火力發(fā)電廠脫硫超低排放改造技術(shù)探討

湖北能源集團(tuán)鄂州發(fā)電有限公司 許 蘇 張華瑋

1 前言

在我國推動(dòng)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的背景之下，全國各個(gè)火電廠積極落實(shí)相關(guān)的環(huán)保政策，以較高的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求自身發(fā)展。目前，在SO2排放標(biāo)準(zhǔn)上，各火電廠基本上將35mg/Nm3作為嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行執(zhí)行，同時(shí)有著較高的脫硫效率要求，要求其能夠達(dá)到95%以上甚至達(dá)到99%的效率[1]。在如此高要求的基礎(chǔ)之上，火力發(fā)電廠需要的是更高的脫硫超低排放技術(shù)，并根據(jù)有效的脫硫超低排放技術(shù)進(jìn)行自身火力發(fā)電廠的改進(jìn)。在當(dāng)前，串聯(lián)塔脫硫技術(shù)作為較為常見的脫硫低排放改造技術(shù)，被多數(shù)火力發(fā)電廠所采用。但是在實(shí)際火力發(fā)電廠的工作之中，串聯(lián)塔脫硫技術(shù)逐漸顯露出一定的技術(shù)劣勢，這給火力發(fā)電廠的發(fā)展帶來了重要影響，需要積極尋求更為高效的脫硫超低排放技術(shù)。

2 改造技術(shù)核心——單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)

單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)之中的“雙區(qū)”是指火力發(fā)電廠脫硫過程之中的兩個(gè)重要區(qū)域，分別為吸收區(qū)和氧化區(qū)。吸收區(qū)的主要功能在于對SO2完成吸收，由于吸收物質(zhì)為酸性，需要吸收區(qū)所采用的漿液pH值較高。在對酸性氣體完成吸收之后，可以在吸收區(qū)生成CaSO3與Ca(HSO3)2。氧化區(qū)的主要功能在于實(shí)現(xiàn)對SO3

2-或HSO3-等物質(zhì)的氧化，為了成功實(shí)現(xiàn)氧化，在氧化區(qū)的漿液pH 值需要偏低。在傳統(tǒng)脫硫技術(shù)之中，由于吸收區(qū)和氧化區(qū)存在著較大的漿液pH 值差異，所以將其完成劃分為兩個(gè)區(qū)域，連個(gè)區(qū)域相互獨(dú)立，普遍采用的方式為“1塔+1罐”。具體實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)雙塔脫硫技術(shù)

單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)則是在原有基礎(chǔ)之上，通過一個(gè)塔便實(shí)現(xiàn)了脫硫目的，在一個(gè)塔之中就有不同pH 值漿液的存在，既滿足對于煙氣吸收和氧化的需求，同時(shí)僅依靠單塔而實(shí)現(xiàn)。所能夠?qū)崿F(xiàn)的核心在于pH 調(diào)節(jié)器與射流攪拌。單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖2所示，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)實(shí)現(xiàn)的過程之中，煙氣從底部進(jìn)入，注入pH 值呈堿性的漿液，煙氣的吸收需要從底部漿液之中抽取堿性漿液對煙氣進(jìn)行噴淋以實(shí)現(xiàn)吸收區(qū)的重要作用。噴淋之后所形成的漿液會(huì)落在底部漿液的上層，且上層漿液pH值偏酸性。在對煙氣吸收之后，再次抽取底部漿液上層的酸性漿液進(jìn)行噴淋，最終實(shí)現(xiàn)氧化區(qū)的重要作用。在裝置運(yùn)行過程之中，底部會(huì)重新注入堿性漿液，對底部漿液上層漿液的pH 值會(huì)產(chǎn)生重要影響。為了避免相關(guān)問題的發(fā)生，需要采用射流攪拌系統(tǒng)，即當(dāng)?shù)撞恐匦伦⑷雺A性漿液時(shí)，需要利用噴嘴產(chǎn)生射流，在防止影響上層漿液pH 值的同時(shí)，還能夠?qū)Φ撞繚{液產(chǎn)生攪拌作用，防止沉淀[2]。雙區(qū)脫硫技術(shù)在單塔之中實(shí)現(xiàn)吸收區(qū)和氧化區(qū)兩大重要作用，沒有外在裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡易，運(yùn)行流暢與運(yùn)行阻力較小。

3 技術(shù)對比

當(dāng)前火力發(fā)電廠常規(guī)采用的脫硫技術(shù)包括單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)以及串流塔脫硫技術(shù)，作為傳統(tǒng)脫硫技術(shù)的代表，兩者具有一定的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，但是在與單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)對比的過程之中，傳統(tǒng)脫硫技術(shù)也在一定程度上凸顯出來了技術(shù)缺點(diǎn)，本文將單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)與另外兩種傳統(tǒng)脫硫技術(shù)即單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)以及串流塔脫硫技術(shù)進(jìn)行技術(shù)對比，具體對比情況如表1所示。

表1 脫硫技術(shù)對比分析

通過上述對比可以發(fā)現(xiàn)，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)在于傳統(tǒng)脫硫技術(shù)的對比之中，凸顯出一定的技術(shù)優(yōu)勢，能夠有效實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電廠的脫硫超低排放目標(biāo)。在具體優(yōu)勢方面，一是單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)有著較高的脫硫效率，主要在于漿液pH 值分布合理，漿液底部pH 值平均位于5.1-6.3，漿液上層pH 值平均位于4.9-5.5，能夠高效率實(shí)現(xiàn)吸收與氧化功能。二是單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)脫硫效果好，在傳統(tǒng)脫硫技術(shù)之中，石膏純度平均高于90%，而單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)石膏純度平均高于92%[3]。三是系統(tǒng)運(yùn)行過程之中阻力較小，系統(tǒng)運(yùn)行更加順暢，當(dāng)系統(tǒng)停機(jī)之后，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)系統(tǒng)能夠順利啟動(dòng)。四是系統(tǒng)整體上難度較低，運(yùn)行簡單，維護(hù)容易。五是單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)更加節(jié)省能源，其與傳統(tǒng)脫硫技術(shù)相比，有著較低的電耗，能夠有效節(jié)省200kWh/h（1×300MW 機(jī)組），這與符合當(dāng)前環(huán)保理念的發(fā)展，是火力發(fā)電廠未來發(fā)展的重要方向。六是單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)占地面積更小，由于單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)只需要單塔便可以實(shí)現(xiàn)脫硫技術(shù)，而傳統(tǒng)技術(shù)往往需要借助“塔+罐”或者雙塔[4]。通過上述數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)所節(jié)約的面積在于1×300MW 機(jī)組，也就意味著可以實(shí)現(xiàn)的節(jié)約面積高達(dá)500m2。七是在上述技術(shù)優(yōu)勢的支撐之下，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)擁有更低的投入成本，運(yùn)行成本，能夠有效為火力發(fā)電廠節(jié)約資金。

4 技術(shù)改造方案

根據(jù)上述介紹可以發(fā)現(xiàn)，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)擁有較為突出的技術(shù)優(yōu)勢，如何將其運(yùn)用于實(shí)踐之中，也是技術(shù)需要考慮的關(guān)鍵所在。在火力發(fā)電廠脫硫低排放技術(shù)之中運(yùn)用單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)，需要對原有設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，且驗(yàn)證其是否具有較為良好的改造效果。

單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)采用單塔實(shí)現(xiàn)pH 值分區(qū)以及對煙氣的吸收與氧化，關(guān)鍵在于塔之中漿液pH值的不同。從圖2之中可以發(fā)現(xiàn)，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)之中單塔從低到高分別營造了堿性，中性以及酸性環(huán)境，實(shí)現(xiàn)的主要工具在于分流調(diào)節(jié)器以及氧化空氣管。分流調(diào)節(jié)器作用于底部的漿液池，防止底層堿性漿液與上層酸性漿液混合，通過循環(huán)漿料泵，便可以抽取漿液進(jìn)行噴涂，噴涂過程之中以實(shí)現(xiàn)吸收與融合。噴涂過程有著較高的技術(shù)要求，需要實(shí)現(xiàn)有效噴涂以提高脫硫率，因此在噴涂技術(shù)有具體的技術(shù)措施，具體內(nèi)容包括：

首先，噴涂層需要設(shè)置多層對煙氣進(jìn)行噴涂，最低需要設(shè)置三層以上，且單層的噴涂層需要實(shí)現(xiàn)橫截面的完全覆蓋，具有較高的覆蓋率。其次，噴嘴需要選擇專用噴嘴，自身流量低的同時(shí)也要實(shí)現(xiàn)對于漿液的二次霧化，盡可能實(shí)現(xiàn)對煙氣的全覆蓋。最后，噴嘴排列方面需要充分考慮，以科學(xué)有效的噴嘴排列方式進(jìn)行排列，考慮到煙氣的全方位噴涂。在改造技術(shù)的支持之下，本文選取了某火力發(fā)電廠，以其為具體案例進(jìn)行單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)改造，具體改造方案如下。

由于該火力發(fā)電廠原采用串流塔脫硫技術(shù)，原有設(shè)備包括雙塔，為了改造應(yīng)用單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)，需要對原有雙塔進(jìn)行改造，主要是對其中吸收塔記性改造，將吸收塔在內(nèi)部劃分為兩個(gè)區(qū)域，對吸收塔進(jìn)行環(huán)切，將其劃分為兩個(gè)不同。底部漿液池需要進(jìn)一步得到擴(kuò)大，擴(kuò)大的基礎(chǔ)之上抬高吸收塔高度。在單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)之中，為了防止底部漿液混亂，在底部漿液池?cái)U(kuò)大改造的基礎(chǔ)之上增加調(diào)節(jié)器。

對底部漿液池進(jìn)行改造之后，另外對單塔區(qū)進(jìn)行改造，改造的主要目的在于改造噴涂層。改造噴涂層需要對原有設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化升級，對原油管道和噴嘴進(jìn)行拆除，原有噴涂層為3層，在改造之中需要增加噴涂層數(shù)量，將其增加至5層可以有效提升噴涂效果。在噴嘴選擇之中，需要選擇雙向空心錐噴嘴。為了更好實(shí)現(xiàn)噴涂，可以在噴涂層下端增加多孔分布器，以最大化增加噴涂漿液與煙氣的接觸，增加脫硫效果。另外，在噴涂層上，需要盡最大可能減少煙氣泄露，對塔壁需要采用特殊涂層以達(dá)到良好效果。最后，需要對原有層進(jìn)式攪拌器進(jìn)行改進(jìn)，射流攪拌將是漿液進(jìn)行底部漿液池的重要方式。

5 技術(shù)改造結(jié)果

在對目標(biāo)火力發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)改造之后，并對其改造之后的運(yùn)行情況進(jìn)行了記錄，統(tǒng)計(jì)和分析，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)改造系統(tǒng)運(yùn)行情況如表2所示。

表2 單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)應(yīng)用效果

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以對該系統(tǒng)的脫硫效率進(jìn)行計(jì)算，可知脫硫效率的計(jì)算公式如下所示。

根據(jù)上述脫硫效率計(jì)算公式以及上述系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以對當(dāng)前脫硫效率進(jìn)行計(jì)算。通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前系統(tǒng)的脫硫效率為99.7%。

在脫硫情況的統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)之上，本文還對系統(tǒng)的運(yùn)行消耗情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，包括石灰石消耗量，工藝水消耗量，電量消耗等情況，在石灰石消耗量方面，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)所應(yīng)用的脫硫系統(tǒng)的消耗量為9.01t/h。在工藝水消耗方面，運(yùn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)其消耗量為26.8t/h。在電量消耗上，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)所應(yīng)用的脫硫系統(tǒng)每小時(shí)消耗的電量情況為3443.8kWh。通過統(tǒng)計(jì)分析得知，在當(dāng)前，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)與傳統(tǒng)脫硫技術(shù)相比，既有著更高的脫硫效率，同時(shí)也有更低的能量消耗，能夠有效滿足火力發(fā)電廠的脫硫需求，同時(shí)也能夠比傳統(tǒng)脫硫技術(shù)更加符合環(huán)保理念，是支撐火力發(fā)電廠發(fā)展的重要脫硫技術(shù)。

6 結(jié)語

在環(huán)保理念不斷發(fā)展的今天，火力發(fā)電廠的脫硫低排放技術(shù)自然是支撐火力發(fā)電廠的重要內(nèi)容。在傳統(tǒng)脫硫技術(shù)下，雖然傳統(tǒng)脫硫技術(shù)經(jīng)過長時(shí)間的檢驗(yàn)，擁有一定的脫硫效果，但是需要具有提升的空間。更加重要的是，傳統(tǒng)脫硫技術(shù)在其他能量消耗方面巨大，既是能夠達(dá)到良好的脫硫效果，其能耗大，投資量大等問題也不能夠有效支撐其未來發(fā)展，需要火力發(fā)電廠在環(huán)保理念的要求下，進(jìn)一步改進(jìn)脫硫低排放技術(shù)，積極踐行環(huán)保理念，促進(jìn)火力發(fā)電廠的綠色高效發(fā)展。

當(dāng)前單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)是一種較為優(yōu)先的脫硫技術(shù)，能夠有效滿足火力發(fā)電廠發(fā)展的各種需求，能夠成為重要的脫硫技術(shù)支撐，應(yīng)當(dāng)成為火力發(fā)電廠未來發(fā)展的重要選擇。但是值得一提的是，單塔雙區(qū)脫硫技術(shù)依然具有進(jìn)一步提升的空間，需要在未來火力發(fā)電廠的實(shí)踐之中進(jìn)行積極的技術(shù)改進(jìn)與發(fā)展。