大型火電廠脫硫、脫硝、除塵設計

摘要： 火力發(fā)電產生的二氧化硫是大氣中二氧化硫的主要來源。我國城市大氣污染越來越嚴重，脫硫工程的建設勢在必行。本文對大型火電廠脫硫、脫硝行業(yè)存在的主要問題，提出防治二氧化硫污染的意義與大型火電廠脫硫、脫硝、除塵設計設計原則，設計了兩種除塵裝置方案。通過綜合分析得出當兩臺機組加裝煙氣脫硫裝置后，可削減排放量，煙氣排放符合國家標準，達到了脫硫的目的，滿足了項目的要求，對城市大氣環(huán)境的改善是非常有利的。

關鍵詞： 火電廠 脫硫工藝 循環(huán)流化床干法脫硫 脫硫裝置

近幾年來，我國火電行業(yè)進入快速發(fā)展時期，要督促企事業(yè)單位按期完成煙氣自動在線監(jiān)控設備的安裝和驗收，并與環(huán)保部門聯網運行。對煙氣脫硫脫硝行業(yè)市場的規(guī)范提出了新的挑戰(zhàn)。

一、當前大型火電廠脫硫、脫硝行業(yè)存在的主要問題

1.脫硫設施建設增長過快，規(guī)模過大，導致工程質量受到影響；多數火電廠的脫硫設施建設工期短，難以達到正常施工周期要求。脫硫市場混亂的突出表現，直接后果將影響脫硫設施建設的工程質量和可用率。煙氣在線監(jiān)測儀器未能發(fā)揮應有的效能和作用，不能對火電廠大氣污染物排放情況實現實時監(jiān)控；對脫硫設施的監(jiān)管尚未全面到位。我國已投運的脫硫工藝中以石灰石-石膏法為主，但脫硫工藝路線單一，對脫硫副產物的處置和消納尚未引起足夠重視；部分電廠已出現堆放和拋棄的處置方式。大量的脫硫石膏要得到處置和消納是十分困難的，既浪費資源、占用場地，又會產生新的二次污染。缺乏火電廠氮氧化物控制相關政策法規(guī)和標準體系。我國卻僅有不到1%裝機容量的火力電廠和少數中小型鍋爐實施煙氣脫硫。主要有脫硫成本問題、產物出路問題、以及引進技術國產化的問題。

2.脫硝行業(yè)尚處于起步階段，脫硝技術主要依賴進口，具有自主知識產權的脫硝技術較少。我國目前在發(fā)電機組上應用的煙氣脫硝技術除個別單位自行開發(fā)了具有自主知識產權的核心技術外，絕大多數單位采用的 SCR、 SNCR煙氣脫硝技術尚處于引進、消化吸收和初步應用階段，脫硝企業(yè)的技術水平亟待提高。 目前，已有石灰石 -石膏法、煙氣循環(huán)流化床法、海水脫硫法、脫硫除塵一體化、半干法、爐內噴鈣尾部煙氣增濕活化法、活性焦吸附法等十多種煙氣脫硫工藝技術得到應用。與國外情況相同，在諸多脫硫工藝技術中，石灰石 -石膏法煙氣脫硫技術仍是當前的主流工藝技術。目前應用于脫硝技術的催化劑主要依賴進口，致使脫硝運行成本較高；盡管國內目前已經建設了部分催化劑生產基地，但由于均是采用國外技術，甚至原料也要進口，因而制約著脫硝產業(yè)的發(fā)展；失效催化劑屬危險廢物，對它的處理處置問題應引起足夠重視；普遍作為脫硝還原劑的液氨在儲運和使用中的安全問題必須受到高度重視。

當前，脫硝行業(yè)開始步入快速發(fā)展期，因此應該認真吸取脫硝設施建設中的經驗和教訓，加強脫硝設施建設、技術設計與運行的全過程監(jiān)管。

二、防治二氧化硫污染的意義

能源與環(huán)境是當今社會發(fā)展的兩大問題。我國是產煤大國，也是用煤大國。隨著國民經濟的發(fā)展，煤炭資源利用越來越多，二氧化硫的排放量也日益增加，煤炭成為我國環(huán)境污染的主要污染源。燃燒所產生的大氣污染物還沒有得到有效的控制，由于技術水平低，我國電力構成仍以火電為主，電能在使用上有其它能源無可比擬的優(yōu)越性，應從節(jié)能的觀點出發(fā)和能源發(fā)展戰(zhàn)略上考慮，將供各種工業(yè)和生活鍋爐及民用所消耗的煤轉化為電能，逐步達到先進產煤國家的80%煤用于發(fā)電的水平。

我國因燃煤而造成的二氧化硫排放逐年增加。因此，搞好燃煤電廠的二氧化硫排放控制，對于我國的環(huán)境保護有著重要的意義。為此，我國相繼制定了一系列大氣污染物排放標準。對大氣污染物的排放要求越來越嚴格，對超標排放的罰款也在逐年增加。為了更好地控制二氧化硫的污染，國務院1997年批復了關于“兩控區(qū)”的劃分，即二氧化硫污染控制區(qū)和酸雨控制區(qū)，明確規(guī)定：在“兩控區(qū)”內建、改造燃煤含硫量大于1%的電廠，必須建設脫硫設施，這就迫使電廠去尋求脫硫技術支持。國家出臺了一系列促進火電廠二氧化硫控制的法律、法規(guī)和政策，推動了脫硫技術的科學研究和推廣，脫硫技術被廣泛關注起來，加快了火電廠煙氣脫硫設施的建設，使我國二氧化硫污染防治取得了一定成效。預計在未來幾年內，約有3億千瓦裝機的煙氣脫硫裝置投運和建設。

三、大型火電廠脫硫、脫硝、除塵設計設計原則

本文主要對電廠 2×100MW機組煙氣脫硫裝置進行了設計和可行性分析：針對工程的建設依據和建設條件，對比各種脫硫工藝，選擇出最優(yōu)脫硫工藝和除塵方案，詳細論證了循環(huán)流化床干法脫硫技術 （CFB）在本工程的可行性；對工程的投資和損益做了估算及經濟評價；對工程的整體布置、設備布置、電氣、儀控、土建進行了可行性研究；評估了脫硫工程實施后的環(huán)境和社會效益；就工程中存在的安全問題制定了具體的安全措施。通過分析得出結論，本工程達到了脫硫的目的，滿足了項目的要求，煙氣排放符合國家標準。

本工程是按2×100MW鍋爐的100%負荷全煙氣脫硫進行設計；設計內容深度滿足《火力發(fā)電廠可行性研究報告內容深度規(guī)定》和《火力發(fā)電廠可行性研究報告內容深度規(guī)定煙氣脫硫部分暫行規(guī)定》的要求；大氣污染物排放應滿足《火電廠大氣污染物排放標準》、《關于修改（火電廠大氣污染物排放標準》的通知》的要求以及地方標準；脫硫工程產生的廢水、廢渣、噪音等環(huán)境污染物應滿足國家和地方現行標準的要求，廢水應達標排放，脫硫工程設計中應考慮防塵、防腐蝕、防噪音等措施。鑒于本工程為改造項目，場地條件受到一定限制，在設計中應充分考慮現場條件，盡量減少改造拆除工作量。脫硫系統(tǒng)不影響發(fā)電系統(tǒng)各種工況的安全和正常運行。

1.脫硫工藝的選擇應遵照“適應現場、工藝成熟、運行穩(wěn)定、脫硫效率高、投資省、無二次污染”的原則。電廠附近有豐富的石灰石礦，并己形成了較好的開采體系，設計是以石灰粉作為脫硫吸收劑并直接從市場獲得為基礎，電廠廠內不再進行加工。脫硫副產品處置按綜合利用為主的原則設計，并為脫硫副產品的利用提供必要條件，若暫時不具備條件，可先堆放在灰場，待條件具備后，再取出。除塵脫硫改造后，除灰系統(tǒng)以干除灰為主，水力除灰備用，盡量利用原有灰渣泵房內的水力除灰設備，除渣系統(tǒng)保持原系統(tǒng)不變。工程項目實施方式采用關鍵設備進口、其他設備國內配套的方式實施。

2.除塵方案的選擇。兩種除塵設備的比較。目前我國燃煤火電廠的建設，煙氣除塵絕大部分采用電除塵器，制造、運行上都積累了豐富的經驗。在運行火電機組中，只有個別電廠采用了布袋除塵器。國外火電廠煙塵處理技術是電除塵器和布袋除塵器并存，布袋除塵器在歐洲、美國、澳大利亞等國家應用廣泛，布袋使用壽命超過3-6年。特別是對難收塵煤種和煙塵排放量控制嚴格時，布袋除塵器的優(yōu)勢更明顯。目前國內可以生產布袋除塵器，但布袋濾料、隔膜閥和控制部分不過關，尚需要進口。

對于CFB干法脫硫，為了適應目前新版國家環(huán)保標準和以后更高的環(huán)保要求，以及CFB脫硫后煙氣的特性（低溫、高濕、高濃度、高比電阻、粉塵中鈣基含量高，容易在電除塵器極板、極線上結塊），二級除塵器一般采用兩種方式：一種為特制電除塵器，另一種為布袋除塵器。我國目前運行的CFB脫硫裝置均采用電除塵器，我國尚未有采用布袋除塵器的CFB脫硫裝置。

3.煙氣系統(tǒng)設計及流程。石灰粉采用密封罐車由石灰制粉廠送至電廠脫硫島，利用汽車自備壓縮空氣自卸入石灰粉倉，通過計量式給粉機送至生石灰消化站，消化后通過氣力輸送至熟石灰粉倉儲存。因為位置限制，兩臺爐各用1套吸收劑制備系統(tǒng)，包括生石灰粉倉、熟石灰粉倉、生石灰消化站、稱重給料機、輸送風機、流化風機等。吸收劑制備系統(tǒng)容量按脫硫系統(tǒng)3天需量設計。

方案一：吸收塔后布置布袋除塵器。電廠燃煤煙氣自空預器出口由四路煙氣匯流后，進入前預除塵器（雙室單電場電除塵器，保證除塵效率85%），分離下的粉煤灰仍可保證現有途徑的綜合利用。經前預除塵器后的煙氣沿煙道進入流化床反應塔底部文丘里管狀的入口段。經過脫硫后的反應物連同飛灰及未反應的脫硫劑被煙氣攜帶由流化床反應塔上部的出口流出，進入由原三電場電除塵器改裝的布袋除塵器，布袋除塵器進口設置百葉窗機械除塵器，布袋除塵器分離下的脫硫反應產物連同飛灰及未反應的脫硫劑被脫除下來，通過返料裝置返回吸收塔。凈化后的煙氣由引風機排至煙囪達標排放。煙道尺寸按煙氣流速15m/s設計，確保煙道設計合理，同時避免高的阻力損失。

方案二：吸收塔后布置電除塵器。電廠燃煤煙氣自空預器出口由四路煙氣匯流后，進入前預除塵器（雙室單電場電除塵器，保證除塵效率85%），分離下的粉煤灰仍可保證現有途徑的綜合利用。經前預除塵器后的煙氣沿煙道進入流化床反應塔底部文丘里管狀的入口段。經過脫硫后的反應物連同飛灰及未反應的脫硫劑被煙氣攜帶由流化床反應塔上部的出口流出，進入經改造的二級電除塵器（三電場靜電除塵器），在二級電除塵器的入口段設置一個百葉窗機械預除塵器，這樣可避免煙塵濃度過大對電除塵器性能帶來不利影響。機械預除塵器及二級電除塵器分離下的脫硫反應產物連同飛灰及未反應的脫硫劑被脫除下來，通過返料裝置返回反應塔。凈化后的煙氣經過由引風機引排至煙囪達標排放。煙道尺寸按煙氣流速15m/s設計，確保煙道設計合理，同時避免高的阻力損失。

四、提高大型火電廠脫硫資源化綜合利用

目前，由于政策支持力度不夠，行業(yè)之間合作不多，火電廠脫硫副產物石膏約 4000萬噸 /年，而利用率僅為30%。因此應制訂鼓勵脫硫副產物綜合利用的經濟政策，研究制訂天然石膏開采生態(tài)補償的經濟政策（收生態(tài)稅），鼓勵建立區(qū)域性的脫硫副產物綜合利用專業(yè)機構，實現脫硫副產物的集約型利用。開展脫硫石膏等脫硫副產物工業(yè)化利用途徑的研究和示范，提高利用率，減少二次污染。

整體脫硫系統(tǒng)集成和服務方案的提供將是衡量業(yè)內企業(yè)核心競爭力的重要依據和評價標準。應加強核心技術團隊的建設，提高對脫硫副產品再加工及關鍵接口技術等全產業(yè)鏈技術工藝的研發(fā)能力。

加強技術創(chuàng)新，開展脫硫新技術示范。國家有關部門應在政策、項目和資金上繼續(xù)支持和組織實施 300MW及以上火電機組的煙氣脫硫完善化技術示范和和引進技術再創(chuàng)新，重點解決工藝設計、設備成套和運行規(guī)范化等問題，提高脫硫設施工程建設質量和運行管理水平。通過示范使脫硫工程技術達到國際先進水平，形成具有自主知識產權的工藝技術。

積極開展脫硫新工藝研究，在高硫煤地區(qū)開展回收單質硫新技術的工業(yè)性研究及示范。開展氨法、活性焦法和其它資源回收型脫硫新技術的工業(yè)性研究。積極爭取利用環(huán)保專項資金、國債等資金渠道支持進行新技術示范。扶持自有知識產權的脫硫脫硝技術，以廢治廢，利用白泥、電石渣為脫硫劑，應地制宜，開展脫硫脫硝新技術示范。

五、結語

本文在對企業(yè)現有生產和條件深入了解的基礎上，提出了循環(huán)流化床干法脫硫工藝，并論證了其可行性。針對實際情況，設計了兩種除塵方案，從場地布置、除塵設備到經濟效益進行了可靠性對比。就二氧化硫污染防治的意義，提出大型火電廠脫硫、脫硝、除塵設計設計原則；提出了提高大型火電廠脫硫資源化綜合利用具體看法。

作者簡介：程亮、1978.03出生、男、籍貫（安徽桐城）、現工作單位（浙江城建煤氣熱電設計院有限公司）、工程師職稱、本科學歷、2001—2009年從事大型火電廠脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保設計，2010年至今從事熱電廠機務專業(yè)設計和長距離熱力網設計，研究方向： 熱力、環(huán)保。