脫硫裝置超低排放改造單雙塔技術路線對比分析

積極推進燃煤機組實現超低排放，積極推進在役燃煤機組實施大氣污染物超低排放技術改造，力爭所有燃煤機組實現大氣污染物超低排放。本文針對三種脫硫裝置超低排放改造方案的優缺點展開了充分對比，主要對系統阻力方面和能耗方面、粉塵協同治理方面、運行方式靈活性方面及經濟性方面進行了對比分析，為現有脫硫裝置改造提供參考意見。

脫硫裝置超低排放改造單雙塔技術路線對比分析

華能沁北發電責任公司 吳 偉、路 平；華能河南分公司 文新委、于春雁；焦作電廠 張艷平/文

一、引言

為貫徹中央財經領導小組第六次會議和國家能源委員會第一次會議精神，落實《國務院辦公廳關于印發能源發展戰略行動計劃（2014—2020年）的通知》（國辦發〔2014〕31號）要求，加快推動能源生產和消費革命，進一步提升煤電高效清潔發展水平，國家發改委、環保部、能源局聯合下發了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》（發改能源〔2014〕2093號）。各省市及政府部門也制定了相關文件，文件條款中要求：加快治理重點污染源，嚴控顆粒物排放，重點區域粉塵執行煙塵排放特別限值；積極推進燃煤機組實現超低排放，積極推進在役燃煤機組實施大氣污染物超低排放技術改造，力爭所有燃煤機組實現大氣污染物超低排放。改造后排放目標值（基準氧含量6%條件下）為二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化物50mg/Nm3，煙塵10mg/Nm3（個別省份要求5mg/Nm3）。

鑒于以上情況，根據上級文件有關規定，燃煤電廠均已經開展了超低排放環保改造各項準備工作。其中現有脫硫裝置再一次改造可行性研究報告中的技術路線選擇尤為重要。

二、現有脫硫裝置超低排放改造的主要技術路線

經過近年來脫硫裝置的技術革新，脫硫裝置的技術日趨成熟，并已經結合了協同除塵技術，使脫硫、除塵功能一體化。目前針對于燃煤含硫量為2.0%以下的煤質，脫硫裝置改造主要有三種技術路線：一是原塔改造，主要對現有噴淋層、除霧器、托盤及塔體進行改造以滿足要求，當然也存在部分新興技術如旋回耦合技術，但基本大同小異；二是采用串聯一座新吸收塔的形式進行改造，原有吸收塔不做改造，只需新建一座吸收塔，同時滿足系統治理要求即可；三是廢棄現有吸收塔，重新按照協同治理要求新建一座吸收塔，從而滿足改造要求。下面即對目前幾種技術路線在系統阻力、電耗、吸收塔運行方式、粉塵治理及經濟性方面進行對比分析。

三、系統阻力方面和電耗比較

根據流體力學關于氣體管路系統阻力的計算公式：P=1/2×K×ρv2，其中K主要是與管路系統長度有關的系數，ρ為管路系統內介質密度，v為管路系統氣體流速，根據上述公式可以得知系統阻力主要與氣體流速的平方成正比，與管路系統介質密度成正比。因此可以得出采用串聯吸收塔系統阻力要低于單塔改造的系統阻力。主要依據之一為煙氣流速影響：原有脫硫裝置吸收塔直徑一般設計較小，設計煙氣流速較高，基本接近4m/s，而新建串聯吸收塔可以完全按照設計導則進行設計吸收區直徑，降低煙氣流速至3.5m/s左右，因此阻力下降明顯；主要依據之二為系統介質密度影響：如原塔改造必須在現有吸收塔內部增加噴淋層，增加噴淋層的結果是造成氣體流經吸收塔內的介質密度大幅增加（主要是單位截面積上通過的漿液循環量大幅增加造成介質密度直線上升），因此系統阻力明顯上升，而新建串聯吸收塔單位截面積內的漿液噴淋量沒有變化所以這部分阻力變化較小，只與K的系數有關。另外由于原塔改造新增漿液循環泵的揚程增加較高，因此吸收塔漿液循環泵的電耗增加明顯。

同時筆者還進行了某600MW機組現有脫硫裝置采用不同方案后的系統阻力和新增電耗情況進行了對比分析，改造后系統新增阻力和新增電耗變化情況見表1。

表1 改造后系統新增阻力和新增電耗變化情況

綜合上表脫硫裝置新增阻力和新增設備電耗情況比較，新建塔改造系統的能耗是最低的，但受制于原有設備折舊問題大部分機組不采用此種改造方案，對于串塔改造和原塔改造的能耗對比可以明顯看出串聯吸收塔能耗較低。在實際運行過程中硫份可能急劇變化，這樣串塔改造方案的節能空間將能夠大幅體現，如在硫份由2.0%降至1.0%時串塔改造方案電耗可能下降一半，而原單塔改造方案節能空間有限，最多只能停運兩臺漿液循環泵，電耗下降有限。

華能集團某300MW機組實施串塔改造后進行了性能測試，機組在300MW負荷下5天平均每小時電耗為3104kWh。機組在300MW負荷下，脫硫系統正常運行時，在引風機出口，煙囪入口阻力段使用電子微壓計測量壓力，同時測量各點大氣壓，測試得出煙氣脫硫系統壓降為2299Pa，低于3200Pa的壓降保證值。測試結果表明該電廠實施串塔改造后能耗在可控范圍內，實際阻力損失遠低于設計水平。

華能某600MW機組實施串塔改造后進行了性能測試，在機組負荷為600MW時，脫硫系統總電能消耗為5697.0kW，在機組負荷為480MW時，脫硫系統總電能消耗為4715.0kW，在機組負荷為360MW時，脫硫系統總電能消耗為4554.2kW。在機組負荷為600MW時，脫硫系統一級吸收塔的壓力損失平均值為716.5Pa，系統總壓力降為1888.0Pa；在機組負荷為480MW時，脫硫系統一級吸收塔的壓力損失平均值為787.2Pa，系統總壓力降為1629.8Pa；在機組負荷為360MW時，脫硫系統一級吸收塔的壓力損失平均值為540.0Pa，系統總壓力降為994.9Pa。測試結果表明該電廠實施串塔改造后能耗在可控范圍內，實際阻力損失遠低于設計水平。

四、運行方式和粉塵治理方面的對比分析

運行方式靈活性方面串聯吸收塔有決定性優勢，在高、低硫份切換過程中的可以根據具體設備和硫份情況隨機停運兩級吸收塔的任何吸收塔漿液循環泵。

在吸收塔pH值控制方面，串塔工藝優勢更為明顯，在二級塔控制高的pH值利于吸收反應進行，在一級塔控制低的pH值利于氧化反應進行。這樣對于高的脫硫效率和良好的石膏品質均為極為有利。

串聯吸收塔在吸收塔漿液氯離子控制方面，一級吸收塔漿液氯離子可以按照20000mg/Nm3控制，二級塔按照5000mg/Nm3控制，對于系統脫硫效率、粉塵以及石膏氧化均有優勢。合理利用二級塔的補水控制二級塔的漿液品質，二級塔除霧器水沖洗可以采用工業水或工藝水，二級吸收塔的石灰石漿液可以采用高品質的水制漿補充，這些措施均可以提高二級吸收塔的漿液品質，最終有利于粉塵協同治理理念的粉塵去除。由于串聯吸收塔可以控制二級吸收塔的氯離子含量在較低水平，漿液密度可以控制較低水平，因此在漿液攜帶方面可以進行最優控制。部分電廠實施廢水零排放后，化學廢水回用脫硫系統后造成現有脫硫吸收塔漿液含鹽量大幅上升，現有吸收塔漿液澄清后的含鹽量達到了100g/L以上，相當于10%的含鹽量。如采用串塔方案后將對于粉塵排放和廢水零排放工作均有正面影響。

由于二級吸收塔在設計方面可以完全參照設計導則進行設計，各項尺寸均能滿足協同治理技術路線技術要求，因此在粉塵達標方面具有最大優勢。

五、不同工藝路線平面布置方案比較

對于原有吸收塔改造不存在布置方面的變化，只能根據現有位置進行改造，能夠采取的措施為煙道的流場優化，以盡可能降低系統阻力為目標。

對于新建一座吸收塔的平面布置可以靈活布置，依據風機和煙囪的位置選擇最合理的布置形式。

串聯吸收塔方案的布置方案存在兩種形式，一種形式為老塔作為一級塔，新建塔作為二級塔。一種形式為新建塔作為一級塔，老塔作為二級塔。無論哪種布置形式均受現場場地的制約，因此布置起來需要因地制宜。需要綜合考慮各種因素最終決定如何布置，但關于新建塔作為一級塔還是作為二級吸收塔還需從布置形式和經濟性方面仔細分析。如老塔作為二級吸收塔，按照脫硫裝置設計導則要求應對老塔進行改造，主要改造內容為噴淋層、噴嘴、除霧器、增加托盤及吸收塔部分區域高度的抬升，這樣勢必增加改造費用。如新建塔作為二級塔則老塔不需要改造，只需要對新建塔按照導則要求設計即可，可以節約大量改造費用。還應考慮系統煙道是否易于布置，系統阻力變化情況，以及是否影響現場的美觀。

六、經濟性方面的對比分析

采用新建一座吸收塔的改造方案，設備折舊費用較高，一次性投資較大，停機工期較長，但從能耗角度來說經濟性較好，遠期經濟性較優良。

采用原有吸收塔的改造方案，設備折舊費用較低，一次性投資較低，停機工期略長，但從能耗角度來說經濟性較差，遠期經濟性較差。

采用串聯一座新吸收塔的改造方案，設備折舊費用較低，一次性投資略高，停機工期較短，能耗角度來說經濟性較好，遠期經濟性較好。

七、結論

現有脫硫裝置進行超低排放改造在技術路線選擇方面有多種選擇，各廠應該根據各機組的實際情況結合能耗、運行方式、粉塵協同治理以及經濟性方面綜合考慮技術方案的選擇。如存在原有吸收塔不能拆除并且場地允許的情況建議采用串聯吸收塔的改造方案。

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《電力設備管理》雜志社編輯部

2016.10.12

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