火電燃煤機組脫硫超凈改造工程實踐研究

張彥明

（中國華電集團發電運營有限公司 北京 100031）

引言

近年來國家大力推進燃煤發電機組除塵脫硫脫硝，污染物排放得到很大的改善。2014年9月，國家發改委、環保部、國家能源局聯合下發了《煤電節能升級與改造行動計劃（2014-2020年）》,文件明確要求燃煤發電廠大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機排放限值，即超低排放（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于 10（5）mg/m3、35mg/m3、50mg/m3）,支持同步開展大氣污染物聯合協同減排，減少三氧化硫、汞、砷等污染物排放。2007年6月國家發展與改革委員會以及國家環保部聯合下發關于燃煤發電機組脫硫電價及脫硫設施運行管理辦法，管路辦法要求安裝的煙氣脫硫設施必須達到環保要求的脫硫效率，并確保達到二氧化硫排放標準和總量指標要求，明確規定了從上網電價中扣除脫硫電價的要求。為應對越來越嚴格的排放標準，完成《行動計劃》的要求，取得脫硫電價的補貼，在現有脫硫裝置的基礎上進一步提效，推廣“超低排放”是煤電機組生存和發展的必由之路。

1 脫硫裝置的簡介

某電廠350MW燃煤機組燃用山西混煤，機組脫硫裝置采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，采用一爐一塔，每套脫硫裝置的煙氣處理能力為每臺鍋爐100%BMCR工況的煙氣量，脫硫系統不設旁路，不設置GGH,原脫硫裝置設計參數為入口SO2濃度3800mg/m3（標態，干基，6%O2），設計效率不低于97.37%，出口SO2排放濃度小于100mg/m3。該系統由煙氣系統、SO2吸收系統、吸收劑（CaCO3）制備系統、脫硫產物處理系統、石膏脫水系統等系統組成。從鍋爐來的煙氣經引風機增壓后進入吸收塔，向上流動穿過噴淋層，塔內配有4組噴淋層，每個噴淋層配一臺漿液循環泵，氧化風機將氧化空氣鼓入反應池，石灰石通過制漿裝置配制成漿液，通過供漿泵連續補入吸收塔內。自脫硫吸收塔排出的石膏漿液，經石膏排漿泵送至石膏脫硫樓的石膏旋流器內濃縮，后進入石膏真空皮帶脫水機，經脫水處理后的石膏固體物表面含水率不超過10%，脫水石膏送入石膏庫外運。

2 脫硫裝置運行現狀

脫硫系統自2010年隨主機投運后，運行較為穩定，從在線監測的數據看在正常運行工況下出口SO2濃度基本能夠達到100mg/m3以下，有時受煤種、機組運行工況等影響稍有波動。為了進一步對該系統進行評估，摸清脫硫裝置的性能，為增容改造提供更加準確的依據，對現有脫硫系統進行了摸底試驗，試驗期間的測定結果表明，吸收塔漿液pH值控制在6.3左右，在100%負荷工況條件下，脫硫裝置入口煙氣SO2濃度為2929mg/m3(標態、干基、6%O2)，脫硫裝置出口濃度在107mg/m3(標態、干基、6%O2)，脫硫效率平均為96.5%，試驗工況已經達到了該系統的最大出力，與設計值相比該系統的性能已經降低。

近年按照地方的要求燃煤電廠鍋爐入口含硫量控制在0.8%以下，原有的脫硫裝置出口SO2的排放濃度基本在100mg/m3以下，能夠滿足目前的環保標準，但根據國家特殊排放限值的要求，自2014年7月1日起，SO2的排放濃度為不高于50mg/m3，2014年9月《行動計劃》要求燃煤發電廠大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機排放限值，即超低排放二氧化硫不高于35mg/m3，根據國家的環保政策以及現機組脫硫系統的現狀評估，表明本脫硫系統必須進行改造，以使脫硫系統出口SO2的排放濃度達到國家SO2環保排放標準。

3 改造性能指標

綜合考慮環保標準的要求、脫硫系統的現狀、實際燃煤情況等確定本機組脫硫系統做增容改造，改造性能指標確定如下：（1）脫硫裝置在鍋爐為BMCR工況，燃煤為設計煤種，入口SO2濃度為3800mg/m3（標態，干基，6%O2），出口SO2排放濃度不大于35mg/m3（標態、干基、6%O2），SO2脫硫效率不小于99.1%；（2）鍋爐在50%工況，當FGD入口SO2濃度增加50%時，脫硫裝置能安全運行，出口排放濃度不大于35mg/m3（標態、干基、6%O2）；（3）在確保SO2脫除率的條件下，脫硫裝置在設計工況下平均小時石灰石耗量不超過16.4（兩臺爐）t/h；（4）在確保SO2脫除率的條件下，脫硫裝置在設計工況下平均小時水耗量不超過142（兩臺爐）t/h；（5）在確保SO2脫除率的條件下，脫硫裝置在設計工況下平均小時脫硫廢水量不超過18.4（兩臺爐）t/h；（6）在任何正常運行工況下，除霧器出口煙氣中液滴（直徑≥20(m）含量應低于35mg/Nm3（標態、干基、6%O2）；（7）設計工況下，石膏品質應達到如下標準：自由水分＜10%Wt；CaSO4·2H2O 含量≥90%；CaCO3含量＜3%Wt（以無游離水份的石膏作基準）；CaSO3·1/2H2O含量低于1%Wt（以無游離水份的石膏作基準）；溶解于石膏中的Cl-含量低于0.01%Wt（以無游離水份的石膏作基準）；溶解于石膏中的F-含量低于0.01%Wt（以無游離水份的石膏作基準）；溶解于石膏中的MgO含量低于0.021%Wt（以無游離水份的石膏作基準）；溶解于石膏中的K2O含量低于0.07%Wt（以無游離水份的石膏作基準）；溶解于石膏中的Na2O含量低于0.035%Wt（以無游離水份的石膏作基準）；（8）脫硫裝置的可用率在正式移交后的一年中不小于98%；（9）脫硫裝置使用壽命30年。

4 改造方案的確定

（1）改造方案的提出：原脫硫系統采用的工藝為石灰石-石膏濕法脫硫，該工藝是技術最成熟、應用最廣泛的煙氣脫硫技術，大型電廠煙氣脫硫裝置都是采用該種工藝，原系統經過評估能夠繼續運行，為了使FGD出口SO2濃度降低，確定對原脫硫系統進行增容改造，原有吸收塔系統不能滿足要求，考慮原有吸收塔處理能力外的煙氣量，通過增加吸收塔的處理能力進行處理。在這種思路下，考慮現場的工程實際我們考慮了兩種方案：一是加大原吸收塔方案，二是串聯新吸收塔方案。煙氣通過原有吸收塔后，吸收塔出口煙氣再進入新建吸收塔，進行二次脫硫。這兩種方案技術上完全可行；加大吸收塔方案從投資和改造工程量等多方面都是最可行的，但是對原吸收塔基礎進行了核算，不能滿足要求，于是選擇串聯新吸收塔方案。

選擇串聯塔方案，可以利舊原吸收塔為一級塔，新建二級串聯塔；或原吸收塔作為二級塔，新建一級塔，通過工藝計算，針對本次改造提出以下三個改造方案：方案一：原塔作為一級吸收塔，新建二級吸收塔，原吸收塔入口煙道不變，切斷出口煙道，連接新建二級吸收塔，并在二級吸收塔頂部布置塔頂式濕式除塵器，煙道引入水塔。方案二：新建一級吸收塔+原吸收塔作為二級塔串聯，原吸收塔作為二級吸收塔，利用原有漿液循環泵，吸收塔漿池容積不變，吸收塔后設置濕式電除塵器。方案三：單塔雙循環方案：在當前噴淋層最上方，截塔加高，現有噴淋層作為第一個循環，增設噴淋層作第二循環，新增循環泵流量同現有循環泵流量，為增加脫硫效果，在噴淋層周邊設置聚氣環，同時，吸收塔第二循環需要增加一個塔外循環漿池，塔內形成三層屋脊式除霧器，出口凈煙道隨吸收塔增高需做相應改造。原有吸收塔頂部繼續安裝塔頂式濕式電除塵器。

（2）改造方案的對比：對于串塔的三種方案均能滿足本工程脫硫增容改造的要求，為了確定最為合理的增容改造方案從以下幾方面進行對比分析：①性能保證：三個方案對于控制SO2達標可靠性均較高，但本工程考慮脫硫的協同除塵作用，并配套濕式電除塵改造，方案三利用原塔，新增塔外漿池，由于原吸收塔設計流速較高（3.8m/s），霧滴夾帶現象要高于方案一，對于實現系統出口粉塵排放濃度低于5mg/m3的標準風險要高于方案一和方案二，從脫硫和除塵綜合考慮，方案一和方案二的性能保證要高于方案三。②改造工程量及工期：方案一可以對二級吸收塔和塔頂式濕式電除塵器同步設計同步施工，改造難度較低，停機過渡工期40天左右；方案二，需要新建一級吸收塔和分體式濕式電除塵器，方案二涉及的改造系統較多，改造工作量要高于方案一，停機過渡工期40天左右；方案三，在原有吸收塔上部設置二級循環噴淋層和塔頂式濕式電除塵器，改造后脫硫除塵一體化吸收塔過高，吸收塔加固工作量較大，此種方案工程改造業績較少，改造施工難度高，停機改造工期75天左右，從改造工程量和停機工期看方案一最優。③經濟性比較：主要從從投資成本和運行成本兩方面來比較，從投資成本看方案二由于分別新建一級塔和分體式濕式電除塵器，一次性投資最高，方案三投資最低，方案一介于方案二和方案三之間。從運行成本角度來看，方案一和方案三相差不大，方案二年運行成本要比方案一和方案三要高。從經濟性角度來說不推薦方案二。

綜上所述，結合本工程燃燒煤質的實際情況，考慮到機組地處京津冀地區，環保達標可靠性要求較高，并綜合考慮到投資少、改造工作量及施工難度、后期經濟運行等因素，本次改造確定實施方案一，即原塔作為一級吸收塔，新建二級吸收塔。

5 試驗與結果

工程實施后從性能考核試驗和環保達標監測兩個方面分別委托相關機構進行了測試：

1.性能檢測試驗結果：經過連續3天的性能測試，滿負荷工況下脫硫裝置一級塔入口濃度均值為3353mg/m3（標態、干基、6%O2），經過一級、二級吸收塔后，脫硫出口SO2濃度均值為16mg/m3（標態、干基、6%O2），修正后平均脫硫效率為99.3%，折算到設計工況下脫硫裝置出口SO2濃度均值為27mg/m3（標態、干基、6%O2），滿足出口脫硫SO2濃度不大于35mg/m3（標態、干基、6%O2）的性能要求；試驗期間石灰石總消耗量均值為7.06t/h，工藝水消耗量均值為53t/h，循環泵全部啟動后最大總電耗為3637kwh/h,均達到了性能保證值要求；試驗期間副產品石膏的品質除了CL-含量指標未滿足保證值要求外，石膏品質各項指標參數均滿足保證值要求。

2.環境監測試驗結果：中國環境監測總站針對脫硫系統和濕式除塵器的改造專題進行了環境監測，在95%、88%、70%三種負荷，燃燒近兩年最差煤質、設計煤質、近期常用煤質三種煤質的條件下，濕式除塵器后的SO2最大排放濃度為19mg/m3,滿足二氧化硫最高允許排放濃度不高于35mg/m3的要求。只對最終的排放結果進行了監測，未單獨對脫硫系統進行測試。

結語

本項目通過試驗與論證后對于石灰石-石膏濕法脫硫系統進行了改造，改造按照超凈排放的要求進行的設計施工，工程采用串聯塔，雙塔雙ph值控制技術實施了改造，改造后實現了對燃煤發電機組的脫硫后二氧化硫排放濃度不高于35mg/m3。通過三個權威部門的檢測，機組脫硫改造達到或優于國家燃氣機組排放限值的要求，實現了“超低排放”的目的，減輕了大氣污染，改善我們的空氣質量，體現了深遠的環境效益。

[1]《天津軍電熱電有限公司9、10號機組脫硫增容改造工程可行性研究報告》華電電力科學研究院.

[2]《天津軍電熱電有限公司9號機組脫硫增容改造工程性能考核試驗報告》華電電力科學研究院.

[3]《華電天津軍電熱電有限公司9號煤電機組達到燃機排放水平環保改造示范項目監測報告》中國環境監測總站.