DDS烟道气治理技术在煤粉锅炉上的应用

田顺生，李平，孟晓敏，户春

（1.包钢钢联股份有限公司动供总厂，内蒙古包头 014010；2.北京博源恒升高科技有限公司，北京 100089）

引言

目前，我国发电方式仍以火力发电为主，据中国电力企业联合会数据显示火力发电占比达70%以上。火力发电厂锅炉排放烟道气中的氮氧化物、颗粒物及二氧化硫对大气造成了极大的污染。目前国内烟道气治理大多选择SCR 脱硝+电除尘+布袋除尘+石灰石法脱硫工艺，该工艺最大的优点是技术成熟，主要缺点是排烟温度高、副产品无法回收、消耗工业原料资源、系统能耗高等。

DDS 烟道气除尘脱硫脱硝技术是由北京大学化学与分子工程学院魏雄辉博士研究开发的新型烟道气除尘、脱硫、脱硝综合治理环保技术。经DDS 烟道气治理技术处理后的烟道气可以达到《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》环大气〔2019〕35 号文件排放要求（以下简称“超低排放要求”）：将烟道气中的颗粒物浓度降至10 mg/m3以下，SO2含量降至35 mg/m3以下，NOX含量降至50 mg/m3以下。

1 DDS烟道气除尘脱硫脱硝技术工艺流程

1.1 除尘系统

DDS 烟道气除尘过程包括除尘、余热回收，除去烟道气中的HCl、HF、二噁英、多环芳烃等有机物和重金属，及将烟道气温度降至40 ℃以下的等过程。这些过程是同时进行。DDS 烟道气除尘剂是一种有机溶剂，其特点是不相溶水、高沸点、高闪点、不易燃烧，它是利用物质的相互溶解或相互亲润所遵循的“相似相溶”原理而进行设计的。除尘剂在除尘塔中与烟道气中的颗粒物直接接触将其捕捉，烟道气经过余热回收降温和除尘后，可以彻底除去烟道气中的灰尘，并可以脱除烟道气中二噁英、多环芳烃等有机物和重金属等污染物。经过除尘处理后温度低于40 ℃的烟道气送去脱硫处理。

含灰尘和水分的热DDS 烟道气除尘剂由浆液泵从除尘塔底部抽出，送至过滤机过滤，过滤出来的灰渣排放，水和DDS 烟道气除尘剂进入沉淀和油水分离槽中，沉淀与油水分离槽中分离出水层沉淀至下层，经排放阀派出系统，热的DDS 烟道气除尘剂浮至上层，由循环泵抽取，经余热回收冷却器冷却成冷DDS 烟道气除尘剂后进入余热回收约除尘塔顶部，循环使用。

1.2 脱硫系统

DDS 烟道气脱硫基本原理是以乙二醇（EG）和/或聚乙二醇（PEG）的水溶液为载体，配入一定量的DDS 脱硫剂组成的脱硫液。DDS 脱硫液在吸收塔中，与烟道气直接接触，吸收烟道气中的SO2，烟道气获得脱硫净化处理，脱硫处理后的烟道气可以送去脱硝进一步净化。吸收了SO2的脱硫液转变成“富液”，“富液”在再生塔中，经加热和/或蒸汽气提和/或真空再生，释放出SO2，“富液”转变成“贫液”，“贫液”经冷却至常温，回到吸收塔循环使用。再生释放出的SO2经进一步纯化处理获得高浓度的气体或液体SO2副产品，可作为化工原料使用。

DDS 脱硫剂是一类全新的高分子或大分子化学物质，其中一种类型的分子通式如下：

（分子式中：M为各种阳离子，n为正整数）

其原理是脱硫溶液在吸收塔中与烟道气接触，吸收烟道气中的SO2，吸收了SO2的脱硫溶液简称为“富液”。吸收反应如下：

富液在再生塔中，在90～130 ℃，压力为-50～50 kPa的条件下，用水蒸气气提再生，再生反应如下：

再生时富液中的SO2释放出来，经浓缩、分离后获得纯度大于99%（v/v）的气体或液体SO2副产品，可以作为制造浓硫酸或硫磺的原料。再生后的脱硫溶液简称为“贫液”，贫液回到脱硫塔循环使用。

1.3 脱硝系统

经脱硫处理以后的烟道气中还含有NO 需要除去，除去的方式是先用自由基氧［O］处理，将烟道气中的NO氧化成NO2，反应式如下：

经自由基氧处理后，用NaOH 溶液吸收烟道气中的NO2副产硝酸盐。该法是经自由基氧处理后的烟道气在吸收塔中和碱性物质水溶液（如KOH 或NaOH 水溶液等）接触，吸收烟道气中NO2，生成硝酸盐，达到脱硝目的，吸收液浓缩、结晶，获得纯度大于99%的硝酸盐（如KNO3或NaNO3等）副产品。以NaOH溶液为例，其吸收反应如下：

2 DDS烟道气除尘脱硫脱硝技术应用

包钢股份动供总厂3#燃煤锅炉是WGZ-130/39-1 型煤粉锅炉，中温中压、自然循环、四角切向燃烧，锅炉整体采用“∏”型布置。2016 年2 月17 日，“3#燃煤锅炉烟道气除尘脱硫脱硝改造工程”开工建设，同年12 月25 日完工。工程建设内容包括：DDS烟道气除尘脱硫脱硝系统主体工程、DDS 脱硝硝酸盐制备系统工程、DDS脱硫液脱毒系统工程等。

2.1 调试过程

2017 年3 月正式进入调试阶段：先启动循环冷却水系统，再分别启动脱硫系统、脱硝系统，然后引入5#炉烟道气给系统升温，调试再生系统。在系统所有工艺参数达到并控制在设定范围内后，最终引入3#炉烟道气进行正式调试，调试数据曲线见图1～2。3#燃煤锅炉烟道气量200 000～300 000 m3/h。系统进口：粉尘含量≤100 mg/m3，SO2含量1 000～2 500 mg/m3，NOX含量200～600 mg/m3。系统出口：粉尘含量≤10 mg/m3，SO2含量≤30 mg/m3，NOX含量≤35 mg/m3。

图1 进出口SO2浓度

2017 年8 月31 日经检测，经DDS 系统处理的锅炉烟道气可以达到超低排放。运行中发现还有一些辅助工艺上的，设备上的问题需要进一步优化。

2.2 系统优化

2.2.1 再生系统优化

再生效果主要通过分析脱硫溶液成分来判断，主要控制指标有：①含水量15%～30%，②pH 值4.5～5，③SO2含量贫液SO2含量≤0.15 g/L，④SO42-含量≤4.5 g/L。再生系统原始设计为蒸汽从再生塔底部进入，调试期间发现溶液产生“液锤现象”，再生塔内蒸汽管道剧烈振动，存在安全隐患，脱硫溶液膨胀严重，再生效果不理想。从表1中数据中可以看出：再生过程中大量蒸汽冷凝进入溶液，溶液中SO2含量SO42-含量逐渐增加，说明再生效果变差，溶液中SO42-在富集。

图2 进出口NOX浓度

表1 改造前脱硫液成份

为改善再生效果，对再生塔内部进行改造，蒸汽供给方式改为分段式，塔内安装10 层塔板，每层安装一套蒸汽分布器。为解决烟道气中的SO3溶液中SO42-富集问题，在初始设计中是通过每小时抽取25m3脱硫液加入CaO 搅拌反应生成CaSO4，用离心分离机分离CaSO4后溶液回到脱硫系统来解决。运行过程中发现离心分离机由于脱硫液的进入会出现失衡现象，振动较大，并且细颗粒物分离效果不好。为此将离心过滤机改为板框压滤机。经过优化改造后从表2中数据中可以看出各项指标都在正常范围之内，再生效果良好。

表2 改造后脱硫液成份

2.2.2 研究氧自由基系统优化

氧自由基系统运行以来随着自由基氧浓度的上升，出口烟道气中的氧化物含量呈明显的下降趋势。但由于自由基电气室变频柜内变压器和电抗器线圈存在超温现象，不能长期工作。脱硝系统的调试未能进行较长时间的试运行（表3）。

表3 电感线圈温度（2017年）

对氧自由基系统电感线圈进行诊断，判断是线圈所采用的材料规格不满足设计要求所致，将铁芯加厚加长，超温问题得以解决（表4）

表4 电感线圈温度（2020年）

3 DDS烟道气除尘脱硫脱硝技术特点

3#燃煤锅炉烟道气经DDS除尘脱硫脱硝技术处理后的废气可以达到超低排放要求，并将从废气中脱除出来的SO2和NOX富集和转化成纯液体SO2产品和硝酸盐等化工产品，产生较大的经济效益。

3.1 DDS 烟道气治理技术脱除污染物效率高、适用性强

（1）DDS 烟道气治理技术除尘、脱硫和脱硝效率高，除尘效率可以达到95%以上，脱硫效率可以达到98%以上，脱硝效率可以达到95%以上。同时还可以脱除废气中的HCl、HF、二噁英、多环芳烃等有机物（VOCs）和重金属等有害和有毒的物质。

（2）DDS 烟道气治理技术适用于火电、钢铁、水泥、玻璃、冶炼、陶瓷、化工、建材和垃圾焚烧等废气的除尘、脱硫和脱硝。适应高硫含量大于10%的烟道气或废气脱硫，因此为硫含量大于3%的原煤、高硫含量的重油、煤焦油和石油焦等劣质燃料开拓了广阔的应用前景。此外由于该技术脱除各种有机物的能力显著，也为垃圾焚烧尾气的治理带来了便利。

3.2 DDS烟道气治理技术运行成本低

（1）DDS 烟道气除尘脱硫脱硝技术的投资约为传统的电除尘或布袋除尘+石灰石法脱硫或氨法脱硫+SCR 或SNCR 法脱硝投资的1.5 倍至2 倍。综合运行费用是传统技术的三分之二左右。

（2）不需要用石灰石或石灰作为脱硫剂，无大量硫酸钙废渣产生，也不会造成设备堵塞现象，所以避免了“挖掉一座山，填起两座山”的现象，避免了严重的土壤和地下水污染的二次污染现象；不用氨作为脱硫剂，也不用氨或者尿素作为脱硝剂。

（3）将烟道气中将要被排放到大气中的SO2和NOX等严重污染废弃物转化成相应的纯液体SO2和硝酸盐等重要化工产品。

3.3 DDS 烟道气治理技术中涉及到的溶剂稳定性强、无毒无害

（1）DDS 除尘剂和DDS 脱硫剂都是高沸点的物质，稳定性强、抗氧化能力强、变质缓慢，失效时间长，损失少，只需补充跑、冒、滴、漏损失即可。

（2）DDS 除尘剂和DDS 脱硫剂都是无毒、无害，自身对环境不会造成二次污染，也不会产生新的污染物。

（3）溶液全循环使用：DDS 除尘液和DDS 脱硫液都是“吸收—再生，吸收—再生，…”连续循环使用。

4 结论

（1）DDS 烟道气除尘脱硫脱硝技术颠覆了传统的烟道气除尘、脱硫和脱硝技术，可广泛适用于火电、钢铁、水泥、玻璃、冶炼、陶瓷、化工、建材和垃圾焚烧等废气的除尘、脱硫和脱硝处理。

（2）DDS 烟道气治理技术集除尘、脱硫、脱硝为一体，采取全溶剂、全封闭、循环式运行，不需要传统的脱硫剂与脱硝剂就可捕捉废气中的有害物质，具有运行成本低、除尘、脱硫、脱硝效率高等特点。

（3）DDS 烟道气治理技术可将从废气中脱除出来的SO2和NOX转化成纯液体SO2产品和硝酸盐等化工产品，实现变废为宝，有助于企业降低运营成本，真正实现“低成本、零成本”环保。