李 偉

（國能龍源環(huán)保有限公司宿州分公司，安徽 宿州 234000）

1 脫硫系統(tǒng)概況

江蘇某電廠兩臺百萬機組煙氣脫硫裝置于2014 年隨主機同步新建，脫硫工藝為主流的石灰石-石膏濕法單塔雙循環(huán)工藝路線。煙氣脫硝裝置采用“高含塵布置方式”的選擇性催化還原法（SCR），催化劑層數按“2 ＋1”布置，催化劑安裝2 層，預留一層備用層。設計當脫硫裝置入口二氧化硫濃度最高為3700mg/Nm（6%O，標干態(tài)）時，脫硫裝置出口二氧化硫排放濃度不高于50mg/Nm（6%O，標干態(tài)），設計脫硫效率不低于98.6%。設計脫硝裝置入口氮氧化物濃度320mg/Nm（6%O，標干態(tài)），出口排放濃度不高于，50mg/Nm（6%O，標干態(tài)）。

兩套脫硫裝置于2016 年完成超低排放技術改造，煙氣脫硫系統(tǒng)改為單塔雙循環(huán)工藝，2018 年優(yōu)化改造增加一臺漿液循環(huán)泵，該循環(huán)泵入口存在搶漿液的問題，與原兩臺循環(huán)泵發(fā)生干涉，導致三臺循環(huán)泵無法同時運行，實際脫硫效果差，脫硫效率低。

目前脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵配置為吸收塔3 臺漿液循環(huán)泵，AFT 塔4 臺漿液循環(huán)泵，脫硝已完成還原劑液氨改尿素的建設，脫硝催化劑體積410m3（單臺機組）。煙氣污染物排放濃度執(zhí)行現(xiàn)行國家標準《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）特別排放限值，且按照《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》（環(huán)發(fā)〔2015〕164 號）等政策文件要求，出口二氧化硫濃度控制不高于35mg/Nm，出口氮氧化物濃度控制不高于50mg/Nm。

2 提效改造的必要性

2021 年12 月9 日江蘇省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布了江蘇省地方標準《燃煤電廠大氣污染物排放標準》（DB32/4148-2021），該標準于2022 年7 月1 日正式實施。自標準實施之日起，江蘇省現(xiàn)有燃煤發(fā)電鍋爐、燃煤鍋爐執(zhí)行Ⅰ階段規(guī)定的排放濃度限值。自2023 年7 月1 日起，單臺出力300MW 及以上發(fā)電機組配套的現(xiàn)有燃煤發(fā)電鍋爐執(zhí)行表Ⅱ階段規(guī)定的排放濃度限值，即顆粒物5mg/m、二氧化硫25mg/m、氮氧化物30mg/m的排放濃度限值。污染物排放濃度限值見表1。

表1 污染物排放濃度限值（單位：mg/m3（煙氣黑度除外））

該廠脫硫系統(tǒng)經過超低排放改造和運行優(yōu)化調整，目前可以滿足污染物超低排放要求，出口二氧化硫排放控制標準由50mg/Nm降低至35mg/Nm（6%O，標干態(tài)）。2018 年一級塔增設了第三層噴淋層，但是實際效果較差，當循環(huán)泵開啟時，存在電流擾動問題。主要原因為新增循環(huán)泵為避開原攪拌器，其入口與原循環(huán)泵入口較近，三臺循環(huán)泵的吸入口存在干擾，經實際運行驗證，當一級循環(huán)3 臺循環(huán)泵同時啟動時，電流波動較大，循環(huán)泵吸收口存在干擾情況，實際循環(huán)泵流量、壓力小于設計出力，降低了噴淋效果。由于吸收塔高度空間受限，噴淋距離較短，新增層的SO脫除效率較低，并且由于搶液造成的噴淋量偏小，煙氣進入吸收塔后均勻性較差，因此脫硫效率較差，效果不明顯。這兩個原因導致當低硫份運行時，一級循環(huán)3 層噴淋層同時投運，疊加脫硫效率不明顯，同時存在電流擾動問題，需要對循環(huán)泵吸入口位置進行優(yōu)化改造。

兩套脫硝裝置于2019 年更換一層催化劑，2021 年更換另外一層催化劑205 m3。更換后，脫硝效率不低于84%，氨逃逸小于3μL/L，二氧化硫和三氧化硫的轉換率小于1%，脫硝入口氮氧化物濃度小于320mg/Nm，脫硝出口氮氧化物濃度小于50mg/Nm，脫硝出口濃度不能滿足新的排放標準要求。

目前該廠脫硫脫硝后的二氧化硫和氮氧化物排放濃度可滿足Ⅰ階段規(guī)定的排放濃度限值。但是根據標準要求，該電廠要在2023 年7 月1 日前完成提效改造，以滿足Ⅱ階段規(guī)定的排放濃度限值。

3 脫硫提效改造方案

根據實際運行數據，當脫硫裝置入口二氧化硫濃度最高約為2580mg/Nm～2880mg/Nm（6%O，標干態(tài)）時，出口二氧化硫排放濃度約28.5mg/Nm（6%O，標干態(tài)），其中吸收塔、AFT 塔的漿液pH 值分別約為5.0、6.0，循環(huán)泵運行方式為2+4 運行。按實際運行情況計算，一級循環(huán)脫硫效率約68%，二級循環(huán)脫硫效率約97%。一級循環(huán)脫硫效率較低，應該提高一級脫硫循環(huán)的效率，降低進入二級塔的二氧化硫濃度，這不僅可以保證較高的脫硫效率，還可以保證石膏的結晶。

脫硫裝置提效改造設計條件為當脫硫入口二氧化硫濃度3600mg/Nm（6%O，標干態(tài)）時，出口二氧化硫排放濃度不高于26mg/Nm（6%O，標干態(tài)），設計脫硫效率不低于99.3%。目前主流的高效脫硫技術，其基本原理均為采用提高石灰石消溶速率、提高漿液pH 值、提高流場均勻性、增強氣液紊流效果等技術措施來強化脫硫反應傳質過程、降低系統(tǒng)能耗，從而實現(xiàn)高效脫硫。基于該項目受脫硫改造場地限制的實際情況，采用雙塔雙循環(huán)工藝的難度大、成本高且工期不允許，考慮采用空塔提效技術和循環(huán)泵增容換型技術方案。

3.1 一級塔托加裝盤方案

該項目計劃采用空塔加托盤方案。托盤技術指在噴淋空塔的噴淋層下部設置單層或雙層托盤裝置來起到煙氣分布及強化傳質的作用。托盤上均勻開出大量小孔，一般開孔率為30%～40%，吸收漿液從噴淋層噴嘴噴出，在托盤上會形成一層持液層，當煙氣通過小孔和持液層時，阻力會增加，一般在600Pa～900Pa，阻力的作用會使煙氣更均勻地分布在吸收塔內。由于當煙氣通過小孔時流速較高，在液膜層激起大量的液泡，增大了煙氣和漿液的解除面積，增加了煙氣中二氧化硫與漿液的傳質效果，因此增加了脫硫效率，一般認為托盤可增加30%左右的液氣比。但是，裝置的增加導致塔內結構復雜，會產生結垢風險。

拆除原一級塔最下層噴淋層（減低阻力約150Pa），在此位置增設一層2205 材質合金托盤（阻力550Pa～650Pa），托盤壁厚2.5mm，增加托盤鋼梁，鋼梁采用鱗片防腐。托盤及三層噴淋層總的脫硫效率可達93%，大大提高了一級塔的脫硫效率。為了提高一級塔運行的可靠性，將C 循環(huán)泵出口與A 循環(huán)管、B 循環(huán)管相連，作為備用泵，避免單泵運行影響機組的安全性。為了進一步降低阻力，對空預器至脫硫的煙道進行整體阻力優(yōu)化，預計可降低阻力200Pa 左右。

通過上述方案，可以在保證脫硫效率的同時確保系統(tǒng)阻力增加值保持在200Pa～300Pa 的水平。該方案的優(yōu)點是停爐時間較短，托盤安裝時間約為30 天，托盤對高硫煤的效果更顯著，缺點是托盤阻力較大，引風機壓頭需要有足夠余量，同時一級塔采用3 泵+2層噴淋層，相對可靠性較低。托盤加裝位置如圖1 所示。

圖1 托盤加裝位置示意圖

3.2 一級塔循環(huán)泵增容優(yōu)化

將脫硫一級塔的三臺循環(huán)泵進行增容換型，提高噴淋量和揚程來確保噴淋效果，提高一級塔的脫硫效率。三臺吸收塔循環(huán)泵流量由10000m/h 提高至12000m/h，單噴嘴流量由30m/h 提高至36m/h。三臺泵同時運行時，可提高一級循環(huán)脫硫效率至80%，脫硫系統(tǒng)出口SO濃度不高于25.8mg/Nm（6%O，標干態(tài)），阻力增加約88Pa。配套電機根據實際情況選擇是否利舊，同時應配套相應修改漿液循環(huán)泵的基礎、管道、電纜等，循環(huán)管、噴淋層、噴嘴無須更換，在原設計范圍內。

改造一級塔C 循環(huán)泵入口及對應攪拌器的接口位置，原吸收塔循環(huán)泵A 泵吸收口距離增大至3m 以上，同時應相應調整攪拌器的布置角度和平臺樓梯，避免兩臺泵之間發(fā)生互相干擾，解決目前搶流量、電流波動、效率差的問題，確保其獨立運行的可靠性以及流量，提高噴淋效果，真正實現(xiàn)3 臺循環(huán)泵+噴淋層可靠運行。改造后，系統(tǒng)阻力增加可控制在200Pa 以內，當入爐煤硫份較高時，循環(huán)泵3+4 運行。

改造后脫硫系統(tǒng)設計裕量，一級循環(huán)漿液pH 值按照5.0進行計算設計，由于硫份較低，pH 值可優(yōu)化調整至5.2，因此脫硫效率再次提高；這次設計優(yōu)化計算中，脫硫效率根據實際運行情況進行分析；一級循環(huán)泵揚程升高后，噴淋漿液分布改善，用脫硫效率增加值作為設計裕量。循環(huán)泵優(yōu)化改造前后參數對比見表2。

表2 循環(huán)泵優(yōu)化改造前后參數對比表

4 脫硝提效改造方案

兩臺機組脫硝提效改造設計條件按脫硝反應器入口氮氧化物濃度不超過300mg/Nm、出口氮氧化物控制在30mg/Nm以下、脫硝效率不低于90%設計，整體改造方案簡述如下。

4.1 可以利用的舊設備

還原劑制備采用尿素水解法，還原劑區(qū)設置3 臺水解反應器，每臺出力為600kg/h，兩臺同時運行時供氨量為1200kg/h。該期提效改造后機組氨耗量為1300kg/h，根據機組實際情況，可將備用水解反應器投入運行來滿足需要。還原劑區(qū)不需要再次改造。

該期提效脫硝系統(tǒng)入口的煙氣參數與原系統(tǒng)相比無變化，反應器截面尺寸滿足設計要求，無須改造；該期提效設計催化劑選型仍按照2+1 方式，催化劑荷載未超出原設計值，反應器及鋼結構不需要改造。

稀釋風機在還原劑液氨改尿素工程中已考慮風機余量，這次提效可不改造。脫硝反應區(qū)系統(tǒng)主要由氨氣管路、稀釋風管路、儀用壓縮空氣管路及供氨計量模塊組成。還原劑液氨改尿素工程已考慮設計余量，這次提效均不改造。

4.2 改造及新增設備

該期提效脫硝系統(tǒng)入口氮氧化物濃度經過低氮改造后的保證值為300mg/Nm（干基、標態(tài)、6%氧），脫硝效率按照90%設計，脫硝出口氮氧化物濃度低于30 mg/Nm（干基、標態(tài)、6%氧）。在其他條件不變的情況下，催化劑選型可仍按照原方案，采用蜂窩式18 孔、2+1 層布置。增加備用層催化劑以達到提效要求。若采用加裝備用層催化劑的方案，體積分別為18×18 孔，加裝催化劑單元規(guī)格150mm×150mm×1065mm，體積410.62m。催化劑加裝方案見表3。

表3 脫硝催化劑加裝方案

原設備供貨中不包括備用層吹灰器，該期工程新增脫硝催化劑后須安裝備用層催化劑，原工程聲波吹灰器管道已預留了接口，該期工程只需要新增吹灰器及支管即可。新增備用層聲波吹灰器14 臺/爐，兩臺機組共計28 臺，聲波吹灰器本體設備中包括電磁閥、手動關斷閥。

5 改造后應用效果分析

脫硫系統(tǒng)加裝托盤和循環(huán)泵增容改造后，脫硫系統(tǒng)運行穩(wěn)定，脫硫效率大幅提高，尤其是一級吸收塔效率由80%提高到了95%，整個脫硫系統(tǒng)運行脫除效率達到了99.3%以上。通過改造后的性能測試，吸收塔整體阻力僅升高了88Pa，沒有對引風機出力造成較大影響。由于循環(huán)泵揚程增加了4米，一級循環(huán)噴嘴流量由30m3/h 提高到了36m3/h，噴嘴壓力由0.07MPa 提高到了0.09MPa，因此噴嘴壓力增大漿液霧化效果更好，更有利于吸收區(qū)SO與石灰石漿液的吸收反應。改造后，當設計硫份3600mg/Nm3時，循環(huán)泵運行組合方式為三臺循環(huán)泵加四臺AFT 塔循環(huán)泵，可將出口二氧化硫濃度控制在26mg/Nm3以下。當吸收塔入口二氧化硫濃度不超過3100mg/Nm3時，吸收塔運行三臺循環(huán)泵，AFT 塔僅運行三臺循環(huán)泵即可滿足排放標準。

脫硝系統(tǒng)加裝第三層催化劑后，在高負荷運行期間進行性能測試，評價性能值及設計參數是否能夠滿足性能保證值及其他設計值的要求，為評價煙氣脫硝系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性提供試驗數據。試驗期間，鍋爐負荷穩(wěn)定在要求負荷左右，最大波動幅度沒有超過±5%，煤質基本不變、燃料配比不變。三天高負荷試驗期間，NO質量濃度平均值為323mg/Nm（標態(tài)、干基、6%O），滿負荷NO質量濃度平均值比設計值低23mg/Nm，原煙氣溫度試驗平均值為382.0℃，比設計值低8.0℃，測得脫硝效率為91.3%、凈煙氣NO質量濃度為28.4mg/Nm（標態(tài)、干基、6%O）、氨逃逸濃度平均值為0.54mg/Nm（標態(tài)、干基），氨逃逸濃度滿足保證值3μL/L（標態(tài)、干基）的要求。高負荷試驗期間，NH/NO摩爾比平均值為0.9243。SO/SO轉化率平均值為0.20%，滿足保證值＜1%的要求。脫硝系統(tǒng)測點間壓力損失平均值為603.2Pa。脫硝系統(tǒng)出口煙氣溫度381℃，脫硝系統(tǒng)進、出口溫度降為1℃。試驗結論顯示脫硝效率、凈煙氣NO質量濃度、氨逃逸濃度和SO/SO轉化率滿足保證值要求。

6 結論

綜上所述，針對該廠脫硫裝置實際情況，在其他條件不變的情況下，為了滿足脫硫出口二氧化硫濃度不超過26mg/Nm（干基、標態(tài)、6%氧）、氮氧化物排放濃度不超過30mg/Nm（干基、標態(tài)、6%氧）的要求，整體優(yōu)化改造方案如下。

脫硫系統(tǒng)一級吸收塔增加一層合金托盤，并將一級塔3 臺循環(huán)泵增容換型，循環(huán)泵流量由10000m/h 提高至12000m/h，適當提高循環(huán)泵揚程，一級循環(huán)泵效率由80%提高到95%以上。改造一級塔C 循環(huán)泵入口及對應攪拌器的接口位置，解決互相干燥搶流量、電流波動、效率差的問題，實現(xiàn)安全可靠運行，保證噴淋效果。

脫硝系統(tǒng)加裝備用層催化劑或更換舊催化劑，由于催化劑的更換方案比較靈活，因此建議根據催化劑的更換周期定期對每層進行取樣化驗和活性檢查，靈活調整填裝方案，如一層、二層需要更換時檢測到舊催化劑活性較高，那么應該核算新增催化劑體積是否滿足要求；若舊催化劑活性較差，則實施推薦填裝第三層的方案。每臺反應器的備用層增設催化劑后，須增加相應聲波吹灰器。