淺談超低排放下燃煤電廠脫硫系統優化設計

封亞釗

摘 要： 當前國內環保形式日趨嚴峻，因此我國政府對燃煤電廠提出了超低排放的要求，當前各大發電集團大都完成了燃煤電廠脫硫系統的優化和改造，實現了超低排放。超低排放改造后，我國對于二氧化硫的排放規定降低至35mg/Nm3，這對于我國大多數燃煤電廠的脫硫系統來說，成本增長很大，存在著較大的壓力。因此本文對超低排放下燃煤電廠脫硫優化運行進行研究，首先分析了我國燃煤電廠脫硫的運行現狀，而后闡述超低排放下燃煤電廠脫硫的優化方式，最后通過實際的工程對超低排放下燃煤電廠脫硫優化的應用進行分析。

關鍵詞： 超低排放；燃煤電廠；脫硫

現如今在環境保護方面，我國已經取得了十分優異的成績，但是當前的環境形勢依然不容樂觀。在人們生活水平不斷提升的背景下，也對自身生存的環境提出了更高的要求。我國的能源結構是以煤為主，這就造成大氣污染物排放總量持續飆升的情況出現，這為我國治理大氣污染造成了極大地阻礙。國家發改委、環保部和國家能源局三部委聯合于2014年9月頒發了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》要求全國煤電行業進行減排改造，實現超低排放，使二氧化硫、氮氧化物、煙塵濃度達到燃氣輪機機組標準，即35、50、10mg/Nm3。我國燃煤電廠脫硫技術在實施過程中注重的是單一設備脫除單一污染物的方法，未充分考慮各設備間協同效應，在達到相同效率情況下，系統相對復雜，投資和運行成本較大，加之環保稅的正式實施，在當前實際情況下，運行成本逐漸增加，企業負擔加重。因此，我國燃煤電廠的運行必須達到超低排放的目標，將其脫硫系統進行優化運行和改造。

一、我國燃煤電廠脫硫的運行現狀

當前我國燃煤電廠所采用的脫硫工藝大都是采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝（FGD），這一工藝的原理為：煙氣中的二氧化硫經過電除塵后，在脫硫塔中被漿液循環泵噴出的吸收塔漿液（含有一定濃度的石灰石）霧滴進行吸收，而后在氧化風機提供的空氣中，氧化成石膏漿液，石膏漿液通過脫水系統脫除多余的水，多余的濾液水一部分返回吸收塔，一部分通過廢水系統排出，干燥的石膏通過綜合利用等方式排出脫硫系統。這一工藝首先由英國研發，在幾十年的時間里，經歐美等發達國家不斷地實踐和完善，其各項經濟指標已經十分成熟，FGD工藝目前在市場中具有超過80%的占有率，在脫硫技術中，其應用的最為廣泛。FGD脫硫系統的主要組成有：煙氣進口擋板門、出口擋板門、吸收塔、增壓風機以及各部分輔助設備，吸收塔是FGD系統中最為重要的組成。在我國環保要求愈發嚴格以及燃煤中硫含量逐漸增大，摻配煤比例逐漸增大的情況下，大多數燃煤電廠目前具有的環保設施已經不能滿足超低排放的要求，因此需要對其進行優化升級及優化運行。

二、超低排放下燃煤電廠脫硫的優化方式

（一）增加噴淋層或托盤

在脫硫塔為單托盤的優化中，較多應用增加托盤這一方式。即為在原有的托盤上在加入一層合金托盤，其主要原理為：在吸收塔噴淋層的下方放置多孔合金托盤，漿液在吸收塔循環泵的作用下被打至托盤中，煙氣在托盤的下部均勻通過，此時接觸到吸收漿液，就會在托盤的上方形成湍液，充分接觸液滴之后，傳質的效果得到強化，進而促進脫硫效率的提升。脫硫效率主要是通過脫硫漿液的循環量（液氣比）進行保證，在脫硫進口煙氣中，二氧化硫的濃度提升，但是出口排放濃度降低時，那么就需要將系統中的液氣比進行提升，這就是增加噴淋層的優化方式。在增加托盤或者噴淋層之后，還應及時優化噴淋層及噴嘴，使脫硫的效率得以提升，促進脫硫塔的安全運行。但是通過增加托盤這一方式會明顯增加煙氣的阻力，因此我國大多數燃煤電廠都采用的是增加噴淋層這一方式來進行脫硫優化，這就需要對燃煤電廠中的原吸收塔進行大幅度的改造。

（二）管式格柵均布裝置技術

氣流在吸收塔內的分布能夠明顯的影響到脫硫的效率。管式格柵均布裝置的的原理為：在噴淋層的下部進行格柵煙氣均流裝置的安裝，促使吸收塔內的煙氣流速能夠實現均勻分布，這較好的避免了局部煙氣流速較快而導致的脫硫效率降低。并且格柵煙氣均流裝置的上方會出現湍流區，這不僅提升了傳質速率，還對氣液固的接觸進行了強化，使二氧化硫的傳質過程變得更加高效，有力的提高了脫硫效率。

（三）串塔技術

雙吸收塔串聯技術（串塔技術）。雙吸收塔串聯技術是通過增加一個輔塔，與原脫硫塔形成一個順流塔與一個逆流塔的串聯。鍋爐煙氣首先進入順流液柱塔，在此與液柱順流接觸，先去除70%的SO2，然后通過連接通道進入逆流噴淋塔，在逆流噴淋塔里面煙氣與漿液逆流接觸，進一步脫除殘余的SO2，整體脫除率達98% 以上。

（四）單塔雙循環技術。

單塔雙循環技術是讓煙氣首先經過一級循環行預吸收，去除粉塵、HCl 和HF，部分去除SO2，此級循環漿液pH 值控制在4.6～5.0，脫硫效率一般在30%～70%。經過一級循環的煙氣直接進入二級循環，此級循環石灰石相對過量，以應對負荷的變化，循環漿液pH 值控制在5.8～6.4，與傳統空塔噴淋技術相比，可以降低循環漿液量。單塔雙循環總脫硫效率可達98%以上。

三、超低排放下燃煤電廠脫硫優化的應用

某燃煤電廠為2×300MW國產亞臨界空冷燃煤發電機組，并配套建設了雙室四電場靜電除塵器、石灰石—石膏濕式煙氣脫硫裝置以及相關公用系統等。在2013年5月12日，該電廠的1號機組正式開始運行，其脫硫系統采用一爐一塔的布置形式，使用的是FGD工藝。該廠于2017年10月完成1號機組的超低排放脫硫優化，在環保部門的檢測下，順利驗收。該燃煤電廠的入爐煤種較為單一和穩定，燃煤煤質為極低硫分、中高灰分的煙煤。

該燃煤電廠1號機組在超低排放優化前，脫硫塔中裝置了三層漿液噴淋層，并且配套了兩用一備的漿液循環泵，每層噴淋層中都具有100個實心/中心的切線型噴嘴。吸收塔內具有斯塔側進式漿液攪拌裝置。

該燃煤電廠1號機組超低排放下脫硫優化的方式為：（1）在噴淋層的下部增加一層托盤，其主要作用為勻布煙氣；（2）增加一層噴淋層以及降壓循環泵，為了使噴淋層的脫硫效率得到保證，需要將吸收塔增高4m。

在吸收塔中放置托盤的主要作用是能夠使煙氣得到均勻的分布，通常在吸收塔噴淋去區的下方安裝，在煙氣經過托盤之后，將會在整個吸收塔中均勻分布。多孔合金托盤不僅能夠均勻分布煙氣，還能夠在合金托盤的上方形成石膏漿液液膜。石膏漿液從托盤上方噴淋下來與煙氣融合，就會促進二氧化硫的吸收。與此同時，含有二氧化硫的煙氣接觸到石膏漿液液膜之后，能夠實現高質傳遞，促使煙氣中的二氧化硫氣體被漿液充分吸收，保證噴淋的漿液量得到最大程度的利用。這大大提升了吸收劑的利用率以及脫硫的效率。該燃煤電廠1號機在進行脫硫優化之后，經過170小時的檢測運行，得出的數據指標均符合超低排放的各項要求。

結語：

燃煤電廠的脫硫優化是一項系統的工程，很多因素都會對最終的脫硫效率造成影響，并且這些因素之間相互交織，并且錯綜復雜。在超低排放下，脫硫優化的實際運行需要結合燃煤電廠的實際情況，根據現場的情況對各項數據進行科學的制定，并且隨時對其進行觀察和調整。在優化過程中若出現異常反應，需及時采取相關措施，確保脫硫優化的順利進行，最終達到超低排放的標準。

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