半干法脫硫技術(shù)在燃煤電廠中的應(yīng)用調(diào)查與分析

魏宏鴿，杜 振，何 勝，裴煜坤，朱 躍

(華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030)

0 引言

隨著《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)的頒布，國內(nèi)大部分火電機組面臨著脫硫增容改造工作。半干法脫硫工藝在小容量機組、低硫煤、缺水地區(qū)具有一定的應(yīng)用業(yè)績，同時后續(xù)配套除塵系統(tǒng)，可以將脫硫和除塵統(tǒng)一考慮，且不存在濕法脫硫“石膏雨”隱患［1］。本文分析半干法脫硫技術(shù)在國內(nèi)燃煤電廠的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討半干法脫硫技術(shù)運行時存在問題，為國內(nèi)下一步脫硫改造工作提供參考。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀介紹

本次工作選擇了國內(nèi)應(yīng)用半干法較具代表性的6 家電廠(電廠A 至F)、共9 套半干法脫硫裝置進行調(diào)研，調(diào)研最大機組容量為330 MW，最小機組容量為100 MW。

1.1 排放指標(biāo)

調(diào)研6 家電廠半干法脫硫系統(tǒng)進、出口SO2濃度見圖1、圖2。從圖中可知，6 家電廠中半干法設(shè)計入口SO2濃度均不高，除A 廠2 臺機組和E 廠1臺機組SO2入口設(shè)計值分別為3447 mg/m3和2200 mg/m3外，其余機組均在2000 mg/m3以下。實際入口SO2濃度基本能夠控制在設(shè)計值以下。

圖1 半干法脫硫入口SO2 濃度情況

圖2 半干法脫硫出口SO2 濃度情況

由于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，部分電廠實際SO2排放濃度已無法滿足要求，面臨脫硫系統(tǒng)增多改造工作。半干法脫硫工藝設(shè)計脫硫效率一般在90%左右(E廠為85%)，實際運行時脫硫效率稍低于設(shè)計值。

1.2 吸收劑情況

從調(diào)研情況可知，6 家電廠脫硫系統(tǒng)實際吸收劑耗量總體高于設(shè)計值。A 廠和B 廠3 臺機組運行條件與設(shè)計值相差不大，但生石灰消耗量分別高出13%和18%;C 廠和D 廠2 臺機組入口SO2濃度分別比設(shè)計低43%和53%，但實際吸收劑耗量仍與設(shè)計值相差不大。半干法脫硫設(shè)計時對于生石灰品質(zhì)要求較高，但調(diào)研電廠石灰石品質(zhì)較差，無法滿足要求。

1.3 運行穩(wěn)定性

1.3.1 吸收塔床層

吸收塔床層壓差維持較為穩(wěn)定，一般在900～1200 Pa 左右，基本在設(shè)計值1000 Pa 附近。目前流傳化“塌床”現(xiàn)象較為少見，在鍋爐負荷較低時，需開啟煙氣再循環(huán)系統(tǒng)將部分凈煙氣返回至吸收塔入口以維持床壓，增壓風(fēng)機電耗會增加。

1.3.2 反應(yīng)溫度控制

吸收塔內(nèi)反應(yīng)溫度設(shè)計值基本在75 ℃左右，反應(yīng)溫度通過調(diào)節(jié)霧化噴嘴噴水量來控制，霧化噴嘴正常工作時，在負荷變化造成吸收塔入口煙溫和入口煙氣量變化情況下，調(diào)研機組反應(yīng)溫度控制均較為穩(wěn)定，調(diào)節(jié)時一般僅有±1 ℃波動。

1.4 吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)

除F 廠外，其余機組均設(shè)置生石灰消化系統(tǒng)。消化系統(tǒng)采用三級消化方式，運行均較為穩(wěn)定，在調(diào)研機組中故障率不高。

1.5 脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)

脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素是返料斜槽［2］，總體而言，其運行穩(wěn)定性較高，但必須確?；叶繁睾碗姲闊嵝Ч^好，調(diào)研機組中有因冬季室溫較低，灰斗加熱溫度偏低導(dǎo)致物料結(jié)塊堵塞返料槽現(xiàn)象發(fā)生。

1.6 除塵情況

半干法脫硫后部均配套有除塵系統(tǒng)，用于脫硫灰收集循環(huán)利用及煙氣凈化(見表1)。調(diào)研機組中2 臺采用電除塵器，出口排放濃度在50 mg/m3以上;其余7 臺采用布袋除塵，除C 廠外，出口粉塵排放濃度均在40 mg/m3以下。部分機組由于濾袋使用時間較長，粉塵排放濃度有所增加。布袋除塵器運行壓差基本能維持在設(shè)計值以內(nèi)，在濾袋壽命末期、反應(yīng)溫度控制過低、霧化效果不佳情況發(fā)生時，布袋壓差有所增加。

除F 廠2 臺新建機組半干法脫硫裝置未設(shè)置預(yù)除塵設(shè)施外，其余調(diào)研機組均設(shè)置電除塵作為預(yù)除塵器，基建建設(shè)脫硫裝置設(shè)一級電場預(yù)除塵，技改建設(shè)脫硫裝置采用原電除塵器。

表1 半干法配套除塵情況

1.7 煙囪情況

除B 廠兩臺機組煙囪采用鋼筋混凝土套筒式煙囪、防腐內(nèi)襯采用聚脲材料外，其余煙囪均為鋼筋混凝土單筒式煙囪，半干法脫硫改造時均未進行防腐改造，目前運行情況良好，每次大修期間均進入煙囪內(nèi)部檢查，無明顯裂紋現(xiàn)象。

1.8 脫硫灰處置

脫硫灰目前的經(jīng)濟價值普遍偏低。E 廠脫硫灰用于制作輕質(zhì)磚，售價15 元/t;C 廠和F 廠脫硫灰由建材廠家免費運走;A 廠和D 廠脫硫灰無利用途徑，進灰場填埋處理，占地面積較大。

2 應(yīng)用情況分析

2.1 脫硫效率

調(diào)研機組中，入口SO2濃度超過2000 mg/m3時，在設(shè)計Ca/S 比運行時出口SO2濃度較難滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，需要加大吸收劑投入量，以提高脫硫效率，但經(jīng)濟性較差。半干法脫硫反應(yīng)速率主要與氣固反應(yīng)傳質(zhì)傳熱速度有關(guān)，與濕法相比，氣固接觸面積較小，高濃度煙氣無法在如此短停留時間內(nèi)實現(xiàn)高效率脫硫反應(yīng)。

2.2 吸收劑耗量

同等條件下吸收劑耗量超出設(shè)計值，影響吸收劑耗量的主要因素有吸收劑品質(zhì)、反應(yīng)控制溫度、霧化效果等。建議加強吸收劑品質(zhì)監(jiān)測，合理設(shè)計霧化噴嘴結(jié)構(gòu)型式，日常運行時加強對關(guān)鍵部位監(jiān)視，及時清理噴嘴口頭部積灰，更換破裂閥片。

2.3 運行控制

半干法工藝運行控制關(guān)鍵點為維持床壓穩(wěn)定，床層壓降大幅波動易導(dǎo)致“塌床”現(xiàn)象，保持霧化效果、引風(fēng)機動作及時、再循環(huán)擋板操作得當(dāng)是避免“塌床”現(xiàn)象發(fā)生的主要措施。運行時需密切關(guān)注床壓的變化，加強對噴槍、工藝水系統(tǒng)的定期巡檢，每周對噴槍進行定期檢查，從噴槍響聲、供水回水壓力、工藝水泵壓力、吸收塔檢查孔周邊粘灰、塔內(nèi)循環(huán)灰距離塔壁的深度等方面判斷噴槍的運行狀況是否正常。

2.4 粉塵達標(biāo)排放問題

吸收塔出口粉塵濃度達到800～1000 g/m3，除塵設(shè)施應(yīng)選布袋除塵器。為實現(xiàn)出口達標(biāo)排放，設(shè)計時應(yīng)考慮增加濾袋總過濾面積，降低過濾風(fēng)速［3］，提高濾袋材質(zhì)，優(yōu)化濾袋布置方式。

2.5 預(yù)除塵器的設(shè)置

預(yù)除塵可以將部分粉煤灰收集下來，粉煤灰利用價值較高，實現(xiàn)部分經(jīng)濟價值。對于改造機組，前部除塵器運行可以減輕對引風(fēng)機葉輪磨損，半干法改造時須保留原有電除塵器作為預(yù)除塵設(shè)施，并在節(jié)能模式下運行。

2.6 煙囪防腐

吸收塔內(nèi)Ca(OH)2對煙氣中SO3、HCl、HF 脫除率較高，同時凈煙氣含濕量較低，酸露點可降低至55 ℃左右，而反應(yīng)溫度一般高出酸露點15 ℃，煙氣腐蝕等級屬于干煙氣，腐蝕性小，煙囪內(nèi)運行環(huán)境較為溫和，無需做特殊防腐處理。

2.7 脫硫灰處置

脫硫灰主要成分為亞硫酸鈣，利用價值較低。脫硫灰處置方式主要為由建材廠家免費運走用于制作輕質(zhì)磚或進灰場填埋處理。制作輕質(zhì)磚反應(yīng)效果一般;進灰場填埋則會占用大量土地資源。國內(nèi)外有脫硫廠家和科研機構(gòu)正在進行脫硫灰資源化利用相關(guān)研究工作，如應(yīng)用于水泥、砂漿、礦渣微粉、蒸壓磚和加氣混凝土等［4］。

3 結(jié)語

(1)半干法工藝脫硫效率能穩(wěn)定維持在90%左右，適用于硫分較低的非重點控制地區(qū)。高硫煤地區(qū)采用此方案存在較高的風(fēng)險，同時經(jīng)濟性較差，不建議采用。循環(huán)流化床機組已采用爐內(nèi)噴鈣脫硫裝置，爐膛出口SO2濃度處于較低水平，半干法脫硫?qū)ζ漭^為適用。

(2)半干法工藝運行穩(wěn)定性較高，但運行時必須密切監(jiān)視床層壓差變化，并特別重視消化系統(tǒng)、霧化噴嘴、返料槽等關(guān)鍵部位的檢修維護。

(3)半干法脫硫可以將脫硫和除塵改造工作有效結(jié)合，后部除塵設(shè)施須選用布袋除塵器，并通過合理選擇濾袋規(guī)格和設(shè)計過濾風(fēng)速，以直接實現(xiàn)出口達標(biāo)排放。煙囪無需配套進行防腐處理，但必須密切觀察其運行情況。

［1］陳 秋，楊 杰，張志強.半干法脫硫技術(shù)的應(yīng)用與分析［J］.電力環(huán)境保護，2008，24(2):9－10.

［2］郭斌洲.半干法脫硫與濕法脫硫工藝選擇比較［J］.山西焦煤科技，2010，(7):65－67.

［3］林 煒，許明海.半干法脫硫配套布袋除塵除塵器的特殊要求［J］.環(huán)境工程，2011，29(2):121－122.

［4］任 麗，王文龍，馬春元，等.干法半干法脫硫灰全新利用途徑探索研究［J］.熱力發(fā)電，2009，38(8):14－18.