摘要： 為達到政府對新疆地區(qū)燃煤電廠提出的超低排放的要求,目前新疆各大發(fā)電集團都在對現(xiàn)役機組現(xiàn)有的環(huán)保設施進行優(yōu)化改造.目前我國二氧化硫執(zhí)行的排放標準是不超過200 mg/m3(100 mg/m3新建),而超低排放的要求是不超過35 mg/m3,降幅達到了87.5％(65％),對于疆內(nèi)電廠目前的脫硫設施存在較大的壓力.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進行調(diào)查和分析,并重點介紹目前疆內(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,希望能夠為后續(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)境保護方面取得了積極進展，可目前的環(huán)境形勢依然嚴峻，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)境保護廳等單位聯(lián)合印發(fā)了《新疆維吾爾自治區(qū)全面實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30萬kW及以上的燃煤發(fā)電機組以及各大氣聯(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)電機組，到2019年以前全面實現(xiàn)超低排放。根據(jù)文件《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014--2020年)》中對“超低排放”的定義：在基準氧含量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，對于目前運行的燃煤電廠，要達到超低排放的要求，其脫硝、除塵、脫硫系統(tǒng)在現(xiàn)有基礎上都需要進行改造。

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如表1所示，表中未列出對于輔助設施的優(yōu)化措施?？梢钥闯觯捍蠖鄶?shù)電廠在對脫硫系統(tǒng)進行超低排放改造時都是在原有脫硫塔的基礎上進行的，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)進行超低排放改造時，并不需要進行太復雜的改動就能使二氧化硫達到超低排放的標準，甚至烏魯木齊周邊重點防治區(qū)內(nèi)有部分電廠在超低排放改造前就能夠達到二氧化硫不超過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準的電廠，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施的超低排放改造方式、原理進行了分析，并提出了改造以后可能存在的問題，希望能夠為后續(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，然后通過氧化風機提供的空氣將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)達國家?guī)资甑纳a(chǎn)實踐和不斷完善，脫硫過程的各項經(jīng)濟技術指標基本成熟，該工藝目前的市場占有率超過80%，是目前應用最廣泛的脫硫技術。FGD脫硫系統(tǒng)主要由煙氣進口擋板門、出口擋板門、吸收塔、增壓風機(部分電廠引增合一)煙道及相應的輔助系統(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、氧化風機、除霧器、石膏排出泵、攪拌器等"1。隨著環(huán)保要求越來越嚴以及燃煤中硫含量的變化，疆內(nèi)許多發(fā)電企業(yè)原先建設的脫硫裝置已不能滿足現(xiàn)階段的要求，需要進行脫硫系統(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，當脫硫進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行優(yōu)化，提高脫硫效率，保證脫硫塔安全經(jīng)濟運行。通過增加噴淋層或托盤能明顯提高脫硫效率，但由于增加托盤會導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行較大程度的改造，吸收塔抬高、原塔內(nèi)設備拆除和會裝及二次防腐，工期為1—2個月。

1.2管式格柵均布裝置技術

由于氣流在吸收塔內(nèi)的分布情況與脫硫效率密切相關。如圖1所示：格柵煙氣均布技術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)速率的同時強化氣液固接觸，完成SO2的高效傳質(zhì)過程。


1.3 高效除塵除霧一體化技術

濕法脫硫吸收塔出口的粉塵由兩部分組成：一部分是引風機前干式除塵器(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。粉塵排放達標，必須同時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，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，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會，未被除去的小液滴在下一個轉(zhuǎn)彎處經(jīng)過相同的作用而被捕集，這樣反復作用，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也能促進SO2的吸收，達到脫硫的目的。


2工程應用

新疆某電廠為2×300 MW國產(chǎn)亞臨界空冷燃煤發(fā)電機組，同步配套建設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公用系統(tǒng)。1號機組于2012年7月10日正式投入運行，2號機組于2012年9月23日正式投入運行。1號、2號機組脫硫系統(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號機組的超低排放改造，并順利通過環(huán)保部的驗收。該廠煤質(zhì)分析如表2所示，列出了改造設計時的參考煤種、高質(zhì)校核煤質(zhì)、高質(zhì)校核煤質(zhì)和實際煤種。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號機組的燃煤煤質(zhì)屬于極低硫分、中高灰分的煙煤。


1號機組超低排放改造前脫硫塔采用3層漿液噴淋層，對應設置3臺漿液循環(huán)泵(2用1備)，每層噴淋層設置100個實心/中心切線型噴嘴;吸收塔上部裝設2級屋脊式除霧器，塔內(nèi)設置4臺側(cè)進式漿液攪拌器。

2.1脫硫系統(tǒng)改造

該廠1號機組脫硫系統(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，被均勻分布到整個吸收塔截面。多孔合金托盤一方面能使煙氣分布均勻，同時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，當含有SO2的煙氣在與合金托盤上的液膜接觸時，能夠達到充分的動量和質(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)保部門的驗收。改造前后1號機組在不同工況下脫硫塔的測試結(jié)果如表3所示?？芍?br />
1號機組100%BMCR下脫硫系統(tǒng)改造前脫硫塔實測人口SO2濃度為1 886 ms/m3，實測出口SO：濃度為67 mg/m3;采用上述方式改造后，相同負荷條件下脫硫塔實測人口SO2濃度為1 713 mg/1113，實測出口SO2，濃度為20 rag/m3。1號機組50%BMCR下脫硫塔改造前實測入口SO2濃度為1 320 ms/m3，實測出口SO：濃度為39 me/m3;采用上述方式改造以后，相同負荷條件下脫硫塔實測人口SO2濃度為969 ms/m3，實測出口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)保設施上通過改造達到超低排放的要求，并不存在技術上的困難。但由于超低排放目前沒有標準化的改造路線，并且在新疆地區(qū)缺乏運行經(jīng)驗，導致電廠在完成超低排放改造后的運行過程中可能存在較多問題。因此，電廠在進行超低排放改造時應對可能出現(xiàn)的問題做好必要的防

護措施，應重點考慮的問題如下：

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

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

3)管道及設備腐蝕：多數(shù)電廠在脫硝系統(tǒng)改造時選擇增加一層催化劑，這會導致煙氣中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致煙氣腐蝕性增強。因此，改造時在設備設計選型時，應考慮電除塵、煙道、空預器以及風機等設施的防腐蝕措施。例如空預器的ABS區(qū)域一般在底部380～830 mm處，因此對于空預器的耐腐蝕傳熱元件的高度應選擇900 mm以上，使其涵蓋液態(tài)硫酸氫氨的生成區(qū)間。