氣動(dòng)脫硫技術(shù)在SO2超低排放項(xiàng)目中的應(yīng)用

楊立穎，楊利軍，張玉杰

(1. 航天環(huán)境工程有限公司，北京 100074；2. 中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

煙氣脫硫脫硝

氣動(dòng)脫硫技術(shù)在SO2超低排放項(xiàng)目中的應(yīng)用

楊立穎1，楊利軍1，張玉杰2

(1. 航天環(huán)境工程有限公司，北京 100074；2. 中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

主要介紹了氣動(dòng)脫硫技術(shù)，以石灰石作為吸收劑，在吸收塔內(nèi)加裝氣動(dòng)脫硫單元和高效除霧器，不加裝塔內(nèi)托盤(pán)和濕式電除塵裝置就可以高效的脫除燃煤發(fā)電廠煙氣中的SO2、塵等污染物。結(jié)果顯示，此超低排放技術(shù)可顯著降低大氣污染物排放水平。

二氧化硫 氣動(dòng)脫硫 技術(shù) 超低排放 經(jīng)濟(jì)型

Abstract: Usage of pneumatic desulphurization technology is mainly described. Limestone as an absorbent, SO2, dust and other pollutants in flue gas can be efficiently desulphurized and removed when the pneumatic desulphurization units and efficient defogger were installed in the desulphurization tower, instead of perforated plate and wet electrostatic precipitator. The results show that pollutants emission decreases obviously by the ultra-low emission technology in power plant

Keywords: sulphur dioxide; pneumatic desulphurization； technology; ultra-low emission； economy

我國(guó)是一個(gè)燃煤大國(guó)，煤炭在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，并且在近年內(nèi)不會(huì)改變。但是煤炭的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物(NOx)、硫氧化物、煙塵等，重污染了環(huán)境。隨著國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃出臺(tái)和《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2011)的實(shí)施，對(duì)重點(diǎn)控制地區(qū)的燃煤機(jī)組污染物排放要求大幅提高。在此背景下，內(nèi)蒙古魏家峁煤電一體化電廠一期工程2×660 MW超臨界空冷機(jī)組濕法煙氣脫硫工程于2016年底調(diào)試結(jié)束，該工程采用氣動(dòng)脫硫與高效除霧器相結(jié)合的技術(shù)煙氣達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)[1]，其中煙塵質(zhì)量濃度小于或等于10 mg/m3，SO2質(zhì)量濃度小于或等于35 mg/m3，NOx質(zhì)量濃度小于或等于50 mg/m3。

1 工程概況

魏家峁電廠裝設(shè)2臺(tái)660 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐、四角切向燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的∏型直流爐。空氣預(yù)熱器為三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃用油為-10號(hào)輕柴油及節(jié)油點(diǎn)火裝置。每臺(tái)鍋爐爐后配有2臺(tái)雙室除塵器，除塵效率不小于99.86%。每臺(tái)鍋爐配備有送、引風(fēng)機(jī)各2臺(tái)，引風(fēng)機(jī)采用靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)。選用煤種為魏家峁煤礦煙煤，煤種參數(shù)見(jiàn)表1。

2 技術(shù)方案

目前國(guó)內(nèi)的超低排放技術(shù)多種多樣，該工程采用氣動(dòng)脫硫除塵技術(shù)和高效除霧器技術(shù)相結(jié)合，采用石灰石-石膏法，使處理后的煙氣達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，煙塵質(zhì)量濃度小于或等于10 mg/m3，SO2質(zhì)量濃度小于或等于35 mg/m3，并且能夠降低工程投資、減少占地面積、節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。

表1 煤質(zhì)及灰成份分析資料

2.1 氣動(dòng)脫硫除塵技術(shù)[2]

氣動(dòng)脫硫技術(shù)是借助空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)和氣動(dòng)熱力學(xué)等諸多方面的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)的獨(dú)具特色的煙氣除塵脫硫?qū)＠夹g(shù)(ZL 200720173601.8)，已指導(dǎo)建設(shè)完成多個(gè)煙氣脫硫工程。

氣動(dòng)脫硫技術(shù)是在傳統(tǒng)濕法脫硫除塵技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加了氣動(dòng)旋流段，能使煙氣與漿液在氣動(dòng)旋流筒內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)烈摻混，增強(qiáng)氣液兩相的傳質(zhì)效率，繼而提高脫硫效率，此段也是高效脫硫區(qū)。在研發(fā)氣動(dòng)脫硫技術(shù)的過(guò)程中，依托航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院在流體力學(xué)領(lǐng)域的研究?jī)?yōu)勢(shì)，對(duì)氣動(dòng)脫硫除塵的原理進(jìn)行了大量的理論分析和試驗(yàn)研究，建立了湍流的計(jì)算模型，得到了大量的理論數(shù)據(jù)，并在試驗(yàn)裝置上進(jìn)行了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證；掌握了各種工況條件下參數(shù)匹配的關(guān)鍵技術(shù)，解決了氣動(dòng)脫硫技術(shù)的核心部件旋流器的設(shè)計(jì)問(wèn)題，形成了針對(duì)不同工況、不同條件、不同要求的工程設(shè)計(jì)軟件。在實(shí)際工程中，針對(duì)不同的FGD出入口SO2濃度，會(huì)對(duì)脫硫塔的液氣比及噴淋層數(shù)量進(jìn)行相關(guān)計(jì)算確定。原煙氣進(jìn)入脫硫塔后，經(jīng)旋流器作用而旋轉(zhuǎn)上升，在脫硫單元內(nèi)形成一層懸浮的脫硫液，吸收煙氣中的二氧化硫，氣液接觸比表面積大，以很少的循環(huán)液量(液氣比相當(dāng)于國(guó)外同類(lèi)濕法脫硫技術(shù)的1/3～1/2)達(dá)到較高的脫硫、除塵效率。

2.2 脫硫系統(tǒng)主要設(shè)備的選擇

2.2.1 漿液循環(huán)泵

每座吸收塔配備4臺(tái)(3用1備)流量為12 000 m3/h的漿液循環(huán)泵。4臺(tái)泵全部運(yùn)行時(shí)，保證整個(gè)脫硫系統(tǒng)的脫硫效率不小于97%。每臺(tái)循環(huán)泵對(duì)應(yīng)一層噴淋管路，采用單元制設(shè)計(jì)，4層噴淋管路由分配管網(wǎng)和噴嘴組成。

2.2.2 氧化空氣及攪拌系統(tǒng)

氧化空氣系統(tǒng)由氧化風(fēng)機(jī)、氧化空氣管路和氧化空氣噴槍組成。每個(gè)塔設(shè)2臺(tái)單級(jí)高速離心式氧化風(fēng)機(jī)(風(fēng)量369 m3/min，風(fēng)壓88.2 kPa，1用1備)。吸收塔漿池處周向布置5臺(tái)側(cè)進(jìn)式攪拌器，共一層，攪拌器的軸線與水平面和吸收塔的徑向線保證一定的夾角以達(dá)到均勻的攪拌效果。氧化空氣噴槍安裝于距上層攪拌器前端的一定位置處與攪拌器配合液流攪動(dòng)、破碎氧化空氣使之均勻分散保證高的氧轉(zhuǎn)移率。

2.2.3 吸收塔系統(tǒng)

吸收塔尺寸為φ18.4 m×40.12 m，自下而上由漿池段、煙氣穩(wěn)定段、噴淋降溫段、過(guò)濾段、緩沖段、除霧段、煙氣排放段構(gòu)成，見(jiàn)圖1。

圖1 氣動(dòng)塔結(jié)構(gòu)示意

1)漿池段。用于儲(chǔ)存脫硫循環(huán)漿液。氧化風(fēng)機(jī)向漿池的漿液中噴入空氣將亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣并生成石膏晶體。吸收塔漿池中的pH值由投入的石灰石劑量控制約為5.6～5.8。吸收塔漿液池容積為1 300 m3。

2)煙氣穩(wěn)定段：入口煙道與吸收塔的連接處。進(jìn)氣口向下傾斜一定角度與吸收塔連接以保證煙氣的停留時(shí)間和均勻分布。

3)噴淋降溫段：此處安裝1層噴淋降溫管路，采用單元制設(shè)計(jì)，通過(guò)1臺(tái)循環(huán)泵從漿池抽取漿液，降溫管路的出口處安裝有大通徑、防堵塞專(zhuān)用脫硫?qū)嵭膰婎^，噴淋管路使?jié){液向上成錐形均勻噴出。在此段煙氣與石灰石/石膏懸浮液滴接觸摻混降低煙氣溫度，同時(shí)部分SO2、SO3、煙塵等通過(guò)液滴的表面被吸收。

4)過(guò)濾段：過(guò)濾段是氣動(dòng)脫硫塔的核心部位，此處自上而下安裝有1層循環(huán)供漿管路、多個(gè)脫硫單元并聯(lián)組成的煙氣吸收段。每個(gè)脫硫單元安裝有使煙氣旋轉(zhuǎn)上升的旋流器，煙氣通過(guò)各旋流器后與旋流器上方循環(huán)漿液管路噴出的漿液逆向接觸，漿液在此處被氣動(dòng)力托住旋切、破碎，極大地增加了漿液停留時(shí)間和氣液接觸面積，降低了SO2穿過(guò)液膜的阻力，因此以較低的液氣比可以達(dá)到很高的脫硫效率。補(bǔ)給的新鮮石灰石漿液接入循環(huán)供漿管路循環(huán)泵入口，直接進(jìn)入循環(huán)供漿管路供入過(guò)濾段，而不是先供入漿池經(jīng)稀釋后再進(jìn)入循環(huán)供漿管路，以提高吸收液活性取得高的脫硫效率。循環(huán)供漿管路出口處同樣安裝有大通徑、防堵塞專(zhuān)用脫硫?qū)嵭膰婎^漿液向下噴出。在此段石灰石/石膏懸浮液滴與煙氣接觸摻混吸收煙氣中的SO2、SO3、煙塵等。吸收了煙氣中SO2等酸性物質(zhì)的漿液落入吸收塔過(guò)濾段繼續(xù)進(jìn)行脫硫反應(yīng)。

5)除霧段：設(shè)兩級(jí)屋脊式除霧器以除去凈煙氣中夾帶的液滴和霧滴并配套4層除霧器沖洗系統(tǒng)，除霧器出口煙氣濕度不大于75 mg/m3(干基)。

6)煙氣排放段：此處連接出口煙道其設(shè)計(jì)高度要保證除霧器的流場(chǎng)不被破壞從而保證除霧效率。

2.2.4 高效除霧器及其沖洗系統(tǒng)

高效除霧器及其沖洗系統(tǒng)由三級(jí)除霧器組件、4層配套沖洗母管和沖洗噴嘴組成。除霧器沖洗水定時(shí)對(duì)除霧器進(jìn)行沖洗，防止積灰結(jié)垢，兼對(duì)吸收塔具有補(bǔ)水的作用。

2.3 脫硫、除塵性能分析

2.3.1 脫硫系統(tǒng)原煙氣參數(shù)

脫硫系統(tǒng)原煙氣參數(shù)(設(shè)計(jì)煤種)見(jiàn)表2。2.3.2 脫硫系統(tǒng)其他技術(shù)指標(biāo)

脫硫系統(tǒng)其他技術(shù)指標(biāo)(設(shè)計(jì)煤種)見(jiàn)表3。

表2 脫硫系統(tǒng)原煙氣參數(shù)(設(shè)計(jì)煤種)

注：1)標(biāo)態(tài)，濕基，實(shí)際氧； 2)標(biāo)態(tài)，干基，6%氧； 3)標(biāo)態(tài)，干基，實(shí)際氧。

表3 脫硫系統(tǒng)其他技術(shù)指標(biāo)(設(shè)計(jì)煤種)

2.3.3 脫硫系統(tǒng)脫硫性能分析

鍋爐負(fù)荷與原煙氣及凈煙氣中SO2濃度的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 鍋爐負(fù)荷與原煙氣、凈煙氣SO2濃度的關(guān)系

鍋爐從40%負(fù)荷(260 MW)到滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行期間，煙氣中ρ(SO2)在1 100～1 451 mg/m3變化。鍋爐燃燒的煤種相同，所以原煙氣中SO2濃度變化不大。但是鍋爐負(fù)荷越高，需要處理的煙氣量越大，脫硫系統(tǒng)需要脫除的SO2越多。從圖2可以看出：隨著鍋爐負(fù)荷的提高，整個(gè)脫硫系統(tǒng)的脫硫效果穩(wěn)定，凈煙氣中的ρ(SO2)保持在8～18 mg/m3，滿(mǎn)足超低排放的要求。鍋爐負(fù)荷與脫硫效率的關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 鍋爐負(fù)荷與脫硫效率的關(guān)系

如圖3所示：隨著鍋爐負(fù)荷增加，整個(gè)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行良好，脫硫效率一直穩(wěn)定在99%左右，能夠適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化。

2.3.4 脫硫系統(tǒng)除塵性能分析

鍋爐負(fù)荷與原煙氣及凈煙氣中粉塵濃度的關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4 鍋爐負(fù)荷與原煙氣、凈煙氣粉塵濃度的關(guān)系

鍋爐從40%負(fù)荷(260 MW)到滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行期間，煙氣中粉塵質(zhì)量濃度在1.5～4.1 mg/m3變化。凈煙氣中粉塵質(zhì)量濃度保持在0.4～0.7 mg/m3，滿(mǎn)足超低排放的要求。

由于整個(gè)鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行初期，脫硫前端的電袋除塵系統(tǒng)效率較高，進(jìn)入吸收塔的原煙氣中塵含量較低。鍋爐負(fù)荷與除塵效率的關(guān)系曲線見(jiàn)圖5。

如圖5所示：當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，系統(tǒng)的除塵效率均大于55%。后續(xù)運(yùn)行中，吸收塔入口的塵質(zhì)量濃度不大于20 mg/m3，經(jīng)吸收塔及高效除霧器處理后，完全可保證吸收塔出口塵質(zhì)量濃度不大于10 mg/m3。

圖5 鍋爐負(fù)荷與除塵效率的關(guān)系曲線

3 結(jié)論

采用氣動(dòng)脫硫技術(shù)，在吸收塔內(nèi)加裝氣動(dòng)脫硫單元和高效除霧器，不需要額外的加裝塔內(nèi)托盤(pán)和濕式電除塵裝置就可以高效的脫除燃煤發(fā)電廠煙氣中的SO2、塵等污染物，實(shí)現(xiàn)火電廠煙氣超低排放的目標(biāo)。既節(jié)約了先期投資成本，又能節(jié)省運(yùn)行成本，為燃煤機(jī)組的煙氣處理技術(shù)開(kāi)辟了一條嶄新的發(fā)展道路。

[1] 何仰朋，陶明，石振晶，等. 噴淋脫硫塔內(nèi)除霧器運(yùn)行特性研究[J]. 中國(guó)電力，2015，48(7)：124-128.

[2] 劉高峰，唐勝衛(wèi).AFGD技術(shù)及其在馬鋼燒結(jié)廠的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014，30(7)：175-177.

ApplicationofpneumaticdesulphurizationtechnologyinSO2ultralowemissionproject

YANGLiying,YANGLijun,ZHANGYujie

(1. Aerospace Environment Engineering Co., Ltd., Beijing, 100074, China; 2. China Enfei Engineering Technology Co., Ltd., Beijing, 100038, China)

TQ111.16

B

1002-1507(2017)08-0046-04

2017-03-14。

楊立穎，女，航天環(huán)境工程有限公司工藝工程師，從事煙氣脫硫工程設(shè)計(jì)工作。電話：15120037635；E-mail：ylyhthj@163.com