俆啟，張巖

(華北水利水電大學(xué)電力學(xué)院，鄭州 450045)

表1 #1吸收塔脫硫效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

0 引言

隨著國家環(huán)保政策越來越嚴(yán)格，電廠對減排工作越加重視。但由于近年來煤炭市場供應(yīng)不穩(wěn)定，實(shí)際燃煤含硫量增加，導(dǎo)致脫硫裝置入口SO2濃度較高，而根據(jù)2014年10月《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃》的要求，SO2排放標(biāo)準(zhǔn)不得高于35 mg/m3，大多數(shù)電廠面臨著脫硫后的SO2排放濃度依然無法達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險[1]。某電廠一期2×600 MW超臨界機(jī)組脫硫裝置建設(shè)時期較早，已無法滿足如今的排放標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)保政策要求，因此需要對其進(jìn)行改造，并對其改造方案進(jìn)行研究和分析，從而為其他電廠脫硫設(shè)備改造提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)[2]。

1 電廠工程概況

國內(nèi)某火發(fā)電廠一期脫硫島整島采用EPC總包方式建設(shè)，運(yùn)行機(jī)組采用的是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝。脫硫裝置原設(shè)計(jì)值為燃煤含硫量St.ar 2.0%，入口濃度4 150 mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基、6% O2)，SO2排放濃度小于200 mg/m3，脫硫效率為95.8%。其中，吸收塔高度為21.8 m，設(shè)有5層噴淋層，塔內(nèi)煙氣流速為3.89 m/s，煙氣在吸收塔內(nèi)停留時間為5.2 s；漿池高度為12.4 m，容積為2 326 m3，漿液停留時間為3.6 s。脫硫裝置投運(yùn)后，由于煤炭資源日益緊張，鍋爐燃煤含硫量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過脫硫裝置設(shè)計(jì)值，脫硫裝置難于安全穩(wěn)定運(yùn)行及達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，迫切需要對脫硫裝置進(jìn)行超低排放標(biāo)準(zhǔn)的改造，使其SO2排放滿足目標(biāo)值。

2 吸收塔脫硫效率試驗(yàn)

為了做好該電廠一期#1和#2機(jī)組的脫硫增容改造工作，于2015年5月19日至27日對這2臺機(jī)組脫硫裝置進(jìn)行了現(xiàn)場測試和評估試驗(yàn)。其中，脫硫裝置評估試驗(yàn)的數(shù)據(jù)見表1、表2。

由于GGH(煙氣再熱器)運(yùn)行時間較長，漏風(fēng)率較大，扣除其漏風(fēng)影響后，#1吸收塔實(shí)際排放濃度在60～150 mg/m3之間，#2吸收塔實(shí)際排放濃度在70～90 mg/m3之間。其中#1吸收塔原設(shè)計(jì)采用4層噴淋層，#2吸收塔采用5層噴淋層。

原設(shè)計(jì)吸收塔流速較高，塔徑偏小，漿池容積偏小。盡管吸收塔已采用4層噴淋層或5層噴淋層，但吸收塔的排放濃度仍不能達(dá)到排放要求。因此單純增大噴淋量，對脫硫效率未有明顯提高。對于煤質(zhì)含硫量為1.5%～2.0%的高硫煤而言，單座吸收塔已無法滿足電廠標(biāo)準(zhǔn)要求的99.2%的脫硫效率，且其排放濃度很難控制到35 mg/m3以下。因此，需要對原有的脫硫設(shè)備進(jìn)行超低排放工程的改造。

表2 #2吸收塔脫硫效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 脫硫設(shè)備改造方案

根據(jù)國內(nèi)相關(guān)電廠調(diào)研情況，火電廠脫硫設(shè)備高效改造方案主要有單塔雙循環(huán)、雙托盤、雙塔雙循環(huán),其技術(shù)特點(diǎn)如下[3]。

(1)單塔雙循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫：原煙氣在一個塔內(nèi)經(jīng)過一級、二級循環(huán)的串聯(lián)吸收，能夠?qū)崿F(xiàn)對兩級吸收漿液氧化結(jié)晶、高脫硫效率等不同功能的物理劃分，同時能夠?qū)崿F(xiàn)分別控制兩個獨(dú)立漿池的pH值、液位、密度等平衡的石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)。

(2)雙托盤噴淋塔石灰石-石膏濕法脫硫：雙托盤的改造方案是在濕法脫硫裝置的噴淋塔基礎(chǔ)之上增加一層托盤，省去增加一層噴淋層所必需的漿液循環(huán)泵及循環(huán)管道等組件，這種方法比增加一層噴淋層具有更好的傳質(zhì)效果。并且，雙托盤能二次強(qiáng)化氣液接觸，使得噴射的漿液液滴能更有效地脫硫，從而實(shí)現(xiàn)極髙的脫硫效率。

(3)雙塔雙循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫：雙塔雙循環(huán)技術(shù)主要是通過在煙氣通道上增建兩座吸收塔，通過串聯(lián)運(yùn)行，增加煙氣與漿液的反應(yīng)時間[4]：增建的兩塔中，前塔作為預(yù)洗塔，用于吸收絕大部分SO2和石膏結(jié)晶；后塔作為補(bǔ)充塔，吸收從前塔中逃逸的SO2。兩座吸收塔都有各自的獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)吸收塔漿池的作用發(fā)生變化時，前塔漿池繼續(xù)用于石膏結(jié)晶，后塔可以通過提高pH值獲得更高的脫硫效率。并且，雙塔雙循環(huán)可以將氧化還原反應(yīng)的低pH環(huán)境與高效吸收的高pH環(huán)境分開，從而能夠在低能耗的條件下獲得較高的脫硫效率。

在本次改造工程中，根據(jù)電廠實(shí)際條件，結(jié)合吸收塔脫硫效率試驗(yàn)結(jié)果，制定了兩種脫硫改造方案，即雙塔雙循環(huán)改造方案和單塔改造方案。

3.1 雙塔雙循環(huán)改造方案

在國內(nèi)火電廠脫硫改造工程中，雙塔雙循環(huán)應(yīng)用業(yè)績較多，改造后系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定、高效，并且可以充分利用原有設(shè)備。其中，采用雙塔雙循環(huán)的改造方案新增的吸收塔參數(shù)見表3。

表3 #1， #2新增吸收塔設(shè)計(jì)參數(shù)

考慮到原吸收塔脫硫效率較高，脫硫容量大，從而在原吸收塔后新建一座二級吸收塔并對原吸收塔入口煙道進(jìn)行改造、拆除原吸收塔頂部二級和三級除霧器、并串聯(lián)雙塔、二級脫硫。為滿足 35 mg/m3超低排放標(biāo)準(zhǔn)，要求二級吸收塔入口SO2濃度應(yīng)為500 mg/m3(標(biāo)態(tài))，脫硫效率應(yīng)為93%。

表4 改造方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比

5 結(jié)束語

火電廠脫硫設(shè)備達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的改造對減少火電廠對于環(huán)境的污染至關(guān)重要。為滿足超低的排放標(biāo)準(zhǔn)，基于電廠實(shí)際概況對雙塔雙循環(huán)和單塔改造兩種改造方案進(jìn)行對比分析，對脫硫目標(biāo)、改造難度、技術(shù)風(fēng)險、改造工期、占地面積、工程投資等因素充分考慮，確定雙塔改造方案更適合本次改造工程。通過本次對各種方案可行性的分析與研究，從而為今后其他火電廠脫硫設(shè)備的增容改造提供借鑒。