超低排放改造关键问题探究

文_郭俊蒙 国能包头煤化工有限责任公司

煤炭是自然界的主要能源，它在地下经历了复杂的化学和物理变化，由地质作用转变而成，被广泛应用于工业生产中。我国一次能源消费中煤炭占比过半，其中燃煤发电厂对于煤炭的需要很大，有数据显示，我国发电用煤占据全国煤炭总量的25%左右。而且燃煤发电厂技术为煤炭直接燃烧，煤本身含有的化学元素较多，在燃烧的催化作用下可能会发生不同的化学反应，最终的燃烧产物排放到大气中，对于空气质量的影响非常大。如何科学合理的降低燃煤电厂的污染物排放，对于改善大气环境具有重要的意义，因此由燃煤发电企业提出了超低排放的概念。通过多年的超低排放改造技术发展，燃煤发电企业已基本实现超低排放。并逐渐将超低排放的概念扩展到燃煤相关的其他相关企业，如化工、冶金等生产过程中的超低排放改造。

本文主要探讨燃煤利用过程中，尾气排放中含有的污染物，即排放的烟气。因为此部分污染物是燃煤利用生产中最重要的污染物排放途径。排放量大，染污性强，对环境的影响最大。一直作为环保监控的主要排放口进行监督管控。

烟气是指在燃煤过程中通过烟囱排放到空气中的气体，由于煤本身含有一定的硫、氨等物质，所以主要的烟气污染物包括烟尘、硫化物以及氮氧化物等。首先，对于烟尘来说，它的粒子直径小于10μm，可以长期的漂浮在空气中，而且烟尘表面含有一定的硫酸盐，可以与金属物质发生腐蚀等化学反应，在漂浮的过程中除了会被吸入人体内外，还可能与不同的物质进行反应，产生严重的危害。其次，硫化物是现阶段空气中危害性非常强的气体，在煤炭开采的过程中，它或多或少的会存在相应的硫物质，经过燃烧后与氧气充分反应形成二氧化硫或者三氧化硫等气体，可以溶解于水中产生强烈的腐蚀作用，在空气中也可以被吸入到人们的体内，引发支气管炎甚至更严重的疾病。另外，如果煤炭在燃烧的过程中没有经过充分反应，或者在其他催化剂的作用下还会产生碳、氮等氧化物，其中一氧化氮的毒性极强；
如果单位密度的空气中一氧化氮含量超标，在短时间内就可以造成人体死亡。同时，二氧化氮会与大气中的碳氧化物作用，生成光化学烟雾和臭氧，对农作物、森林、人类健康造成巨大的危害。

2.1 袋式除尘技术

袋式除尘技术是高效的干式除尘方法，在生产实际中应用非常广泛，可用于燃煤储运、现场灰尘治理、锅炉烟气除尘等处，它是将纤维元素做成滤袋的形式，吸附燃煤电厂生产过程中产生的粉尘，它的除尘效率极高，有着非常重要的作用。在袋式除尘技术中，滤袋的选择是其中的关键内容，在现阶段来说，纤维滤料是其中的主要原料，它是一种新型复合物，在使用的过程中不仅过滤速度快，也可以提高过滤质量，而且便于后续的清洗工作，节省冲洗过程中的资源消耗。纤维滤料还具有高强度的适用性，可以适应摇摆、冲击等不同的动作。同时，在袋式除尘技术及电除尘技术基础上开发出电袋复合除尘器，利用电场捕捉收集颗粒大的烟尘，对微尘进行荷电，提高袋式除尘器的除尘效果，电袋式复合除尘器要充分考虑协同除尘作用及电场故障情况下的除尘效果。

2.2 烟气脱硫技术

烟气脱硫指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物(SO2和SO3)。国内外常用的烟气脱硫方法按其工艺大致可分为湿式抛弃工艺、湿式回收工艺和干式工艺三类。在我国的火电厂、钢厂，90%以上采用湿式石灰/石灰石-石膏法烟气脱硫工艺流程，这种工艺已有50年的历史，经过不断地改进和完善后，技术比较成熟，而且具有脱硫效率高(90%～98%)，机组容量大，煤种适应性强，运行费用较低和副产品易回收等优点。在湿法工艺中，烟气的再热问题直接影响整个FGD工艺的投资。因为经过湿法工艺脱硫后的烟气一般温度较低(45℃），大都在露点以下，所以若不经过再加热而直接排入烟囱，则容易形成酸雾，腐蚀烟囱，也不利于烟气的扩散。

2.3 低氮燃烧改造技术

在燃煤电厂的工作过程中，还可以从源头上进行超低排放的改造工作，有关人员应该对燃煤工艺进行具体的研究，明确它的标准流程，从而在传统的燃烧器中加入鼓风机、引风机等装置，或者采用变频器等设备实现自动控制，这种设备的加入可以提高燃煤过程的清洁性，使得煤炭达到充分燃烧，提高工作效率。现阶段来说，低氮燃烧改造技术在应用中被不断改造和创新，可以根据燃烧室的特点进行具体的安装，通过调节燃烧器提高煤炭的燃烧参数，而且这种改造技术方便后续的维修和保养。另外，工作人员可以在低氮燃烧改造技术中安装阀门装置，加强各方面的控制，使其可以达到最佳的效果。

3.1 影响因素过多

在燃煤电厂超低排放改造技术应用的过程中，存在的主要问题就是影响因素过多，导致许多技术达不到预期的标准，没有加强各方面的控制。就袋式除尘这一改造技术来说，首先，在应用的过程中，滤袋上的粉尘厚度与它的吸附效果有着直接的关系，如未对滤袋的喷吹、振达严格执行规范要求，将导致滤袋上的粉尘聚集严重，还可能在吸附力的作用下产生粉尘架桥现象，从而导致烟尘吸附的效率降低且造成除尘器压差增大。其次，对本厂粉尘特性、除尘器处温度等未进行充分分析，没有根据烟尘的特点、大小及烟温进行滤袋原料的选择，从而导致部分粉尘并没有得到有效的吸附或极易造成滤袋的损坏。另外，对于除尘器的输灰系统设计余量不足或输送系统设计存在缺陷，将导致煤质波动时，即灰分增加的情况下，输灰能力不足导致必须降负荷运行。或者由于设计缺陷导致输灰系统稳定性不足，输灰管线频繁泄漏或堵塞等情况的发生。对于脱硫改造这一改造技术来说，以石灰石-石膏湿法脱硫为例，如何合理的选择塔内结构、喷淋密度、钙硫比、除雾器形式对于改造后的排放指标、经济运行有着至关重要的意义。对于低氮燃烧改造技术，如何立足原设备选择合适的低氮燃烧技术，是保证改造后效果及减少改造投资的重要环节。

3.2 改造的质量管理问题

在燃煤电厂超低排放改造技术应用中，它的改造质量也是阻碍改造效果的主要因素。首先，在进行超低排放改造装置的安装过程中，没有加强对施工过程的监督，导致许多项目的实施不符合相关标准，如材料焊接、保温、防腐等施工作业未严格按照规范要求，将造成后续运行过程中的泄漏、冻结或防腐脱落等故障的发生，严重影响系统运行的稳定性。其次，没有对改造装置的质量进行合格性检查，如低氮燃烧器，在安装之前，如果没有对它的生产厂家以及零部件进行检验，直接进行装置改造。湿式脱硫系统常用的衬胶管道和浆液泵防腐等如未进行合格性检验即进行安装。可能会产生不同的质量和安全隐患。

3.3 改造安全管理的问题

超低排放技术改造过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时有发生。首先，技改项目的安全管理较建设项目的安全管理要复杂，技改过程中，不得对生产运行中的装置产生影响。其次，技改项目的施工工期一般都较短，尽量减少对生产的影响。这就造成在技改过程中赶工期的情况时有发生。赶工期会造成安全管理漏洞增加，如果施工安全管理没有严格落实，就很有可能造成事故。如，在吸收塔改造中，防腐涂层及除雾器均为易燃材料，如果施工中消防安全没有落到实处，则很有可能发生火灾事故，造成严重的后果。改造施工过程中，动火作业、受限空间作业、高处作业、吊装作业等直接作业繁多，且多为施工难度较大的作业，如施工组织及人员安全管理不到位，极易发生人身伤害事故。此外，施工队伍的人员素质参差不齐，如何加强施工人员的安全管理，也是技术改造过程中的安全管理要点。

4.1 明确改造方向，充分进行改造可行性分析

以某煤化工企业自备电站锅炉超低排放改造各项管理措施为例。首先，充分地了解超低排放要求，包括技术规范、政策体系等，如排放标准、完成日期、配套监测设备体系、采样规范要求、环保验收标准和监测条件等。现行的超低排放标准为烟尘排放浓度小于10mg/Nm3,SO2排放浓度小于35mg/Nm3，NOx排放浓度小于50mg/Nm3。为保证改造后能够长期维持低于超低排放标准运行，且有一定的余量，在项目设计时留有余量将改造目标设定高于超低排放标准，即设定改造后排放指标须达到烟尘排放浓度小于5mg/Nm3,SO2排放浓度小于25mg/Nm3，NOx排放浓度小于35mg/Nm3，且能够长期稳定运行，满足性能验收试验规范要求。

其次，改造中要达到目标排放标准，必须保证管理技术、硬件设备设施、管理体系等均达到最优化，同时考虑到节能、减排两方面要求。改造方案编制工作中，应及时进行各个工作环节的评估管理，如充分评估改造后能耗情况与三剂消耗情况、充分评估改造后系统稳定性是否满足要求、充分评估需要进行改造的设备范围及改造难度等。相关人员要了解烟气净化设施的状况和特点，并及时进行分析，结合现存差距进行改造。针对超低排放要求所带来的改造难度，及时进行相关措施的制定和执行，结合常规、非常规污染物风险进行处理。

在SO2污染物超低排放的改造中，原吸收塔设计为喷淋空塔结构，设置三层喷淋层，平板式除雾器结构，燃煤硫分0.5%左右，燃煤硫分较低。在运行过程中两台浆液循环泵运行，即两层喷淋层运行SO2排放浓度在60mg/Nm3左右，如三台浆液循环泵运行，则SO2排放浓度在40mg/Nm3左右。且在运行过程中，除雾器带水情况严重。通过分析采取了增加一层喷淋层，对现有喷淋层进行更换，增加喷淋密度；
更换除雾器为屋脊式除雾器；
在吸收塔内喷淋层下部增加一层托盘层；
吸收塔浆液区设置分离器，提高石膏的结晶效果。通过以上改造项目，在改造后的实际使用中能够达到预期的效果。改造后吸收塔两台浆液循环泵运行即可将SO2排放浓度控制在15mg/Nm3左右，在保证环保指标的同时降低了循环泵的电量消耗；
同时，由于托盘层的持液效果，及喷淋密度的增大，能够进一步降低排放烟气中的烟尘浓度，实际运行中吸收塔入口烟尘排放浓度20mg/Nm3左右，吸收塔出口烟尘排放浓度3mg/Nm3左右；
除雾器的改造降低了吸收塔出口烟气的含水量，降低了对于尾部烟道及烟筒的腐蚀。

在NOx污染物超低排放的改造中，采取了两项改造措施，锅炉采取低氮燃烧器改造，并在烟气处理流程中增加催化剂层数。同时，对NOx污染物的产生和处理环节进行改造。低氮燃烧器采用降低炉膛烟温，减少燃烧过程中的NOx产生量，同时为保证锅炉的燃烧效率，在炉膛上部增加燃尽风。烟气处理流程中，对预留的一层脱硝催化剂层进行了填充，并由改造施工方对喷氨系统进行优化，改造喷氨格栅。在实际运行中效果明显，在不增加液氨消耗量的情况下，排放烟气中NOx排放浓度由改造前的80mg/Nm3左右降低至改造后的30mg/Nm3左右。

在烟尘污染物超低排放的改造中，对原有布袋除尘器进行扩容，电除尘器进行改造升级不仅能提高布袋除尘器的烟气处理量、降低布袋除尘器的压差，也能对布袋振达及喷吹效果进行优化，保证布袋除尘器的正常运行。同时，由于改造后吸收塔的烟气清洗作用增加，将烟尘排放浓度由改造前的20mg/Nm3左右降低至改造后3mg/Nm3左右。

4.2 加强改造过程中的精细化管理

在超低排放改造过程中，应该强化精细化管理，抓好质量控制工作。首先，应该做好现场的监督检查工作，健全现有的组织管理体系，落实业主单位、总包单位、监理单位人员岗位责任制度，并保证制度落实到位，提高工作人员的责任意识，实现现场的深度管理，及时发现质量隐患，监督整改。其次，结合实际情况对改造技术进行优化和更新，对改造过程中发现的影响安全稳定运行的因素要充分分析，制定完善的整改措施及设计变更方案，及时进行改进，以保证超低排放改造项目的有效性、可靠性。如，关键设备、关键工艺的施工必须有跟踪、检查、验收记录，如吸收塔的防腐施工、管线的防冻伴热施工、管线防腐衬胶的质量检查、烟风道严密性检查等。

4.3 加强改造过程中安全管理

在超低排放改造技术过程中，应要求总包单位、施工单位、监理单位配置专业的安全管理人员，并由建设单位委派专业安全管理人员对各级安全管理人员的履职情况进行监督检查，形成有效的安全管理链条。对入厂的施工人员进行深入的安全培训，并进行考试。考核合格人员方可入厂进行施工作业。制定现场安全检查考核制度，并宣贯到每一位施工人员。对于违反规定的人员严格考核，严重的做清退处理。针对超低排放技改施工的不同阶段，根据现场风险制定有针对性的安全管控措施，如除雾器等易燃设备的安装要制定专门的防火措施及应急预案。

某煤化工企业4台480t/h蒸发量锅炉通过超低排放改造，改造后全年较改造前全年，年度污染物排放量烟尘降低了78.49%,SO2排放量降低了60.99%，NOx降低了61.07%，合计减排烟尘约100t、SO2约200t、NOx约500t。综上所述，煤炭作为我国的主要能源，被应用在发电、冶金、化工等行业中，由于煤炭本身的性能以及工艺特点，在会排放烟气、粉尘等污染物，因此通过对袋式除尘、低氮燃烧装置、烟气脱硫设施等设备的应用，可以降低污染气体的排放。煤炭相关企业可借鉴，并对超低排放技术进行应用，来降低生产过程中污染物的排放。