淺析大唐寶雞熱電廠SO2超低排放改造

李俊，李之棟

(1.中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031;2.大唐寶雞熱電廠，陜西寶雞 721000)

淺析大唐寶雞熱電廠SO2超低排放改造

李俊，李之棟

(1.中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031;2.大唐寶雞熱電廠，陜西寶雞 721000)

分析了傳統(tǒng)的濕法脫硫裝置存在的問題，主要是忽視了濕法脫硫協(xié)同除塵能力、石膏雨現(xiàn)象的困擾、煙氣流場不均等。介紹了大唐寶雞熱電廠2×330 MW機組超低排放改造技術，包括改造和完善主體設備內(nèi)部構件，新增和更換少量關鍵設備。改造完成后，整套裝置不僅尾氣SO2排放完全滿足超低排放標準，而且系統(tǒng)阻力增加較少，此外脫硫廢水增加也較少，現(xiàn)有脫硫廢水處理余量能滿足要求。

煙氣脫硫 超低排放 燃機 污染物 排放

為落實國家《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》(2014—2020年)，陜西省制定DB 6194—2014《關中地區(qū)重點行業(yè)大氣污染物排放限值》及《關中地區(qū)燃煤火電機組超低排放改造實施方案》，規(guī)定對現(xiàn)役單機3×105kW及以上燃煤機組實施改造，主要污染物排放濃度達到超低排放標準，即在基準φ(O2)為6%的條件下，SO2排放質量濃度不超過35 mg/m3。為此，寶雞熱電廠對1#，2#機組脫硫系統(tǒng)進行脫硫提效改造。

1 火力發(fā)電廠污染物超低排放技術

目前，煙氣超低排放治理技術已成為燃煤電廠一項主流技術，該技術的應用使燃煤煙氣主要污染物SOx、NOx及顆粒物排放濃度達到或接近排放標準。國內(nèi)已有多套采用煙氣超低排放治理技術路線的燃煤電廠機組投運，為燃煤電廠煙氣排放污染物控制技術應用提供了重要參考。

煙氣超低排放治理技術是在現(xiàn)有的燃煤電廠煙氣污染物處理技術路線基礎上通過系統(tǒng)流程優(yōu)化、過程參數(shù)優(yōu)化、發(fā)揮煙氣處理流程上各處理單元設備的能力實現(xiàn)煙氣污染物的超低排放技術。

2 傳統(tǒng)濕法脫硫裝置存在的問題

2.1 濕法脫硫協(xié)同除塵能力

傳統(tǒng)的濕法脫硫系統(tǒng)主要以脫除二氧化硫為主，在設計時忽視了吸收塔的協(xié)同除塵能力。國家權威機構結合大多數(shù)脫硫裝置，包括空塔、托盤塔得出的經(jīng)驗值，認為濕法脫硫的除塵效率僅為50%左右，該結論被環(huán)保企業(yè)和燃煤電廠廣泛接受。他們認為得出這一結論的主要原因如下:①現(xiàn)有環(huán)保標準尚不能促使企業(yè)關注濕法脫硫的脫硫效率之外的除塵效率，即采用常規(guī)的濕法脫硫系統(tǒng)就能滿足現(xiàn)有的二氧化硫和煙塵的排放限值;②濕法脫硫的除塵機理復雜，尚無成熟理論可循。攜帶煙塵的煙氣進入吸收塔后，與噴淋層噴出的漿液發(fā)生一系列復雜的碰撞、攔截等物理過程，鮮有成熟的機理研究案例和工業(yè)示范應用為濕法脫硫的除塵效率計算提供明確的理論依據(jù)。

2.2 石膏雨

當吸收塔設計不恰當，比如塔內(nèi)關鍵截面煙氣流場設計、噴淋吸收區(qū)設計、除霧器設計選型不合理時，造成排放煙氣中夾帶大量含飛灰、石膏等顆粒物的霧滴，尤其與較低的大氣壓、煙囪內(nèi)部流場設計不合理等客觀因素結合時，極易發(fā)生“石膏雨”現(xiàn)象，對周圍環(huán)境造成二次污染。

“石膏雨”是煙氣中夾帶的石膏霧滴隨煙氣排放以“雨”的形式落到地面的一種現(xiàn)象?！笆嘤辍鳖l發(fā)的原因在于石灰石/石膏濕法脫硫工藝中，煙氣經(jīng)過噴淋層噴出的漿液洗滌后會攜帶大量的液滴到除霧器，這些液滴中包含固形物及可溶鹽類，如石灰石漿液吸收SO2后的反應生成物石膏、過剩的脫硫劑以及未被捕集的粉塵等。如果煙氣在除霧器處的流速超過液滴攜帶臨界氣速則發(fā)生二次攜帶，大量的石膏霧滴會隨煙氣進入煙囪，繼而產(chǎn)生“石膏雨”現(xiàn)象。

“石膏雨”的形成與多方面的因素有關，主要包括除霧器的除霧性能、吸收塔的設計、運行操作等。目前，我國已能自主設計生產(chǎn)除霧器，大多除霧器的排放出口液滴攜帶量的保證值為75 mg/m3(質量濃度，下同)。且國內(nèi)業(yè)界認為除霧器出口霧滴含固量等同于塔內(nèi)石膏漿液含固量，即除霧器出口排放的液滴對煙塵的貢獻值為15 mg/m3，這與超低排放要求5～10 mg/m3是有相當大的差距的。

2.3 煙氣流場不均

濕法脫硫裝置普遍采用單塔單側入口進氣方式，該方式會造成煙氣沿塔截面的流場不均，在入口對側形成高速區(qū)，致使煙氣到達首層噴淋層入口處流場分布偏流嚴重;遠離吸收塔入口區(qū)域的液氣比較低，靠近吸收塔入口區(qū)域的液氣比較高，這是引起近塔壁煙氣逃逸、脫除效率偏離設計值的重要原因，其影響在超低排放技術應用時尤為突出。

3 大唐寶雞熱電廠超低排放技術改造

3.1 原有脫硫系統(tǒng)

大唐寶雞熱電廠現(xiàn)有2×330 MW亞臨界抽汽供熱燃煤機組，設計燃料為甘肅華亭礦區(qū)的原煤。同期配套煙氣脫硫裝置，采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，1爐1塔布置。脫硫系統(tǒng)的設備按煤種收到基全硫分的質量分數(shù)為0.8%、校核煤種收到基全硫分的質量分數(shù)1.1%進行設計，按脫硫效率不低于95%的要求完成計算、設計工作，與機組同步建設投產(chǎn)。

原SO2吸收系統(tǒng)工藝流程是:待處理的煙氣進入吸收塔與噴淋的石灰石漿液接觸，去除煙氣中的SO2。在吸收塔后設有除塵除霧器，除去出口煙氣中的霧粒。吸收塔漿液循環(huán)泵為吸收塔提供大流量的吸收劑，保證氣液兩相充分接觸，提高SO2的吸收效率。生成石膏的過程中采取強制氧化，設置氧化風機將漿液中未氧化的HSO3－和SO23－氧化成SO24－。在氧化漿池內(nèi)設有攪拌器，以保證混合均勻，防止?jié){液沉淀;氧化后生成的石膏通過吸收塔排漿泵排出，進入后續(xù)的石膏脫水系統(tǒng)。

吸收塔采用的是噴淋塔，吸收塔漿池與塔體為一體結構。吸收塔內(nèi)部漿液噴淋系統(tǒng)由分配管網(wǎng)和噴嘴組成。

原裝置無論脫硫效率還是外排煙塵等雜質含量均不能滿足日趨嚴格的環(huán)保要求，因此需要對1#，2#機組脫硫系統(tǒng)進行脫硫提效改造。

3.2 基礎數(shù)據(jù)

裝置基礎數(shù)據(jù)見表1。

3.3 改造目標和性能保證

該項目的改造目標為:在設計煤種、鍋爐正常運行工況、處理100%煙氣量條件下，脫硫裝置入口ρ(SO2)為3 068 mg/m3時，脫硫裝置出口ρ(SO2)≤28 mg/m3，煙塵(ρ)≤8 mg/m3，脫硫效率不小于99.1%。

具體性能保證如下:

1)在鍋爐正常運行工況和確保石灰石消耗的條件下，F(xiàn)GD裝置SO2脫除率不低于99.1%。

2)FGD按設計條件運行(鍋爐在正常運行工況運行，燃用設計煤種)，在確保SO2脫除率的條件下，7 d連續(xù)運行，石灰石粉平均耗量低于6.5 t/h。

表1 裝置基礎數(shù)據(jù)

3)FGD裝置在設計條件下運行，煙囪前的污染物排放濃度見表2。

表2 設計條件下FGD裝置在運行煙囪前的污染物排放濃度

4)改造后煙氣系統(tǒng)在各種工況的壓降保證值不超過1.5 kPa(要求改造后增加阻力不大于0.6 kPa)。

3.4 改造技術方案

中國瑞林將有色行業(yè)脫硫設計技術與經(jīng)驗相結合，利用合作方技術，對大唐寶雞熱電廠進行超低排放技術改造。選用先進可靠的技術，成本較低，工期較短，并且完全可以滿足機組大修的時間要求。由于吸收塔內(nèi)改造主要為增設整流層、聚流環(huán)、噴淋層，更換高效除霧器等，對系統(tǒng)增加的阻力較小，所以維護費用低，可長時間穩(wěn)定運行。

為了提高脫硫效率，讓SO2和石灰石漿液充分反應，大唐寶雞熱電廠超低排放技術改造新增了2層噴淋層和2臺循環(huán)泵。為了適應流場的要求，使煙氣與石灰石漿液更好地接觸，在吸收塔入口增設整流層，在噴淋層下方增設聚液環(huán);另外將噴嘴差異化布置，同時避免了吸收塔入口石膏堆積的問題。

經(jīng)過優(yōu)化的噴淋層區(qū)域能將80%以上的粉塵洗掉，加上后面高效除霧器的作用，有效降低了顆粒物和灰塵的排放濃度，確保了粉塵排放濃度達到排放要求。高效除霧器為管式除霧器+3級屋脊式除霧器組合，管式除霧器可以預處理掉較大粒徑的霧滴，減小屋脊式除霧器除霧負荷。

3.5 改造要求和措施

改造需對吸收塔漿池及噴淋區(qū)域進行抬升。漿池抬升后漿池容積要保證漿液有充分的停留時間。將吸收塔漿池液位高度由原設計8.5 m抬高到15 m，漿池容積由原設計的1 154 m3增加到2 020 m3，吸收塔共抬升15.5 m。塔的整體設計應方便塔內(nèi)部件的檢修和維護，吸收塔內(nèi)部的導流板、噴淋系統(tǒng)和支撐等應盡可能不堆積污物和結垢，并且應設有通道以便于清潔。

噴淋系統(tǒng)的改造應能均勻分布要求的噴淋量，流經(jīng)每個噴淋層的流量應相等，并確保石灰石漿液與煙氣充分接觸和反應。新增2層噴淋層，噴淋層分別置于最頂層噴淋層與除霧器之間，并在吸收塔入口增設整流層，在噴淋層下方增設聚液環(huán)，另外將噴嘴差異化布置。

塔體的設計應盡可能避免形成死角，同時采用攪拌措施避免漿池中漿液沉淀，吸收塔攪拌系統(tǒng)應確保在任何時候都不會造成塔內(nèi)石膏漿液的沉淀、結垢或堵塞。

吸收塔漿液攪拌系統(tǒng)應能防止?jié){液沉淀結塊，其設計和布置應考慮氧化空氣的最佳分布和漿液的充分氧化。

拆除原有除塵除霧器，采用新型的除塵除霧裝置。除塵除霧器出口煙氣霧滴質量濃度不大于20 mg/m3(干基)，顆粒物質量濃度低于8 mg/m3(干基)。高效除霧器為管式除霧器+3級屋脊式組合除霧器。

除塵除霧器的設計應保證其具有較高的可利用性和良好的去除液滴效果。該系統(tǒng)還應包括去除除塵除霧器沉積物的沖洗和排水系統(tǒng)，運行時根據(jù)給定或可變化的程序，既可進行自動沖洗，也可進行人工沖洗。除塵除霧器沖洗系統(tǒng)應能夠對除塵除霧器進行全面沖洗，不能有未沖洗到的表面。沖洗水的壓力應進行遠程監(jiān)視和控制，沖洗水母管的布置應能使每個噴嘴基本運行在平均水壓。

利用原有3臺漿液循環(huán)泵，再增設2臺漿液循環(huán)泵。循環(huán)泵應將吸收塔漿池內(nèi)的吸收劑漿液循環(huán)送至噴嘴，循環(huán)泵按照單元制設置(每臺循環(huán)泵對應1層噴嘴)。

更換原有每機組2臺氧化風機，新氧化風機為離心式，氧化風機能提供足夠的氧化空氣，使吸收塔內(nèi)的亞硫酸鈣充分轉化成硫酸鈣。

3.6 改造結果

大唐寶雞熱電廠1號機組脫硫超低排放改造施工，從停爐到完成驗收共3個月。2015年12月17日順利通過陜西省環(huán)保廳驗收。項目試運期間，各項指標良好，系統(tǒng)設備運行穩(wěn)定可靠。脫硫效率超過99%。吸收塔出口ρ(SO2)平均為20 mg/m3，顆粒物質量濃度平均為6 mg/m3。裝置連續(xù)運行7 d，新增電耗不超過1 820 kWh/h，改造后增加阻力低于0.6 kPa。

1#機組總排口監(jiān)測結果見表3。

表31 #機組總排口監(jiān)測結果

由表3可見:在各種煤質和工況負荷下，尾氣排放指標均能滿足保證值要求。

4 結語

該改造項目在原有裝置的基礎上，針對主體工藝存在的不足，有針對性地對主體設備內(nèi)部構件進行了改造和完善，新增、更換了少量關鍵設備，使整套裝置在改造后不僅尾氣排放完全滿足超低排放標準要求，系統(tǒng)阻力增加較少;同時脫硫廢水增加量較少，現(xiàn)有脫硫廢水處理余量能滿足要求，不需要進行改造。從整體上降低了投資，節(jié)約了運行和維護成本。此外，在總結以往工程承包經(jīng)驗的基礎上，該改造項目合理安排采購、制造、安裝和土建施工周期，1#機組脫硫超低排放改造施工從停爐到完成驗收只用了3個月，盡可能縮短了項目的改造建設周期，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

Investigation of ultra-low emission renovation of desulphurization systems in Datang Baoji Thermoelectric Power Plant

LI Jun，LI Zhidong
(1.China Nerin Engineering Co.，Ltd.，Nanchang，Jiangxi，330031，China; 2.Datang Baoji Thermoelectric Power Plant，Baoji，Shanxi，721000，China)

Problems existing in the traditional wet desulphurization system are analyzed，including the negligence of collaborative dedusting capability in wet desulphurization，trouble of gypsum rain phenomenon，uneven gas flow fields and so on.The ultra-low emission renovation technology of 2×330 MW machines in Datang Baoji Thermoelectric Power Plant are introduced，such as renovation and improvement on inner components of the main equipment，addition and replacement of a few critical equipment.After completion of the renovation，the tail gas emission of the system met the ultra-low emission criteria，the system resistance and waste water volume from desulphurization operation had little increase.The surplus capacity of the existing desulphurization waste water treatment system satisfied the demand.

flue gas desulphurization;ultra-low emission;combustion engine;pollutant;discharge

TQ111.14

B

1002－1507(2017)01－0033－04

2016－08－12。

李俊，男，中國瑞林工程技術有限公司化工事業(yè)部高級工程師，主要從事煙氣脫硫及制酸設計、工程總承包。電話:0791-86757231;E-mail:lijun@nerin.com。