超低排放改造后脫硫系統(tǒng)出口粉塵無法達(dá)設(shè)計值的分析與對策

李強

（四川中電福溪電力開發(fā)有限公司，四川 宜賓 645152）

1 原有單塔單循環(huán)脫硫系統(tǒng)概況

二氧化硫入口9000mg/Nm3，出口小于400mg/Nm3，滿足現(xiàn)行環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)；粉塵入口80mg/Nm3，出口小于30mg/Nm3，滿足現(xiàn)行環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)；配備5 層噴淋層，雙層屋脊式除霧器；原吸收塔設(shè)計五層噴淋層時除塵效率為70%；預(yù)留一層噴淋層安裝空間。配備3 臺八級高速離心式氧化風(fēng)機(jī)，矛槍插入式氧化風(fēng)布置；外購粉方式調(diào)漿，250 目，過篩率90%，含鈣量91%以上石灰石粉制備吸收劑。

2 改造后雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)概述

設(shè)計值：二氧化硫入口12000mg/Nm3，出口小于35mg/Nm3；粉塵（DUST）入口30mg/Nm3，設(shè)計出口小于5mg/Nm3；配備3+5 層噴淋層，使用3+1 層高效屋脊式除霧器輔助控制出口粉塵增量，除霧器出口煙氣濕度不大于20mg/Nm3；一級吸收塔煙氣流速4.5m/s，二級吸收塔煙氣流速3.55m/s，煙氣總量仍按原系統(tǒng)BMCR 工況設(shè)計，為197.5×104Nm3/h；改造原預(yù)留一層噴淋層安裝空間，布置第一級管式除霧器，以上區(qū)域配備三層高效屋脊式除霧器；二級吸收塔內(nèi)布置噴淋托盤；增配1 臺八級高速離心式氧化風(fēng)機(jī)，合計4 臺，一級吸收塔管網(wǎng)式氧化風(fēng)管布置，二級吸收塔沿用矛槍插入式氧化風(fēng)布置；一二級吸收塔合并母管式供風(fēng)；吸收劑不變。設(shè)計脫硫效率不低于99.7%，吸收塔出口粉塵濃度小于10mg/Nm3的環(huán)保要求。

3 改造后實際運行情況概述

試運期間，60%負(fù)荷調(diào)試期間出現(xiàn)入口含硫量12000mg/Nm3左右波動，運行方式3+3，3 臺氧化風(fēng)機(jī)啟動，備用1 臺，供漿系統(tǒng)投自動，脫硫系統(tǒng)出口含硫量穩(wěn)定在20mg/Nm3，脫硫效率達(dá)99.83%。該過程中分別進(jìn)行了一二級塔的噴淋層排列組合狀態(tài)下粉塵取樣測量，粉塵含量始終維持較高的水平，無法達(dá)到小于10mg/Nm3的原設(shè)計要求，進(jìn)行了出口液霧滴取樣比對及蛇形管滴定監(jiān)測，基本維持在20mg/Nm3左右。

4 整改過程簡述

本方案進(jìn)行了多種循環(huán)漿液泵搭配組合方式進(jìn)行反復(fù)測試，發(fā)現(xiàn)粉塵均無法達(dá)到協(xié)議要求，隨后停機(jī)整改。簡要情況如下。

第一次整改處置方案：對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行冷態(tài)測試，以核實粉塵是否由漿液攜帶造成。對噴淋托盤孔徑、開孔率進(jìn)行調(diào)整后，對噴淋托盤進(jìn)行更換。更換原吸收塔第四層和第五層噴淋層噴嘴更換為單頭單向噴嘴。從原吸收塔供漿管引一路支管至原吸收塔漿池，以調(diào)整原吸收塔供漿方式。

第一次結(jié)論：經(jīng)過多種循環(huán)漿液泵搭配組合方式進(jìn)行反復(fù)測試，不滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)（粉塵排放值測試結(jié)果平均在20mg/Nm3）。

第一次整改后分析與第二次處置方案：試驗中濾膜稱重結(jié)果表明，脫硫后的顆粒物從105 ～160℃烘干，質(zhì)量失重約80%；石灰石粉和其水溶液觀察結(jié)果表明，石灰石粉呈現(xiàn)灰色（類似鐵粉和灰），水溶液表面有油和其他黑色漂浮物（后證明此為該片區(qū)石灰石含有機(jī)物較多造成的特有情況）。分析結(jié)論為大部分為有機(jī)物。噴淋托盤、噴淋層和除霧器等部件總體無堵塞、無損傷、無松動。拆除脫硫除霧器導(dǎo)流板后減少煙氣擾動。測量時所有取樣孔均進(jìn)行取樣，取樣體積滿足《固定污染源廢氣低濃度顆粒物測定重量法》要求，減小測量誤差。

處理后分析：調(diào)整機(jī)組燃煤煤質(zhì)，測試啟動A 塔（前塔）3 泵，B 塔（后塔）5 臺泵全停工況；經(jīng)測試，該工況下粉塵濃度仍然超標(biāo)，證明噴淋托盤是粉塵超標(biāo)的主因不成立。拆除除霧器導(dǎo)流板，減小煙氣擾流，測試結(jié)果證明影響幅度可忽略。同時發(fā)現(xiàn)脫硫噴淋托盤孔徑改小后，出口粉塵有增大趨勢。

第二次結(jié)論：不滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)，粉塵排放值測試結(jié)果平均在18mg/Nm3，160℃烘干后減重量仍在70%～80%之間。

第二次整改后分析與第三次處置方案：（1）更換噴淋托盤至原設(shè)計值，增加供漿方式——漿液直接供至塔內(nèi)；（2）脫硫系統(tǒng)B 吸收塔第二、三、五噴淋層單頭雙向噴嘴全部更換為單向雙頭噴嘴。處理后分析：噴淋層噴嘴對粉塵有一定的影響，單頭噴嘴的反向壓制功能得到了印證，但從測試數(shù)據(jù)觀察仍未找到主因。

第三次結(jié)論：不滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)，粉塵排放值測試結(jié)果平均在19mg/Nm3，160℃烘干后減重量仍在80%～90%。

第三次整改后：增設(shè)強制循環(huán)并進(jìn)行置換吸收塔漿液；處理結(jié)果：實驗結(jié)果出口粉塵濃度仍在10mg/Nm3上下，但仍然未得到有效處理。

后續(xù)處置措施：在前幾次整改的基礎(chǔ)上又分別進(jìn)行了運行調(diào)整、除霧器更換等措施，仍未徹底解決粉塵超出設(shè)計值的問題。

最終處置措施：在綜合考慮各種問題的情況下，從降低煙溫、冷凝氣溶膠液滴的角度出發(fā)，參考廢水零排放回收技術(shù)，在電除塵前加裝了一套噴水降溫裝置，裝置采用壓縮空氣作為霧化的主要方式，以工藝水作為主要水源，消防水作為輔助水源，以不大于每小時20t 的進(jìn)水量使用雙流體噴槍以一定的角度進(jìn)行均勻噴霧，最終達(dá)到了技術(shù)協(xié)議約定要求（≤5mg/Nm3）的出口排放值，至此徹底解決了粉塵無法達(dá)到設(shè)計值的問題。

5 超低排放改造后脫硫系統(tǒng)出口粉塵無法達(dá)設(shè)計值解決方案分析

從以上實例的整改試驗全過程，總結(jié)出如下的針對超臨界W 型火焰機(jī)組情況下，粉塵超標(biāo)的處置方式分以下兩種情況，分別闡述處理方案。

（1）A 類：若脫硫裝置出口粉塵取樣結(jié)果在105℃逐步升溫至160℃時，失重量大于50%以上的情況（以下處置方法前提為脫硫裝置已設(shè)置了高效除霧器）：不設(shè)置低溫省煤器與GGH 換熱器的情況下，以超臨界W 型燃燒無煙煤機(jī)組為例，煙溫降低至120 ～130℃，加入電除塵自升溫所帶來的溫升5 ～8℃，最終到脫硫系統(tǒng)吸收塔入口的煙溫將維持在130 ～140℃，此時出口粉塵將出現(xiàn)較大幅度波動，若目標(biāo)值設(shè)定為降低吸收塔入口煙溫至120℃以下時，脫硫裝置出口粉塵則相對穩(wěn)定且數(shù)據(jù)較小，此為一種調(diào)節(jié)手段；如“節(jié)流環(huán)”、“噴淋托盤（含耦合單元、傳質(zhì)機(jī)構(gòu)、FGD 裝置）”，從大幅度降低局部產(chǎn)生“空氣炮”效應(yīng)發(fā)生的可能性角度出發(fā)，增加煙氣在吸收塔內(nèi)的滯留時間，從而使得漿液與煙氣的接觸面積與時間增大，充分利用石灰石—石膏濕法脫硫的洗塵功能。以FBE 技術(shù)流派為例，正常情況下，脫硫裝置洗塵效率均可達(dá)到甚至超過78%，正是利用這種強制洗塵效果，可達(dá)到脫硫除塵協(xié)同治理的目的，但此種情況下，若產(chǎn)生了局部節(jié)流從而提高了局部煙氣流速，將導(dǎo)致煙氣夾帶物增大，除霧器效果下降。

從氣溶膠生成原理角度扼制其進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的可能性，利用電除塵收集下來的飛灰進(jìn)行反向包裹液滴狀的氣溶膠，使其進(jìn)入輸灰系統(tǒng)。此種情況的布置方案可分為3 種：①設(shè)置低低溫省煤器，降低煙氣溫度；②設(shè)置GGH 換熱器；③引用脫硫廢水系統(tǒng)回收利用措施，在電除塵前增加噴水降溫裝置，但需注意安裝位置需盡量遠(yuǎn)離電除塵入口煙道，嚴(yán)格控制進(jìn)水量不大于20t/h（根據(jù)機(jī)組型式、負(fù)荷與煙氣量需進(jìn)行重新校核），防止大量水汽隨煙氣進(jìn)入電除塵內(nèi)部形成反電暈，造成擊穿短路，使電除塵失備。在實際操作中，發(fā)現(xiàn)針對案例中600MW 超臨界W 型燃煤機(jī)組僅需12t/h 噴水量即可滿足出口排放需要，而在后續(xù)進(jìn)行全面性檢查時，未發(fā)現(xiàn)電除塵內(nèi)部有板結(jié)情況；在滿足超低排放改造所需求的脫硫效率前提下，噴淋層噴嘴采用單向噴嘴，以反向壓制能力進(jìn)一步降低煙氣夾帶。

（2）B 類：若脫硫裝置出口粉塵取樣結(jié)果在105℃逐步升溫至160℃時，失重量未發(fā)現(xiàn)明顯異常的情況：在超低排放改造規(guī)劃中考慮增加濕式電除塵，以此提升整套系統(tǒng)負(fù)載，但現(xiàn)階段行業(yè)趨勢均為摒棄濕式電除塵或其變種的高能耗設(shè)備，此條酌情采用；采用冷凝濕膜屋脊式除霧器進(jìn)行后端減溫冷凝，以此來包裹粉塵予以回流至吸收塔的塔池內(nèi)，與石膏漿液混合后，以排出石膏的方式予以脫除。

此種方案優(yōu)點在于：設(shè)備簡單，設(shè)備改動量小，僅需在原有屋脊式除霧器內(nèi)部增設(shè)1 套冷凝單元，外接1 臺供水泵與一套儲水罐即可；能源消耗小，能源僅為1 臺75kW 供水泵（視吸收塔標(biāo)高酌情選擇適合的揚程）；設(shè)備阻力小，阻力值可根據(jù)降溫要求進(jìn)行靈活調(diào)整，模塊式結(jié)構(gòu)檢修便捷；此種方案缺點在于水平衡調(diào)節(jié)困難。冷凝的基礎(chǔ)就是將煙氣攜帶的水汽凝結(jié)成水滴，相互碰撞匯集后進(jìn)行回流，由于煙氣冷凝過程中將煙氣中大量水汽進(jìn)行了凝結(jié)，極易造成塔池水平衡被破壞，塔池液位無法維持，因此在使用此方案時需從運行調(diào)節(jié)提前量與事故應(yīng)急排漿措施方面進(jìn)行充分考慮；吸收塔除霧器主、副粱改動較大。部分低含硫燃煤機(jī)組由于其吸收塔原設(shè)計并沒有考慮除霧器的增設(shè)模塊問題，因此在增設(shè)冷凝模塊時存在空間不足、固定位置偏移、回流通道缺失等問題，因此可能存在需在原有設(shè)計基礎(chǔ)上改動主、副粱，甚至需對原有吸收塔進(jìn)行增高處理。

脫硫裝置超低排放改造方案采用雙塔雙循環(huán)+旋匯耦合單元+管束式除霧器進(jìn)行協(xié)同治理。此方案在高含硫地區(qū)有著尤為重要的意義，現(xiàn)階段火力發(fā)電企業(yè)均面臨煤炭市場的大浮動波動情況，加之配煤摻燒與降本增效工作的推進(jìn)，來煤雜亂、品質(zhì)不等、含硫無法穩(wěn)定在設(shè)計值以內(nèi)等問題，此種方案將有效的解決以上問題。利用FBE 技術(shù)流派配合塔內(nèi)增效單元與管束式回旋除霧技術(shù)，能有效的降低出口SO2排放與粉塵排放，同時對PM2.5 以下的粉塵脫除效果較好；加裝凈煙道除霧器。此方式僅適用于粉塵超出部分不大，在合格值周圍徘徊的情況，此種方式靈活性較差，但經(jīng)濟(jì)性較高，投資與施工均不會對企業(yè)造成較大負(fù)擔(dān)。但此項需校核引風(fēng)機(jī)出力裕度，特別是針對脫硫增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)合并后的機(jī)組，否則將一定程度上影響機(jī)組帶負(fù)荷能力。

6 結(jié)語

本文僅針對案例爐型高含硫、高氮氧化物狀態(tài)下通過試驗分析對策，并不是一成不變的，環(huán)境溫度、濕度、石灰石粉成份變化，脫硫裝置用水的變化、廢水系統(tǒng)啟停頻次等均可影響到出口排放數(shù)值的高低，可根據(jù)實際取樣分析結(jié)果與機(jī)組特性進(jìn)行有針對性的處理，也可多重手段合并使用。