淺談火電廠脫硫超低排放改造技術(shù)

謝智輝 牛立游

【摘 ?要】在改革開放的新時(shí)期，我國(guó)的綜合國(guó)力在不斷的提升，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，面對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)保要求，現(xiàn)運(yùn)行的脫硫技術(shù)根本無(wú)法滿足污染物排放要求，超低排放改造事業(yè)發(fā)展如火如荼。在石灰石-石膏濕法脫硫工藝超低排放改造過(guò)程中，采用濕式電除塵、單塔一體化超低排放改造技術(shù)、單塔雙區(qū)高效脫硫除塵技術(shù)等可完全滿足污染物達(dá)標(biāo)排放的要求，論文主要對(duì)以上三種技術(shù)的原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】超低排放;節(jié)能減排;濕式電除塵;旋匯耦合;單塔雙區(qū)高效脫硫除塵

引言

文章結(jié)合工作實(shí)際，對(duì)國(guó)家政策前景進(jìn)行了分析，介紹了本公司火電廠脫硫超低排放改造方案，分析了效益測(cè)算，具體分為節(jié)能效益方面和環(huán)保效益方面，然后對(duì)投資進(jìn)行了估算以及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了提示。

1改造前設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)

某發(fā)電廠660MW燃煤超超臨界機(jī)組，2009年建設(shè)時(shí)同時(shí)建設(shè)煙氣脫硝、除塵、脫硫裝置。改造前SCR脫硝系統(tǒng)入口NOx濃度按450mg/Nm3設(shè)計(jì)，脫硝效率80%，排放濃度≤90mg/Nm3，催化劑按照2+1布置。改造前運(yùn)行中，實(shí)測(cè)入口NOx最高濃度為320mg/Nm3，實(shí)測(cè)出口NOx平均濃度為67mg/Nm3。改造前電除塵系統(tǒng)，原設(shè)計(jì)電除塵出口粉塵濃度≤200mg/Nm3，采用雙室五電場(chǎng)。改造前運(yùn)行中，實(shí)測(cè)電除塵出口粉塵平均濃度為36mg/Nm3。

2改造路線

2.1濕式電除塵

濕式電除塵技術(shù)是一種用來(lái)處理含濕氣體的高壓靜電除塵設(shè)備，主要用來(lái)除去煙氣中的塵、酸霧、氣溶膠、PM2.5等有害氣體，對(duì)霧霾天氣也有一定的治理作用。另一方面，由于存在脫硫漿液霧化夾帶、脫硫產(chǎn)物結(jié)晶吸出，也會(huì)形成PM2.5。在目前的煙氣治理工藝流程中，濕法脫硫之后沒(méi)有對(duì)脫硫工藝產(chǎn)生的細(xì)顆粒物進(jìn)行控制，還有煙塵、PM2.5、SO3、汞及重金屬等多種污染物直接從煙囪排出，處于一種自由開放狀態(tài)，從而導(dǎo)致煙囪風(fēng)向的下游經(jīng)常出現(xiàn)“酸雨”、“石膏雨”等現(xiàn)象，或者有長(zhǎng)長(zhǎng)煙尾的“藍(lán)煙”現(xiàn)象。因此，在濕法脫硫裝置之后安裝濕式電除塵是最佳選擇。濕式電除塵能夠去除90%以上的PM2.5細(xì)微粉塵、SO3煙霧，并能達(dá)到幾乎零濁度的排放，此外還能去除NH3、SO2、HCl等。在濕式電除塵器中，水霧使粉塵凝聚，并與粉塵在電場(chǎng)中一起荷電，一起被收集，收集到極板上的水霧形成水膜，水膜可使極板清灰，保持極板潔凈，同時(shí)由于煙氣溫度降低、含濕量增高，粉塵比電阻大幅下降，故其工作狀態(tài)非常穩(wěn)定。與此同時(shí)，既可降低前端除塵裝置的投資和運(yùn)行成本，又能夠解決脫硫設(shè)備前場(chǎng)的緊張問(wèn)題，同時(shí)還需考慮清洗極板后進(jìn)入吸收塔的灰塵引起漿液中毒、起泡的可能，還會(huì)加大設(shè)備、管道磨損，為避免上述現(xiàn)象的出現(xiàn)，平時(shí)運(yùn)行過(guò)程中需加大設(shè)備沖洗、廢水排放力度，盡可能延長(zhǎng)設(shè)備壽命，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2吸收塔速度分布模擬

吸收塔內(nèi)速度分布是進(jìn)行吸收塔流場(chǎng)CFD計(jì)算的重點(diǎn)，噴淋層必須完全在橫截面上覆蓋全塔，使得吸收塔內(nèi)煙氣流速分布均勻，煙氣分布均勻，才能保證煙氣與噴淋液滴的接觸時(shí)間，使得二氧化硫在塔內(nèi)被充分吸收。如果吸收塔行程煙氣高速帶，則后大大降低煙氣與液滴接觸時(shí)間，從而大大降低脫硫效率及除塵效率。吸收塔速度分布均勻程度是噴淋層設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。模型1工況：按改造前，每層噴淋80個(gè)120度噴嘴，3層噴淋全開時(shí)，吸收塔內(nèi)的速度分布情況。噴淋上方截面上速度標(biāo)準(zhǔn)差D=1.322m/s，速度平均值E=4.567m/s，偏離系數(shù)Y=D/E=28.9%，偏離系數(shù)Y就是衡量橫截面上速度分布不均勻程度的指標(biāo)，此值越小，說(shuō)明煙氣分布越均勻。目前美國(guó)MET公司認(rèn)為，偏離系數(shù)Y<20%，則說(shuō)明吸收塔流場(chǎng)分布為合理。目前橫截面上速度分布不均勻程度明顯過(guò)大，形成局部高速帶，影響整體脫硫效果。

2.3單塔雙區(qū)高效脫硫除塵技術(shù)

單塔雙區(qū)高效脫硫除塵技術(shù)利用塔內(nèi)漿液pH的不同進(jìn)行分區(qū)，吸收塔由上而下依次為酸性區(qū)（pH為4.9-5.5）、中性區(qū)、堿性區(qū)（pH位5.1-6.3），由分區(qū)調(diào)節(jié)器和氧化空氣管道將酸堿區(qū)分開，分區(qū)的關(guān)鍵在于防止下部漿液向上返混，中性區(qū)被氧化充分的漿液由石膏排出泵排至脫水系統(tǒng)進(jìn)行脫水、外輸，向堿性區(qū)域注入的吸收劑，通過(guò)射流攪拌充分懸浮后由循環(huán)漿液泵抽取打至噴淋層洗滌SO2。單塔雙區(qū)高效脫硫技術(shù)特點(diǎn)：①適合高含硫或高效率場(chǎng)合;②漿池pH分區(qū)，氧化區(qū)4.9-5.5生成高純石膏，吸收區(qū)5.3-6.1高效脫除SO2;③漿池小，停留時(shí)間為3min，并且無(wú)任何塔外循環(huán)吸收裝置，配套的有射流攪拌措施，塔內(nèi)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌設(shè)施，檢修維護(hù)方便;④吸收劑的利用率高、石膏純度最高;⑤脫硫系統(tǒng)運(yùn)行阻力低。單塔雙區(qū)高效脫硫技術(shù)對(duì)漿液噴淋區(qū)實(shí)施的強(qiáng)化措施包括：①噴淋層層數(shù)在3層以上，每層有充足的覆蓋率，通過(guò)多層覆蓋效果保證煙氣在塔內(nèi)橫截面上得到充分的洗滌;②降低噴嘴流量，增加噴嘴密度，提高覆蓋率;③選用特殊噴嘴，增強(qiáng)二次霧化，提高噴嘴背壓，降低漿液噴淋粒徑;④噴嘴布置疏密有致，以及選取合適的噴嘴型式。為防止煙氣在塔壁處“短路”而降低脫硫效率，噴淋層之間設(shè)置提效環(huán)，在塔壁處阻擋短路煙氣，使其向中心區(qū)域流動(dòng)。空塔流速受吸收塔直徑影響最大，煙氣中的SO2吸收時(shí)間與空塔流速成反比，即吸收塔直徑越大，空塔流速越低，SO2吸收時(shí)間越長(zhǎng)，脫硫效果越好;流場(chǎng)和除霧器要求的空塔流速有一定范圍，不宜過(guò)低或過(guò)高;綜合各種因素，空塔流速宜選用3.4～3.8m/s。

3環(huán)保效益

超低排放一體化改造后，1、2號(hào)機(jī)組粉塵、SO2、NOX排放濃度達(dá)到燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)。單臺(tái)機(jī)組每年將多減排NOX排放445噸，NOX環(huán)境排污減排費(fèi)年節(jié)約費(fèi)用25萬(wàn)元;每年將多減排煙塵排放372噸，煙塵環(huán)境排污減排費(fèi)年節(jié)約費(fèi)用10萬(wàn)元;每年將多減排SO2排放2446噸，SO2環(huán)境排污減排費(fèi)年節(jié)約費(fèi)用308萬(wàn)元。同時(shí)單臺(tái)機(jī)組每年節(jié)約了646.8萬(wàn)度電。此外，按照華北電網(wǎng)考核辦法，，某電廠一期2×600MW機(jī)組完成燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)改造后，每臺(tái)機(jī)組可分別增加200小時(shí)發(fā)電利用小時(shí)數(shù)，電廠發(fā)電利用小時(shí)數(shù)的提高，可以進(jìn)一步降低廠用電率和煤耗。

結(jié)語(yǔ)

以上超低排放改造技術(shù)已得到各大火電廠廣泛使用，改造后出現(xiàn)漿液循環(huán)泵切換時(shí)出口二氧化硫降為0mg/Nm3的現(xiàn)象，也有電廠為避免此現(xiàn)象的發(fā)生采用變頻式漿液循環(huán)泵，更有效、更經(jīng)濟(jì)、更可控的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱國(guó)宇.脫硫運(yùn)行技術(shù)問(wèn)答1100題[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

[2]曾庭華.火電廠二氧化硫超低排放技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2017.

[3]電力行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.脫硫值班員[M].北京.中國(guó)電力出版社，2007.

（作者單位：華能左權(quán)煤電有限責(zé)任公司）