脫硫超低排放改造對(duì)運(yùn)行的影響

戴 濤

（福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司， 福建 泉州 362712）

引言

2014年，國家環(huán)保部、發(fā)改委和能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造計(jì)劃（2014-2020年）的通知》，要求到2020年，現(xiàn)役600 MW及以上燃煤機(jī)組、東部地區(qū)300 MW及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組、100 MW以上自備燃煤發(fā)電機(jī)組及其他有條件的燃煤發(fā)電機(jī)組，改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到超低排放值[1]。公司于2016年底相繼開展改造，并于2017年5月全部完成環(huán)保驗(yàn)收監(jiān)測。

1 超低排放改造路線與脫硫系統(tǒng)改造

1.1 改造路線與設(shè)計(jì)指標(biāo)

根據(jù)公司生產(chǎn)實(shí)際，確定超低排放改造路線：脫硝改造→增設(shè)低低溫省煤器→電除塵改造→增引合一改造→濕法脫硫高效除塵同步改造→預(yù)留濕法除塵。改造方案目標(biāo)設(shè)定：在基準(zhǔn)含氧量體積6%的條件下，煙塵排放質(zhì)量濃度小于5 mg/m3、SO2排放質(zhì)量濃度小于35 mg/m3、NOx排放質(zhì)量濃度小于50 mg/m3[2]。

1.2 脫硫系統(tǒng)改造內(nèi)容

本次脫硫系統(tǒng)改造方案設(shè)定采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，脫硫裝置采用單塔一體化脫硫除塵深度凈化（SPC-3D）技術(shù)，每套脫硫裝置的煙氣處理能力為一臺(tái)鍋爐100%MCR工況時(shí)的煙氣量，設(shè)計(jì)脫硫效率為≥98.86%（設(shè)計(jì)工況）。在原有吸收塔的基礎(chǔ)上增加旋回耦合裝置，漿液噴淋層由3層增加到4層，提高漿液與煙氣的混合強(qiáng)度；吸收塔出口除霧器改為管式，提升除塵除霧效果，涉及吸收塔頂升改造、凈煙道頂升、原煙道旁路拆除改造等項(xiàng)目。本次超低排放改造脫硫部分設(shè)計(jì)方案優(yōu)先采用提升與增效方式，并為濕法除塵預(yù)留改造接口。原有煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石灰石制漿系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、漿液排放系統(tǒng)、公用系統(tǒng)（工藝水、儀用氣系統(tǒng)）、廢水處理系統(tǒng)不再增減。

2 系統(tǒng)變化與啟動(dòng)步序

2.1 脫硫超低排放改造煙氣流程變化

超低排放改造后，塔內(nèi)對(duì)噴淋管、氧化風(fēng)管、脈沖懸浮管進(jìn)行改造，除霧器升級(jí)至管式除霧器，增設(shè)兩層喘流器用于均分煙氣，使其與漿液充分中和，吸收塔出口凈煙道提升3.6 m。煙氣流程：由鍋爐引風(fēng)機(jī)來的熱煙氣進(jìn)入吸收塔，在塔內(nèi)向上流動(dòng)，被由上而下的石灰石漿液洗滌，成為凈煙氣。經(jīng)過湍流器、噴淋層、管束式除塵器排出吸收塔，經(jīng)煙囪排入大氣。

2.2 改造后吸收塔內(nèi)煙氣處置變化

塔內(nèi)煙氣經(jīng)湍流器后形成均布，與高效噴嘴霧化后的漿液充分混合，有效避免了空塔噴淋氣流分布不均、噴淋層失效的問題。煙氣快速降溫，增強(qiáng)噴淋層的吸收效果。煙氣進(jìn)入吸收塔后，折流向上與噴淋下來的漿液逆流接觸發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應(yīng)，煙氣中的 SO2、SO3和 HCl、HF 被吸收，SO2吸收產(chǎn)物的氧化和中和反應(yīng)在吸收塔底部的氧化區(qū)完成并最終形成石膏。處理后的煙氣流經(jīng)管束式除塵器煙氣通過旋流子分離器產(chǎn)生高速離心運(yùn)動(dòng)，在離心力的作用下，霧滴與塵向筒體壁面運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中相互碰撞、凝聚成較大的液滴，液滴被拋向筒體內(nèi)壁表面，與壁面附著的液膜層接觸后湮滅，出口霧滴質(zhì)量濃度＜20 mg/m3，粉塵排放質(zhì)量濃度≤5 mg/m3，有效地消除石膏雨，實(shí)現(xiàn)SO2、粉塵的超凈脫除。

2.3 脫硫反應(yīng)原理

石灰石溶解的化學(xué)方程式為 Ca-CO3+CO2+H2O→Ca（HCO3）2，碳酸氫鈣與二氧化硫反應(yīng)生成可溶的亞硫酸氫鈣。亞硫酸氫鈣與SO2反應(yīng)（吸收）的化學(xué)方程式為Ca（HCO3)2+2SO2→Ca（HSO3）2+2CO2在氧化區(qū)，亞硫酸氫鈣與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鈣。

氧化：Ca（HSO3）2+CaCO3+O2→2Ca-SO4+CO2+H2O，漿液中的硫酸鈣再結(jié)晶生成二水硫酸鈣，即石膏。石膏生成（結(jié)晶）：CaSO4+2H2O→Ca-SO4·2H2O 去 除 SO2。 總 反 應(yīng) 方 程 式 ：Ca-CO3+SO2+1/2O2+2H2O=CaSO4·2H2O+CO2。

2.4 塔外輔助系統(tǒng)概述

1）石灰石制漿系統(tǒng)。兩套脫硫系統(tǒng)共用一套石灰石制漿系統(tǒng)。主要設(shè)備包括：石灰石粉倉、給料機(jī)、氣化風(fēng)機(jī)、石灰石漿罐、攪拌器、石灰石供漿泵、除塵設(shè)備等。

2）石膏脫水系統(tǒng)。石膏漿液處理系統(tǒng)主要包括石膏一級(jí)脫水系統(tǒng)、二級(jí)脫水系統(tǒng)及其他后續(xù)設(shè)備。

3）漿液排放系統(tǒng)。兩臺(tái)脫硫系統(tǒng)共用一個(gè)事故漿罐。事故漿罐的容量滿足單個(gè)吸收塔檢修排空時(shí)和其他漿液排空的要求，并作為吸收塔重新啟動(dòng)時(shí)的石膏晶種。

4）廢水處理系統(tǒng)。脫硫廢水處理系統(tǒng)包括廢水處理系統(tǒng)、化學(xué)加藥系統(tǒng)和污泥脫水系統(tǒng)。

5）公用系統(tǒng)。脫硫工藝水系統(tǒng)由工藝水箱、工藝水泵、管束式除塵器沖洗水泵、管路和閥門等構(gòu)成。

2.5 改造后脫硫系統(tǒng)啟動(dòng)流程

啟動(dòng)步序：系統(tǒng)啟動(dòng)前檢查與操作；公用設(shè)備投運(yùn)，石灰石漿液制備，吸收塔加入石膏漿液（或石膏晶種），液位達(dá)到脈沖懸浮泵、循環(huán)漿液泵啟動(dòng)條件；系統(tǒng)具備啟動(dòng)允許條件：機(jī)組某側(cè)引風(fēng)機(jī)通道暢通，電除塵至少投入一個(gè)電場運(yùn)行，得令啟動(dòng)脫硫系統(tǒng)；啟動(dòng)完成匯報(bào)；啟動(dòng)氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行；調(diào)節(jié)脫硫效率至98.86%以上；投入吸收塔供漿、PH手動(dòng)控制；投運(yùn)石膏脫水系統(tǒng)；投運(yùn)脫硫廢水處理系統(tǒng)；持續(xù)監(jiān)控調(diào)整。

2.6 改造后脫硫系統(tǒng)啟動(dòng)流程變化與應(yīng)對(duì)策略

改造后，原啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)步序取消，故系統(tǒng)應(yīng)先完成輔助系統(tǒng)啟動(dòng)與塔內(nèi)系統(tǒng)啟動(dòng)要求，待各系統(tǒng)完成啟動(dòng)后，再啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)并加強(qiáng)各指標(biāo)監(jiān)視，啟動(dòng)塔內(nèi)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)優(yōu)先啟動(dòng)下層漿液循環(huán)泵并關(guān)注塔內(nèi)pH值是否發(fā)生變化，根據(jù)變化趨勢及漿液狀況決定是否補(bǔ)充原漿或注水稀釋。改造后增設(shè)一臺(tái)脈沖懸浮泵（改造后每座吸收塔共兩臺(tái)）應(yīng)在塔內(nèi)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)。因改造增設(shè)一臺(tái)漿液循環(huán)泵，可在煙氣通流后根據(jù)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行啟停。

3 改造前后環(huán)保指標(biāo)及電耗對(duì)比

改造完成后，各項(xiàng)指標(biāo)前后對(duì)比如下（截取改造后系統(tǒng)正常投運(yùn)與投運(yùn)前兩臺(tái)機(jī)組，一個(gè)月數(shù)據(jù)）表1所示：

表1 改造前后各項(xiàng)指標(biāo)前后對(duì)比

通過指標(biāo)對(duì)比，驗(yàn)證改造滿足初設(shè)要求，在同等負(fù)荷工況條件下，因取消增壓風(fēng)機(jī)，該系統(tǒng)電耗下降40.02%。因有關(guān)硫化物排放要求及反應(yīng)程度提高，石灰石消耗量明顯上升，但在調(diào)整特性上未見明顯變化。改造后每年可減排SO2798 t、NOx1 188 t，煙塵504 t。

公司積極開展超低排放改造，通過科學(xué)合理的改造策劃，順利完成兩臺(tái)機(jī)組超低排放改造，并在設(shè)備運(yùn)行方式及調(diào)整手段上開展比對(duì)，通過數(shù)據(jù)分析及推演，目前各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)、排放指標(biāo)均能穩(wěn)定在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，超低排放改造屬正常。