集中供热脱硫除尘降硝新技术的实践

前言

我国是产煤大国，燃煤供热成本是燃气供热成本的三分之一。但是，日益严重的空气污染问题困扰着国人。为了解决灰霾，继北京拆除燃煤供热锅炉，“煤改气”后，2012年煤都乌鲁木齐市也宣布“煤改气”，全国很多大城市都计划采用燃气供热。对于“煤改气”，中华环保联合会能源环境专业委员会副会长兼专家组组长王雅珍教授有着自己不同的见解，她深知“煤改气”有很多不利因素，其最主要和最重要的一点是环保问题。由于燃气热值高，燃烧时炉温大于1000℃，空气中大于78%的氮气和21%的氧气在炉温大于1000℃时自然产生氮氧化合物（燃煤锅炉的炉温一般在850℃～950℃），也就是硝。脱硝比脱硫要难，费用极高，是致癌物之一，对人类健康有着一定的危害。

一、脱硫除尘降硝技术从理论到实践的跨越

王教授1995～1998年与上海交通大学合作研究半干法脱硫除尘（可降硝50%以上），设备虽好，但不适用于供热采暖锅炉。随着灰霾日益严重，王教授从2005年开始研究适用于北方供热采暖系统的脱硫除尘装置。至2008年YZ型旋流混合式脱硫除尘塔的构思和设计基本完成，但是找不到实验单位。因为YZ型旋流混合式脱硫除尘塔脱硫除尘效率高，在室外温度≥-4℃时基本看不到锅炉冒烟冒气，在寒冷天气冒少量白水汽，不需要建高烟囱。但是，不建高烟囱一般环保局不批准投建，过不了环评。经过几次碰壁，2013年4月，王雅珍教授各项技术申请成功获批在齐齐哈尔市成立“齐齐哈尔昱峰供热有限公司”，她自主研发的五项科技成果将有可能全部应用在齐齐哈尔市，但是，齐齐哈尔环保局不批准建没有烟囱的锅炉房，要求建45m以上的烟囱。无奈之下，王教授决定自筹资金在供热烟尘肆虐的黑龙江省清河林业局建立集中供热，实现保护碧水蓝天的环保理想。

清河林业局原有6座供热锅炉房，地暖和挂暖混供，根本无法保证挂暖的供热质量。王雅珍教授废弃了全部旧锅炉，投建了拥有2台46MW热水锅炉的集中供热热源厂（供热面积可覆盖180万平方米），投建4000m×2一次管网，改进新增了2300m×2的二次管网，投建7个换热站，站内将地暖和挂暖分开，拥有5套挂暖水系统和7套地暖水系统。由于挂暖和地暖分家，新增和改造2400m×2的二次管网。

二、以数据说话

经过一个采暖期的运行，王教授研发的五项技术得到成功验证，并获得了清河镇百姓的认可。同时王教授在实际应用过程中发现脱硫除尘塔在耐磨、防酸腐蚀上存在一些问题，必须采用高耐酸腐蚀、耐高温和高耐冲击磨擦的特殊材质制作脱硫除尘塔，以及采用高耐酸腐蚀和高耐冲击磨擦的特殊涂料保护脱硫除尘塔。

1.湿法运行时YZ-65旋流混合式脱硫除尘塔测试结果

王教授设计的脱硫除尘降硝塔设计除尘率≥98%，除尘后烟尘浓度<30mg/L，脱硫率>90%，降硝率>70%。该技术设备通过哈尔滨市通河县清河林区昱真供热公司两台46MW（相当于65t/h的蒸汽锅炉）热水锅炉2013～2014年采暖年度的实践检验，除尘率≥94.5%，脱硫率≥85.3%，降硝率≥70.4%。黑龙江省环科院检测中心2014年4月4日测试结果见表1。

测试结果说明：空气预热器出口烟温75℃，烟气流量150 000m3/H。

（1）由于冬季周边城镇石灰窑从10月份停产，购买的脱硫剂生石灰含量<30%，影响脱硫和降硝效果，如果生石灰含量≥80%，则脱硫率≥90%以上。

（2）测试除尘率≥94.5%，此数值远低于实际除尘率。设计除尘率≥98%，烟尘浓度应该≤30mg/m3。但是，由于工期短，天气冷，制作的脱水板不硬化，故没有安装脱水板，2014年夏季要安装特制脱水板，由于没有脱水板，在烟囱测试处烟气中含有微小水珠，而水珠含尘，故测试值偏高。待安装好脱水板后烟尘浓度应该≤30mg/m3。在室外-4℃以上温度时，看不见锅炉冒烟和冒气。

2.干法运行时YZ-65旋流混合式脱硫除尘塔测试结果

对黑龙江省环科院检测中心测试的编号HRAES-14-015检测报告的分析：HRAES-14-015检测报告是昱真供热公司一号锅炉的YZ型旋流混合式脱硫除尘塔放净塔内水后，在无水和不投加脱硫剂的情况下测试的除尘、脱硫、脱硝结果，见表2。

如果锅炉运行采用低硫煤，锅炉燃烧炉温<1000℃，在保证锅炉二氧化硫和氮氧化合物排放合格的前提下，可以采用干法除尘，实践证明除尘效果很好，在除尘脱硫零运行费用的情况下，除尘率达到91.56%，脱硫率达到20.99%。

实践证明，在室外温度为-4℃以上时，采用干法除尘，基本上观察不到锅炉冒烟和冒气，排放达标。

三、讲经济也要讲环保指标

目前全国供热锅炉房基本采用水膜除尘和双碱法脱硫，室内或室外设有循环水池，脱硫除尘废水浓缩到一定程度排放到市政废水系统，对地下水和地表水形成二次污染，导致人类患高血压、心脏病、肾结石、胆结石及诱发癌症。由于冬季水池结冰，水池和脱硫塔的维修量大。

昱真供热公司2013年购买的是低硫煤，含硫量≤0.2%。昱真公司从2013年10月24日至2014年2月7日采用纯自来水做脱硫降硝剂，没有投加生石灰，脱硫率约在70%，降硝率约在50%，将pH值6.0的酸性脱硫除尘降硝水每隔40分钟排放到渣槽，与渣槽中pH值≥9的碱性水中和，将渣槽水的pH值控制在7.0左右，防止除渣链条发生腐蚀。锅炉和一次供热管网每日补水量仅为2～8吨。YZ型旋流混合式脱硫除尘降硝塔内的废水全部排放到渣槽，锅炉排污水、除尘器冲灰水、冲地废水等也全部收集到锅炉渣槽内，进行再利用。废水在渣槽中浓缩析出以硫酸钙、碳酸钙为主体的固体盐，固体盐和炉渣用于烧砖。废水、污水实现零排放。由于锅炉排污水中含有残留YZ型防腐阻垢剂，固体废物不会在渣槽内结块。

YZ型旋流混合式脱硫除尘塔具有非常大的环保意义。可应用于供热采暖的燃煤链条炉和往复炉排。可应用于全国蒸发量≤130t/H的蒸汽锅炉。该设备投资少、操作简便、运行费用极低（与国内其他脱硫除尘方法相比较而言）、占地少。可以代替燃气锅炉，防止发生灰霭。

YZ型旋流混合式脱硫除尘降硝塔的优点具体体现在以下几方面：

1.设备造价低。烟气从锅炉出来进入多管除尘器，除掉大颗粒尘，再进入YZ型旋流混合式脱硫除尘降硝塔，除掉微小灰尘、二氧化硫和氮氧化合物。

2.运行费用全国最低。采用低硫煤时可以不使用脱硫剂和降硝剂，用自来水就能完成脱硫除尘降硝工作，废水做渣槽补充水，做到真正的零运行费用。当采用高硫煤时，由于渣槽水是碱性水，可以在渣槽内进行酸碱中和，大幅度节约脱硫剂和降硝剂（以生石灰做脱硫剂和降硝剂），大幅度降低运行成本。

3.全国锅炉房首例废水零排放，废水全部利用。

4.做到锅炉烟囱基本看不见冒烟和冒气，或仅有少量白水汽。

5.运行操作简单，是傻瓜型的，适用于供热企业。

6.烟尘、二氧化硫、氮氧化合物排放合格。

7.设备维护费用低。

备注：上海昱真水处理科技有限公司安装在黑龙江农垦总局九三农场热力公司46MW（相当于蒸发量65t/H）热水锅炉上的YZ-65旋流混合式脱硫除尘塔通过验收。

（王雅珍：能源环境专业委员会副会长兼专家组组长、上海昱真水处理科技有限公司董事长、上海王雅珍节能技术有限公司董事长、哈尔滨通河昱真供热有限公司董事长、北京联合大学教授）