火力發(fā)電廠脫硫超低排放改造技術(shù)

近幾年來(lái)，國(guó)家越來(lái)越重視綠色發(fā)展，環(huán)保節(jié)能已經(jīng)成為電力發(fā)展方向的重要依據(jù)，為促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，響應(yīng)國(guó)家綠色發(fā)展的號(hào)召，我國(guó)已經(jīng)關(guān)閉大批發(fā)電效率低、污染嚴(yán)重的火力發(fā)電廠，致力于打造符合我國(guó)發(fā)展理念的火力發(fā)電廠。因此，對(duì)于火力發(fā)電廠脫硫超低排放改造技術(shù)的研究勢(shì)在必行，研究出利于脫硫超低排放的改造技術(shù)對(duì)于綠色發(fā)展、提高空氣質(zhì)量具有重要意義。

1 火力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)火力發(fā)電結(jié)構(gòu)中，大型火力發(fā)電機(jī)組所占比例較小，且機(jī)組的品種單一，燃機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)所占比例為5%～6%，其他大部分都是常規(guī)火電機(jī)組，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的火電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)轉(zhuǎn)能力比較差。在我國(guó)已有的火力發(fā)電機(jī)組中，單機(jī)容量達(dá)到30 萬(wàn)kW 及以上的火電機(jī)組已經(jīng)超過(guò)整體容量的60%，大型、高效、環(huán)保的火電機(jī)組不斷增加，59 臺(tái)高達(dá)100 萬(wàn)kW 的超臨界火電機(jī)組已經(jīng)投產(chǎn)、在建，不僅能滿足人們的需求，而且還大大減少煤炭的燃燒，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。

目前我國(guó)淘汰了6674 萬(wàn)kW 的小火電機(jī)組，可以節(jié)約7580多萬(wàn)t 原煤，減少1.54 億t 二氧化碳、131t 二氧化硫的排放。原有火力發(fā)電所用的鍋爐不斷被淘汰、更新，促進(jìn)了我國(guó)火力發(fā)電中鍋爐不斷向更大容量、高標(biāo)準(zhǔn)方向發(fā)展。我國(guó)近些年來(lái)還積極推進(jìn)潔凈煤技術(shù)的發(fā)展，將煤炭氣化成燃?xì)?、蒸汽，研究碳捕集與封存技術(shù)，不斷完善清潔煤的IGCC、循環(huán)流化床等技術(shù)，更加廣泛適用于火力發(fā)電中。

2 火力發(fā)電的工作原理及設(shè)備概述

火力發(fā)電是由燃燒供給系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。燃燒供給系統(tǒng)包括粗細(xì)分離、排粉、給粉等組成，但組成的核心是鍋爐，該系統(tǒng)為加熱水提供源源不斷的熱量；發(fā)電系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)變壓器升壓站等，通過(guò)副勵(lì)磁機(jī)、主勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)三者的協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能；汽水系統(tǒng)是由凝汽器、高低壓加熱器、汽水循環(huán)系統(tǒng)、化學(xué)水處理等組成；控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制火力發(fā)電各系統(tǒng)的工作情況。

3 火力發(fā)電廠脫硫超低排放存在的問(wèn)題

3.1 技術(shù)與設(shè)備的欠缺

目前，我國(guó)火力發(fā)電廠所使用的脫硫減排設(shè)備大多數(shù)是依靠國(guó)外進(jìn)口，并且價(jià)格昂貴。正因?yàn)閲?guó)內(nèi)的許多火力發(fā)電廠無(wú)法支付昂貴的脫硫設(shè)備費(fèi)用，因此所使用的設(shè)備老化，脫硫效率受到嚴(yán)重影響。另外，國(guó)外進(jìn)口的設(shè)備與我國(guó)火力發(fā)電廠的具體情況不能完全匹配，因而不能很好地滿足國(guó)內(nèi)需求。

3.2 資金欠缺、場(chǎng)地限制

我國(guó)火力發(fā)電廠中的脫硫設(shè)備大多數(shù)都比較老化，急需更換和翻新，但火力發(fā)電廠的資金欠缺和場(chǎng)地限制阻礙了脫硫設(shè)備的革新，因此大多數(shù)的火力發(fā)電廠依然不能達(dá)到脫硫減排的目標(biāo)。

3.3 缺乏自主創(chuàng)新

在脫硫設(shè)備上，我國(guó)主要是通過(guò)向德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口，而國(guó)內(nèi)在脫硫設(shè)備的研制上，缺乏自主創(chuàng)新的意識(shí)和能力，未能研制出適用于我國(guó)火力發(fā)電廠的脫硫設(shè)備，無(wú)論是技術(shù)體系還是脫硫的產(chǎn)業(yè)鏈都存在較多問(wèn)題。

4 火力發(fā)電廠脫硫超低排放改造技術(shù)

4.1 脫硫技術(shù)的改造

以陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木電化發(fā)展有限公司為例，公司有2×480t/h 的循環(huán)流化床鍋爐，主要是通過(guò)爐內(nèi)噴鈣來(lái)實(shí)現(xiàn)脫硫處理，經(jīng)過(guò)脫硫處理后的二氧化硫排放量為400mg/m3，而國(guó)家規(guī)定的火力發(fā)電廠排放標(biāo)準(zhǔn)為在基準(zhǔn)含氧量為6%條件下，二氧化硫的排放量排放濃度不高于35mg/m3，由此證明，現(xiàn)有的脫硫技術(shù)不能將二氧化硫的濃度，控制在火力發(fā)電廠的排放標(biāo)準(zhǔn)下。為改變這一現(xiàn)狀，公司對(duì)火力發(fā)電廠脫硫技術(shù)進(jìn)行了一系列的改造。公司于2016 年將循環(huán)流化床鍋爐的脫硫設(shè)施改造為爐后濕法脫硫，同時(shí)配套電石生產(chǎn)業(yè)務(wù)。由于在電石生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較多的氧化鈣粉末廢棄物，公司將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氧化鈣粉末廢棄物作為原材料，將2×480t/h 循環(huán)流化床鍋爐的濕法脫硫設(shè)計(jì)為單塔單循環(huán)石灰-石膏法。脫硫過(guò)程和具體的技術(shù)改造如下：

火力發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入吸收塔后，煙氣向上流動(dòng)，并且被向下流動(dòng)的循環(huán)漿液以逆流的方式進(jìn)行洗滌。循環(huán)漿液通過(guò)噴漿層設(shè)置的噴嘴噴入吸收塔中，實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硫、三氧化硫、氯化氫、氟化氫的處理，生成的副產(chǎn)物則被空氣氧化成石膏，進(jìn)而消耗作為吸收劑的石灰石，循環(huán)漿液則通過(guò)漿液循環(huán)泵的作用，將循環(huán)漿液向上輸送到噴淋層中，并通過(guò)噴嘴進(jìn)行霧化，讓氣體和液體得以充分接觸。

其中，為了脫硫漿液能均勻地霧化成小液滴并充分與煙氣進(jìn)行脫硫反應(yīng)，提高脫硫效率，因此特地設(shè)計(jì)了四層噴淋層。另外，對(duì)漿液霧滴的處理，主要選用的除霧器是三級(jí)屋脊式除霧器，與二級(jí)除霧器相比，三級(jí)屋脊式除霧器對(duì)除去清潔煙氣中攜帶的漿液霧滴效果更佳，并在原有的除霧器基礎(chǔ)上增設(shè)沖洗水，沖洗水能根據(jù)提前設(shè)定好的時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)沖洗，這一改造不僅能夠防止除霧器出現(xiàn)堵塞的情況，同時(shí)沖洗水還能作為補(bǔ)充水，可進(jìn)一步穩(wěn)定吸收塔的液位。此外，為了克服純石灰-石膏法在制漿過(guò)程中氧化鈣與水發(fā)生放熱反應(yīng)，改進(jìn)原來(lái)的攪拌器數(shù)量，通過(guò)3 臺(tái)測(cè)試攪拌器的運(yùn)行進(jìn)一步控制沉積。另外，為了避免漿液的PH 值的波動(dòng)對(duì)產(chǎn)出石膏的質(zhì)量、脫硫效率以及除氧器的堵塞情況造成影響，在脫硫過(guò)程中，盡可能地將PH 值控制在4.6～5.8 的范圍內(nèi)。經(jīng)過(guò)改造后的脫硫技術(shù)，脫硫效率大大地提高，脫硝效率也高達(dá)99.5%以上，所生成的石膏純度不小于90%，且含水率可以控制在10%以內(nèi)。

4.2 超低排放技術(shù)改造

陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木電化發(fā)展有限公司在進(jìn)行火力發(fā)電過(guò)程中，存在床溫高、排放的氮氧化物濃度大等問(wèn)題。為了減少排放量，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的火力發(fā)電廠排放標(biāo)準(zhǔn)，做出了以下改造：

對(duì)二次進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行控制，并改造二出風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)角度，進(jìn)一步提高二次風(fēng)在爐膛的穿透能力。為了提高煙氣的流速，加快旋風(fēng)分離器的分離效率，因此需要對(duì)旋風(fēng)分離器入口縮徑進(jìn)行改造。改造后的系統(tǒng)能將引風(fēng)機(jī)出口處煙氣再次引入到一次風(fēng)機(jī)入口，不僅能提高一次風(fēng)機(jī)的含氧量，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣的進(jìn)行多次處理，更好地吸收煙氣內(nèi)的有害氣體。此外，為了能降低爐內(nèi)的床溫，改造后的系統(tǒng)將除灰通過(guò)輸送系統(tǒng)再次引入爐中，并在水冷壁的鰭片上增設(shè)吸熱鋼，進(jìn)而提高水冷壁的吸熱量，以達(dá)到降低爐內(nèi)床溫的目的。

為了更好地降低氮氧化物等有害氣體的排放，對(duì)原有的SNCR 系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造。將原有的噴槍順序布置改為錯(cuò)列布置，增大還原劑的覆蓋范圍，進(jìn)一步加快反應(yīng)速率，進(jìn)而提高了脫硝效率。為了更好地配合旋風(fēng)分離器入口的噴槍，在旋風(fēng)分離器出口左右兩側(cè)增加四支噴槍。改造完成后，將飛灰再循環(huán)系統(tǒng)和煙氣再循環(huán)系統(tǒng)陸續(xù)投入使用，并取得了不錯(cuò)的成效。其中，原始氮氧化物由270mg/m3降為120mg/m3，床溫由原來(lái)的980～1050℃降為小于950℃，過(guò)熱器尾部含氧量由原來(lái)的5%降為3%，并且鍋爐的效率基本上不受影響。此外，使用改造升級(jí)后的SNCR 系統(tǒng)，氮氧化物可以穩(wěn)定地控制在50mg/m3，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 除塵技術(shù)的改造

為了實(shí)現(xiàn)超低排放，達(dá)到更好的除塵效果，可在原有的除塵基礎(chǔ)上，增加濕式電除塵技術(shù)，這樣能有效地對(duì)含有濕氣的煙塵進(jìn)行處理。在濕式靜電除塵中，不僅操作條件十分穩(wěn)定，而且廢氣溫度低、水分含量較高，粉塵的電阻率有所下降，因此在很大程度上能減少前期電除塵的投資和運(yùn)行成本。此外，還需對(duì)除塵技術(shù)進(jìn)行改造：①對(duì)煙氣的出口煙道進(jìn)行改造，在原有基礎(chǔ)上，將脫硫塔的高度增高，并在脫硫塔噴淋層的上方增加束管除塵裝置，提高對(duì)煙氣的除塵效率。另外，為了增加氣流的離心運(yùn)動(dòng)速度，還需在分離器之間安裝導(dǎo)向環(huán)、匯合環(huán)、增速器，讓氣流能夠處于合適的分配狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流出口和制液膜厚度的控制。②在四層脫硫噴淋系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以脫硫塔的入口高度為依據(jù)，適當(dāng)增加旋匯耦合裝置，同時(shí)，在噴淋層下增加脫硫提效環(huán)的數(shù)量。③并對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的改造，提高內(nèi)部沖洗系統(tǒng)的沖洗效果，增加在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證除塵的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

為了讓火力發(fā)電廠的排放量更好地滿足綠色發(fā)展的需求，需進(jìn)一步加快我國(guó)火力發(fā)電廠向綠色發(fā)展的步伐，各個(gè)發(fā)電廠仍需努力探索出更加有利于生態(tài)發(fā)展的脫硫除塵技術(shù)。文中火力發(fā)電廠在此次改造中，主要是從脫硫技術(shù)和降低排放技術(shù)的細(xì)節(jié)上入手，抓住技術(shù)核心進(jìn)行相應(yīng)的改造，因此所改造的范圍小，花費(fèi)的時(shí)間和資金較少，但是取得的效果比較明顯，能夠滿足國(guó)家制定的火力發(fā)電廠排放標(biāo)準(zhǔn)，為想要實(shí)現(xiàn)脫硫超低排放要求的火力發(fā)電廠改造提供參考。