燃煤電廠脫硫系統(tǒng)超低改造技術(shù)淺析

阿茹娜，張志勇

（內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)燃煤電廠的環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，過(guò)去粗放式的管理和發(fā)展方式逐漸被摒棄，取而代之的是更加集約化，標(biāo)準(zhǔn)化得生產(chǎn)方式，因而燃煤電廠的脫硫系統(tǒng)改造成為企業(yè)越發(fā)關(guān)注的問(wèn)題。全國(guó)各地都在不斷發(fā)展火力發(fā)電廠的超低，幾乎零轉(zhuǎn)化。由于超低轉(zhuǎn)化的發(fā)展，火力發(fā)電廠的排放限值越來(lái)越低。不同地區(qū)的煤種特征不同。發(fā)電廠中使用的實(shí)際煤炭與發(fā)達(dá)煤炭之間存在很大差異。它在節(jié)約能源消耗和環(huán)境績(jī)效方面是否適應(yīng)相關(guān)的超低現(xiàn)代化技術(shù)。以燃煤電廠及其混煤質(zhì)量為研究對(duì)象，以蒙西部地區(qū)為例，研究了超低改造后燃煤電廠對(duì)煤電廠的適應(yīng)性。

1 燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展

在實(shí)踐中，濕潤(rùn)環(huán)境中的煙道氣脫硫技術(shù)已經(jīng)得到了充分的研究和發(fā)展，相對(duì)較快。在這里，我們結(jié)合石膏石灰石脫硫技術(shù)來(lái)研究燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)性。

2 煙氣脫硫及除塵的相關(guān)技術(shù)

2.1 脫硫技術(shù)

在燃煤電廠運(yùn)行中，最主要的排放污染物就是二氧化硫，因此，加強(qiáng)對(duì)二氧化硫去除的研究非常重要。目前，我國(guó)燃煤發(fā)電機(jī)組主要采用燃燒前脫硫，燃燒中脫硫和燃燒后脫硫三種脫硫方法。其中，燃燒后脫硫和煙氣脫硫（FGD）是中國(guó)大型燃煤電廠中最有效的二氧化硫去除方法，也是最重要的脫硫方法。煙氣脫硫主要通過(guò)化學(xué)方法進(jìn)行，使用酸堿中和的方法進(jìn)行去除，從而避免對(duì)環(huán)境的污染。當(dāng)煙道氣中的酸性二氧化硫氣體與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時(shí)，此時(shí)的亞硫酸鹽或硫酸鹽會(huì)從煙道氣中除去二氧化硫。反應(yīng)過(guò)程分為兩個(gè)部分，即吸收過(guò)程和氧化過(guò)程。在吸收過(guò)程中，堿性脫硫劑與二氧化硫反應(yīng)形成亞硫酸鹽，在氧化過(guò)程中，亞硫酸鹽和二氧化硫反應(yīng)形成硫酸鹽。堿性脫硫劑首先與二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鹽，然后氧化為硫酸鹽，該硫酸鹽比硫酸鹽更穩(wěn)定，最后將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為所需的產(chǎn)物。在實(shí)際運(yùn)行中，（碳酸鈣CaCO3），石灰（氧化鈣CaO）和熟石灰（氫氧化鈣Ca(OH)2）是最常用的堿性脫硫劑。除了這些常用物質(zhì)外，氨和海水也可以實(shí)現(xiàn)脫硫過(guò)程。

2.2 氨法煙氣脫硫技術(shù)

氨煙氣脫硫技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中，具有脫硫效果好，能耗低的特點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用特別廣泛，并且該項(xiàng)物質(zhì)也分布比較廣，一般一年的產(chǎn)量可超過(guò)2600萬(wàn)噸，居世界第一。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于燃煤電廠脫硫系統(tǒng)系統(tǒng)中，不僅可以提高脫硫的效果，還能實(shí)現(xiàn)資源回收利用的目標(biāo)，并且氨煙氣脫硫技術(shù)脫硫出的產(chǎn)物屬于一種肥料。在此過(guò)程中，該項(xiàng)技術(shù)在運(yùn)行中沒(méi)有產(chǎn)生廢水，廢渣和二次污染的問(wèn)題。在燃煤電廠中，氨煙氣脫硫技術(shù)吸收二氧化硫的速度比氨水和石灰石漿液的脫硫反應(yīng)要快，因此無(wú)需添加任何添加劑。因此，與石灰石/石膏脫硫相比，氨法煙氣脫硫技術(shù)所需設(shè)備少，操作簡(jiǎn)便，建設(shè)成本低，在我國(guó)，該項(xiàng)技術(shù)也被廣泛應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中。氨煙氣脫硫技術(shù)中使用的脫硫吸收器是氨水，氧化后，亞硫酸鹽將發(fā)生變化，并將其轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，最后轉(zhuǎn)化為硫酸銨溶液，最后經(jīng)過(guò)一系列處理，例如結(jié)晶，脫水和干燥，以生產(chǎn)出可用作肥料的硫酸銨。

3 燃煤電廠脫硫及除塵系統(tǒng)超低排放改造

3.1 脫硫系統(tǒng)概況

本文研究了內(nèi)蒙古的一家燃煤電廠。該電廠的裝機(jī)容量為2×300MW，鍋爐具有亞臨界參數(shù)，鍋爐型號(hào)為HG-1025/17。640540/540-YM型兩個(gè)亞臨界鍋爐，具有一次加熱，自然循環(huán)鼓式輸送。蒸汽輪機(jī)是亞臨界萃取冷凝式蒸汽輪機(jī)，型號(hào)：C300/235-16.7/0.35/537/537，是亞臨界，中間加熱，單萃取，冷凝的蒸汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)型號(hào)-QFSN-300-2B。脫硫過(guò)程為硫石膏石灰石煙氣脫硫。脫硫使用將液體注入到廢氣脫硫塔中的技術(shù)。用于液柱注入的廢氣脫硫技術(shù)是一種更先進(jìn)的石灰-石膏脫硫技術(shù)。石膏脫硫技術(shù)自引進(jìn)我國(guó)以來(lái)，就深受廣大燃煤企業(yè)的重視，其高效率，低消耗，低污染等特性使其能夠迅速在我國(guó)燃煤企業(yè)中廣泛應(yīng)用，該功能單元使用1 kWh的電能來(lái)評(píng)估生命周期[1]。

3.2 原工藝系統(tǒng)

3.2.1 煙氣系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)包括原始煙氣爐，煙氣網(wǎng)爐，煙道和伸縮縫。目前，我省發(fā)電廠已完成上電與擴(kuò)產(chǎn)的整合。經(jīng)過(guò)電除塵系統(tǒng)處理后的煙氣在風(fēng)扇的作用下通過(guò)煙囪進(jìn)入吸收塔，以去除污染物。進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣穿過(guò)煙氣出口，從進(jìn)水管進(jìn)入吸收塔，在塔中上升并與冷卻塔中的噴霧以相反的方向進(jìn)行反應(yīng)。經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)后，塔中的污染物被清除并通過(guò)煙道釋放到大氣中，然后煙氣進(jìn)入除霧系統(tǒng)。顧名思義，其功能是在脫硫后收集煙氣小滴，收集后返回吸收塔進(jìn)行二次處理。由于氣液室內(nèi)的固體堆積，除霧器系統(tǒng)將被嚴(yán)重阻塞，從而降低了效率。為了確保除霧器系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行并避免堵塞，有必要定期用工藝用水沖洗除霧器系統(tǒng)的每個(gè)位置[2]。

3.2.2 石膏脫水系統(tǒng)

石膏排泄泵通過(guò)管道輸送石膏克隆的吸收塔中的含石膏污泥。旋風(fēng)除塵器執(zhí)行兩項(xiàng)功能：一是將現(xiàn)有懸浮液脫水一步，二是對(duì)石膏的性能進(jìn)行分類(lèi)。石膏懸浮液在離心力的作用下進(jìn)入旋風(fēng)分離器，小顆粒向上移動(dòng)并從溢流中噴出。旋風(fēng)分離器懸浮液中的固體從旋風(fēng)分離器的邊緣向下移動(dòng)，并在電流下形成40%～50%的固體濃度。通過(guò)溢流口的部分漿料返回到吸收塔，另一部分被輸送到廢水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于減少脫硫系統(tǒng)中其他重金屬的含量并提高脫硫效率。從分離器的邊緣向下移動(dòng)的漿料進(jìn)入真空帶脫水系統(tǒng)，真空帶脫水后的漿料進(jìn)入漿料過(guò)濾池，最后返回濾液泵的吸收塔。懸浮液用真空膠帶脫水機(jī)處理，以減少水含量，提高石膏的純度，并壓成餅狀。短時(shí)間存放后，懸架可通過(guò)汽車(chē)到達(dá)制造商[3]。

3.3 脫硫系統(tǒng)改造方案

優(yōu)化現(xiàn)有的噴霧系統(tǒng)，更換原來(lái)的循環(huán)泵B和C，并增加漿液供應(yīng)。原始的吸收塔直徑為13m，高度為29.3m，配有三層噴霧。三個(gè)用于漿液的循環(huán)泵，容量為5300m3/h，壓力-20.3/22.2/24.1m，噴嘴為偏心錐形。為了減小系統(tǒng)的阻力，更換了C泵的葉輪，并且C泵的電流小于更改后的初始設(shè)計(jì)值?？紤]到超低排放的要求，為確保脫硫效率，經(jīng)過(guò)仔細(xì)考慮，決定用恒壓替換漿液循環(huán)泵B和C，流量增加到6150m3/h。轉(zhuǎn)換后，總噴霧量達(dá)到17600m3/h，對(duì)應(yīng)于液氣比為12.42[4]。

重新布置初始噴涂層，以滿(mǎn)足對(duì)新噴嘴放置的需求。從煙道氣中去除的二氧化硫必須在必要時(shí)被完全氧化，以確保煙道氣和懸浮液具有最充分的響應(yīng)并且不會(huì)在吸收塔和吸收塔的內(nèi)壁上結(jié)垢，噴涂過(guò)程必須認(rèn)真細(xì)致地完成，盡量減少?lài)娡渴д`，從而有效提高氧化反應(yīng)俠侶[5]。大部分氧化反應(yīng)在吸收塔中進(jìn)行，另一部分由煙道氣中所含的氧氣補(bǔ)充。因此，吸收塔污泥池的污泥存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)必須滿(mǎn)足最低氧化要求。根據(jù)計(jì)算，與最小氧化空間相對(duì)應(yīng)的懸浮罐最小容積為857m3，現(xiàn)有的懸浮罐容積滿(mǎn)足轉(zhuǎn)化后氧化空間的最小需求。為了使脫硫系統(tǒng)的副產(chǎn)物達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，所形成的小的石膏顆?？梢栽谖账南侣湟后w中長(zhǎng)時(shí)間保留，這對(duì)于提高石膏的質(zhì)量非常重要。石膏質(zhì)量直接關(guān)系到產(chǎn)品的使用質(zhì)量，含水率最高不能超過(guò)10%，才能有效提高混凝土質(zhì)量[6]。

3.4 電除塵器改造方案

根據(jù)最終粉塵和粉塵控制項(xiàng)目＜5mg/m3，必須進(jìn)一步糾正靜電除塵器（大修或提高效率），以使靜電沉淀粉塵濃度＜20mg/m3，以滿(mǎn)足脫硫和除塵＜5mg/m3的要求。與煤的初始設(shè)計(jì)質(zhì)量相比，改質(zhì)后的煤增加了灰分含量，進(jìn)口計(jì)算的煙灰理論濃度為24g/m3，超過(guò)了2014年的改建設(shè)計(jì)成本，但排放超低的煤改質(zhì)中的硫含量0.6%。通過(guò)集塵器促進(jìn)集塵。根據(jù)重整煤的質(zhì)量計(jì)算，靜電沉淀物進(jìn)口處的粉塵濃度小于24g/m3，出口處的煙塵濃度小于20mg/m3，沉淀效率為99.92%。根據(jù)靜電沉淀物的選擇和設(shè)計(jì)，在確定靜電沉淀物的效率后，有必要確定特定的集塵面積（與污泥的大小有關(guān)）和接近率（與煤的質(zhì)量有關(guān)）。因?yàn)樵陟o電沉淀物冷卻廢氣之前使用煙氣熱交換器，所以靜電沉淀物必須在冷卻后應(yīng)對(duì)多種影響。將進(jìn)入電場(chǎng)的煙氣冷卻后（高達(dá)95°C），可以進(jìn)一步提高靜電沉淀物除塵的效率：（1）數(shù)據(jù)收集表明，煙氣出口溫度從131°C降低到95°C。煙氣量有效地從初始量減少了10%；（2）電除塵器不僅可以降低電阻率，還能提高加載電荷的功率，從而提高靜電沉積的效率。

4 結(jié)語(yǔ)

技術(shù)可能是實(shí)現(xiàn)超低排放的主要問(wèn)題，但管理和運(yùn)營(yíng)水平也是非常重要的補(bǔ)充。 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，盡管對(duì)超低排放量的改造可以滿(mǎn)足對(duì)超低排放量的要求，但脫硫系統(tǒng)也存在許多問(wèn)題。 我們希望本文將提供一個(gè)可行的解決方案為電廠提供參考。