脫硫超低排放技術(shù)改造及經(jīng)濟性分析

張 偉，陳 民，邢 浩，鄭 楠

（華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462300）

脫硫超低排放技術(shù)改造及經(jīng)濟性分析

張 偉，陳 民，邢 浩，鄭 楠

（華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462300）

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，單塔單循環(huán)濕法脫硫技術(shù)已無法滿足低能耗、高效率的脫硫要求，故對脫硫系統(tǒng)進行增容改造。文中介紹了華電漯河發(fā)電有限公司機組脫硫改造的必要性，闡述了雙塔雙循環(huán)技術(shù)的基本原理，通過對2號機組脫硫系統(tǒng)改造，實踐證明雙塔雙循環(huán)改造能夠有效降低燃煤火電廠出口SO2濃度。利用經(jīng)濟分析學(xué)原理，建立了以投資回收年限為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，通過工程實例進行分析，為改造實施提供依據(jù)。

雙塔雙循環(huán)；脫硫改造；超低排放；運行實踐；經(jīng)濟性分析

華電漯河發(fā)電有限公司（簡稱漯河發(fā)電公司）1、2號機組為2×330 MW亞臨界熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤機組，脫硫裝置采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，“一爐一塔” 配置，煙氣處理能力為相應(yīng)鍋爐BMCR工況時的100%煙氣量，設(shè)計脫硫效率≥95%，不設(shè)置GGH，設(shè)有增壓風(fēng)機，分別于2009年12月和2010年5月與機組同步投運。石灰石漿液制備及輸送系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)為兩套FGD脫硫裝置公用。

1 脫硫系統(tǒng)超低排放改造

1.1 改造必要性

根據(jù)國家發(fā)改委、環(huán)保部和國家能源局聯(lián)合下發(fā)的2014—2020年的 《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》和河南地方頒布的 《河南省發(fā)展和改革委員會關(guān)于煙氣超低排放燃煤機組基礎(chǔ)電量獎勵通知》的要求，氮氧化物、SO2、煙塵排放濃度不高于50、35、5 mg/Nm3（標(biāo)干，6%O2）。漯河發(fā)電公司2號機組脫硫系統(tǒng)設(shè)計燃煤硫分2.5%、煙氣量為1 128 100 m3/h，入口煙氣 SO2濃度5 858 mg/m3，要保證出口SO2濃度小于35 mg/m3，就必須使脫硫效率大于99.40%，已超出原單塔單循環(huán)濕法脫硫技術(shù)的設(shè)計效率，因此對漯河發(fā)電公司環(huán)保設(shè)施進行升級改造，以滿足最新排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 改造方案選擇

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)是目前世界上最成熟、可靠性最高、應(yīng)用最廣的煙氣脫硫技術(shù)，我國90%以上的燃煤電廠均采用該工藝。為實現(xiàn)超低排放標(biāo)準(zhǔn)，主要有兩種改造方式：單塔增效改造和增設(shè)新塔改造。若采用單塔雙循環(huán)方案，需要對原吸收塔繼續(xù)抬高，增加一層受液盤和三層噴淋層，需要截塔加高約15 m。現(xiàn)四層噴淋層作為第一個循環(huán)，新增三層噴淋層作為第二個循環(huán)，同時，第二個循環(huán)需要增加塔外循環(huán)漿池。改造后吸收塔高度將超過50 m，現(xiàn)有吸收塔荷載也無法滿足改造需要，必須進行加固，改造困難較大，且仍需設(shè)置塔外漿池，占地面積較大；若采用增設(shè)新塔，串聯(lián)塔方案，可以利用原吸收塔作為一級塔，在原事故漿液箱新建二級串聯(lián)塔。在超低排放改造過程中要充分考慮工期、燃煤硫分、脫硫效率、設(shè)備利舊率等問題，漯河發(fā)電公司2號機組最終確定采用雙塔雙循環(huán)工藝，以實現(xiàn)脫硫效率大于99.40%，縮短工期和節(jié)約成本。

1.3 雙塔雙循環(huán)工藝原理及流程

雙塔雙循環(huán)［1］工藝是對原脫硫系統(tǒng)進行升級改造，在原脫硫吸收塔后新增一座吸收塔，原一級預(yù)洗滌塔與新增脫硫二級吸收塔串聯(lián)，煙氣經(jīng)過2個脫硫塔進行脫硫。一級脫硫塔的漿液控制較低的pH值，有利于石膏的氧化，降低氧化風(fēng)機電耗；二級塔的漿液pH值較高，有利于SO2吸收，具有較高的脫硫效率，工藝流程如圖1所示。2個脫硫循環(huán)過程的控制是獨立的，避免了設(shè)備、參數(shù)、漿液條件之間的相互制約，使反應(yīng)過程更加優(yōu)化，以快速適應(yīng)煤種變化和負(fù)荷變化［2］。

圖1 雙塔雙循環(huán)工藝流程

1.4 改造主要內(nèi)容

1.4.1 脫硫煙氣系統(tǒng)

漯河發(fā)電公司2號機組脫硫超低排放改造拆除2號增壓風(fēng)機及附屬設(shè)施，拆除增壓風(fēng)機旁路及部分原煙氣煙道，取消FGD入口擋板門，拆除原擋板門密封風(fēng)機系統(tǒng)，拆除凈煙道除霧器及相應(yīng)的沖洗水管道，同時拆除原凈煙氣水平段煙道。

原煙氣自引風(fēng)機聯(lián)絡(luò)煙道中部，通過一級塔入口水平煙道進入現(xiàn)有一級塔，現(xiàn)有一級塔帽煙氣出口逆時針轉(zhuǎn)向200°，出口煙氣通過聯(lián)絡(luò)煙道進入二級吸收塔，二級吸收塔出口煙道連入現(xiàn)有凈煙道垂直段膨脹節(jié)處，同時對主煙囪進行防腐改造［3］。

1.4.2 吸收塔系統(tǒng)

此次改造新增一座脫硫二級吸收塔，布置在原事故漿液箱位置，新增二級塔塔體設(shè)計基本與噴淋塔相同，采用無變徑設(shè)計，吸收段設(shè)置兩層噴淋，上部設(shè)置三級高效除霧器。塔體直徑13 m，漿池容積為955 m3，保證漿液循環(huán)泵運行液位和操作裕量，同時設(shè)置三級材質(zhì)為FRP的高效優(yōu)質(zhì)屋脊式除霧器，使用進口Munters產(chǎn)品。確保二級塔出口霧滴含量不高于20 mg/Nm3，除霧器下方配備兩級噴淋層，對應(yīng)布置2E、2F 2臺漿液循環(huán)泵，循環(huán)泵選用襄陽五二五泵業(yè)產(chǎn)品，噴淋層下方布置一層材質(zhì)為2205雙相不銹鋼多孔合金托盤，使塔風(fēng)煙氣分布均勻，在托盤上方形成湍流，與液滴充分接觸，以提高傳質(zhì)效果。

二級收塔在原事故漿液泵處設(shè)置2C、2D 2臺石膏漿液排出泵（1運1備），把二級吸收塔的漿液送至一級吸收塔，同時新增二級吸收塔至事故漿液箱管路。在一、二級塔之間設(shè)置漿液密度調(diào)整旋流器，以控制二級塔石膏漿液的密度，石膏漿液從二級塔石膏排出泵輸送到旋流站進行分離，底流含固體顆粒量較高的漿液引至二級吸收塔，溢流含固量較低的漿液進入一級吸收塔，并設(shè)置旁路管道，便于檢修維護。

在二級塔標(biāo)高1.1 m處新增4臺進口德國MUT側(cè)進式攪拌器，達到防止?jié){液池中漿液沉淀結(jié)塊，與氧化噴槍式氧化風(fēng)管配合，滿足氧化空氣最佳分布和漿液充分氧化的目的［4］。

1.4.3 脫硫氧化系統(tǒng)

保留原2B氧化風(fēng)機，將2A氧化風(fēng)機更換為雙級串聯(lián)長沙羅茨風(fēng)機，2臺氧化風(fēng)機互為備用。在一級塔氧化風(fēng)母管處取氧化風(fēng)引至二級塔攪拌器處。

1.4.4 電氣熱控系統(tǒng)

電氣、熱控系統(tǒng)配合機務(wù)設(shè)備進行同步改造。

2 改造效果

漯河發(fā)電公司2號機組脫硫超低排放改造采用雙塔雙循環(huán)脫硫工藝，2016年6月7日11：00—6月14日11：00順利通過168 h試運行，期間各項參數(shù)穩(wěn)定，達到脫硫提效改造的目標(biāo)要求，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

由表1可見，該機組脫硫系統(tǒng)經(jīng)雙塔串聯(lián)增容改造后，串聯(lián)吸收塔在一級吸收塔脫硫效率90%的基礎(chǔ)上，通過二級吸收塔可將脫硫效率提高至穩(wěn)定的99.56%～99.87%，SO2排放濃度不超過35 mg/Nm3，達到預(yù)期改造效果。

表1 2016年漯河發(fā)電公司2號機組脫硫系統(tǒng)運行記錄

3 經(jīng)濟性評價

3.1 分析方法

通過計算脫硫超低排放雙塔雙循環(huán)改造初投資T和因上網(wǎng)電價不同所產(chǎn)生的年差額收益ΔS，進一步計算初投資回收年限n［5-7］。

3.1.1 初投資T的計算方法

初投資包括建筑工程費、設(shè)備購置費、安裝工程費、控制系統(tǒng)及配套土建設(shè)施及其安裝調(diào)試費用等。

3.1.2 年差額收益ΔS的計算方法

脫硫超低排放改造后的年差額收益ΔS可通過改造前后年差額售電收入、年差額發(fā)電成本、維護費用差額計算得出。

對于年差額售電收入，設(shè)年差額售電收入為ΔR，則：

式中：ΔR為脫硫改造前后的年差額售電收入，萬元；Sd為年售電量，kWh；ΔSP為上網(wǎng)差額電價，萬元/kWh。

年差額發(fā)電成本包括材料費、用水費、用電費等。設(shè)年差額發(fā)電成本為ΔC，則：

式中：ΔC為脫硫改造后年差額發(fā)電成本，萬元；ΔCm為年增加的材料費用，萬元；ΔCn為年增加的用水費用，萬元；ΔCp為年增加的用電費用，萬元。

設(shè)運行維護費用差額為ΔW，則

3.1.3 初投資回收年限n的計算方法

通過2個方案的初投資差額和年差額收益，進一步計算初投資差額回收年限，以反映其經(jīng)濟性差異。由資金時間價值動態(tài)理論，得：式中：ΔS為脫硫超低排放改造后的年差額收益，萬元；T為2號機脫硫超低排放雙塔雙循環(huán)改造初投資，萬元；i為基準(zhǔn)收益率；n為差額回收年限，年；（A/P，i，n） 為等額分付資金回收系數(shù)［7］；P為初投資；A為在所求的n年內(nèi)償還初期投資P的等額系列支付額。

由上式，整理得：

3.2 工程計算

以漯河發(fā)電公司2號機組脫硫超低排放改造為例，采用上述經(jīng)濟性評價方法和步驟，對脫硫超低排放改造進行投資回收年限分析。

3.2.1 初投資計算

根據(jù)可行性研究報告，初投資計算過程如表2所示，由此可得2號機組脫硫超低排放雙塔雙循環(huán)改造初投資T為4 336.5萬元。

表2 初投資計算

3.2.2 年差額收益計算

年差額收益計算見表3。根據(jù) 《河南省發(fā)展和改革委員會關(guān)于煙氣超低排放燃煤機組基礎(chǔ)電量獎勵通知》，上網(wǎng)差額電價ΔSP為0.01元/kWh，由式（1）—（3）可得漯河發(fā)電公司2號機脫硫超低排放改造后的年差額收益ΔS為958萬元。

表3 年差額收益計算

3.2.3 初投資回收年限計算

電廠基準(zhǔn)收益率為8%，將上述數(shù)據(jù)代入式（5），得出投資回收年限n＝5.84年，即2號機組因脫硫超低排放改造投資費用在5.84年即可回收［8］。

4 結(jié)束語

漯河發(fā)電公司2號機組脫硫超低排放改造后，通過168 h連續(xù)運行及之后的運行實踐來看，此次雙塔雙循環(huán)改造能夠有效降低燃煤火電廠出口SO2濃度，并且運行方式較簡單，設(shè)備可靠性高，脫硫裝置效率穩(wěn)定在99%以上。

通過對2號機組超低排放改造的經(jīng)濟性分析和投資回收年限的計算，為改造實施可行性研究提供了經(jīng)濟基礎(chǔ)和依據(jù)。該方法不僅適用于超低排放改造的經(jīng)濟性計算，對其他設(shè)備的經(jīng)濟性分析也提供一定參考。

［1］戴鐵華，李 彥，胡昌斌，等.大型燃煤電廠大氣污染物近零排放技術(shù)方案 ［J］.湖南電力，2014，34（6）：47 -50.

［2］高廣軍，趙家濤，王玉祥，等.雙塔雙循環(huán)技術(shù)在火電廠脫硫改造中的應(yīng)用 ［J］.江蘇電機工程，2015，34（4）：79-80.

［3］薛方明，邵 媛.雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)在執(zhí)行污染物超低排放火電機組中的應(yīng)用 ［J］.山東化工，2015，44（20）：147-150.

［4］任尚坤，何衛(wèi)國，盛 虎，等.章丘發(fā)電公司超低排放改造分析 ［J］.華電技術(shù)，2015，37（9）：59-60，62，80.

［5］梁國柱，林朝扶，李國暉.330 MW機組脫硫系統(tǒng)串聯(lián)塔改造 ［J］.廣西電力，2012，35（5）：44-46，71.

［6］李 慶，孟慶慶，郭 玥.基于國家新頒布污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的煙氣脫硫改造技術(shù)路線 ［J］.華北電力技術(shù)，2013，43（2）：28-31，35.

［7］范永春，吳阿峰.引風(fēng)機驅(qū)動方式選擇的經(jīng)濟性評價方法［J］.電力建設(shè)，2010，31（1）：91-94.

［8］王仁雷，蔡傳鈺，張 楊，等.不同漿液循環(huán)泵運行方式下串聯(lián)吸收塔脫硫效果評價及優(yōu)化 ［J］.電站系統(tǒng)工程，2016，32（2）：19-21.

Transformation and Economic Analysis of Ultra?low Emission Technology

ZHANG Wei，CHEN Min，XING Hao，ZHENG Nan
（Huadian Luohe Power Generation Co.，Ltd.，Luohe，Henan 462300，China）

With the continuous improvement of environmental standards，the single tower single cycle can't meet the requirements of low energy consumption and high efficiency，so it is necessary to carry out capacity expansion of desulfurization system.This paper in?troduces the necessary of enhancing the efficiency for desulfurization transformation in Huadian Luohe Power Generation Limited Com?pany.The basic principle of the twin towers double cycle technology is elucidated.The results show that the towers and double loop transformation can effectively reduce the concentration of SO2through desulfurization system transformation of unit 2.Based on the prin?ciple of economic analysis，the mathematical model is built for target function of the investment payback period，which provides the e?conomic basis for the feasibility of transformation.

twin towers double cycle；desulfurization transformation；ultra?low emission；operation practice；economic analysis

X773

A

1004-7913（2017）03-0028-04

張 偉（1971），男，學(xué)士，高級工程師，主要從事火力發(fā)電廠的運行、維護、技術(shù)改造、經(jīng)營管理工作。

2016-12-03）