煤礦遠(yuǎn)離城區(qū)，多數(shù)以燃煤鍋爐為供熱熱源。為響應(yīng)國家和寧夏的環(huán)保政策，20蒸噸及以上建成在用燃煤鍋爐必須完成脫硫脫硝除塵改造。礦區(qū)供熱鍋爐環(huán)保設(shè)施技術(shù)改造多采用高效低壓脈沖布袋除塵器、濕法氧化鎂脫硫工藝以及爐內(nèi)選擇性非催化劑（SNCR）脫硝工藝，并安裝DCS分散集中自控系統(tǒng)，實現(xiàn)燃煤鍋爐達(dá)標(biāo)排放。

1 概述

我國是當(dāng)今世界工業(yè)鍋爐、窯爐生產(chǎn)和使用最多的國家。目前，燃煤工業(yè)鍋爐分布廣、數(shù)量大，單臺規(guī)模和煙氣排放量普遍比火電廠鍋爐小。我國工業(yè)鍋爐大部分建在城區(qū)或城郊工業(yè)園區(qū)，排放的重金屬以及大氣污染物對人類健康和居住環(huán)境的危害更加嚴(yán)重。

目前，我國空氣最主要的污染物是粉塵、二氧化硫和氮氧化物。SO2主要危害就是導(dǎo)致多種呼吸器官疾病和誘發(fā)心血管疾病、引起酸雨、江河湖泊的酸化，損害植物和農(nóng)作物生長。同時對建筑物及金屬物的腐蝕性較強。電站鍋爐和工業(yè)鍋爐以煤炭為主要燃料，燃燒產(chǎn)生的氮氧化物與碳?xì)浠衔锇l(fā)生光化學(xué)污染，也是形成酸雨的主要原因。因此，控制氮氧化物是今后環(huán)保關(guān)注的焦點。

根據(jù)國家環(huán)保部及國家“十三五”生態(tài)環(huán)保規(guī)劃的相關(guān)要求，全國地級及以上城市建成區(qū)基本淘汰20蒸噸以下燃煤鍋爐，完成燃煤鍋爐脫硫脫硝除塵改造。同時結(jié)合寧東化工園區(qū)要求燃煤工業(yè)鍋爐2018年完成除塵、脫硫、脫硝改造任務(wù)，排放標(biāo)準(zhǔn)滿足《工業(yè)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271-2014）表3特別排放限值排放濃度煙塵<30mg/Nm3、SO2<200mg/Nm3和NOx<200mg/Nm3的要求。

2 鍋爐原有脫硫除塵設(shè)施運行狀況

神華寧煤麥垛山煤礦現(xiàn)有2臺20t/hDZL20-1.25-A型燃煤鏈條式蒸汽鍋爐，主要供給礦區(qū)采暖使用。原有環(huán)保設(shè)施為脫硫除塵一體化的麻石水膜脫硫除塵塔，塔內(nèi)加設(shè)一層噴淋噴嘴，采用NaOH作為脫硫劑。

采用一體化的麻石水膜除塵器，除塵效率只有90%～95%，煙塵排放濃度經(jīng)常在100mg/Nm3左右，無法滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)要求≦30mg/Nm3;

采用NaOH為脫硫劑，1mol的SO2需要消耗2mol以上的NaOH，且燒堿的價格高，運行成本高。同時，鈉堿長期運行會造成Na2SO4聚積，影響脫硫效果，還需要經(jīng)常排放高鹽廢水。由于灰水和堿液混合運行，經(jīng)常造成噴淋管磨損和堵塞，SO2不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

因此，鑒于原鍋爐也未安裝任何脫硝裝置，為了滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門提出的新的鍋爐煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，決定對麥垛山煤礦燃煤鍋爐原有環(huán)保設(shè)施進行技術(shù)改造。

3 鍋爐除塵、脫硫、脫硝技術(shù)改造

3.1 除塵系統(tǒng)改造采用目前國內(nèi)除塵技術(shù)成熟、廣泛使用的布袋除塵裝置，長袋低壓脈沖布袋除塵器。工作原理如下：

長袋低壓脈沖布袋除塵器采用外濾式的氣體凈化方式。氣體除塵流程：含塵氣體→中部進風(fēng)口→阻火裝置（去除未燃盡的火星顆粒物及大顆粒物通過自然沉降及阻火裝置分離后直接落入灰斗）→氣流分散區(qū)→導(dǎo)流型氣流分布裝置→過濾室底部→中箱體（過濾室）→潔凈氣體→透過濾袋→上箱、排風(fēng)管排出→除塵器灰斗收集粉煤灰由氣力輸送裝置輸送至灰?guī)旒芯C合利用。

在除塵流程中，過濾室內(nèi)氣流均勻分布，經(jīng)阻燃沉降除塵后的粉塵經(jīng)導(dǎo)流裝置后進入過濾區(qū)附著在濾袋外表面。為了杜絕二次揚塵，袋室內(nèi)氣流必須保持低速流動，同時濾袋底部與進風(fēng)口必須保持一定的高度差。

3.2 脫硫系統(tǒng)改造：采用濕法脫硫技術(shù)進行脫硫，即濕法氧化鎂脫硫工藝。氧化鎂法脫硫的主要化學(xué)反應(yīng)原理如下：

①氧化鎂漿液制備：MgO（固）+2H2O=Mg（OH）2（漿液）+H2O

Mg（OH）2（漿液）=Mg2++2OH-

②SO2的吸收：SO2（氣）+H2O=H2SO3

Mg2++SO32-+3H2O→MgSO3·3H2O

Mg（OH）2+SO2→MgSO3+H2O

MgSO3+H2O+SO2→Mg（HSO3）2

Mg（HSO3）2+Mg（OH）2+10H2O→2MgSO3·6H2O

③脫硫產(chǎn)物氧化：MgSO3+1/2O2+7H2O→MgSO4·7H2O

MgSO3+1/2O2→MgSO4

循環(huán)吸收漿液的pH值必須控制在5.5～7.5之間，為了控制PH值，可以通過加入Mg（OH）2漿液的量來調(diào)節(jié)。

鎂法脫硫的工藝特點：

①脫硫效率高：由于鈣離子半徑比鎂離子大，CaO比MgO的反應(yīng)活性低。輕燒鎂具有多孔性、活性強、反應(yīng)度高的特點，MgO+SO2→MgSO3或MgSO4，生成的亞硫酸鎂和硫酸鎂易溶解于水（循環(huán)漿液），這樣MgO顆粒與SO2能夠持續(xù)、快速、徹底的產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。因此用MgO作吸收劑時吸收效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于CaCO3。實踐證明，MgO濕法脫硫效率可高達(dá)90%～98%。

②鎂法脫硫所需脫硫劑量少，且脫硫劑供貨簡單可靠。脫除單位量的SO2所需脫硫劑（CaCO3）的量是脫硫劑（MgO）的2.5倍。目前，以商品輕燒鎂粉中MgO含量≥85%，商品碳酸鈣粉中CaO（分子量56）的含量≥50%計算，則脫除單位量的SO2消耗的碳酸鈣粉量約為輕燒鎂粉的2.4倍。

③運行成本低，運行可靠。要實現(xiàn)90%以上的脫硫效率，氧化鎂脫硫液氣比（L/G）約為2.5～3.5L/Nm3，碳酸鈣脫硫液氣比約為11.8～15L/Nm3。由此可見，脫除單位量的SO2所產(chǎn)生的循環(huán)漿液量氧化鎂工藝是碳酸鈣工藝的1/4，因此在循環(huán)泵、循環(huán)管路的管徑以及用電設(shè)備的耗電量上，氧化鎂工藝脫硫成本要比碳酸鈣工藝脫硫節(jié)省約2/3。

同時氧化鎂工藝脫硫生產(chǎn)的MgSO4易溶于水且的溶解度大，在脫硫塔內(nèi)不易結(jié)垢、不易成渣，不會造成閥組和管路堵塞，并且脫硫塔內(nèi)不需設(shè)攪拌設(shè)備，既減少了設(shè)備成本，又提高了設(shè)備的可靠性和安全性。

兩臺鍋爐煙氣經(jīng)煙道進入各自布袋除塵器，凈化后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機加壓匯集到總水平煙道由塔底進入脫硫塔，在塔內(nèi)煙氣上升，并將吸收液粉碎為細(xì)霧滴，使氣液間接觸面積急劇增大，塔內(nèi)布置三層噴淋裝置，預(yù)留一層噴淋位置（為以后提標(biāo)準(zhǔn)備），使煙氣充分與脫硫液接觸，提高脫硫效率。由于塔內(nèi)提供了良好的氣液接觸條件，氣體中的SO2被堿性液體吸收效果好。

脫硫吸收液在吸收SO2后，由吸收塔塔底排放口自流至混合沉淀池。沉淀下來的含水率較低的MgSO3、少量MgSO4及其它雜質(zhì)（主要來源于煙氣中的煙塵及氧化鎂脫硫劑中的雜質(zhì)）的物料體系，經(jīng)羅茨風(fēng)機充分曝氣，將MgSO3轉(zhuǎn)化為MgSO4溶液后排出，沉積下的不容雜質(zhì)通過渣漿泵打入板框壓濾機脫水（見圖1）。

3.3 脫硝系統(tǒng)改造

脫硝改造是常用的脫硝工藝有：選擇性催化還原法（SCR）和選擇性非催化還原法（SNCR）。麥垛山煤礦鍋爐改造經(jīng)專家研究討論后，最終采用選擇性非催化還原法（SNCR尿素法）爐內(nèi)脫硝技術(shù)。

SNCR尿素法脫除氮氧化物（NOx）是利用管路噴嘴把含有NHx基的還原劑（如氨氣、氨水或者尿素等）直接噴射到爐膛800℃-1100℃的區(qū)域內(nèi)，使其受熱分解，生成氨氣（NH3）和其它化合物。產(chǎn)生的氨氣（NH3）與煙氣中的NOx混合，經(jīng)過SNCR一系列的化學(xué)反應(yīng)，最終生成N2，從而實現(xiàn)煙氣達(dá)標(biāo)排放。

主要化學(xué)反應(yīng)為：

（NH4）2CO—2NH2+CO

NH2+NO—N2+H2O

CO+2NO—N2+CO2

在SNCR還原NO的反應(yīng)中，溫度的控制和爐膛的噴入點選擇是關(guān)鍵，直接影響SNCR還原NO效率。因此溫度必須控制在800℃至1100℃之間，并隨反應(yīng)器類型的變化而有所不同。由于還原劑在爐膛內(nèi)停留時間的限制，若反應(yīng)溫度過低，化學(xué)反應(yīng)不徹底，造成NO的還原率較低。同時噴入的氨氣（NH3）反應(yīng)不完全容易造成氨氣泄漏。

若反應(yīng)溫度過高，NH3的氧化反應(yīng)開始起主導(dǎo)作用：4NH3+6O2—4NO+6H2O，NH3被氧化成NO，而不是氮氣（N2），反而增加了對大氣的污染。因此，SNCR還原NO的過程溫度選取和控制還原劑的泄漏成為SNCR技術(shù)改造能否達(dá)標(biāo)排放的核心，必須嚴(yán)格控制溫度，防止溫度過高氨氣（NH3）被氧化成NO。

SNCR脫硝工藝流程：SNCR脫硝系統(tǒng)簡單、投資少，催化劑便宜。只需在原鍋爐系統(tǒng)上增加氨或尿素儲槽、噴射裝置和噴射口，不改變鍋爐現(xiàn)有設(shè)備。整套SNCR脫硝裝置主要包括;還原劑儲存及供應(yīng)系統(tǒng)、稀釋水系統(tǒng)、計量混合系統(tǒng)，噴射系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。

具體流程：尿素→儲存及供應(yīng)系統(tǒng)溶解儲存→稀釋水系統(tǒng)（根據(jù)鍋爐運行情況和NOx排放情況）稀釋成所需的濃度（10%～15%）→分配系統(tǒng)實現(xiàn)各噴槍的尿素溶液分配、霧化噴射和計量。還原劑（尿素）的供應(yīng)量根據(jù)鍋爐負(fù)荷量可以靈活、可靠的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)脫硝達(dá)標(biāo)排放（見圖2）。

4 改造實施及運行情況

2018年7月15日麥垛山煤礦兩臺20t鍋爐開始脫硫、除塵和脫硝系統(tǒng)技術(shù)改造，拆除原有麻石水膜脫硫除塵設(shè)備，新安裝兩臺套低壓長袋脈沖布袋除塵器裝置配套氣力輸灰和灰?guī)煜到y(tǒng);一套氧化鎂濕法脫硫裝置及脫硫渣脫水系統(tǒng)“兩爐一塔，煙塔合一”;兩套選擇性非催化還原法（SNCR尿素法）爐內(nèi)脫硝裝置（公用系統(tǒng)一套）和一套煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)。將原鍋爐半自動化儀表操作系統(tǒng)改造成DCS分散集中自動化控制系統(tǒng)。

2018年10月10日改造完進入試運行。11月20日以后鍋爐系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計負(fù)荷運行，除塵、脫硫和脫硝系統(tǒng)設(shè)備及系統(tǒng)平穩(wěn)運行，各項工藝指標(biāo)和煙氣排放濃度達(dá)標(biāo)排放，并通過第三方環(huán)保檢測機構(gòu)的現(xiàn)場比對檢測和當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門驗收。

改造后運行效果：

除塵系統(tǒng)：采用長袋低壓脈沖布袋除塵器，除塵器前鍋爐原煙氣粉塵濃度最大檢測值為3562.8mg/Nm3，除塵器后最大檢測值為13.3mg/Nm3，除塵效率可達(dá)到99.6%，滿足排放限值要求。

脫硫系統(tǒng)：鍋爐燃料煤含硫量為0.67%，脫硫前原煙氣SO2濃度實測值為863.5mg/Nm3。采用氧化鎂作脫硫劑，控制循環(huán)漿液pH值在5.5～7.5之間運行，煙囪煙氣排放檢測SO2濃度實測值為54.2mg/Nm3，脫硫效率可達(dá)到93.7%，滿足排放限值要求。

脫硝系統(tǒng)：采用爐內(nèi)噴尿素溶液，尿素溶液濃度控制在10%～15%，根據(jù)鍋爐負(fù)荷調(diào)整所開噴槍數(shù)量和噴槍流量。在鍋爐運行負(fù)荷（爐溫740左右）相對穩(wěn)定情況下，未投加尿素溶液時檢測NOx濃度最大為289.7mg/Nm3，投加尿素溶液后檢測NOx濃度最大為79.6mg/Nm3，脫硝效率可達(dá)到72.5%，滿足排放限值要求。

總之，本次環(huán)保設(shè)施改造取得圓滿成功，并一次通過神華寧煤集團組織的驗收。目前，整套系統(tǒng)設(shè)備運行正常，工藝運行各項控制參數(shù)相對穩(wěn)定，運行煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)已上傳至國能神華集團監(jiān)測平臺和當(dāng)?shù)丨h(huán)保檢測平臺，鍋爐煙氣粉塵、SO2和NOx濃度均達(dá)標(biāo)排放。