg/Nm3左右。

4.2 加強改造過程中的精細化管理

在超低排放改造過程中，應該強化精細化管理，抓好質量控制工作。首先，應該做好現場的監督檢查工作，健全現有的組織管理體系，落實業主單位、總包單位、監理單位人員崗位責任制度，并保證制度落實到位，提高工作人員的責任意識，實現現場的深度管理，及時發現質量隱患，監督整改。其次，結合實際情況對改造技術進行優化和更新，對改造過程中發現的影響安全穩定運行的因素要充分分析，制定完善的整改措施及設計變更方案，及時進行改進，以保證超低排放改造項目的有效性、可靠性。如，關鍵設備、關鍵工藝的施工必須有跟蹤、檢查、驗收記錄，如吸收塔的防腐施工、管線的防凍伴熱施工、管線防腐襯膠的質量檢查、煙風道嚴密性檢查等。

4.3 加強改造過程中安全管理

在超低排放改造技術過程中，應要求總包單位、施工單位、監理單位配置專業的安全管理人員，并由建設單位委派專業安全管理人員對各級安全管理人員的履職情況進行監督檢查，形成有效的安全管理鏈條。對入廠的施工人員進行深入的安全培訓，并進行考試?？己撕细袢藛T方可入廠進行施工作業。制定現場安全檢查考核制度，并宣貫到每一位施工人員。對于違反規定的人員嚴格考核，嚴重的做清退處理。針對超低排放技改施工的不同階段，根據現場風險制定有針對性的安全管控措施，如除霧器等易燃設備的安裝要制定專門的防火措施及應急預案。

5 結語

某煤化工企業4臺480t/h蒸發量鍋爐通過超低排放改造，改造后全年較改造前全年，年度污染物排放量煙塵降低了78.49%,SO2排放量降低了60.99%，NOx降低了61.07%，合計減排煙塵約100t、SO2約200t、NOx約500t。綜上所述，煤炭作為我國的主要能源，被應用在發電、冶金、化工等行業中，由于煤炭本身的性能以及工藝特點，在會排放煙氣、粉塵等污染物，因此通過對袋式除塵、低氮燃燒裝置、煙氣脫硫設施等設備的應用，可以降低污染氣體的排放。煤炭相關企業可借鑒，并對超低排放技術進行應用，來降低生產過程中污染物的排放。