溫卿云 謝 倩 楊西茜 何永勝( 廈門龍凈環(huán)保技術(shù)有限公司，福建 廈門 36009；上海龍凈環(huán)?？萍脊こ逃邢薰?，上海 0033)

燃煤電廠脫硫除塵超低排放改造措施探討

溫卿云1謝 倩1楊西茜1何永勝2
(1 廈門龍凈環(huán)保技術(shù)有限公司，福建 廈門 361009；2上海龍凈環(huán)?？萍脊こ逃邢薰荆虾?200331)

為了給將實(shí)施超低排放改造的燃煤電廠提供技術(shù)參考，本文從鈣基濕法脫硫塔的漿液池、噴淋系統(tǒng)、除霧器和凈煙道4個(gè)部位論述了常見的超低排放改造措施，并從增效原理和設(shè)置原則上加以說明，從而得出簡(jiǎn)單高效的漿液池pH值分區(qū)+托盤復(fù)合噴淋+高效除霧器的超低排放改造技術(shù)路線，然后以某燃煤電廠2×300MW機(jī)組為例，其改造后SO2排放濃度為20.48mg/Nm3，煙塵排放濃度為3.73mg/Nm3，實(shí)現(xiàn)了SO2和煙塵的超低排放，從而驗(yàn)證技術(shù)路線的可靠性。

超低排放；改造措施；pH值分區(qū)；托盤；噴淋；高效除霧器

2014年9月和2015年12月，國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部和能源局聯(lián)合發(fā)布了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》和《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》，將全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造上升為一項(xiàng)重要的國(guó)家專項(xiàng)行動(dòng)，要求到2020年，全國(guó)所有新建和具備改造條件的燃煤電廠力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)超低排放(即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3)。

在國(guó)家超低排放政策的推動(dòng)下，大氣環(huán)保企業(yè)競(jìng)相革新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超低排放的工業(yè)化應(yīng)用。燃煤煙氣污染物煙塵、二氧化硫和氮氧化物每種污染物的超低排放均有多種技術(shù)選擇，而且還需考慮不同污染物治理設(shè)施之間的協(xié)同作用，因此可以組合出很多的技術(shù)路線[1]。本文針對(duì)鈣基濕法脫硫工藝，探討鈣基濕法脫硫除塵實(shí)現(xiàn)超低排放常見的幾種改造措施，并以某燃煤電廠300MW機(jī)組的超低排放改造工程進(jìn)行論證，為燃煤電廠超低排放改造提供技術(shù)參考。

1 超低排放改造的原則

燃煤電廠煙氣污染物超低排放技術(shù)路線選擇時(shí)應(yīng)遵循“因煤制宜、因爐制宜、因地制宜、統(tǒng)籌協(xié)同、兼顧發(fā)展”的基本原則[2]，具體到鈣基濕法脫硫協(xié)同除塵超低排放改造，則應(yīng)考慮技術(shù)成熟可靠，經(jīng)濟(jì)性好，節(jié)約用地，施工方案簡(jiǎn)易可靠的原則。目前國(guó)家環(huán)保部已發(fā)布了HJ 2301-2017《火電廠污染防治可行技術(shù)指南》，因此在選擇SO2超低排放技術(shù)路線時(shí)可參考該標(biāo)準(zhǔn)；超低排放改造必然會(huì)增加電廠的投資、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)660MW機(jī)組的超低排放改造工程將增加單位供電成本0.00847元/(kW·h)[3]，因此超低排放改造應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)性；現(xiàn)有鈣基濕法脫硫裝置大多建造于2010年之前，超低排放改造時(shí)已無多余的場(chǎng)地來布置大型的容器或設(shè)備，所以超低排放改造應(yīng)選用節(jié)約用地的技術(shù)；超低排放改造工程的工期普遍緊張，改造施工方案只有盡量簡(jiǎn)易且安全可靠才能同時(shí)保證工期和質(zhì)量。

2 常見的幾種改造措施

鈣基濕法煙氣脫硫塔內(nèi)漿液對(duì)SO2、煙塵的脫除是氣液固三相流復(fù)雜的反應(yīng)過程，其增效措施主要有結(jié)構(gòu)優(yōu)化、控制pH值和添加劑[4]，本文將對(duì)脫硫塔不同部位的增效措施進(jìn)行論述和比較。

2.1 漿液池的改造措施

脫硫塔漿液池是脫硫劑漿液循環(huán)停留和石膏氧化結(jié)晶的場(chǎng)所，針對(duì)該部位的超低排放改造措施有加高漿液池和增加塔外漿液池，更換或增加攪拌設(shè)備和循環(huán)泵。加高漿液池或增加塔外漿液池的目的均是增大漿液池容積，以解決由于提高L/G比而導(dǎo)致循環(huán)漿液停留時(shí)間變短的問題。L/G比提高意味著循環(huán)漿液量的增加，若不增大漿液池容積則會(huì)降低循環(huán)漿液停留時(shí)間，影響石膏品質(zhì)，因此在提高L/G比時(shí)一般都需增加漿液池容積。但實(shí)際上這種改造措施是“簡(jiǎn)單粗暴”的，因?yàn)槠錄]有綜合考慮漿液pH值對(duì)脫硫除塵效率的影響。

若綜合考慮漿液pH值、L/G比和循環(huán)漿液停留時(shí)間3種因素對(duì)脫硫除塵效率的影響，則對(duì)脫硫塔漿液池區(qū)可以采用pH值分區(qū)改造措施。pH值分區(qū)改造即將脫硫塔漿液池分為2個(gè)區(qū)域：上部低pH值(pH值約5.3)區(qū)域有利于HSO3-的氧化和石膏的結(jié)晶；下部高pH值(pH值約6.1)區(qū)域?yàn)槭沂{和循環(huán)漿液抽取之處，有利于噴淋漿液對(duì)SO2和煙塵的脫除反應(yīng)。這種技術(shù)即為“單塔雙區(qū)技術(shù)”[5]，該技術(shù)同時(shí)滿足了循環(huán)漿液脫除SO2和石膏漿液氧化結(jié)晶的pH值要求，具有脫硫除塵的增效作用和相對(duì)降低L/G的作用。

由此可知，脫硫塔漿液池采用pH值分區(qū)改造技術(shù)，綜合考慮了各種因素對(duì)脫硫除塵效率的影響，只需加裝分區(qū)隔離器而無需加高漿液池或加設(shè)塔外漿液池，改造相對(duì)簡(jiǎn)單，可節(jié)約改造工期和占地面積，因此在鈣基濕法煙氣脫硫除塵改造時(shí)，可優(yōu)先選擇此改造措施。

2.2 噴淋系統(tǒng)的改造措施

脫硫塔噴淋系統(tǒng)改造措施實(shí)際上是對(duì)噴淋吸收區(qū)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，常見的措施有增加噴淋層數(shù)量或間距，更換高效噴淋噴嘴或增加噴嘴數(shù)量，設(shè)置增效環(huán)，設(shè)置托盤或類似結(jié)構(gòu)的增效裝置。

2.2.1 噴淋層及噴嘴改造

由于超低排放改造需要增加漿液循環(huán)量(提高L/G比)，所以需對(duì)原有噴淋層改造。若原有循環(huán)泵運(yùn)行狀況良好，則可新增1～2臺(tái)循環(huán)泵和噴淋層；若原有部分循環(huán)泵運(yùn)行狀況不良，則可更換部分大流量循環(huán)泵和相應(yīng)的噴淋層；還有一種常見的改造措施是，由于噴淋層噴嘴類型和數(shù)量變化，噴嘴要求的運(yùn)行背壓增大，則可改造原有的循環(huán)泵，改變其工作點(diǎn)參數(shù)使得其流量降低而揚(yáng)程變大，同時(shí)新增1～2臺(tái)循環(huán)泵和噴淋層。

濕法脫硫噴淋層噴嘴一般采用不易堵塞的機(jī)械式霧化噴嘴，常用的噴嘴有螺旋型(豬尾巴型)噴嘴、空心/實(shí)心錐旋流噴嘴和單向雙頭空心/實(shí)心錐旋流噴嘴(如圖1所示)。這3種噴嘴的常規(guī)選型參數(shù)如表1所示。從表1可知，空心/實(shí)心錐旋流噴嘴的霧化粒徑和運(yùn)行背壓均適中，而單向雙頭空心/實(shí)心錐旋流噴嘴的霧化粒徑最小，但其運(yùn)行背壓最高。在相同的L/G比下，噴嘴的霧化粒徑越小，脫硫效率越高，而運(yùn)行背壓越高則意味著所需循環(huán)泵的揚(yáng)程越大，電耗越大。因此，在超低排放改造的工程中，常采用空心/實(shí)心錐旋流噴嘴，并對(duì)單頭單向、雙頭雙向和單向雙頭進(jìn)行組合配置，但應(yīng)遵循每層噴淋覆蓋率不小于300%，靠近脫硫塔塔壁一圈應(yīng)采用實(shí)心錐噴嘴和最上層噴淋層噴嘴不應(yīng)采用雙向噴嘴的設(shè)計(jì)原則。

(a)螺旋型噴嘴 (b)空心錐旋流噴嘴(雙向) (c)單向雙頭空心錐旋流噴嘴圖1 三種常用的噴淋層噴嘴外形

表1 三種噴淋層噴嘴常規(guī)選型參數(shù)表

2.2.2 增設(shè)托盤或類似結(jié)構(gòu)的增效裝置

與托盤類似的脫硫增效裝置有旋匯耦合器、多層管柵等裝置。這些裝置的工作原理不盡相同，但其均起著增加煙氣漿液的傳質(zhì)速率和均流煙氣的作用，本文主要論述工程應(yīng)用最多的托盤增效作用。托盤是一種多孔性合金板，由多個(gè)單元孔板組成，遍布整個(gè)脫硫塔橫截面上。托盤設(shè)置于若干層噴淋層下方，下落的噴淋漿液受到托盤的阻隔而形成持液層，上升的煙氣穿越托盤的多孔時(shí)與持液層漿液發(fā)生劇烈的擾動(dòng)沸騰，從而強(qiáng)化了SO2、煙塵與石灰石漿液的傳質(zhì)和反應(yīng)速率。托盤具有均布?xì)饬?、提高脫硫除塵效率、降低脫硫系統(tǒng)能耗和便于噴淋層檢修的作用，在超低排放改造中有大量的應(yīng)用[6]。根據(jù)流場(chǎng)數(shù)值模擬的結(jié)果，托盤開孔率為35%～38%時(shí)，持液層高度維持在100 ～200mm之間，壓降維持在100～200 Pa之間[7]。實(shí)際運(yùn)行中，單層托盤壓降值為400～500Pa。托盤的數(shù)量可設(shè)置1～2個(gè)，可以布置在所有噴淋層的下方，也可以布置在噴淋層之間。對(duì)于脫硫塔入口SO2濃度較高(大于4000mg/Nm3)的工程，建議托盤布置在噴淋層之間，這樣可以利用最下面的1～2層噴淋層噴淋預(yù)先脫除一部分的SO2和煙塵，再用托盤和其他噴淋層實(shí)現(xiàn)超低排放，以減少漿液循環(huán)量，節(jié)約電耗。

2.3 除霧器改造

鈣基濕法脫硫的除霧器性能直接影響著最終的煙塵排放濃度[8]，因此在超低排放改造時(shí)，必須采用高效除霧器以攔截夾帶的漿液。常用的高效除霧器有管束式旋流除霧器和多級(jí)高效屋脊式除霧器。管束式旋流除霧器由于受專利注冊(cè)保護(hù)，在超低排放工程中的運(yùn)用受限，本文主要論述多級(jí)高效屋脊式除霧器。

在超低排放改造工程中，常采用三級(jí)高效屋脊式除霧器或一級(jí)管式(可選)+三級(jí)高效屋脊式除霧器。與普通屋脊式除霧器相比，高效除霧器常分為三級(jí)，一級(jí)葉片為單純折流板片，二級(jí)葉片帶單鉤片，三級(jí)葉片帶雙鉤片(如圖2所示)。

帶雙鉤片的除霧器對(duì)小粒徑的液滴的去除效率顯著提高，對(duì)于粒徑20μm的液滴去除率高達(dá)60.49%[9]。除此之外，三級(jí)高效屋脊式除霧器每級(jí)葉片的葉片間距逐漸變小，并設(shè)計(jì)合理的葉片傾角，這使其在具有優(yōu)秀的除霧性能的同時(shí)具有較低的壓降(可控制在250Pa以下)。三級(jí)高效屋脊式除霧器可以將煙氣中霧滴攜帶量控制在20mg/Nm3以下，充分控制了煙氣攜帶的固體顆粒物含量，確保煙塵的超低排放。

一級(jí)純折流板葉片 二級(jí)單鉤折流板葉片 三級(jí)雙鉤折流板葉片圖2 三級(jí)高效屋脊式除霧器葉片示意圖

2.4 凈煙道改造

超低排放工程由于在燃煤電廠終端污染物的濃度極低，所以要求CEMS應(yīng)采用高精度的監(jiān)測(cè)儀表，這就要求脫硫凈煙道有足夠長(zhǎng)的直段。根據(jù)HJ/T 75-2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》的要求：對(duì)于顆粒物CEMS，測(cè)量煙道直段長(zhǎng)度應(yīng)不小于6倍的煙道當(dāng)量直徑；對(duì)于其他氣態(tài)污染物CEMS，測(cè)量煙道直段長(zhǎng)度則應(yīng)不小于2.5倍的煙道當(dāng)量直徑。因此超低排放工程中，燃煤電廠污染物CEMS常設(shè)置于煙囪內(nèi)筒上。若多臺(tái)機(jī)組共用一個(gè)煙囪內(nèi)筒，則需改造每個(gè)機(jī)組的煙囪前煙道，使其滿足污染物CEMS的測(cè)量條件。如本文的工程實(shí)例，由于脫硫塔緊鄰著煙囪，空間受限嚴(yán)重，所以脫硫凈煙道只能設(shè)置成垂直下降直段，且其支撐結(jié)構(gòu)只能生根于脫硫塔塔體上。

3 工程實(shí)例

某電廠1、2號(hào)機(jī)組為300MW亞臨界間接空冷循環(huán)流化床機(jī)組，原脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法煙氣空塔噴淋脫硫工藝，一爐一塔配置；原設(shè)計(jì)在FGD入口濃度達(dá)到4600mg/Nm3，脫硫效率不小于95%；當(dāng)FGD入口SO2濃度達(dá)到5980mg/Nm3時(shí)，脫硫效率≥93.8%，且FGD出口SO2排放濃度小于200 mg/Nm3。

對(duì)1、2號(hào)機(jī)組原有煙氣脫硫系統(tǒng)進(jìn)行超低排放改造要求：在燃用本次改造選取的設(shè)計(jì)煤種BMCR工況下，入口SO2設(shè)計(jì)濃度為4600mg/Nm3，脫硫效率按不小于99.24%設(shè)計(jì)，SO2排放濃度小于35mg/Nm3；入口煙塵濃度為20mg/Nm3，出口煙塵濃度為5mg/Nm3。全部改造在機(jī)組檢修期間竣工，工期45天。

最終的超低排放改造措施如下：

(1)脫硫塔漿液池區(qū)采用單塔雙區(qū)技術(shù)改造，使得漿液池分為上部pH值低區(qū)和下部pH值高區(qū)，同時(shí)對(duì)其原有供漿管和排漿管的位置按照單塔雙區(qū)的要求進(jìn)行改造；利舊原有的機(jī)械攪拌器，但將原有的矛槍式氧化改為管網(wǎng)式氧化，原有2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)利舊。

(2)脫硫塔噴淋區(qū)域改造：新增1層噴淋層(改造后每座吸收塔共5層噴淋層)及相應(yīng)的循環(huán)泵，新增1層合金托盤。其中第一層噴淋層(從下往上)對(duì)應(yīng)的漿液循環(huán)泵和噴淋層完全利舊，原第二層噴淋層位置安裝1層合金托盤；第二、三層噴淋層對(duì)應(yīng)的漿液循環(huán)泵利舊，但改造其工作參數(shù)，適當(dāng)降低循環(huán)泵流量和提高泵揚(yáng)程；第四層噴淋層對(duì)應(yīng)的漿液循環(huán)泵更換電機(jī)及減速機(jī)改造，改造其工作參數(shù)；第五層噴淋層對(duì)應(yīng)的漿液循環(huán)泵為本次改造新增的循環(huán)泵；原有噴淋層噴嘴碳化硅實(shí)心錐噴嘴，運(yùn)行背壓為0.5bar，每層噴淋覆蓋率為220%，改造則全部更換采用單向/雙向空心錐噴嘴，運(yùn)行背壓0.65bar，每層噴淋覆蓋率為300%。

(3)除霧器更換采用三層屋脊式+一級(jí)管式除霧器形式，出口煙氣夾帶的霧滴量不高于20mg/Nm3(干基)。

(4)其他改造：原有脫硫塔出口錐頂為側(cè)出，凈煙道直段只有5m，之后接入2臺(tái)機(jī)組的公用煙囪。超低排放改造將脫硫塔壁板加高10m，出口錐頂改為頂出式，并設(shè)計(jì)凈煙道直段長(zhǎng)度為18m以盡量滿足超低排放污染物的測(cè)量條件，并整體依靠脫硫塔支撐。

該電廠超低排放改造后運(yùn)行穩(wěn)定，性能指標(biāo)全面達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖3為該機(jī)組1號(hào)爐2016年4月3日至2016年4月9日的運(yùn)行數(shù)據(jù)。在168個(gè)小時(shí)的運(yùn)行中，脫硫塔入口SO2濃度為3289～4570mg/Nm3，出口濃度為7～31mg/Nm3，脫硫效率為99.16%～99.83%；脫硫塔入口煙塵濃度為7～15mg/Nm3，出口濃度為2.19～4.43mg/Nm3。該項(xiàng)目的超低排放改造最終通過了環(huán)保性能驗(yàn)收，性能驗(yàn)收?qǐng)?bào)告結(jié)論為：脫硫系統(tǒng)入口SO2濃度為4223.10mg/m3，出口SO2排放濃度為20.48mg/m3，達(dá)到設(shè)計(jì)要求(≤35mg/m3)，脫硫系統(tǒng)脫硫效率為99.52%，達(dá)到設(shè)計(jì)值要求(≥99.24%)；出口煙塵濃度為3.73mg/m3，達(dá)到設(shè)計(jì)要求(≤5mg/m3)。

圖3 脫硫塔進(jìn)出口168h污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

本文提出了鈣基濕法脫硫?qū)崿F(xiàn)超低排放的改造原則，從脫硫塔的不同部位分析論述超低排放常見的幾種改造措施，得出以下結(jié)論：

(1)脫硫塔漿液池改造可以采用增加漿液池體積和pH值分區(qū)兩種方案。相比而言，pH值分區(qū)改造方案具有增效和提高石膏品質(zhì)作用，同時(shí)又施工簡(jiǎn)單，節(jié)約占地，可優(yōu)先選擇。

(2)脫硫塔噴淋系統(tǒng)改造措施中，托盤對(duì)脫硫除塵超低排放具有多重有利作用，而高效除霧器則是控制煙塵超低排放的終端設(shè)備，這兩個(gè)設(shè)備的改造直接影響著超低排放的效果。

(3)脫硫塔凈煙道應(yīng)改造成有足夠的直段以滿足污染物監(jiān)測(cè)的要求，若其整體難以獨(dú)立支撐時(shí)，可支撐于脫硫塔上。

[1] 朱法華．燃煤電廠煙氣污染物超低排放技術(shù)路線的選擇[J]．中國(guó)電力，2017，50(3)：11-16．

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Thediscussionofultra-lowemissionsreformmeasuresforcoal-firedpowerplantdesulfurizationanddedusting

Wen Qingyun1，Xie Qian1，Yang Xiqian1，He Yongsheng2
(1.Xiamen Longking Environmental Technology Co.,Ltd., Xiamen 361009, China;2.Shanghai Longking Environmental Protection Co.,Ltd., Shanghai 200331, China)

In order to provide technical reference for the coal-fired power plant which will carry out the ultra-low emission transformation, this paper discussed the common ultra-low-emission transformation measures from the four parts of the calcium-based wet desulfurization tower, the sprinkler system, the defogger and the net flue, and explained from the efficiency theory and design principle, reached a simple and efficient reforming technology, pH partition in slurry pool+ pallet compound spray + high efficiency demister reforming. With this reforming, a coal-fired power plant of 2×300MW units, realized the ultra-low emission of SO2and soot, the SO2emission concentration was 20.48mg/Nm3and the smoke emission concentration was 3.73mg/Nm3, thus verifying the reliability of the technical route.

ultra-low emission；reform measures；pH division；pallet；spray；efficient demister

X505

A

低成本超低排放技術(shù)與高端制造裝備(2016YFC0203703)

2017-08-24； 2017-09-18修回

溫卿云(1983-)，男，碩士，研究方向：環(huán)保工程技術(shù)，余熱利用技術(shù)，化工換熱技術(shù)等。E-mail：wenqingyun@slep.net.cn