1000MW機組脫硫改造后綜合性能分析

王加勇，楊 茉，卞振江，邱淑霞

(1.上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，上海 200093；2.蘇州熱工研究有限公司，江蘇 蘇州 215004)

0 引言

近年來，我國對能源的需求越來越大。與此同時，我國各地的環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重，我國北方地區(qū)大面積霧霾侵襲更是引起世界關(guān)注。我國富煤缺油少氣的能源特點決定了我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在未來幾十年內(nèi)不會發(fā)生根本變化，而煤炭利用主要存在著效率低、污染物排放量高、利用方式單一等缺點[1-2]。

煙氣脫硫系統(tǒng)是為了減少燃煤發(fā)電廠SO2排放而建設(shè)的環(huán)境保護設(shè)施，具有良好的環(huán)境效益和社會效益，隨著國家對環(huán)保重視地不斷提高，電站鍋爐出口煙氣SO2排放標(biāo)準(zhǔn)越來越高，要求排放越來越低[3-4]。2014 年6月，國家發(fā)展和改革委員會下發(fā)《關(guān)于下達2014 年煤電機組環(huán)保改造示范項目的通知》對燃煤機組污染物排放進行了明確要求。為實現(xiàn)機組污染物“近零排放”的目標(biāo)，電站對脫硫系統(tǒng)擴容升級改造后，改造后的性能測試結(jié)果表明，煙塵、SO2、NOx排放質(zhì)量濃度達到燃氣機組排放標(biāo)準(zhǔn)[5-7]。

目前對脫硫系統(tǒng)改造的總體評判指標(biāo)來看，主要集中在脫硫系統(tǒng)的污染物排放是否滿足要求，對經(jīng)濟性指標(biāo)、脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生二次污染物評價較少[8-11]。本文從工程應(yīng)用實際角度，結(jié)合現(xiàn)場試驗，對改造后脫硫系統(tǒng)性能評價不僅考慮脫硫效率、煙塵濃度去除率、HCl和HF濃度及去除率、除霧器后霧滴含量等環(huán)保指標(biāo)，也考慮脫硫系統(tǒng)鈣硫摩爾比、脫硫系統(tǒng)壓力損失、石灰石消耗量、水消耗量、電耗等經(jīng)濟指標(biāo)，并關(guān)注脫硫產(chǎn)物石膏品質(zhì)、廢水排放品質(zhì)等因素，以綜合指標(biāo)對脫硫系統(tǒng)性能進行評價。

1 機組系統(tǒng)簡介

本文所述1050MW燃煤機組鍋爐為3012t/h超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋圈直流爐，單爐膛塔式布置、四角切向燃燒、擺動噴嘴調(diào)溫、平衡通風(fēng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、采用固態(tài)排渣的鍋爐。原脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔配置。改造后脫硫系統(tǒng)為：在原有四層噴淋層基礎(chǔ)上新增一層噴淋層；原有漿液循環(huán)泵參數(shù)及對應(yīng)噴淋層核查調(diào)整；原有最下兩層噴淋層翻升至第四層噴淋層上方；新增一層合金托盤；原有噴淋層增加4套提效環(huán)；拆除原有2層除霧器，新增一套三層高效除霧器；煙氣進出吸收塔方式改為側(cè)進頂出；氧化風(fēng)改為管網(wǎng)式；新增一臺側(cè)進式攪拌器。超低排放脫硫系統(tǒng)布置圖見圖1。

圖1 超低排放脫硫系統(tǒng)布置示意

2 脫硫系統(tǒng)性能指標(biāo)計算

根據(jù)試驗期間測量和分析的脫硫系統(tǒng)原煙氣、凈煙氣SO2濃度計算脫硫效率：

式中：CSO2-rawgas為折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、6% O2下的原煙氣中SO2濃度；CSO2-cleamgas為折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、6% O2下的凈煙氣SO2濃度。

除霧器出口霧滴含量計算公式為：

(2)

式中：T為煙氣中液滴含量，mg/m3；M1為冷凝水中Mg2+含量，mg/mL；M2為吸收塔漿液中Mg2+含量，mg/mL；V采氣的煙氣量，m3；K冷凝水質(zhì)量，mg。

脫硫系統(tǒng)石灰石耗量直接統(tǒng)計不準(zhǔn)確，通過取樣分析計算得到：

式中：mCaCO3為石灰石耗量，kg/h；VRG為煙氣體積流量(標(biāo)干狀態(tài)，6%O2)，m3/h；CSO2為煙氣中SO2濃度(標(biāo)干狀態(tài)，6%O2)，mg/m3；MCaCO3、MSO2為CaCO3、SO2摩爾質(zhì)量，100.09kg/kmol、64.06kg/kmol；FR為石灰石純度；St為Ca/S摩爾比。

3 環(huán)保指標(biāo)性能分析

試驗在1000MW、750MW、500MW三個負(fù)荷下進行，各工況下脫硫入口煙氣量為2825403.1、2419294.2、1953340.2m3/h。

3.1 脫硫效率

1000MW、750MW、500MW工況下脫硫出口SO2濃度分別為10.25、11.00、14.36mg/m3；脫硫效率分別為為99.19%、99.16%、99.79%。脫硫效率計算見表1。

表1 脫硫效率計算

項 目1000MW750MW500MW入口SO2濃度/mg·m-31271．481313．061185．80出口SO2濃度/mg·m-310．2511．0014．36脫硫效率/%99．1999．1698．79

3.2 煙塵濃度及除塵效率

在1000MW工況下脫硫系統(tǒng)出口粉塵濃度為17.4mg/m3，除塵效率為61.9%； 750MW工況下脫硫出口粉塵濃度18.6mg/m3，除塵效率為60.1%；500MW工況下脫硫出口粉塵濃度18.0mg/m3，除塵效率為61.2%。除塵效率計算見表2。

表2 除塵效率計算

項 目1000MW750MW500MW入口粉塵濃度/mg·m-345．546．546．3出口粉塵濃度/mg·m-317．418．618．0除塵效率/%61．999．1660．1

3.3 SO3脫除率

1000MW、750MW、500MW工況下SO3脫除率分別為99.73、99.46%、94.39%。詳細計算見表3。

表3 SO3脫除率計算

項 目1000MW750MW500MW入口SO3濃度/mg·m-38．869．477．21出口SO3濃度/mg·m-30．020．050．04SO3脫除率/%99．7399．4694．39

3.4 HCl去除率

1000MW、750MW、500MW工況下HCl脫除率分別為為95.66%、97.80%、97.92%。HCl去除率計算見表4。

表4 HCl去除率計算

項 目1000MW750MW500MW入口HCl濃度/mg·m-33．705．663．68出口HCl濃度/mg·m-30．160．120．08HCl脫除率/%95．6697．8097．92

3.5 HF去除率、霧滴濃度

1000MW、750MW、500MW工況下HF脫除率分別為92.34%、97.90、97.73%。1000MW、750MW、500MW工況下脫硫出口霧滴含量分別為19.4mg/m3、19.2mg/m3、19.3mg/m3。HF去除率詳細計算見表5。

表5 HF去除率計算

項 目1000MW750MW500MW入口HF濃度/mg·m-31．841．141．52出口HF濃度/mg·m-30．140．020．03HF脫除率/%92．3497．9097．73平均霧滴含量/mg·m-319．419．219．3

4 經(jīng)濟指標(biāo)性能分析

4.1 本體阻力、脫硫系統(tǒng)石灰石耗量

1000MW、750MW、500MW工況下脫硫系統(tǒng)的壓損分別為2042.2Pa、1171.5Pa、887.9Pa。1000MW、750MW、500MW工況下脫硫系統(tǒng)石灰石耗量分別為9.37t/h、6.97t/h、6.01t/h。脫硫系統(tǒng)本體阻力詳細計算見表6。

表6 脫硫系統(tǒng)本體阻力

項 目1000MW750MW500MW進口壓力/Pa2225．61228．8921．3出口壓力/Pa183．457．233．3總壓降/Pa2042．21171．5887．9石灰石耗量/t·h-19．376．976．01

4.2 工藝水耗量、脫硫系統(tǒng)電耗

根據(jù)瞬時流量計平均值統(tǒng)計，1000MW、750MW、500MW工況下脫硫系統(tǒng)工藝水耗量分別為94t/h、90t/h、87t/h。機組在1000MW、750MW、500MW工況下脫硫系統(tǒng)電耗分別為5410.8、4922、4600(kW·h)/h。

改造后脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟性能指標(biāo)滿足要求。石膏品質(zhì)滿足工業(yè)使用要求、廢水排放品質(zhì)滿足國家工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。脫硫產(chǎn)物滿足設(shè)計要求，不會產(chǎn)生二次污染。

5 結(jié)語

(1)針對目前文獻對脫硫性能評價指標(biāo)的局限性，建立了考慮更多因素對脫硫系統(tǒng)性能評價標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)保指標(biāo)必須達到、能耗指標(biāo)兼顧、脫硫產(chǎn)物滿足工業(yè)要求。

(2)1000MW機組脫硫系統(tǒng)改造后，污染物排放滿足環(huán)保要求，水耗、電耗滿足經(jīng)濟指標(biāo)要求，脫硫產(chǎn)物滿足工業(yè)需要，廢水達到排放標(biāo)準(zhǔn)。

(3)通過對1000MW機組進行脫硫系統(tǒng)改造后試驗，從三個方面綜合評價脫硫系統(tǒng)性能，評價更科學(xué)、合理，建議同行交流采納。

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