“203”超低脫硫協同除塵新技術應用

葉萌，陸大銀，何永勝

(上海龍凈環?？萍脊こ逃邢薰?，上海 200331)

“203”超低脫硫協同除塵新技術應用

葉萌，陸大銀，何永勝

(上海龍凈環保科技工程有限公司，上海 200331)

通過某電廠2×300 MW燃煤機組超低排放改造項目的實踐，對“203”超低脫硫除塵技術進行了驗證。該技術以“單塔雙區”為核心，即在吸收塔漿池內形成兩個pH值分區，兼顧SO2吸收以及石膏氧化過程，配合優化噴淋區域、增設多孔性分布器及均勻流場等措施，達到高效脫硫協同除塵的目的。某電廠采用該技術改造后的投運結果顯示，機組滿負荷時采用單塔即可達到99.6%以上的脫硫效率，在不加裝濕式除塵器的條件下，FGD出口粉塵能夠穩定地控制在3 mg/Nm3以內，優于最新環保要求，兩臺機組每年可向大氣減排SO268 315 t、粉塵812.5 t。

單塔雙區；高效；脫硫；協同除塵；強化措施

國家發改委、環境保護部和國家能源局于2014年9月12日聯合發布了《關于印發〈煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)〉的通知》[1]，要求穩步推進東部地區現役300 MW及以上公用燃煤發電機組和有條件的300 MW以下公用燃煤發電機組實施大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值的環保改造要求。

面對日益嚴格的排放標準，選用何種脫硫除塵技術方案至關重要。新近推出的“203”超低脫硫協同除塵技術以“單塔雙區”[2]為核心，采用一個吸收塔對煙氣進行處理，同時達到高效脫硫及高效除塵的目的。本文結合某電廠2×300 MW燃煤機組超低排放改造項目，通過介紹具體改造方案和運行效果，對該技術進行了驗證。

1 項目概況

某電廠2×300 MW亞臨界凝汽式機組于2007年建設石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統，采用典型空塔噴淋技術。原設計情況為吸收塔直徑13.6 m，漿池容積1395 m3，每塔設置3層噴淋層、3臺側進式攪拌器、兩級除霧器，兩機組共用制漿、脫水及工藝水等系統。其脫硫效率不小于95%，吸收塔出口SO2含量小于191 mg/Nm3。

為響應能源局電力處下發的《關于燃煤電廠煙氣超低排放電量獎勵的通知(征詢意見稿)》的要求，同時考慮到建設的前瞻性，該電廠在2015年開始對原脫硫裝置進行脫硫、除塵同步提效改造。改造要求包括沿用原石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，燃煤硫分設計值為1.5%，對應FGD入口SO2濃度不變，仍為3814 mg/Nm3(標況、干基、6%O2)，出口SO2濃度要降為30 mg/Nm3(標況、干基、6%O2)，脫硫效率大于99.21%；入口粉塵濃度為32 mg/Nm3(標況、干基、6%O2)時，固態顆粒物排放濃度要小于4.5mg/Nm3(標況、干基、6%O2)。

2 提效改造技術方案

2.1 系統主要設計條件及參數

(1)吸收塔入口煙氣量為1 310 445.00 Nm3/h(標況、濕基、實際氧量)；

(2)吸收塔入口煙氣溫度為132.8℃；

(3)吸收塔入口SO2濃度為3814 mg/Nm3(標況、干基、6%O2)；

(4)吸收塔漿池容積為1395 m3，在漿池內設置分區調節器；

(5)每塔增設一層噴淋層，共四層，在噴淋層下方設置雙層多孔性分布器。其中3臺循環泵利用原設備，流量均為6000 m3/h，新增循環泵流量為6400 m3/h；

(6)每塔設置2臺單級離心式氧化風機，一臺運行一臺備用，每臺氧化風機流量為10 000 Nm3/h(標況、濕基)；

(7)原兩級除霧器改造為三級高效屋脊式除霧器+一級管式除霧器，出口液滴含量小于15 mg/Nm3(干基)。

2.2 高效脫硫措施

(1)漿池設置分區調節器，實現單塔雙區結構。本工程在原有吸收塔漿池部分增設分區調節器和氧化空氣管網，型式如圖1所示，噴淋層噴出的漿液向下流動，流經分區調節器時產生文丘里效應，局部流速增大從而壓制下部漿液返混，上部漿液pH值維持在5.3左右，而下部漿液pH值可達到6.1左右，實現“單塔雙區”的運行目的。兩個區域pH值差值最大能達到0.8，吸收塔的吸收能力可達到6倍提升。同時，低pH區有利于氧化，石膏純度得到提高。

圖1 分區調節器及氧化空氣管道布置圖Fig.1 The layout of district isolators and oxidation air pipes

(2)塔內噴淋區域優化配置，增強覆蓋效果。噴淋區域的漿液覆蓋率是實現高脫硫效率的重要手段。本工程拆除原有噴淋層重新優化，更換3層并新增1層噴淋層，每層噴淋覆蓋率提高到330%以上，噴嘴流量降至38.96 m3/h，覆蓋率提升34.7%，通過4層噴淋覆蓋疊加，保證煙氣在塔內橫截面上得到充分洗滌。針對上部噴淋層、噴淋中心區域和塔壁四周不同區域，分別選單向中空錐形、雙向中空錐形、單向實心錐形噴嘴配合使用，達到增強漿液覆蓋、減少煙塵攜帶、減輕塔壁沖刷的效果。此外，在每層噴淋層下方的適當位置設置提效環[3-4]，可強制煙氣向噴淋覆蓋率高的吸收塔中心區域流動，避免煙氣從塔壁處逃逸，從而提高脫硫效率。

2.3 高效除塵措施

(1)增設雙層多孔性分布器。根據噴淋塔除塵機理分析結果[5]，在噴淋層下方設置合金材質的多孔性分布器是提高吸收塔除塵效率的重要手段。噴嘴噴出的漿液落到具有一定開孔率的多孔性分布器上，在分布器上形成約30 mm厚的持液層，含塵煙氣中部分大粒徑的粉塵被篩孔流下來的液滴捕獲，其余微細粉塵由高速煙氣攜帶進入多孔性分布器上部的持液層，形成鼓泡效應，粉塵在不斷擴散和轉向的過程中與漿液的接觸機會大大增加，漿液對煙氣的洗滌吸收能力進一步加強，煙氣得到深度凈化。同時，多孔性分布器還能起到使煙氣均布的效果，煙氣進入吸收塔后偏流較為嚴重，經過多孔性分布器后被強制均布，流場得到較大改善。針對本工程高效除塵的要求，拆除原吸收塔噴淋層下方的湍流器，設置雙層多孔性分布器，上層多孔性分布器開孔均勻，開孔率為31.8%，下層多孔性分布器的開孔率根據煙氣進入吸收塔內流場分布做了差異化處理，入口側開孔率為33.1%，其對側開孔率為30.5%。

(2)改善塔內流場。吸收塔內流場均布效果對脫硫、除塵、除霧效果都有重要影響。本工程利用多層噴淋層疊加覆蓋及優化噴淋層噴嘴布置、設置雙層多孔性分布器、加高吸收塔、使除霧器前后保證3.4 m和2 m直段等措施提高流場均勻性。此外，原吸收塔錐頂的側出方式改進為側頂出，改善了吸收塔出口煙氣流場。通過CFD模擬技術實現對塔內流動均布的要求[6]，對脫硫吸收塔進行模擬分析。

圖2為本工程改造前后吸收塔模型。改造前吸收塔入口上方設置蜂窩結構的旋匯耦合器，三層噴淋層。本次改造拆除旋匯耦合器，在噴淋層下方設置雙層多孔性分布器，并增加一層噴淋層。圖3為改造前

后底層噴淋層斷面速度分布圖。從圖3中可以看出，改造前吸收塔入口偏流導致噴淋層斷面速度分布明顯不均勻，遠離吸收塔入口一側的煙氣流速更低。改造后塔內增設的孔徑為35 mm的多孔性分布器，對流場均勻性具有明顯作用，另外噴淋層數的增多也對流場起到了改善作用。模擬結果顯示，本工程改造后的速度離散偏差不大于0.2。

圖2 吸收塔改造前后模型Fig.2 Absorber model before and after renovation

圖3 改造前后底層噴淋層斷面速度分布圖Fig.3 Velocity distribution of bottom spray layer before and after renovation

(3)原煙道設置噴霧系統。研究表明[7]，對于濕法脫硫系統，煙塵粒徑越大相對應的煙塵去除效率越高，1 μm以下煙塵綜合洗滌脫除率較低，低于40%，3 μm及以上煙塵綜合洗滌脫除率較高，可達90%以上，5 μm以上煙塵基本上可100%脫除。本工程在吸收塔入口前的原煙道上增設噴霧系統，可以對進入吸收塔的原煙氣進行加濕，水霧顆粒通過碰撞使大粒徑的粉塵濕潤，附聚而沉降下來，達到降塵效果。對于粒徑很小的粉塵，也可以起到使粉塵顆粒增大的作用，從而提高吸收塔的除塵效率，為濕法脫硫煙塵超低排放制造有利條件。具體措施為：從除霧器沖洗水泵出口引一路水源接入原煙道內，選擇流量小、壓力高的合金噴嘴在煙道內產生霧化效果，且避免對系統水平衡造成影響。

(4)塔內除霧器升級改造。除霧器攜帶液滴是出口煙塵重要組成部分，因此選用超低攜液量除霧器是控制吸收塔出口粉塵濃度的重要手段。本工程將原有兩級除霧器更換為三級高效屋脊式除霧器+一級管式除霧器，改造后吸收塔出口煙氣液滴含量降至15 mg/Nm3。為確保煙氣中攜帶的小粒徑粉塵能夠最大限度地被除霧器捕捉，在第二級除霧器上方增加一級加濕增效裝置。煙氣經過前兩級除霧器后，其攜帶的大部分液滴已經被去除，但粒徑很小的液滴與除霧器碰撞達不到慣性分離的要求，煙氣中微小顆粒及水霧經加濕后粒徑增大，再與第三級除霧器碰撞分離，從而排出潔凈的煙氣。

2.4 空塔流速對脫硫除塵效果的影響

在煙氣量一定的條件下，煙氣在吸收塔內的停留時間與空塔流速成反比，即空塔流速越低，吸收劑與煙氣接觸的時間越長，反應進行得越完全，脫硫效果越好[8]。同時，煙氣流速低有利于煙氣中凝并的顆粒物沉降，煙塵不易被氣流攜帶，從吸收塔噴淋除塵方面來看，屬于有利條件。但吸收塔除霧器性能對空塔流速也有要求[9]，根據機械除霧器依靠慣性達到除霧目的的特性，如果流速適當提高，氣液分離效果會更好，更有利于小粒徑霧滴的去除。本工程空塔流速為3.2 m/s，從實測結果來看，隨著煙氣負荷的增加，即流速增加，除塵效率有升高趨勢，即除霧器除霧性能對粉塵脫除效率有更明顯的影響。因此，空塔流速的選擇應保證除霧器內煙氣流速合適，但流速過高也會產生夾帶，可以在保證脫硫和除塵效率的前提下結合工程造價進行選擇。

3 改造后運行成果

本項目是采用“203”超低脫硫協同除塵技術最新投運的項目之一，改造后的系統表現出優異的脫硫除塵性能。圖4為改造后脫硫裝置進出口SO2及粉塵在2016年1月1日至2月29日的檢測數據。在接近煙氣設計參數的條件下，脫硫效率能夠穩定達到99.3%以上，甚至達到99.6%，FGD出口粉塵濃度可穩定控制在3 mg/Nm3以內。兩臺機組每年可向大氣減排SO268 315 t，粉塵812.5 t。

圖4 煙氣排放連續監測日平均值Fig.4 Daily average of continuous monitoring on flue gas emissions

4 結論

通過某電廠超低排放改造的實踐證明，采用“203”超低脫硫協同除塵技術的FGD系統，可以實現99.5%以上的高脫硫效率和80%以上的除塵效率。目前，該技術已經在國內多個工程項目中得到成功應用，均能夠達到并優于國家最新燃煤電廠發電機組超低排放要求，在煙氣深度凈化方面具有良好的社會和經濟效益，具有廣闊的市場應用前景。

[1] 國家發展改革委, 環境保護部, 國家能源局. 煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)[Z]. 2014.

[2] 何永勝, 高繼賢, 陳澤民, 等. 單塔雙區濕法高效脫硫技術應用[J]. 環境影響評價, 2015, 37 (5): 52- 56.

[3] 高繼賢, 李靜, 閻冬, 等. 一種高效脫硫凈化的提效環及塔內提效結構:中國, ZL201420692845.7[P]. 2015-03-25

[4] 高繼賢, 范志國, 閻冬, 等. 一種脫硫增效裝置: 中國, ZL20140222386.6[P]. 2014-09-03.

[5] 岳煥玲, 原永濤, 宏哲. 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫噴淋塔除塵機理分析[J]. 電力環境保護, 2006, 22 (6): 13- 15.

[6] 魏書洲, 張國新, 郝劍, 等. 脫硫吸收塔流場優化及研究[J]. 華北電力技術, 2016(2): 65- 70.

[7] 王錦龍. 脫硫噴淋塔除塵的影響因素及效果分析[J]. 現代農業科技, 2010, 28(17): 278- 280.

[8] 陶愷, 崔益龍. 煙氣脫硫系統的吸收塔及停留時間[J]. 電力科技與環保, 2012, 28(4): 39- 40

[9] 楊柳, 王世和, 王小明, 等. 濕法煙氣脫硫系統除霧器特性試驗研究[J]. 熱能動力工程, 2005, 20 (2): 145- 147.

The Application of “203” New Ultra-low Desulfurizing and De-dusting Technology

YE Meng, LU Da-yin, HE Yong-sheng

(Shanghai Longking Environmental Protection Co., Ltd., Shanghai 200331, China)

The advantage of “203” new ultra-low desulfurizing and de-dusting technology was approved by one ultra-low emission renovation project. The core of this technology is “Single-Absorber-Two-Areas (SATA)”, supplied with the techniques of spray area optimization, additional double porous distributors and uniform flow field control. The technology was practiced in a power station, where only one absorber was applied and no wet dust collector was installed. The results indicated that the desulphurization efficiency could reach 99.6% in ultra-low emission renovation project, and the dust concentration in FGD exit was stabilized within 3 mg/Nm3. The two sets of units would be able to reduce 68 315 tons of SO2emission and 812.5 tons of dust emission per year.

SATA; high efficiency; desulfurization; de-dusting; strengthening measures

2016-06-22

葉萌(1980—)，女，河南洛陽人，高級工程師，碩士，主要研究方向為納米磁性流體的流動與能量傳遞，E-mail：yemeng@slep.net.cn

10.14068/j.ceia.2017.01.014

X51

A

2095-6444(2017)01-0057-04