火電燃煤機(jī)組脫硫超凈改造工程實(shí)踐研究

張彥明

（中國華電集團(tuán)發(fā)電運(yùn)營有限公司 北京 100031）

引言

近年來國家大力推進(jìn)燃煤發(fā)電機(jī)組除塵脫硫脫硝，污染物排放得到很大的改善。2014年9月，國家發(fā)改委、環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)了《煤電節(jié)能升級與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》,文件明確要求燃煤發(fā)電廠大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)排放限值，即超低排放（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于 10（5）mg/m3、35mg/m3、50mg/m3）,支持同步開展大氣污染物聯(lián)合協(xié)同減排，減少三氧化硫、汞、砷等污染物排放。2007年6月國家發(fā)展與改革委員會(huì)以及國家環(huán)保部聯(lián)合下發(fā)關(guān)于燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫電價(jià)及脫硫設(shè)施運(yùn)行管理辦法，管路辦法要求安裝的煙氣脫硫設(shè)施必須達(dá)到環(huán)保要求的脫硫效率，并確保達(dá)到二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)和總量指標(biāo)要求，明確規(guī)定了從上網(wǎng)電價(jià)中扣除脫硫電價(jià)的要求。為應(yīng)對越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，完成《行動(dòng)計(jì)劃》的要求，取得脫硫電價(jià)的補(bǔ)貼，在現(xiàn)有脫硫裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提效，推廣“超低排放”是煤電機(jī)組生存和發(fā)展的必由之路。

1 脫硫裝置的簡介

某電廠350MW燃煤機(jī)組燃用山西混煤，機(jī)組脫硫裝置采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，采用一爐一塔，每套脫硫裝置的煙氣處理能力為每臺(tái)鍋爐100%BMCR工況的煙氣量，脫硫系統(tǒng)不設(shè)旁路，不設(shè)置GGH,原脫硫裝置設(shè)計(jì)參數(shù)為入口SO2濃度3800mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），設(shè)計(jì)效率不低于97.37%，出口SO2排放濃度小于100mg/m3。該系統(tǒng)由煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、吸收劑（CaCO3）制備系統(tǒng)、脫硫產(chǎn)物處理系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。從鍋爐來的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入吸收塔，向上流動(dòng)穿過噴淋層，塔內(nèi)配有4組噴淋層，每個(gè)噴淋層配一臺(tái)漿液循環(huán)泵，氧化風(fēng)機(jī)將氧化空氣鼓入反應(yīng)池，石灰石通過制漿裝置配制成漿液，通過供漿泵連續(xù)補(bǔ)入吸收塔內(nèi)。自脫硫吸收塔排出的石膏漿液，經(jīng)石膏排漿泵送至石膏脫硫樓的石膏旋流器內(nèi)濃縮，后進(jìn)入石膏真空皮帶脫水機(jī)，經(jīng)脫水處理后的石膏固體物表面含水率不超過10%，脫水石膏送入石膏庫外運(yùn)。

2 脫硫裝置運(yùn)行現(xiàn)狀

脫硫系統(tǒng)自2010年隨主機(jī)投運(yùn)后，運(yùn)行較為穩(wěn)定，從在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)看在正常運(yùn)行工況下出口SO2濃度基本能夠達(dá)到100mg/m3以下，有時(shí)受煤種、機(jī)組運(yùn)行工況等影響稍有波動(dòng)。為了進(jìn)一步對該系統(tǒng)進(jìn)行評估，摸清脫硫裝置的性能，為增容改造提供更加準(zhǔn)確的依據(jù)，對現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了摸底試驗(yàn)，試驗(yàn)期間的測定結(jié)果表明，吸收塔漿液pH值控制在6.3左右，在100%負(fù)荷工況條件下，脫硫裝置入口煙氣SO2濃度為2929mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)，脫硫裝置出口濃度在107mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)，脫硫效率平均為96.5%，試驗(yàn)工況已經(jīng)達(dá)到了該系統(tǒng)的最大出力，與設(shè)計(jì)值相比該系統(tǒng)的性能已經(jīng)降低。

近年按照地方的要求燃煤電廠鍋爐入口含硫量控制在0.8%以下，原有的脫硫裝置出口SO2的排放濃度基本在100mg/m3以下，能夠滿足目前的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)國家特殊排放限值的要求，自2014年7月1日起，SO2的排放濃度為不高于50mg/m3，2014年9月《行動(dòng)計(jì)劃》要求燃煤發(fā)電廠大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)排放限值，即超低排放二氧化硫不高于35mg/m3，根據(jù)國家的環(huán)保政策以及現(xiàn)機(jī)組脫硫系統(tǒng)的現(xiàn)狀評估，表明本脫硫系統(tǒng)必須進(jìn)行改造，以使脫硫系統(tǒng)出口SO2的排放濃度達(dá)到國家SO2環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 改造性能指標(biāo)

綜合考慮環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求、脫硫系統(tǒng)的現(xiàn)狀、實(shí)際燃煤情況等確定本機(jī)組脫硫系統(tǒng)做增容改造，改造性能指標(biāo)確定如下：（1）脫硫裝置在鍋爐為BMCR工況，燃煤為設(shè)計(jì)煤種，入口SO2濃度為3800mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），出口SO2排放濃度不大于35mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2），SO2脫硫效率不小于99.1%；（2）鍋爐在50%工況，當(dāng)FGD入口SO2濃度增加50%時(shí)，脫硫裝置能安全運(yùn)行，出口排放濃度不大于35mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2）；（3）在確保SO2脫除率的條件下，脫硫裝置在設(shè)計(jì)工況下平均小時(shí)石灰石耗量不超過16.4（兩臺(tái)爐）t/h；（4）在確保SO2脫除率的條件下，脫硫裝置在設(shè)計(jì)工況下平均小時(shí)水耗量不超過142（兩臺(tái)爐）t/h；（5）在確保SO2脫除率的條件下，脫硫裝置在設(shè)計(jì)工況下平均小時(shí)脫硫廢水量不超過18.4（兩臺(tái)爐）t/h；（6）在任何正常運(yùn)行工況下，除霧器出口煙氣中液滴（直徑≥20(m）含量應(yīng)低于35mg/Nm3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2）；（7）設(shè)計(jì)工況下，石膏品質(zhì)應(yīng)達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)：自由水分＜10%Wt；CaSO4·2H2O 含量≥90%；CaCO3含量＜3%Wt（以無游離水份的石膏作基準(zhǔn)）；CaSO3·1/2H2O含量低于1%Wt（以無游離水份的石膏作基準(zhǔn)）；溶解于石膏中的Cl-含量低于0.01%Wt（以無游離水份的石膏作基準(zhǔn)）；溶解于石膏中的F-含量低于0.01%Wt（以無游離水份的石膏作基準(zhǔn)）；溶解于石膏中的MgO含量低于0.021%Wt（以無游離水份的石膏作基準(zhǔn)）；溶解于石膏中的K2O含量低于0.07%Wt（以無游離水份的石膏作基準(zhǔn)）；溶解于石膏中的Na2O含量低于0.035%Wt（以無游離水份的石膏作基準(zhǔn)）；（8）脫硫裝置的可用率在正式移交后的一年中不小于98%；（9）脫硫裝置使用壽命30年。

4 改造方案的確定

（1）改造方案的提出：原脫硫系統(tǒng)采用的工藝為石灰石-石膏濕法脫硫，該工藝是技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硫技術(shù)，大型電廠煙氣脫硫裝置都是采用該種工藝，原系統(tǒng)經(jīng)過評估能夠繼續(xù)運(yùn)行，為了使FGD出口SO2濃度降低，確定對原脫硫系統(tǒng)進(jìn)行增容改造，原有吸收塔系統(tǒng)不能滿足要求，考慮原有吸收塔處理能力外的煙氣量，通過增加吸收塔的處理能力進(jìn)行處理。在這種思路下，考慮現(xiàn)場的工程實(shí)際我們考慮了兩種方案：一是加大原吸收塔方案，二是串聯(lián)新吸收塔方案。煙氣通過原有吸收塔后，吸收塔出口煙氣再進(jìn)入新建吸收塔，進(jìn)行二次脫硫。這兩種方案技術(shù)上完全可行；加大吸收塔方案從投資和改造工程量等多方面都是最可行的，但是對原吸收塔基礎(chǔ)進(jìn)行了核算，不能滿足要求，于是選擇串聯(lián)新吸收塔方案。

選擇串聯(lián)塔方案，可以利舊原吸收塔為一級塔，新建二級串聯(lián)塔；或原吸收塔作為二級塔，新建一級塔，通過工藝計(jì)算，針對本次改造提出以下三個(gè)改造方案：方案一：原塔作為一級吸收塔，新建二級吸收塔，原吸收塔入口煙道不變，切斷出口煙道，連接新建二級吸收塔，并在二級吸收塔頂部布置塔頂式濕式除塵器，煙道引入水塔。方案二：新建一級吸收塔+原吸收塔作為二級塔串聯(lián)，原吸收塔作為二級吸收塔，利用原有漿液循環(huán)泵，吸收塔漿池容積不變，吸收塔后設(shè)置濕式電除塵器。方案三：單塔雙循環(huán)方案：在當(dāng)前噴淋層最上方，截塔加高，現(xiàn)有噴淋層作為第一個(gè)循環(huán)，增設(shè)噴淋層作第二循環(huán)，新增循環(huán)泵流量同現(xiàn)有循環(huán)泵流量，為增加脫硫效果，在噴淋層周邊設(shè)置聚氣環(huán)，同時(shí)，吸收塔第二循環(huán)需要增加一個(gè)塔外循環(huán)漿池，塔內(nèi)形成三層屋脊式除霧器，出口凈煙道隨吸收塔增高需做相應(yīng)改造。原有吸收塔頂部繼續(xù)安裝塔頂式濕式電除塵器。

（2）改造方案的對比：對于串塔的三種方案均能滿足本工程脫硫增容改造的要求，為了確定最為合理的增容改造方案從以下幾方面進(jìn)行對比分析：①性能保證：三個(gè)方案對于控制SO2達(dá)標(biāo)可靠性均較高，但本工程考慮脫硫的協(xié)同除塵作用，并配套濕式電除塵改造，方案三利用原塔，新增塔外漿池，由于原吸收塔設(shè)計(jì)流速較高（3.8m/s），霧滴夾帶現(xiàn)象要高于方案一，對于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)出口粉塵排放濃度低于5mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)要高于方案一和方案二，從脫硫和除塵綜合考慮，方案一和方案二的性能保證要高于方案三。②改造工程量及工期：方案一可以對二級吸收塔和塔頂式濕式電除塵器同步設(shè)計(jì)同步施工，改造難度較低，停機(jī)過渡工期40天左右；方案二，需要新建一級吸收塔和分體式濕式電除塵器，方案二涉及的改造系統(tǒng)較多，改造工作量要高于方案一，停機(jī)過渡工期40天左右；方案三，在原有吸收塔上部設(shè)置二級循環(huán)噴淋層和塔頂式濕式電除塵器，改造后脫硫除塵一體化吸收塔過高，吸收塔加固工作量較大，此種方案工程改造業(yè)績較少，改造施工難度高，停機(jī)改造工期75天左右，從改造工程量和停機(jī)工期看方案一最優(yōu)。③經(jīng)濟(jì)性比較：主要從從投資成本和運(yùn)行成本兩方面來比較，從投資成本看方案二由于分別新建一級塔和分體式濕式電除塵器，一次性投資最高，方案三投資最低，方案一介于方案二和方案三之間。從運(yùn)行成本角度來看，方案一和方案三相差不大，方案二年運(yùn)行成本要比方案一和方案三要高。從經(jīng)濟(jì)性角度來說不推薦方案二。

綜上所述，結(jié)合本工程燃燒煤質(zhì)的實(shí)際情況，考慮到機(jī)組地處京津冀地區(qū)，環(huán)保達(dá)標(biāo)可靠性要求較高，并綜合考慮到投資少、改造工作量及施工難度、后期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等因素，本次改造確定實(shí)施方案一，即原塔作為一級吸收塔，新建二級吸收塔。

5 試驗(yàn)與結(jié)果

工程實(shí)施后從性能考核試驗(yàn)和環(huán)保達(dá)標(biāo)監(jiān)測兩個(gè)方面分別委托相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了測試：

1.性能檢測試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過連續(xù)3天的性能測試，滿負(fù)荷工況下脫硫裝置一級塔入口濃度均值為3353mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2），經(jīng)過一級、二級吸收塔后，脫硫出口SO2濃度均值為16mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2），修正后平均脫硫效率為99.3%，折算到設(shè)計(jì)工況下脫硫裝置出口SO2濃度均值為27mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2），滿足出口脫硫SO2濃度不大于35mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2）的性能要求；試驗(yàn)期間石灰石總消耗量均值為7.06t/h，工藝水消耗量均值為53t/h，循環(huán)泵全部啟動(dòng)后最大總電耗為3637kwh/h,均達(dá)到了性能保證值要求；試驗(yàn)期間副產(chǎn)品石膏的品質(zhì)除了CL-含量指標(biāo)未滿足保證值要求外，石膏品質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)均滿足保證值要求。

2.環(huán)境監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果：中國環(huán)境監(jiān)測總站針對脫硫系統(tǒng)和濕式除塵器的改造專題進(jìn)行了環(huán)境監(jiān)測，在95%、88%、70%三種負(fù)荷，燃燒近兩年最差煤質(zhì)、設(shè)計(jì)煤質(zhì)、近期常用煤質(zhì)三種煤質(zhì)的條件下，濕式除塵器后的SO2最大排放濃度為19mg/m3,滿足二氧化硫最高允許排放濃度不高于35mg/m3的要求。只對最終的排放結(jié)果進(jìn)行了監(jiān)測，未單獨(dú)對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行測試。

結(jié)語

本項(xiàng)目通過試驗(yàn)與論證后對于石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了改造，改造按照超凈排放的要求進(jìn)行的設(shè)計(jì)施工，工程采用串聯(lián)塔，雙塔雙ph值控制技術(shù)實(shí)施了改造，改造后實(shí)現(xiàn)了對燃煤發(fā)電機(jī)組的脫硫后二氧化硫排放濃度不高于35mg/m3。通過三個(gè)權(quán)威部門的檢測，機(jī)組脫硫改造達(dá)到或優(yōu)于國家燃?xì)鈾C(jī)組排放限值的要求，實(shí)現(xiàn)了“超低排放”的目的，減輕了大氣污染，改善我們的空氣質(zhì)量，體現(xiàn)了深遠(yuǎn)的環(huán)境效益。

[1]《天津軍電熱電有限公司9、10號機(jī)組脫硫增容改造工程可行性研究報(bào)告》華電電力科學(xué)研究院.

[2]《天津軍電熱電有限公司9號機(jī)組脫硫增容改造工程性能考核試驗(yàn)報(bào)告》華電電力科學(xué)研究院.

[3]《華電天津軍電熱電有限公司9號煤電機(jī)組達(dá)到燃機(jī)排放水平環(huán)保改造示范項(xiàng)目監(jiān)測報(bào)告》中國環(huán)境監(jiān)測總站.