廖立，李恩超，林瑜

(1. 寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900；2. 霍尼韋爾中國(guó)研發(fā)中心，上海 201203)

為貫徹執(zhí)行《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》、《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》，控制燃煤電廠大氣污染物排放量，我國(guó)先后制定了多項(xiàng)排放標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格要求降低SO2的排放濃度(文中污染物排放濃度均為質(zhì)量濃度)[1-2]。

雖然煙氣脫硫裝備在電力行業(yè)已經(jīng)有較廣的覆蓋面，但是在鋼鐵、石化、玻璃等領(lǐng)域尚處于推廣建設(shè)階段。例如在鋼鐵行業(yè)，不同的工序會(huì)選擇不同的脫硫工藝，而對(duì)于某一種工序的最優(yōu)脫硫工藝并無定論。以燒結(jié)工序?yàn)槔跇浔蟮葘?duì)氨法、有機(jī)胺法、離子液循環(huán)吸收法[3]等5種脫硫工藝進(jìn)行比較，但未涉及不同脫硫工藝的適應(yīng)性。王燕等對(duì)于廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)燃煤電廠的石灰石-石膏濕法脫硫工藝在燒結(jié)煙氣脫硫中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，提出了影響主設(shè)備可靠性的主要原因以及對(duì)應(yīng)的綜合措施[4]。對(duì)于燃?xì)忮仩t，特別是鋼鐵企業(yè)的燃?xì)忮仩t，由于燃料的特殊性，其煙氣特性與普通的燃煤鍋爐存在較大的差異，主要體現(xiàn)在含硫量相對(duì)較低和煙氣量波動(dòng)較大。劉俊明等研究了鈉劑干法脫硫在燃?xì)忮仩t中的應(yīng)用[5]，但其在脫硫灰的處理方面僅列舉了理論上的可行性，并無實(shí)際工程應(yīng)用。在以流化床反應(yīng)器為代表的半干法脫硫的數(shù)值模擬方面，也積累了不少理論成果。Tang Qiang等模擬仿真并試驗(yàn)驗(yàn)證了帶旁路的循環(huán)流化床脫硫反應(yīng)器，發(fā)現(xiàn)有旁路的脫硫效果優(yōu)于不帶旁路的反應(yīng)器[6]。朱廷鈺等用歐拉-歐拉多相流模型詳細(xì)模擬了流化床反應(yīng)器內(nèi)的非穩(wěn)態(tài)、非均相流動(dòng)和反應(yīng)過程，并研究了影響脫硫效率的關(guān)鍵因素，如噴水量、噴水均勻性等參數(shù)[7]。金保升等通過微元分析對(duì)流化床內(nèi)的蒸發(fā)和脫硫過程進(jìn)行建模，得到多層噴淋時(shí)在不同位置高度的煙氣和液滴溫度場(chǎng)[8]。

本文以某鋼鐵企業(yè)燃?xì)忮仩t脫硫改造為例，介紹半干法脫硫工藝的工作原理和影響因素，針對(duì)燃?xì)忮仩t的特點(diǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化方面提出針對(duì)性較強(qiáng)的改進(jìn)和優(yōu)化措施，并通過性能考核試驗(yàn)對(duì)該套半干法脫硫系統(tǒng)對(duì)變負(fù)荷和變?nèi)剂瞎r的適應(yīng)性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 項(xiàng)目概況

某電廠發(fā)電機(jī)組容量為350 MW，其配套鍋爐型號(hào)為HPE微正壓塔式燃?xì)庵绷麇仩t，采用亞臨界壓力、一次再熱、左右墻對(duì)沖燃燒、強(qiáng)制通風(fēng)方式。主蒸汽流量1 170 t/h、溫度571 ℃、壓力18.23 MPa，再熱蒸汽流量965 t/h、溫度567 ℃、壓力4.38 MPa。主要燃料為高爐煤氣(blast furnace gas，BFG)，可以混燒焦?fàn)t煤氣(coke oven gas，COG)、天然氣(natural gas，NG)和輕油(light fuel oil，LFO)。BFG是高爐煉鐵生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，其熱值較低，不易燃燒，低負(fù)荷時(shí)需要其他高熱值燃料助燃；COG是煉焦工業(yè)的副產(chǎn)品，其熱值較高，可以用來作為點(diǎn)火燃料或者助燃燃料。BFG與COG的主要參數(shù)見表1。

該鍋爐共配置18臺(tái)組合式燃燒器，左右墻對(duì)稱布置，共分為3層，每層設(shè)3臺(tái)燃燒器。鍋爐布置如圖1所示。

圖1 鍋爐布置Fig.1 Boiler layout

該鍋爐投產(chǎn)于2008年，依據(jù)當(dāng)時(shí)的國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，未配置脫硫除塵裝置。SO2和粉塵的排放濃度是由入爐煤氣品質(zhì)決定的。

2011年，國(guó)家環(huán)境部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，增設(shè)了燃?xì)忮仩t大氣污染物排放質(zhì)量濃度限值。2018年，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《關(guān)于征求〈鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案(征求意見稿)〉意見的函》(環(huán)辦大氣函﹝2018﹞242號(hào))，首次對(duì)鋼鐵企業(yè)自備電廠燃?xì)忮仩t污染物排放質(zhì)量濃度限值進(jìn)行了規(guī)定。

表1 BFG和COG主要參數(shù)Tab.1 Main parameters of BFG and COG

根據(jù)目前的煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(continuous emission monitoring system，CEMS)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，污染物排放指標(biāo)均已超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，具體表2，其中列出了GB 13223—2011中的特別排放限值和2018年《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案(征求意見稿)》中規(guī)定的鋼鐵企業(yè)自備電廠燃?xì)忮仩t排放限值。

表2 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際情況Tab.2 National standards and actual situations

與燃煤鍋爐相比，燃?xì)忮仩t煙氣中的SO2濃度較低，選用濕法脫硫并不經(jīng)濟(jì)，而且可能引起石膏結(jié)晶困難，增加后續(xù)脫水的難度。另外，濕法脫硫會(huì)產(chǎn)生廢水，而該電廠廢水處理系統(tǒng)無法接納新的廢水，所以本項(xiàng)目未考慮選用濕法脫硫工藝。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐，一般采用半干法脫硫技術(shù)來處理低硫濃度、大煙氣量的廢氣，多選用鈣基脫硫劑[9-10]。半干法脫硫具有技術(shù)成熟、系統(tǒng)可靠、工藝流程簡(jiǎn)單、耗水量少、占地面積小、一次性投資費(fèi)用低、脫硫產(chǎn)物呈干態(tài)、無廢水排放、可脫除部分重金屬等優(yōu)點(diǎn)。因此，本項(xiàng)目從一開始就確定采用半干法脫硫的工藝路線。

2 工藝介紹

2.1 工作原理

本項(xiàng)目采用的半干法脫硫技術(shù)是目前廣泛應(yīng)用于燃煤鍋爐的煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝。流化床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是非常復(fù)雜的，增濕的煙氣與噴入的吸收劑強(qiáng)烈混合，煙氣中大量的SO2和含量極少的SO3與Ca(OH)2反應(yīng)生成CaSO3和CaSO4，部分CaSO3與煙氣中的過剩氧生成CaSO4[11-13]。脫硫后的含塵煙氣經(jīng)過布袋除塵器除去絕大部分煙塵，潔凈的煙氣經(jīng)過引風(fēng)機(jī)升壓后進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放。煙氣循環(huán)流化床脫硫工作流程如圖2所示。

一般認(rèn)為，當(dāng)CaO、工藝水和煙氣同時(shí)加入流化床中，會(huì)有以下主要反應(yīng)發(fā)生。

CaO與液滴結(jié)合產(chǎn)生的水合反應(yīng)：

CaO+H2O → Ca(OH)2.

(1)

SO2被液滴吸收的反應(yīng)：

SO2+H2O → H2SO3.

(2)

Ca(OH)2與H2SO3的反應(yīng)：

(3)

CaSO4·2H2O.

(4)

煙氣中的CO2、HCl和HF等酸性氣體同時(shí)也被Ca(OH)2脫除，反應(yīng)式如下：

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O，

(5)

Ca(OH)2+2HCl=CaCl2+2H2O，

(6)

Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H2O.

(7)

2.2 影響因素

2.2.1 固體顆粒物濃度

循環(huán)流化床具有較高的脫硫率，其中一個(gè)很重要的原因就是在反應(yīng)器中存在飛灰、粉塵和Ca(OH)2的高濃度接觸反應(yīng)區(qū)。隨著固體顆粒物濃度的逐漸升高，脫硫率也隨之升高[14]。固體顆粒物質(zhì)量濃度一般控制在0.5～2.0 kg/m3。

圖2 煙氣循環(huán)流化床脫硫工作流程Fig.2 Working process of flue gas desulphurization by fluidized-bed reactor

2.2.2 鈣硫比

隨著鈣硫比的增加，脫硫率也隨之增加[15]，這是因?yàn)殁}硫比的增加意味著脫硫劑及可獲反應(yīng)位點(diǎn)的增加。循環(huán)流化床脫硫工藝的鈣硫比一般選取1.1～1.5。

2.2.3 固體物停留時(shí)間

循環(huán)流化床中的SO2脫除反應(yīng)大部分都發(fā)生在1～3 s的液滴蒸發(fā)期內(nèi)[16]。為了提高Ca(OH)2中鈣的利用率，可將大部分脫硫灰返回到反應(yīng)器中，增加固體物停留時(shí)間，固體物停留時(shí)間一般控制在15～30 min。

2.2.4 近絕熱飽和溫度

近絕熱飽和溫度[17](approach adiabatic saturation temperature，AAST)指的是循環(huán)流化床出口煙氣溫度與相同狀態(tài)下的絕熱飽和溫度之差。本項(xiàng)目原煙氣濕度為2.5%，據(jù)此可以算出原煙氣的絕熱飽和溫度約為50 ℃。脫硫率隨著AAST的增大而下降，因?yàn)锳AST越大，漿滴液相蒸發(fā)就越快，SO2與Ca(OH)2的反應(yīng)時(shí)間就越短。但AAST過低又容易引起煙氣結(jié)露。AAST一般控制在15～20 ℃，即脫硫流化床反應(yīng)器出口溫度應(yīng)控制在65～70 ℃為宜。

2.2.5 脫硫吸收劑粒徑

脫硫吸收劑粒徑可以通過Ca(OH)2比表面積這一參數(shù)反映出來。Ca(OH)2比表面積越大，脫硫率越高[18-19]。這也意味著，在相同的脫硫率情況下，提高Ca(OH)2比表面積，可以采用較低的鈣硫比。Ca(OH)2比表面積一般控制在20～30 m2/g。

2.3 主要設(shè)備

2.3.1 流化床反應(yīng)器系統(tǒng)

本項(xiàng)目采用一爐一塔布置，流化床反應(yīng)器是由多個(gè)單文丘里噴嘴組成的空塔結(jié)構(gòu)，全部采用鋼板焊接而成。塔內(nèi)完全沒有任何運(yùn)動(dòng)部件和支撐桿件，也無需設(shè)防腐內(nèi)襯。

流化床反應(yīng)器是脫硫反應(yīng)的主要場(chǎng)所[20]，采用空塔布置。流化床反應(yīng)器直徑約11 m，總高度約60 m，有效高度約35 m。煙氣流速5～7 m/s，吸收劑停留時(shí)間不少于5 s。

2.3.2 除塵系統(tǒng)

本項(xiàng)目采用低壓回轉(zhuǎn)脈沖布袋除塵器(low pressure pulse jet fabric filter，LPPJFF)。LPPJFF的設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)主要有：采用“聚苯硫醚+聚四氟乙烯”浸漬表面處理，適應(yīng)脫硫和不脫硫2種工況[21]；采用不間斷回轉(zhuǎn)的脈沖清灰方式，減少了脈沖閥數(shù)量；采用橢圓形濾袋，占地少，布置方便；采用特制的多節(jié)式袋籠，袋籠安裝和更換方便；噴吹壓力低，能耗低，對(duì)布袋的損傷??；袋式除塵器采用低壓脈沖清灰方式(清灰用壓縮空氣壓力約為90 kPa)，采用羅茨風(fēng)機(jī)提供清灰用氣。

布袋采用8 m長(zhǎng)的橢圓布袋，當(dāng)量直徑為129 mm。為確保煙塵排放達(dá)標(biāo)，采用了較低的過濾風(fēng)速，約0.6 m/min[22]，布袋數(shù)量約20 000條。

2.3.3 CaO消化和Ca(OH)2給料系統(tǒng)

Ca(OH)2供應(yīng)系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的分系統(tǒng)。脫硫裝置設(shè)1座CaO倉和1座Ca(OH)2倉。在CaO倉底部設(shè)有CaO稱重計(jì)量裝置及CaO干式消化裝置，將CaO消化成Ca(OH)2，并通過旋轉(zhuǎn)給料器及稀相氣力輸送裝置輸送至Ca(OH)2倉。在Ca(OH)2倉底部設(shè)有Ca(OH)2給料裝置，根據(jù)SO2排放濃度情況調(diào)節(jié)給料裝置轉(zhuǎn)速，控制Ca(OH)2的下料量，最后通過進(jìn)料空氣斜槽輸送至流化床反應(yīng)器內(nèi)。

CaO干式消化系統(tǒng)采用臥式雙軸攪拌干式消化器，消化溫度保持在100 ℃以上，使表面游離水得到有效蒸發(fā)。消化后的Ca(OH)2粉含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))可控制在1%范圍內(nèi)，平均粒徑10 μm左右，比表面積可達(dá)20 m2/g以上。

2.3.4 工藝水系統(tǒng)

工藝水系統(tǒng)主要用于流化床反應(yīng)器煙氣降溫及CaO消化用水。

流化床反應(yīng)器內(nèi)煙氣降溫的目的是為脫硫反應(yīng)創(chuàng)造一個(gè)良好的化學(xué)反應(yīng)條件。回流式噴嘴根據(jù)流化床反應(yīng)器出口溫度，直接調(diào)節(jié)回流調(diào)節(jié)閥的開度，以調(diào)節(jié)回流水量，從而控制流化床反應(yīng)器的噴水量，使流化床反應(yīng)器出口溫度穩(wěn)定控制在設(shè)定范圍內(nèi)。

CaO消化所用的消化水則通過1臺(tái)調(diào)頻水泵及5個(gè)噴嘴注入干式CaO消化器，根據(jù)消化器內(nèi)的溫度控制消化水量。

2.3.5 脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)

脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)的目的是建立穩(wěn)定的流化床，降低吸收劑消耗量，以滿足脫硫反應(yīng)的需要。脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)將脫硫布袋除塵器各灰斗的脫硫灰分別輸送回流化床反應(yīng)器，根據(jù)流化床反應(yīng)器壓降信號(hào)調(diào)節(jié)循環(huán)流量控制閥開度，從而控制循環(huán)灰量。

2.3.6 脫硫灰輸送系統(tǒng)

脫硫后除塵器設(shè)有脫硫灰輸送系統(tǒng)，采用正壓濃相倉泵輸送方式，脫硫時(shí)根據(jù)灰斗的料位信號(hào)進(jìn)行外排。外排的脫硫灰通過氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)入脫硫灰?guī)?，再外運(yùn)處理。

2.4 項(xiàng)目特點(diǎn)

2.4.1 鋼鐵企業(yè)燃?xì)忮仩t特點(diǎn)

由于燃料的不同，與傳統(tǒng)燃煤鍋爐相比，燃?xì)忮仩t有其自身的特點(diǎn)。首先，燃?xì)忮仩t為被動(dòng)式鍋爐，其鍋爐負(fù)荷由鋼鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生的煤氣流量決定，因此鍋爐負(fù)荷始終處于動(dòng)態(tài)波動(dòng)狀態(tài)，且波動(dòng)幅度和頻率極大，這是鋼鐵企業(yè)燃?xì)忮仩t最顯著的特點(diǎn)。其次，燃?xì)忮仩t的燃料成分受鋼鐵冶煉工藝的影響較大，SO2與粉塵濃度波動(dòng)較大，基本不含SO3、HCl、HF、重金屬等。再次，燃?xì)忮仩t以可燃易爆氣體為燃料，煙氣中殘存一定濃度的CO等氣體，需要考慮防爆、防中毒措施，因此燃?xì)忮仩t對(duì)脫硫效率要求不高，但要求更高的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。最后，為克服脫硫除塵系統(tǒng)的阻力，配套設(shè)置了2臺(tái)引風(fēng)機(jī)，這就破壞了原鍋爐的微正壓強(qiáng)制通風(fēng)方式，必然會(huì)對(duì)爐膛內(nèi)的燃燒產(chǎn)生不利影響，因此需要在脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制方式等方面采取相應(yīng)的措施，避免或減輕對(duì)燃燒的不利影響。

2.4.2 鍋爐零壓點(diǎn)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

針對(duì)燃?xì)忮仩t煙氣污染物濃度低的特點(diǎn)，采用低床層低壓降節(jié)能運(yùn)行方案，在保證脫硫效果的前提下，減少引風(fēng)機(jī)的電耗[23-24]。針對(duì)燃?xì)忮仩t負(fù)荷波動(dòng)大的特點(diǎn)，采用大容量再循環(huán)煙道的設(shè)計(jì)方案，再循環(huán)煙氣量約為80%。在鍋爐負(fù)荷發(fā)生大幅波動(dòng)時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)再循環(huán)煙氣量以確保流化床反應(yīng)器內(nèi)的床層穩(wěn)定。而對(duì)于通風(fēng)方式的問題，則是通過脫硫進(jìn)口風(fēng)擋、再循環(huán)風(fēng)擋和引風(fēng)機(jī)的配合，共同實(shí)現(xiàn)鍋爐零壓點(diǎn)的合理調(diào)節(jié)。

鍋爐零壓點(diǎn)控制原理如圖3所示。原燃?xì)忮仩t出口直通大氣，此處壓力為0。新增脫硫除塵裝置后，為不影響原鍋爐的燃燒，仍應(yīng)控制此處壓力為0，該功能可以由引風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在低負(fù)荷工況下，為保證反應(yīng)器內(nèi)床層穩(wěn)定，需要開啟再循環(huán)風(fēng)擋，以確保足夠的煙氣量。此時(shí)脫硫進(jìn)口與鍋爐出口的壓差較小，脫硫進(jìn)口的負(fù)壓可能不足以使需要的煙氣回流至脫硫進(jìn)口(而不是從煙囪排出)，可以通過適當(dāng)關(guān)小脫硫進(jìn)口風(fēng)擋來提高脫硫進(jìn)口的負(fù)壓。

2.4.3 數(shù)值模擬流場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了確保煙氣系統(tǒng)內(nèi)部流場(chǎng)均勻，分別對(duì)進(jìn)口煙道和反應(yīng)器、布袋出口煙道以及引風(fēng)機(jī)出口煙道進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬過程中，對(duì)于氣相湍流，為了封閉Reynolds時(shí)均方程組中的二階關(guān)聯(lián)項(xiàng)，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，近壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。模擬過程中不考慮能量方程。網(wǎng)格劃分過程中，對(duì)于規(guī)則的幾何體采用六面體網(wǎng)格，對(duì)于不規(guī)則幾何結(jié)構(gòu)采用四面體網(wǎng)格或混合性網(wǎng)格進(jìn)行劃分。經(jīng)網(wǎng)格無關(guān)性分析后確定網(wǎng)格數(shù)量為266萬。煙道入口采用速度入口，反應(yīng)器出口為壓力出口(大氣壓)。模擬進(jìn)口的煙氣流量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，下同)為1 862 608 m3/h，煙氣密度為0.85 kg/m3，進(jìn)口截面直徑6.426 m。模型求解時(shí)，壓力-速度耦合采用SIMPLE算法，采用基于壓力的分離式求解器計(jì)算。對(duì)流項(xiàng)的差分均采用二階迎風(fēng)格式。將方程組收斂條件設(shè)為連續(xù)性、動(dòng)量和湍流方程的各項(xiàng)殘差都小于1×10-5。為了更好地確定模擬工況的收斂性，設(shè)置了煙氣出口的速度和壓力等的截面平均值作為監(jiān)控指標(biāo)，待這些監(jiān)控指標(biāo)都趨于平穩(wěn)，則認(rèn)為迭代過程收斂。與此同時(shí)，還對(duì)模擬對(duì)象邊界所在范圍進(jìn)行質(zhì)量流守恒的計(jì)算，檢驗(yàn)出入口的總不平衡率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量流的不平衡率小于1‰，進(jìn)一步證明了方程組收斂的可靠性。

圖3 鍋爐零壓點(diǎn)控制原理Fig.3 Schematic diagram of boiler zero pressure point control

速度流線圖顯示煙道內(nèi)部流場(chǎng)均勻，不存在流場(chǎng)突變和明顯渦流區(qū)的情況。壓力流線圖顯示煙道的壓降適中，在合理范圍內(nèi)。

數(shù)值模擬的結(jié)果——進(jìn)口煙道和反應(yīng)器的速度流線圖和壓力流線圖詳見圖4和圖5，其中速度的單位為m/s，壓力的單位為Pa。

圖4 進(jìn)口煙道和反應(yīng)器速度流線Fig.4 Velocity streamline diagram of inlet flue and reactor

圖5 進(jìn)口煙道和反應(yīng)器壓力流線Fig.5 Pressure streamline diagram of inlet flue and reactor

根據(jù)壓力流線圖，可以得出鍋爐出口至脫硫進(jìn)口，以及脫硫反應(yīng)器的壓降情況，并與實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比，見表3。

表3 壓降模擬結(jié)果與實(shí)際情況對(duì)比Tab.3 Comparisons of simulation results and actual situations of pressure drop

從表3可以看出，進(jìn)口煙道的實(shí)際壓降略低于模擬結(jié)果，但反應(yīng)器壓降較模擬結(jié)果高。其原因可能是由于再循環(huán)風(fēng)擋存在一定的泄漏量，導(dǎo)致通過反應(yīng)器的總煙氣量要大于進(jìn)口煙道的煙氣量。煙氣流量的增加必然導(dǎo)致流動(dòng)阻力的增加，從而增加壓降。

3 運(yùn)行情況

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

為了使脫硫系統(tǒng)能夠在所有負(fù)荷工況下投用，本項(xiàng)目以鍋爐燃料100%BFG、汽輪機(jī)負(fù)荷100%為最大設(shè)計(jì)工況，設(shè)計(jì)參數(shù)見表4。

該電廠燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組目前常年在60%～75%汽輪機(jī)負(fù)荷下運(yùn)行，因此以鍋爐燃料“65%BFG+35%NG”、汽輪機(jī)負(fù)荷65%為一般運(yùn)行工況，設(shè)計(jì)參數(shù)見表5。

表4 進(jìn)口煙氣參數(shù)設(shè)計(jì)條件(最大設(shè)計(jì)工況)Tab.4 Design conditions of inlet flue gas parameters ( maximum design condition )

表5 進(jìn)口煙氣參數(shù)設(shè)計(jì)條件(一般運(yùn)行工況)Tab.5 Design conditions of inlet flue gas parameters ( general operating conditions )

無論處于何種工況，對(duì)環(huán)保指標(biāo)的要求是一致的，見表6。

表6 環(huán)保指標(biāo)要求(最大設(shè)計(jì)工況和一般運(yùn)行工況)Tab.6 Design index requirements ( maximum design condition and general operation condition )

3.2 實(shí)際運(yùn)行情況

煙氣脫硫除塵系統(tǒng)于2019年7月投運(yùn)后，經(jīng)過一段時(shí)間的熱態(tài)調(diào)試，各項(xiàng)參數(shù)趨于穩(wěn)定。選取2019年8月至10月的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)作為一般運(yùn)行工況進(jìn)行分析，一般運(yùn)行工況的參數(shù)見表7。由于實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷較低(額定負(fù)荷350 MW)，而且實(shí)際進(jìn)口煙氣的SO2質(zhì)量濃度也低于設(shè)計(jì)值，在吸收劑加入量?jī)H為約30%的情況下，出口煙氣SO2質(zhì)量濃度可以穩(wěn)定在15 mg/m3左右，而粉塵質(zhì)量濃度僅為約1.5 mg/m3。

表7 一般運(yùn)行工況參數(shù)Tab.7 General operating conditions

性能考核工況的具體參數(shù)見表8。從性能考核結(jié)果來看，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了這套脫硫系統(tǒng)對(duì)變負(fù)荷和變?nèi)剂瞎r的適應(yīng)性。

3.3 存在的主要問題及對(duì)策

脫硫除塵系統(tǒng)在整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)及生產(chǎn)過程中也存在一些問題，其中有半干法脫硫技術(shù)固有的問題，也有燃?xì)忮仩t特有的問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.3.1 脫硫劑投加方式

脫硫劑投入量根據(jù)脫硫出口SO2濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于燃?xì)忮仩t煙氣中的SO2濃度較低，在加入少量脫硫劑甚至不加入脫硫劑的情況下，也能保證在一段時(shí)間內(nèi)脫硫出口SO2濃度不超標(biāo)。由于脫硫劑(Ca(OH)2)具有較強(qiáng)的吸潮性，如果長(zhǎng)時(shí)間停留在脫硫劑投加系統(tǒng)中不流動(dòng)的話，很容易造成板結(jié)堵塞。因此，要求脫硫劑投加量維持在最低流量以上，這會(huì)造成一定程度的資源浪費(fèi)。

3.3.2 脫硫出口煙溫控制

對(duì)于一般的燃煤鍋爐來說，脫硫出口溫度控制在70 ℃左右，這樣可以提高脫硫效率[25]，減少脫硫劑的消耗。但是，對(duì)于燃?xì)忮仩t來說，需要提高脫硫出口溫度控制值，一般在90 ℃，甚至100 ℃以上，這是由燃?xì)忮仩t的特點(diǎn)決定的。

燃?xì)忮仩t的燃料為水分飽和的煤氣，燃燒后產(chǎn)生的煙氣中水分較高。如果脫硫出口的溫度控制得過低，就需要噴入更多的水，這很容易使得脫硫反應(yīng)器內(nèi)的脫硫灰濕度太大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致脫硫灰板結(jié)，堵塞煙道。另一方面，燃?xì)忮仩t煙氣中的SO2濃度較低，這也為提高脫硫出口溫度創(chuàng)造了有利條件。

3.3.3 建床原料

循環(huán)流化床脫硫的特點(diǎn)是需要預(yù)先向系統(tǒng)中注入大量的建床原料。經(jīng)測(cè)算，該電廠燃?xì)忮仩t的建床原料約需要200 t。通常建床原料均采用脫硫劑，在滿足建床要求的同時(shí)，還能作為脫硫劑使用。由于燃?xì)忮仩t煙氣中的SO2濃度較低，消耗如此多脫硫劑需要很長(zhǎng)的時(shí)間。大量脫硫劑長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存于脫硫系統(tǒng)中，很容易使脫硫灰板結(jié)堵塞，必然要加大脫硫灰的外排量，造成巨大的浪費(fèi)。

結(jié)合該電廠的特點(diǎn)，采用粉煤灰作為建床原料，同時(shí)粉煤灰還可以作為布袋除塵器濾袋使用之前的預(yù)涂灰原料。對(duì)布袋除塵器濾袋進(jìn)行預(yù)涂灰后，能夠維護(hù)布袋除塵器濾袋在過濾含有大量油煙污染以及其他腐蝕性氣體或顆粒物時(shí)不被糊袋或腐蝕，延長(zhǎng)布袋除塵器濾袋的使用時(shí)間。

3.3.4 脫硫灰處理

半干法脫硫的最大優(yōu)點(diǎn)是不產(chǎn)生脫硫廢水，但是需要對(duì)脫硫灰進(jìn)行處理。半干法脫硫灰的主要成分是CaSO3和CaCO3，并含有少量的CaSO4和Ca(OH)2，由于其與濕法脫硫漿液成分相近并含有少量可利用的鈣，將其通過正壓輸送的方式送至該電廠現(xiàn)有濕法脫硫集水坑，一方面可以減少濕法脫硫還原劑的消耗，另一方面還可以有效消納半干法脫硫灰。

4 結(jié)束語

鋼鐵企業(yè)自備電廠的燃?xì)忮仩t超低排放改造屬于非電領(lǐng)域范疇。根據(jù)本項(xiàng)目燃?xì)忮仩t的特點(diǎn)，采用循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)。改造完成后，在進(jìn)口SO2質(zhì)量濃度為76 mg/m3的情況下，出口SO2質(zhì)量濃度可以達(dá)到11 mg/m3，脫硫效率大于85%。通過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，脫硫效率可以達(dá)到90%甚至更高，能夠滿足超低排放的要求。

表8 性能考核工況Tab.8 Performance assessment conditions

根據(jù)鋼鐵企業(yè)燃?xì)忮仩t的運(yùn)行特點(diǎn)及燃料、煙氣特性，在半干法煙氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行上需采取針對(duì)性的措施，比如：采用更大容量的再循環(huán)煙道，可以對(duì)鍋爐負(fù)荷的變動(dòng)做出快速反應(yīng)；鍋爐零壓點(diǎn)控制方案優(yōu)化，不會(huì)對(duì)原有鍋爐燃燒產(chǎn)生不利影響；提高脫硫出口煙溫控制值，可以在保證脫硫效率的前提下，減少噴水量，降低脫硫灰板結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)；采用粉煤灰作為建床原料，不僅可以起到布袋預(yù)噴涂的效果，還能節(jié)省脫硫劑的使用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益；將半干法脫硫灰作為濕法脫硫還原劑進(jìn)行消納。這些措施可以為鋼鐵企業(yè)的超低排放改造提供有益的借鑒。