強化傳質脫硫增效技術在火電廠超低排放的應用

摘要：文章介紹了大唐南京電廠2#機組脫硫提效改造工程，首先通過調研及結合電廠的實際情況確定了改造方案，然后通過一系列的小試、中試及模擬試驗研究確定了主要的改造參數，最后試運行的結果表明，該次脫硫提效改造超過了預期的改造目標，技術上可行、經濟上合理、環境和社會效益巨大。

關鍵詞：強化傳質脫硫增效技術；火電廠；超低排放；篩板；脫硫效益 文獻標識碼：A

中圖分類號：X701 文章編號：1009-2374（2015）15-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.044

1 概述

當前，中國大氣問題突出，為切實改善空氣質量，實現環境效益、經濟效益與社會效益多贏，國家對主要污染物減排工作的要求不斷升級，燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值，實現超低排放，為此，需要對脫硫系統進行升級改造。

2 脫硫系統概況

現有2×660MW燃煤汽輪發電機組。脫硫采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔布置，設置一套共用系統，不設煙氣旁路，脫硫效率≥95%（設計值含硫量0.8%），設計入口SO2濃度1629mg/Nm3，實際運行出口SO2濃度可達到50mg/Nm3左右。

3 脫硫系統提效改造目標及改造方案

本次脫硫提效改造按燃氣排放標準設計，入口SO2濃度2317（6%氧）mg/Nm3，投運4臺循環泵，達到出口SO2濃度≤35mg/Nm3的要求（高于燃氣標準）。

經過反復研討，最終確定本次改造的方案為：吸收塔內增加篩板+更換噴淋層噴嘴+內部強化構件+塔外漿罐組合方案，外部各子系統進行相應增容改造。

4 針對工程改造的試驗研究

針對大唐南京電廠脫硫系統的實際改造，浙江大學與大唐科技分別開展了對篩板的試驗研究、漿液分區試驗研究和CFD流場模擬實驗研究。

4.1 塔內增加篩板的試驗研究

篩板上氣液接觸情況研究：當煙氣流速繼續增大至一定值以上時，將會出現無液體流下現象。

篩板孔徑對阻力的影響分析：在同一開孔率（36%）、不同篩板孔徑（6～30mm）條件下，篩板阻力特性，當煙氣流速大于1.0m/s時，大孔徑篩板上液層比小孔徑的厚，其壓降也大，這是因為氣流穿過大孔徑后，其動量較大，可以吹起很高的泡沫層，而小孔徑由于氣流被分散，動量較小，泡沫層高度較小，因此其塔內壓降較小。篩板開孔率對阻力的影響：孔徑d=15mm、不同開孔率（16%～48%）條件下煙氣流速對阻力特性，開孔率在32%～36%的篩板，其壓降變化不大；當開孔率小于32%時，壓降隨開孔率減小明顯增大，泛點出現得越來越早，開孔率為16%和20%的2塊篩板幾乎無法正常工作，分別在煙氣流速為0.5m/s和1.0m/s時就出現無液體下降的嚴重惡化工況。

噴淋量對阻力的影響：同一煙氣流速條件下，隨著漿液噴淋量的升高，篩板阻力逐漸增大；這是由于篩板在漿液量低的情況下托不住液體，液體都沿著開孔的外側流出，空氣從孔中間穿過，阻力較小。

不同煙氣流速及噴淋條件下篩板阻力：同一開孔率的篩板，其阻力隨煙氣流速及噴淋量的增大而增大。中試試驗條件完全按照實際工程中的運行條件，當滿負荷運行時，塔內煙氣流速為3.5m/s，四層噴淋全開時，所開發的篩板的阻力約為700Pa；開三層噴淋，所開發的提效均流構件的阻力約為500pa；開兩層噴淋時，所開發的篩板的阻力約為300Pa。通過上述篩板試驗研究，對實際工程中所用篩板的選型、孔徑及開孔率提供了重要的依據。

4.2 漿液分區試驗研究

漿液分區pH性能試驗研究：在典型的實驗工況下，基于pH分區控制的噴淋系統主副回路均可以形成穩定的pH差值，煙氣量由10m3/h到25m3/h變化，噴淋量由146L/h到292L/h變化，入口SO2濃度在1500mg/Nm3到4600mg/Nm3變化時，可以形成0.5～0.97左右的穩定pH差值。隨著煙氣量、入口SO2濃度的增加，噴淋量的降低，主副漿液池形成的pH差值增大，主要是由于隨著煙氣量、入口SO2濃度增加，漿液在單位時間內吸收了更多的SO2，致使pH差值增大。

4.3 CFD流場模擬試驗研究

研究模型范圍、計算結果及分析，根據BMCR工況煙氣參數及噴淋參數情況下進行計算，主要分析了系統各個截面的速度、壓力和溫度分布情況，塔內增加篩板后，速度分布、壓力分布及溫度分布更加均勻，篩板對速度、壓力及溫度在塔內的均布具有明顯的作用。

通過流場模擬的試驗研究，對實際工程中噴淋層的選擇、噴嘴的布置及噴嘴選型進行了優化；確定了實際工程中篩板的安裝位置。

5 改造后運行效果

通過對塔內篩板的研究、漿液分區研究和CFD流場模擬實驗，最后確定了2#機組脫硫提效改造的各主要設計參數。南京電廠2#機組2014年9月18日停機改造，2014年11月25日改造完成開始試運行，經過近3個月的運行，調取運行時的DCS歷史趨勢如圖1所示：

圖1 改造后脫硫各參數趨勢

由圖1可以看出，在負荷為487MW時，脫硫效率為96.5%，脫硫塔入口SO2濃度為961mg/Nm3，脫硫塔出口SO2濃度為22mg/Nm3，主漿液池漿液pH為5.4。滿足改造要求出口SO2濃度≤35mg/Nm3的要求。

當機組滿負荷661.5MW運行時，脫硫塔入口SO2濃度1666.8mg/Nm3，主漿液池漿液pH為5.54，三臺循環泵（A、B和D泵）運行時，脫硫效率為99.6%，脫硫塔出口SO2濃度為5.3mg/Nm3，運行效果超出了預期的改造目標。

5.1 不同漿液pH時的運行效果

滿負荷條件下，開三臺循環泵（A、B和D），SO2入口濃度為1500～1700mg/m3時，脫硫效果隨主漿液池pH變化，隨著主漿液池pH的逐漸升高脫硫效率逐漸增大，脫硫效率由98.8%（漿液pH為4.99）升高到99.6%（漿液pH5.54），隨著主漿液池pH的逐漸升高，出口SO2濃度逐漸降低，出口SO2濃度由20.04mg/m3（漿液pH為4.99）下降到4.7mg/m3（漿液pH5.54）。endprint

5.2 開啟不同循環泵時的運行效果

滿負荷條件下，SO2入口濃度約為1620mg/m3，主漿液池pH為5.2時，開啟不同循環泵組合（開啟A、B、C泵及開啟A、B、D）時，開啟三臺循環泵A、B、D的脫硫效率為99.03%高于開啟三臺循環泵A、B、C時的98.5%，原因為，循環泵D與塔外漿池相連，當開啟循環泵D時，有效地擴大了漿池的容積，漿液停留時間延長，漿液與氧氣的接觸時間也延長，氧化更充分。

5.3 低負荷條件下的脫硫效果

低負荷（約500MW），SO2入口濃度約為1435mg/Nm3，漿液pH在5.65左右，只開啟兩臺循環泵（A、D）時，1#吸收塔（未改造）與2#吸收塔（改造后）運行時的脫硫效果對比時發現，經改造后，2#吸收塔的出口SO2濃度為23.4mg/Nm3，低于1#吸收塔的42.9mg/Nm3，2#吸收塔的脫硫效果明顯優于1#吸收塔，說明，2#吸收塔內的篩板不僅可在機組滿負荷時提高系統的脫硫效果，在低負荷，只開兩臺循環泵時同樣具有明顯的作用。

6 脫硫提效改造后效益分析

經濟效益方面，如果不采用篩板，而是開啟四臺泵進行脫硫達到同樣脫硫效率，第四層噴淋的阻力大約為350Pa，即篩板路線阻力大于150Pa，按照引風機290萬風量、機械效率82%考慮，采用篩板增加風機電耗接近150kW，而減少第四層循環泵則節省了1100kW以上，改造后降低了運行電耗，節約了運行成本；另外，由于提效改造后，系統的穩定性大大提高，減少了因脫硫系統出現的問題對主機的影響，間接地減少了檢修、主機額外啟停爐以及停爐所造成的經濟損失；同時，政府申請環保補貼，每臺機組的脫硫超低補貼約為1400萬元/年。環境社會效益方面，對改善地區環境空氣質量起到了良好的作用，同時借著此次提效改造，大唐南京發電廠在集團內部也走在了前頭。

7 結語

大唐南京電廠2#機組脫硫提效改造工程采用塔內增加篩板+塔外漿池的方案，經過脫硫試運行，只開三臺循環泵就達到了出口SO2濃度≤35mg/Nm3的改造要求，改造后SO2排放濃度、排放量均明顯降低。本次2#機組脫硫系統的提效改造技術上可行、經濟上合理，環境效益和社會效益巨大，為南京發電廠2015年即將開展的1號機組超低排放技術改造積累了寶貴的經驗，開創了集團公司煤電機組中應用此項先進技術的先河，實現了煤電清潔化生產質的飛躍。

參考文獻

[1] 環境保護部，國家質量監督檢驗檢疫總局.火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2011）[S].2011.

[2] 國家環境保護部.關于執行大氣污染物特別排放限值的公告[S].2013.

[3] 國務院.大氣污染防治行動計劃[S].2013.

[4] 國家發展和改革委員會，環境保護部，國家能源局.煤電節能減排升級與改造計劃（2014～2020年）[S].2014.

[5] 葉春珍，高翔，駱仲泱，孔華，倪明江，岑可法.無溢流篩板塔煙氣脫硫的實驗研究[J].動力工程，1999，19（6）.

[6] 王惠挺，鐘毅，高翔，陳湘文，駱仲泱，倪明江，岑可法.濕法煙氣脫硫篩板式噴淋阻力特性的試驗研究[J].動力工程，2009，29（11）.

作者簡介：張巍（1978-），男，安徽淮北人，大唐科技產業集團有限公司南京項目分公司項目經理。

（責任編輯：黃銀芳）endprint