單塔一體化脫硫除塵技術在定州電廠的應用研究

高武軍　單永華　苑斌　張永玉　張凌

摘要：隨著我國火電廠大氣污染物排放新標準（GB 13223-2011）的頒布實施，大部分電廠的脫硫裝置都需要提高脫硫效率才能滿足要求。文章針對目前主流燃煤機組的排放狀態(tài)，以單塔一體化脫硫除塵在定州電廠應用為例，探討了目前“近零排放”的技術路線，降低污染物的排放。

關鍵詞：單塔一體化脫硫除塵技術；管束式除塵器；吸收塔；近零排放；湍流器 文獻標識碼：A

中圖分類號：X773 文章編號：1009-2374（2016）16-0085-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.041

1 項目背景

定州電廠一期煙氣脫硫工程由川崎公司供貨。采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，吸收塔設置三層噴淋層，并設置增壓風機及GGH。兩套脫硫裝置可處理#1、#2兩臺爐的全部煙氣。原設計按照FGD入口SO2濃度為1576mg/Nm3（標態(tài)、干基、6%氧）時，脫硫效率95%設計。目前，定州電廠實際來煤與設計煤質較為接近，實測#1、#2機組FGD出口SO2濃度分別為51mg/Nm3及76mg/Nm3。因此，定州電廠目前的脫硫設施可達到95%的脫硫設計效率，但尚不滿足國華電力集團的綠色發(fā)電低于35mg/Nm3的SO2排放標準要求。

為貫徹神華集團提出的“1245”能源發(fā)展戰(zhàn)略，國華公司于2015年02月發(fā)布《國華電力高品質綠色發(fā)電計劃》（2015版國華電環(huán)[2015]1號），對2015年的綠色發(fā)電改造做出了具體的部署和要求，其中對地處京津冀腹地的定州電廠一期兩臺機組提出了更高的綠色發(fā)電改造要求，即：煙塵≤1mg/Nm3，SO2和氮氧化物達到燃機排放標準的一半（SO2≤17.5mg/Nm3，NOX≤50mg/Nm3）。

經過系列考察，基于對脫硫、除塵的環(huán)保要求，保證長期的環(huán)保需求，定州電廠最終確定采用單塔一體化脫硫除塵技術。

2 工程概況

圖1 原有煙氣系統(tǒng)示意圖

定州電廠一期工程兩臺機組分別于2004年4月及9月投運發(fā)電。一期煙氣脫硫工程由川崎公司供貨。采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，吸收塔設置三層噴淋層，并設置增壓風機及GGH。兩套脫硫裝置可處理#1、#2兩臺爐的全部煙氣。原設計按照FGD入口SO2濃度為1576mg/Nm3（標態(tài)、干基、6%氧）時，脫硫效率95%設計。

原脫硫系統(tǒng)采用單塔處理一臺600MW機組鍋爐的煙氣。待處理的煙氣從吸收塔底部從下向上與噴淋的石灰石漿液逆向接觸。吸收塔下部為反應池，反應池設有側進式攪拌器或脈沖設備，以保持固體顆粒懸浮；在吸收塔的頂部設有兩級除霧器，用來除去出口煙氣中的霧珠，使離開吸收塔的脫硫煙氣中含水量降低至75mg/Nm3以下；吸收塔設置3臺漿液循環(huán)泵，以保證氣液兩相充分接觸，提高SO2的吸收效率。設置2臺氧化風機，1運1備，將空氣送入反應池，將漿液中未氧化的HSO3-和SO32-氧化成SO42-，達到使?jié){液充分氧化的目的。設2臺石膏漿液排出泵，1運1備，將氧化后生成的石膏從吸收塔排出，進入石膏脫水系統(tǒng)。

目前，定州電廠實際來煤與設計煤質較為接近，實測FGD出口SO2濃度如下：

因此，定州電廠目前的脫硫設施可達到95%的脫硫設計效率，但尚不滿足國華電力集團的綠色發(fā)電低于

35mg/Nm3的SO2排放標準要求。

3 改造技術方案

煙氣系統(tǒng)改造改造后，取消增壓風機，相應的煙氣阻力由兩臺50%容量引風機克服。原來的兩臺靜葉可調軸流引風機更換為雙級動葉調節(jié)軸流式引風機。

吸收塔后增加一臺濕式電除塵器，吸收塔出口凈煙氣經濕式電除塵器除塵后進入“主煙道”，然后從煙囪排出。旁路擋板門及其配套系統(tǒng)全部拆除。

原有脫硫塔為折返塔，本次改造對吸收塔地改造內容簡述如下：（1）拆除原吸收塔內件，包括隔板、噴淋層支撐梁、導流裝置等；（2）拆除原入口、出口煙道并進行封堵；（3）在入口煙道與最低一層噴淋層之間增加旋匯耦合器（湍流器）一套，噴淋層四層、在最上頂層噴淋層上部增加管束式除塵裝置一套等其他內件；（4）拆除原先塔內噴槍氧化方式，增加新的噴槍式氧化裝置一套；（5）改造原吸收塔平臺、爬梯及管口、人孔安裝孔等；（6）拆除原有4臺流量為8000m3/h的循環(huán)泵，設置4臺流量為9000m3/h的循環(huán)泵，揚程為23.1/24.9/26.7/27.6m；（7）改造后吸收塔噴淋區(qū)直徑為17.6m，漿池直徑為17.6m，操作液位為7.0m；（8）本項目氧化空氣系統(tǒng)采用噴槍式。拆除原有氧化風機，并將新的氧化風機布置在原有位置，即出口煙道下部。每臺機組設置兩臺氧化風機，一運一備。氧化風機采用離心風機，風機流量Q=8250Nm3/h，揚程為76kPa；（9）拆除原有石膏排出泵，并將新泵布置在原有位置。每塔設置兩臺石膏排出泵，一運一備。石膏排出泵采用臥式離心泵，流量Q=170m3/h，揚程為65m。

4 改造技術特點

4.1 高效旋匯耦合脫硫除塵技術

引風機出口煙氣進入吸收塔，經過高效旋匯耦合裝置，利用流體動力學原理，形成強大的可控湍流空間，使氣液固三相充分接觸，提高傳質效率，同時液氣比比同類技術低30%，實現(xiàn)第一步的高效脫硫和除塵。

煙氣與噴淋漿液旋轉劇烈接觸，漿液液面快速更新，傳質和傳熱效果迅速，具有脫硫作用，同時煙氣被漿液洗滌，具有除塵效果高脫硫、除塵效率。

經過湍流器后促使吸收塔內煙氣均布，有效避免了空塔噴淋氣流分布不均、噴淋層失效的問題。煙氣快速降溫，增強噴淋層的吸收效果。湍流塔液氣比遠低于空塔噴淋塔，雖然湍流器會增加阻力使引風機的電耗增加，由于漿液循環(huán)量大幅降低，脫硫系統(tǒng)綜合電耗比空塔噴淋低8%～20%。

穩(wěn)定性強，煙氣進入吸收塔后，在湍流器中由層流變成湍流，氣液固充分接觸。煙氣湍流上升，反而系統(tǒng)不易結垢。湍流塔更適合煤質硫含量寬泛波動的機組，保證脫硫效率，可靠性高。

4.2 高效節(jié)能噴淋技術

優(yōu)化噴淋層結構，改變噴嘴布置方式，提高單層漿液覆蓋率達到300%以上，增大化學吸收反應所需表面積，完成第二步的洗滌，煙氣經高效旋匯耦合裝置和高效節(jié)能噴淋裝置2次洗滌反應，兩次脫硫效率的疊加，可實現(xiàn)煙氣中二氧化硫降低至35mg/Nm3以下。

設計了防壁流裝置，避免氣液短路。

4.3 離心管束式除塵技術

除霧器是依靠煙氣中液滴的慣性作用和重力作用為工作原理。設計流速一般選定在3.5～5.5m/s之間。折返式除霧器的工作原理及運行流速決定了無法除去細小液滴，無法捕悉粒徑小于15μm的細小液滴，即使多層屋脊式除霧器也實現(xiàn)不了出口塵濃度5mg/Nm3。而目前控制脫硫塔出口5mg/Nm3的塵排放濃度就是控制對細小粉塵和

經高效脫硫及初步除塵后的煙氣向上經離心管束式除塵裝置進一步完成高效除塵除霧過程，離心管束式除塵裝置由分離器、增速器、導流環(huán)、匯流環(huán)及管束等構成。

煙氣在一級分離器作用下使氣流高速旋轉，液滴在壁面形成一定厚度的動態(tài)液膜，煙氣攜帶的細顆粒灰塵及液滴持續(xù)被液膜捕獲吸收，連續(xù)旋轉上升的煙氣經增速器調整后再經二級分離器去除微細顆粒物及液滴。同時在增速器和分離器葉片表面形成較厚的液膜，會在高速氣流的作用下發(fā)生“散水”現(xiàn)象，大量的大液滴從葉片表面被拋灑出來，穿過液滴層的細小液滴被捕獲，大液滴變大后被筒壁液膜捕獲吸收，實現(xiàn)對細小霧滴的脫除。最后經過匯流環(huán)排出，實現(xiàn)煙塵低于5mg/Nm3超凈脫除。

由上面的圖片可以看到單塔一體化脫硫除塵技術對微細顆粒物的捕集效果顯著，對粉塵、酸霧、氣溶膠、PM2.5等多污染物進行協(xié)同治理的能力高。

5 應用效果

改造后，經河北省環(huán)境監(jiān)測中心站進行了性能測試，在各污染物治理設施正常運行的情況下，1號煙塵≤1mg/Nm3，SO2≤17.5mg/Nm3，達到了超凈排放，這使1號機組成為京津冀區(qū)域內又一臺實現(xiàn)“近零排放”的600兆瓦等級燃煤機組。

6 結語

濕法脫硫是我國的主流工藝，同時經過多年的運行，脫硫裝置和設備損壞嚴重，可利用率低。多種因素的影響迫使電廠必須對原有脫硫裝置進行增容改造，但是很多電廠卻面臨著改造工期短、改造現(xiàn)場空間有限、成本等很多客觀條件的限制，所以選擇一款煙氣治理技術產品需要有長遠的眼光，不能僅局限于當下的問題，還要充分地考慮這些都能很好地適應我國未來越來越嚴峻的環(huán)保趨勢。而以單塔一體化脫硫除塵在定州電廠的成功應用，為目前主流燃煤機組的環(huán)保改造提供了一個新的選擇。

參考文獻

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