摘要： 為達(dá)到政府對新疆地區(qū)燃煤電廠提出的超低排放的要求,目前新疆各大發(fā)電集團(tuán)都在對現(xiàn)役機(jī)組現(xiàn)有的環(huán)保設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化改造.目前我國二氧化硫執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)是不超過200 mg/m3(100 mg/m3新建),而超低排放的要求是不超過35 mg/m3,降幅達(dá)到了87.5％(65％),對于疆內(nèi)電廠目前的脫硫設(shè)施存在較大的壓力.以新疆地區(qū)燃煤電廠為研究對象,通過對全疆13家燃煤電廠脫硫系統(tǒng)的超低排放改造技術(shù)進(jìn)行調(diào)查和分析,并重點(diǎn)介紹目前疆內(nèi)幾種主流的脫硫系統(tǒng)超低排放改造的方式、原理,并提出改造以后可能存在的一些問題,希望能夠?yàn)楹罄m(xù)燃煤電廠脫硫系統(tǒng)的超低排放改造提供參考.

0 引言

盡管我國已在環(huán)境保護(hù)方面取得了積極進(jìn)展，可目前的環(huán)境形勢依然嚴(yán)峻，尤其是最近幾年，人們對于賴以生存的環(huán)境有了更高的要求。我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致大氣污染物排放總量居高不下，這使得我國目前在大氣污染治理方面面臨巨大的壓力。2016年12月，新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境保護(hù)廳等單位聯(lián)合印發(fā)了《新疆維吾爾自治區(qū)全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》，要求全疆單機(jī)30萬kW及以上的燃煤發(fā)電機(jī)組以及各大氣聯(lián)防聯(lián)控區(qū)及環(huán)境同治區(qū)域內(nèi)10萬kW及以上的自備燃煤發(fā)電機(jī)組，到2019年以前全面實(shí)現(xiàn)超低排放。根據(jù)文件《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014--2020年)》中對“超低排放”的定義：在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵不超過10 ms/m3，SO2不超過35 ms/m3，NOx不超過50 ms/m3。因此，對于目前運(yùn)行的燃煤電廠，要達(dá)到超低排放的要求，其脫硝、除塵、脫硫系統(tǒng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上都需要進(jìn)行改造。

目前疆內(nèi)燃煤電廠脫硫系統(tǒng)所采用的超低排放改造技術(shù)如表1所示，表中未列出對于輔助設(shè)施的優(yōu)化措施。可以看出：大多數(shù)電廠在對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行超低排放改造時(shí)都是在原有脫硫塔的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這主要是受到場地和資金的限制。新疆地區(qū)主要產(chǎn)出的是低硫煤，含硫量普遍在0.5%以下，這使得電廠在對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行超低排放改造時(shí)，并不需要進(jìn)行太復(fù)雜的改動(dòng)就能使二氧化硫達(dá)到超低排放的標(biāo)準(zhǔn)，甚至烏魯木齊周邊重點(diǎn)防治區(qū)內(nèi)有部分電廠在超低排放改造前就能夠達(dá)到二氧化硫不超過35mg/m3的要求。目前新疆地區(qū)電廠主要采取的改造方式包括增加噴淋層、增加1層托盤以及增加漿液循環(huán)泵等方式，對于已經(jīng)或者接近超低排放標(biāo)準(zhǔn)的電廠，普遍采用優(yōu)化脫硫系統(tǒng)的改造方式¨。


下面對疆內(nèi)幾種主流的脫硫處理設(shè)施的超低排放改造方式、原理進(jìn)行了分析，并提出了改造以后可能存在的問題，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)電廠的超低排放改造提供參考。

1脫硫系統(tǒng)主要的改造方式

目前疆內(nèi)的燃煤電廠大多采用石灰石一石膏濕法煙氣脫硫工藝(FGD)，其原理是煙氣中的SO2首先在脫硫塔內(nèi)被石灰石漿液吸收，然后通過氧化風(fēng)機(jī)提供的空氣將CaHSO2，氧化生成石膏。FGD工藝最早由英國研制出來，經(jīng)過歐美發(fā)達(dá)國家?guī)资甑纳a(chǎn)實(shí)踐和不斷完善，脫硫過程的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)基本成熟，該工藝目前的市場占有率超過80%，是目前應(yīng)用最廣泛的脫硫技術(shù)。FGD脫硫系統(tǒng)主要由煙氣進(jìn)口擋板門、出口擋板門、吸收塔、增壓風(fēng)機(jī)(部分電廠引增合一)煙道及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)組成。

FGD系統(tǒng)最主要的部分是吸收塔，其包括塔本體、噴淋層、循環(huán)漿液泵、氧化風(fēng)機(jī)、除霧器、石膏排出泵、攪拌器等"1。隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)以及燃煤中硫含量的變化，疆內(nèi)許多發(fā)電企業(yè)原先建設(shè)的脫硫裝置已不能滿足現(xiàn)階段的要求，需要進(jìn)行脫硫系統(tǒng)改造。目前電廠對于脫硫系統(tǒng)的超低排放改造主要是針對脫硫塔，主要改造方式如下：

1.1 增加噴淋層或托盤

增加托盤一般用于脫硫塔為單托盤的升級改造，既在原有托盤的基礎(chǔ)上新增1層合金托盤，其原理是在吸收塔噴淋層下部加裝多孔合金托盤，吸收塔循環(huán)泵將漿液打至托盤上，煙氣由托盤下均勻通過托盤，與吸收漿液接觸，并在托盤上方形成湍液，與液滴充分接觸，強(qiáng)化傳質(zhì)效果，從而提高脫硫效率。

脫硫效率的保證主要來源于脫硫漿液循環(huán)量，即液氣比，當(dāng)脫硫進(jìn)V1煙氣中的SO：濃度增大而出口排放濃度減小，則需要增大系統(tǒng)的液氣比，即增加噴淋層。增加噴淋層或托盤后，還需要對噴淋層及噴嘴進(jìn)行優(yōu)化，提高脫硫效率，保證脫硫塔安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過增加噴淋層或托盤能明顯提高脫硫效率，但由于增加托盤會(huì)導(dǎo)致煙氣的阻力明顯增加，因此疆內(nèi)大多數(shù)電廠多采用增加噴淋層的方式來提高脫硫效率。

該方式需對原吸收塔進(jìn)行較大程度的改造，吸收塔抬高、原塔內(nèi)設(shè)備拆除和會(huì)裝及二次防腐，工期為1—2個(gè)月。

1.2管式格柵均布裝置技術(shù)

由于氣流在吸收塔內(nèi)的分布情況與脫硫效率密切相關(guān)。如圖1所示：格柵煙氣均布技術(shù)是在噴淋層下方安裝格柵煙氣均流裝置，能使煙氣流速在吸收塔內(nèi)均勻分布，避免因局部煙氣流速較高而降低脫硫效率;并且格柵煙氣均流裝置能在上方形成湍流區(qū)，增加傳質(zhì)速率的同時(shí)強(qiáng)化氣液固接觸，完成SO2的高效傳質(zhì)過程。


1.3 高效除塵除霧一體化技術(shù)

濕法脫硫吸收塔出口的粉塵由兩部分組成：一部分是引風(fēng)機(jī)前干式除塵器(靜電除塵器、布袋除塵器或電袋除塵器)出口逃逸的粉塵，稱為原始粉塵;另一部分是漿液液滴中攜帶的固體顆粒(含固量10%)，稱為石膏粉塵。粉塵排放達(dá)標(biāo)，必須同時(shí)控制這兩種粉塵的數(shù)量。

高效除塵除霧器安裝在噴淋層下方一定的距離，其工作原理如圖2所示，當(dāng)含有小液滴的氣體以一定速度流經(jīng)高效除塵除霧葉片間隙時(shí)，由于氣體的慣性撞擊作用，小液滴與波形板相碰撞而被聚集成大液滴。當(dāng)液滴增大到其自身產(chǎn)生的重力超過氣體的上升力與液體表面張力的合力時(shí)，液滴就從波形板表面上被分離下來。高效除塵除霧波形板的多折向結(jié)構(gòu)增加了小液滴被捕集的機(jī)會(huì)，未被除去的小液滴在下一個(gè)轉(zhuǎn)彎處經(jīng)過相同的作用而被捕集，這樣反復(fù)作用，從而具有很高的除霧效率。因此，高效除塵除霧器在截留粉塵的同時(shí)也能促進(jìn)SO2的吸收，達(dá)到脫硫的目的。


2工程應(yīng)用

新疆某電廠為2×300 MW國產(chǎn)亞臨界空冷燃煤發(fā)電機(jī)組，同步配套建設(shè)雙室四電場靜電除塵器及石灰石一石膏濕法煙氣脫硫裝置及相關(guān)公用系統(tǒng)。1號機(jī)組于2012年7月10日正式投入運(yùn)行，2號機(jī)組于2012年9月23日正式投入運(yùn)行。1號、2號機(jī)組脫硫系統(tǒng)為一爐一塔布置，采用石灰石一石膏濕式脫硫工藝，吸收劑制備和石膏脫水為兩套脫硫裝置公用。該廠于2017年8月完成1號機(jī)組的超低排放改造，并順利通過環(huán)保部的驗(yàn)收。該廠煤質(zhì)分析如表2所示，列出了改造設(shè)計(jì)時(shí)的參考煤種、高質(zhì)校核煤質(zhì)、高質(zhì)校核煤質(zhì)和實(shí)際煤種。目前電廠入爐煤種比較單一，也比較穩(wěn)定。從表中可以看出，1號機(jī)組的燃煤煤質(zhì)屬于極低硫分、中高灰分的煙煤。


1號機(jī)組超低排放改造前脫硫塔采用3層漿液噴淋層，對應(yīng)設(shè)置3臺漿液循環(huán)泵(2用1備)，每層噴淋層設(shè)置100個(gè)實(shí)心/中心切線型噴嘴;吸收塔上部裝設(shè)2級屋脊式除霧器，塔內(nèi)設(shè)置4臺側(cè)進(jìn)式漿液攪拌器。

2.1脫硫系統(tǒng)改造

該廠1號機(jī)組脫硫系統(tǒng)的超低排放改造方式如下：

1)噴淋層下方增加1層托盤，主要用于均布煙氣。

2)增加1層噴淋層及漿液循環(huán)泵，為保證增加噴淋層的脫硫效率吸收塔需增高4 m。

吸收塔裝設(shè)托盤主要使煙氣均勻分布，一般安裝在吸收塔噴淋區(qū)的下部，煙氣通過托盤后，被均勻分布到整個(gè)吸收塔截面。多孔合金托盤一方面能使煙氣分布均勻，同時(shí)還能在合金托盤上形成一定高度的石灰石/石膏漿液液膜。由于石灰石/石膏漿液從托盤上部噴淋而下并與煙氣接觸，使得SO2被吸收;同時(shí)，當(dāng)含有SO2的煙氣在與合金托盤上的液膜接觸時(shí)，能夠達(dá)到充分的動(dòng)量和質(zhì)量傳遞，使得漿液能夠充分吸收煙氣中的SO：氣體，從而最大限度的利用噴淋的漿液量，提高了吸收劑的利用率和脫硫效率。實(shí)踐表明，在相同脫硫效率下，加裝托盤可比不加裝托盤所需要的循環(huán)漿液量降低16%左右。加裝1層多孔狀托盤，吸收塔的煙氣阻力大約增加600 Pa(100%BMCR下)。

2.2改造后的效果

該廠1號機(jī)組于2017年8月完成的超低排放改造，并順利通過環(huán)保部門的驗(yàn)收。改造前后1號機(jī)組在不同工況下脫硫塔的測試結(jié)果如表3所示?？芍?br />
1號機(jī)組100%BMCR下脫硫系統(tǒng)改造前脫硫塔實(shí)測人口SO2濃度為1 886 ms/m3，實(shí)測出口SO：濃度為67 mg/m3;采用上述方式改造后，相同負(fù)荷條件下脫硫塔實(shí)測人口SO2濃度為1 713 mg/1113，實(shí)測出口SO2，濃度為20 rag/m3。1號機(jī)組50%BMCR下脫硫塔改造前實(shí)測入口SO2濃度為1 320 ms/m3，實(shí)測出口SO：濃度為39 me/m3;采用上述方式改造以后，相同負(fù)荷條件下脫硫塔實(shí)測人口SO2濃度為969 ms/m3，實(shí)測出口SO2濃度為9 ms/m3。改造后的脫硫系統(tǒng)經(jīng)過168 h的穩(wěn)定運(yùn)行，均能滿足超低排放的要求。


3 結(jié)語

疆內(nèi)各大燃煤電廠在現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施上通過改造達(dá)到超低排放的要求，并不存在技術(shù)上的困難。但由于超低排放目前沒有標(biāo)準(zhǔn)化的改造路線，并且在新疆地區(qū)缺乏運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致電廠在完成超低排放改造后的運(yùn)行過程中可能存在較多問題。因此，電廠在進(jìn)行超低排放改造時(shí)應(yīng)對可能出現(xiàn)的問題做好必要的防

護(hù)措施，應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題如下：

1)煙氣阻力上升：目前電廠采用的改造措施基本都會(huì)導(dǎo)致煙氣阻力上升。因此，在進(jìn)行超低排放改造時(shí)應(yīng)仔細(xì)核對現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的余量是否滿足改造后煙氣阻力的上升量，若不滿足，需進(jìn)行引風(fēng)機(jī)的增容改造。目前疆內(nèi)部分有增壓風(fēng)機(jī)的電廠，在進(jìn)行引風(fēng)機(jī)增容時(shí)也進(jìn)行了引增合一的改造，能夠起到較好的節(jié)能效果。

2)合理預(yù)留空間：燃煤電廠脫硝、脫硫和電除塵設(shè)備的空間有限，因此選擇改造路線時(shí)，需為以后進(jìn)行全工況脫硝以及煙氣脫汞的改造預(yù)留一定改造空間，也可以在進(jìn)行超低排放改造時(shí)編制相應(yīng)的可研方案，超前考慮。

3)管道及設(shè)備腐蝕：多數(shù)電廠在脫硝系統(tǒng)改造時(shí)選擇增加一層催化劑，這會(huì)導(dǎo)致煙氣中SO2的增加，而對于安裝了低溫省煤器的電廠，由于煙氣溫度降低導(dǎo)致煙氣腐蝕性增強(qiáng)。因此，改造時(shí)在設(shè)備設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)考慮電除塵、煙道、空預(yù)器以及風(fēng)機(jī)等設(shè)施的防腐蝕措施。例如空預(yù)器的ABS區(qū)域一般在底部380～830 mm處，因此對于空預(yù)器的耐腐蝕傳熱元件的高度應(yīng)選擇900 mm以上，使其涵蓋液態(tài)硫酸氫氨的生成區(qū)間。