他山之石——陜西渭化燃煤鍋爐煙氣脫硫及超低排放的“三境界”



2021年4月28日,在西安召開的,由福建龍凈脫硫脫硝公司主辦、陜鋼集團協辦的“鋼鐵、燃煤鍋爐、催化裂化高質量超低排放協同碳減排技術研討會”上,作為演講專家之一的陜西渭化集團動力車間工藝負責人以“煤化工熱電鍋爐群煙氣耦合克勞斯尾氣治理工藝的探索與應用”為題,分享了渭化集團多臺燃煤鍋爐煙氣脫硫及超低排放的經驗,并在演講結尾借用三句詩詞——“霧里看花花非花,水中望月月非月;當年不肯嫁春風,無端卻被秋風誤;不畏浮云遮望眼,只緣身在最高層”,對渭化集團煙氣脫硫及超低排放所經歷的教訓和感悟做了總結。

 

霧里看花花非花,水中望月月非月

渭化集團,位于陜西渭南高新技術產業開發區,距離西岳華山不到60公里,其前身是利用日本海外經濟協力基金貸款和國內配套資金、引進世界先進技術和設備而建成的渭河化肥廠,是中國現代煤化工發展和新一代煤氣化技術應用的先行企業,主要產品為合成氨、尿素、甲醇、乙二醇、二甲醚等。

渭化集團為保障煤化工生產的動力、蒸汽供應,自備建設多臺煤粉鍋爐和CFB鍋爐。

CFB鍋爐通過噴入石灰石可以實現一定的爐內脫硫。為此,早期排放標準不高時,渭化集團動力車間的幾臺CFB鍋爐只有爐內脫硫。

2013年,隨著《大氣污染防治行動計劃》實施,國家排放標準提高,渭化集團的煤粉鍋爐均需要增設爐后煙氣脫硫裝置。

合成氨生產過程中,產有一定的廢氨水。為此,渭化集團從循環經濟、節省運行成本角度,參考同類企業,將煤粉鍋爐爐后煙氣脫硫工藝路線確定為氨法脫硫工藝。

按照設想,自身生產過程產生的廢氨水作為脫硫吸收劑、氨法脫硫副產物硫酸銨可以作為化肥高價銷售,一舉兩得。但合成氨工藝產生的廢氨水含許多雜質(尤其含較高濃度H2S氣體),易導致整個脫硫系統堵塞,需要隔三差五停爐清洗、檢修;煙氣脫硫產生的副產物硫酸銨,因工藝特點,執行DL/T808—2002(副產硫酸銨)標準,其成分與GB535—1995《硫酸銨》標準相比,有一定的特殊性,又因為含有雜質,需特別標注為脫硫副產物,且不能農用,不僅售價非常低,用途還十分受限。


圖1 拆除直排煙囪的氨法脫硫塔底座

 

當年不肯嫁春風,無端卻被秋風誤

隨著我國煙氣脫硫技術的進步,CFB干法脫硫的脫硫率已經可以穩定實現98%以上,滿足超低排放要求,特別是CFB鍋爐配套CFB干法脫硫工藝更是“絕配”,可以利用CFB爐內脫硫產生的富含CaO鍋爐灰作為爐后CFB干法脫硫裝置的脫硫劑,大幅降低運行成本,同樣是“循環經濟”,且操作維護簡便,沒有脫硫廢水產生、整個系統無需防腐,可以利用原高度煙囪直接排放,煙囪排氣透明,感官效果佳。

但當時整個煤化工企業都深受“廢氨水脫硫節省運行成本和脫硫副產物硫銨化肥可以賣高價”的誘惑不能自拔,對氨法脫硫塔頂巨大“白龍”拖尾對周邊環境不利影響基本無感,為此,渭化集團也從眾將煤粉鍋爐選擇了氨法脫硫。

氨法脫硫裝置2015年投運后,因腐蝕嚴重、維護工作量大,加上煙囪“白龍”嚴重,渭化集團背負巨大的環保壓力。

圖2 一期氨法脫硫“白龍”及致周邊混泥土煙囪腐蝕

 

不畏浮云遮望眼,只緣身在最高層

隨著氨法脫硫各種問題的暴露和加劇,特別是氨法脫硫“白龍”對周邊環境的不利影響日益凸顯,而渭化集團又地處城市建成區,為改善區域環境空氣質量、踐行國有企業社會責任,渭化集團以壯士斷腕之決心,迅速決策,將兩臺煤粉鍋爐的氨法脫硫裝置廢棄,改用福建龍凈的CFB干法脫硫工藝技術,并將2臺160噸煤粉爐、1臺220噸CFB鍋爐、2臺240噸CFB鍋爐,以及新建的3臺320噸鍋爐的煙氣脫硫,分別采用“多爐一塔”和“單爐單塔”等工藝布置方案,全部交由福建龍凈承攬。

渭化集團燃煤鍋爐采用CFB干法脫硫升級改造投運后,不僅達到了“503510”超低排放指標,徹底消除了氨法脫硫煙囪“白龍”二次污染的問題,且綜合運行成本更低。

渭化集團地處的汾渭平原,屬國家大氣重點污染防控區。2021年4月1日起,渭南市生態環境局要求渭化集團在內的7家當地企業,執行較國家超低排放“503510”更嚴格的地方環保標準“30255”。

渭化集團面對更嚴的新標準,沒有再花巨資對設備進行硬件的升級改造,而是充分利用福建龍凈CFB干法脫硫塔的物料床層具有高密度、高湍動能,且靈活可調,以及配套脫硫布袋除塵器采用低上升速率和低壓脈沖模糊噴吹方式等特點,通過工藝控制參數的優化,直接實現了“30255”的超超低排放指標,

另外,隨著國家排放標準提高,渭化集團的克勞斯硫回收工藝裝置產生的尾氣治理也需要提標改造。克勞斯尾氣脫硫,常規的做法有兩種:1)通過增加克勞斯反應級數,提高硫回收效率;2)增設單獨的尾氣脫硫裝置。但這兩種做法,均需較高的投資,且運行成本高。

為此,渭化集團與福建龍凈一起,利用福建龍凈CFB干法脫硫工藝特有的高操作彈性特點,創新地將三套克勞斯尾氣,互備引入到不同鍋爐的CFB干法脫硫裝置協同處理,與鍋爐煙氣一起實現了“超超低”排放,不僅為渭化集團節省了上千萬元克勞斯尾氣脫硫的投資費用,還節省了每年數百萬元的運行成本,極大提升了企業的經營效益。

我國的“503510”超低排放標準,已經是世界最嚴,渭河地方環保標準“30255”的“超超低”排放標準,更是空前絕后,而福建龍凈CFB干法脫硫工藝還高效協同脫除了SO3,HCl,HF,重金屬Hg、Pb、Sn等多種污染物,實現了對工業煙氣污染物的一網打盡,極大降低了煙氣凈化的能耗,相當于減污降碳、協同治理,因此可以說渭化集團的全部燃煤鍋爐煙氣后續無需再升級改造。

圖3 完成改造后的渭化集團超低排放項目整體照

眾所周知,決定空氣質量的PM2.5細顆粒中,硫酸鹽和硝酸鹽之和所占的比重最大,其中約60%來自于工業排放,主要為燃煤發電和鋼鐵行業,分列第一、二。因此,燃煤煙氣凈化成效是關系到我國大氣質量改善的重大關鍵,各級政府部門對燃煤煙氣超低排放,均采取一票否決,凡不達標均予以停、限產,且處罰上不封頂。

自備鍋爐動力站是投資數十億、上百億的煤化工企業生產所需蒸汽的唯一來源。

因此,沒有旁路的燃煤鍋爐煙氣脫硫裝置,相當于整個煤化工企業的“咽喉”環保設備,容不得半點閃失。

渭化集團分享的燃煤煙氣治理經驗,會幫助相關企業直接越過“霧里看花花非花,水中望月月非月;當年不肯嫁春風,無端卻被秋風誤”的誤區和陷阱,一步到位直達“不畏浮云遮望眼,只緣身在最高層”的無憂境界,避免數千萬元、甚至數億元的經濟損失,善莫大焉、功德無量!

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