李俊，李之棟

(1.中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031;2.大唐寶雞熱電廠，陜西寶雞 721000)

淺析大唐寶雞熱電廠SO2超低排放改造

李俊，李之棟

(1.中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031;2.大唐寶雞熱電廠，陜西寶雞 721000)

分析了傳統(tǒng)的濕法脫硫裝置存在的問(wèn)題，主要是忽視了濕法脫硫協(xié)同除塵能力、石膏雨現(xiàn)象的困擾、煙氣流場(chǎng)不均等。介紹了大唐寶雞熱電廠2×330 MW機(jī)組超低排放改造技術(shù)，包括改造和完善主體設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件，新增和更換少量關(guān)鍵設(shè)備。改造完成后，整套裝置不僅尾氣SO2排放完全滿(mǎn)足超低排放標(biāo)準(zhǔn)，而且系統(tǒng)阻力增加較少，此外脫硫廢水增加也較少，現(xiàn)有脫硫廢水處理余量能滿(mǎn)足要求。

煙氣脫硫 超低排放 燃機(jī) 污染物 排放

為落實(shí)國(guó)家《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃》(2014—2020年)，陜西省制定DB 6194—2014《關(guān)中地區(qū)重點(diǎn)行業(yè)大氣污染物排放限值》及《關(guān)中地區(qū)燃煤火電機(jī)組超低排放改造實(shí)施方案》，規(guī)定對(duì)現(xiàn)役單機(jī)3×105kW及以上燃煤機(jī)組實(shí)施改造，主要污染物排放濃度達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，即在基準(zhǔn)φ(O2)為6%的條件下，SO2排放質(zhì)量濃度不超過(guò)35 mg/m3。為此，寶雞熱電廠對(duì)1#，2#機(jī)組脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫提效改造。

1 火力發(fā)電廠污染物超低排放技術(shù)

目前，煙氣超低排放治理技術(shù)已成為燃煤電廠一項(xiàng)主流技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用使燃煤煙氣主要污染物SOx、NOx及顆粒物排放濃度達(dá)到或接近排放標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)已有多套采用煙氣超低排放治理技術(shù)路線的燃煤電廠機(jī)組投運(yùn)，為燃煤電廠煙氣排放污染物控制技術(shù)應(yīng)用提供了重要參考。

煙氣超低排放治理技術(shù)是在現(xiàn)有的燃煤電廠煙氣污染物處理技術(shù)路線基礎(chǔ)上通過(guò)系統(tǒng)流程優(yōu)化、過(guò)程參數(shù)優(yōu)化、發(fā)揮煙氣處理流程上各處理單元設(shè)備的能力實(shí)現(xiàn)煙氣污染物的超低排放技術(shù)。

2 傳統(tǒng)濕法脫硫裝置存在的問(wèn)題

2.1 濕法脫硫協(xié)同除塵能力

傳統(tǒng)的濕法脫硫系統(tǒng)主要以脫除二氧化硫?yàn)橹?，在設(shè)計(jì)時(shí)忽視了吸收塔的協(xié)同除塵能力。國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)結(jié)合大多數(shù)脫硫裝置，包括空塔、托盤(pán)塔得出的經(jīng)驗(yàn)值，認(rèn)為濕法脫硫的除塵效率僅為50%左右，該結(jié)論被環(huán)保企業(yè)和燃煤電廠廣泛接受。他們認(rèn)為得出這一結(jié)論的主要原因如下:①現(xiàn)有環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)尚不能促使企業(yè)關(guān)注濕法脫硫的脫硫效率之外的除塵效率，即采用常規(guī)的濕法脫硫系統(tǒng)就能滿(mǎn)足現(xiàn)有的二氧化硫和煙塵的排放限值;②濕法脫硫的除塵機(jī)理復(fù)雜，尚無(wú)成熟理論可循。攜帶煙塵的煙氣進(jìn)入吸收塔后，與噴淋層噴出的漿液發(fā)生一系列復(fù)雜的碰撞、攔截等物理過(guò)程，鮮有成熟的機(jī)理研究案例和工業(yè)示范應(yīng)用為濕法脫硫的除塵效率計(jì)算提供明確的理論依據(jù)。

2.2 石膏雨

當(dāng)吸收塔設(shè)計(jì)不恰當(dāng)，比如塔內(nèi)關(guān)鍵截面煙氣流場(chǎng)設(shè)計(jì)、噴淋吸收區(qū)設(shè)計(jì)、除霧器設(shè)計(jì)選型不合理時(shí)，造成排放煙氣中夾帶大量含飛灰、石膏等顆粒物的霧滴，尤其與較低的大氣壓、煙囪內(nèi)部流場(chǎng)設(shè)計(jì)不合理等客觀因素結(jié)合時(shí)，極易發(fā)生“石膏雨”現(xiàn)象，對(duì)周?chē)h(huán)境造成二次污染。

“石膏雨”是煙氣中夾帶的石膏霧滴隨煙氣排放以“雨”的形式落到地面的一種現(xiàn)象?！笆嘤辍鳖l發(fā)的原因在于石灰石/石膏濕法脫硫工藝中，煙氣經(jīng)過(guò)噴淋層噴出的漿液洗滌后會(huì)攜帶大量的液滴到除霧器，這些液滴中包含固形物及可溶鹽類(lèi)，如石灰石漿液吸收SO2后的反應(yīng)生成物石膏、過(guò)剩的脫硫劑以及未被捕集的粉塵等。如果煙氣在除霧器處的流速超過(guò)液滴攜帶臨界氣速則發(fā)生二次攜帶，大量的石膏霧滴會(huì)隨煙氣進(jìn)入煙囪，繼而產(chǎn)生“石膏雨”現(xiàn)象。

“石膏雨”的形成與多方面的因素有關(guān)，主要包括除霧器的除霧性能、吸收塔的設(shè)計(jì)、運(yùn)行操作等。目前，我國(guó)已能自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)除霧器，大多除霧器的排放出口液滴攜帶量的保證值為75 mg/m3(質(zhì)量濃度，下同)。且國(guó)內(nèi)業(yè)界認(rèn)為除霧器出口霧滴含固量等同于塔內(nèi)石膏漿液含固量，即除霧器出口排放的液滴對(duì)煙塵的貢獻(xiàn)值為15 mg/m3，這與超低排放要求5～10 mg/m3是有相當(dāng)大的差距的。

2.3 煙氣流場(chǎng)不均

濕法脫硫裝置普遍采用單塔單側(cè)入口進(jìn)氣方式，該方式會(huì)造成煙氣沿塔截面的流場(chǎng)不均，在入口對(duì)側(cè)形成高速區(qū)，致使煙氣到達(dá)首層噴淋層入口處流場(chǎng)分布偏流嚴(yán)重;遠(yuǎn)離吸收塔入口區(qū)域的液氣比較低，靠近吸收塔入口區(qū)域的液氣比較高，這是引起近塔壁煙氣逃逸、脫除效率偏離設(shè)計(jì)值的重要原因，其影響在超低排放技術(shù)應(yīng)用時(shí)尤為突出。

3 大唐寶雞熱電廠超低排放技術(shù)改造

3.1 原有脫硫系統(tǒng)

大唐寶雞熱電廠現(xiàn)有2×330 MW亞臨界抽汽供熱燃煤機(jī)組，設(shè)計(jì)燃料為甘肅華亭礦區(qū)的原煤。同期配套煙氣脫硫裝置，采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，1爐1塔布置。脫硫系統(tǒng)的設(shè)備按煤種收到基全硫分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%、校核煤種收到基全硫分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.1%進(jìn)行設(shè)計(jì)，按脫硫效率不低于95%的要求完成計(jì)算、設(shè)計(jì)工作，與機(jī)組同步建設(shè)投產(chǎn)。

原SO2吸收系統(tǒng)工藝流程是:待處理的煙氣進(jìn)入吸收塔與噴淋的石灰石漿液接觸，去除煙氣中的SO2。在吸收塔后設(shè)有除塵除霧器，除去出口煙氣中的霧粒。吸收塔漿液循環(huán)泵為吸收塔提供大流量的吸收劑，保證氣液兩相充分接觸，提高SO2的吸收效率。生成石膏的過(guò)程中采取強(qiáng)制氧化，設(shè)置氧化風(fēng)機(jī)將漿液中未氧化的HSO3－和SO23－氧化成SO24－。在氧化漿池內(nèi)設(shè)有攪拌器，以保證混合均勻，防止?jié){液沉淀;氧化后生成的石膏通過(guò)吸收塔排漿泵排出，進(jìn)入后續(xù)的石膏脫水系統(tǒng)。

吸收塔采用的是噴淋塔，吸收塔漿池與塔體為一體結(jié)構(gòu)。吸收塔內(nèi)部漿液噴淋系統(tǒng)由分配管網(wǎng)和噴嘴組成。

原裝置無(wú)論脫硫效率還是外排煙塵等雜質(zhì)含量均不能滿(mǎn)足日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求，因此需要對(duì)1#，2#機(jī)組脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫提效改造。

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

裝置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

3.3 改造目標(biāo)和性能保證

該項(xiàng)目的改造目標(biāo)為:在設(shè)計(jì)煤種、鍋爐正常運(yùn)行工況、處理100%煙氣量條件下，脫硫裝置入口ρ(SO2)為3 068 mg/m3時(shí)，脫硫裝置出口ρ(SO2)≤28 mg/m3，煙塵(ρ)≤8 mg/m3，脫硫效率不小于99.1%。

具體性能保證如下:

1)在鍋爐正常運(yùn)行工況和確保石灰石消耗的條件下，F(xiàn)GD裝置SO2脫除率不低于99.1%。

2)FGD按設(shè)計(jì)條件運(yùn)行(鍋爐在正常運(yùn)行工況運(yùn)行，燃用設(shè)計(jì)煤種)，在確保SO2脫除率的條件下，7 d連續(xù)運(yùn)行，石灰石粉平均耗量低于6.5 t/h。

表1 裝置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

3)FGD裝置在設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行，煙囪前的污染物排放濃度見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)條件下FGD裝置在運(yùn)行煙囪前的污染物排放濃度

4)改造后煙氣系統(tǒng)在各種工況的壓降保證值不超過(guò)1.5 kPa(要求改造后增加阻力不大于0.6 kPa)。

3.4 改造技術(shù)方案

中國(guó)瑞林將有色行業(yè)脫硫設(shè)計(jì)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，利用合作方技術(shù)，對(duì)大唐寶雞熱電廠進(jìn)行超低排放技術(shù)改造。選用先進(jìn)可靠的技術(shù)，成本較低，工期較短，并且完全可以滿(mǎn)足機(jī)組大修的時(shí)間要求。由于吸收塔內(nèi)改造主要為增設(shè)整流層、聚流環(huán)、噴淋層，更換高效除霧器等，對(duì)系統(tǒng)增加的阻力較小，所以維護(hù)費(fèi)用低，可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

為了提高脫硫效率，讓SO2和石灰石漿液充分反應(yīng)，大唐寶雞熱電廠超低排放技術(shù)改造新增了2層噴淋層和2臺(tái)循環(huán)泵。為了適應(yīng)流場(chǎng)的要求，使煙氣與石灰石漿液更好地接觸，在吸收塔入口增設(shè)整流層，在噴淋層下方增設(shè)聚液環(huán);另外將噴嘴差異化布置，同時(shí)避免了吸收塔入口石膏堆積的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化的噴淋層區(qū)域能將80%以上的粉塵洗掉，加上后面高效除霧器的作用，有效降低了顆粒物和灰塵的排放濃度，確保了粉塵排放濃度達(dá)到排放要求。高效除霧器為管式除霧器+3級(jí)屋脊式除霧器組合，管式除霧器可以預(yù)處理掉較大粒徑的霧滴，減小屋脊式除霧器除霧負(fù)荷。

3.5 改造要求和措施

改造需對(duì)吸收塔漿池及噴淋區(qū)域進(jìn)行抬升。漿池抬升后漿池容積要保證漿液有充分的停留時(shí)間。將吸收塔漿池液位高度由原設(shè)計(jì)8.5 m抬高到15 m，漿池容積由原設(shè)計(jì)的1 154 m3增加到2 020 m3，吸收塔共抬升15.5 m。塔的整體設(shè)計(jì)應(yīng)方便塔內(nèi)部件的檢修和維護(hù)，吸收塔內(nèi)部的導(dǎo)流板、噴淋系統(tǒng)和支撐等應(yīng)盡可能不堆積污物和結(jié)垢，并且應(yīng)設(shè)有通道以便于清潔。

噴淋系統(tǒng)的改造應(yīng)能均勻分布要求的噴淋量，流經(jīng)每個(gè)噴淋層的流量應(yīng)相等，并確保石灰石漿液與煙氣充分接觸和反應(yīng)。新增2層噴淋層，噴淋層分別置于最頂層噴淋層與除霧器之間，并在吸收塔入口增設(shè)整流層，在噴淋層下方增設(shè)聚液環(huán)，另外將噴嘴差異化布置。

塔體的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能避免形成死角，同時(shí)采用攪拌措施避免漿池中漿液沉淀，吸收塔攪拌系統(tǒng)應(yīng)確保在任何時(shí)候都不會(huì)造成塔內(nèi)石膏漿液的沉淀、結(jié)垢或堵塞。

吸收塔漿液攪拌系統(tǒng)應(yīng)能防止?jié){液沉淀結(jié)塊，其設(shè)計(jì)和布置應(yīng)考慮氧化空氣的最佳分布和漿液的充分氧化。

拆除原有除塵除霧器，采用新型的除塵除霧裝置。除塵除霧器出口煙氣霧滴質(zhì)量濃度不大于20 mg/m3(干基)，顆粒物質(zhì)量濃度低于8 mg/m3(干基)。高效除霧器為管式除霧器+3級(jí)屋脊式組合除霧器。

除塵除霧器的設(shè)計(jì)應(yīng)保證其具有較高的可利用性和良好的去除液滴效果。該系統(tǒng)還應(yīng)包括去除除塵除霧器沉積物的沖洗和排水系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)根據(jù)給定或可變化的程序，既可進(jìn)行自動(dòng)沖洗，也可進(jìn)行人工沖洗。除塵除霧器沖洗系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)Τ龎m除霧器進(jìn)行全面沖洗，不能有未沖洗到的表面。沖洗水的壓力應(yīng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，沖洗水母管的布置應(yīng)能使每個(gè)噴嘴基本運(yùn)行在平均水壓。

利用原有3臺(tái)漿液循環(huán)泵，再增設(shè)2臺(tái)漿液循環(huán)泵。循環(huán)泵應(yīng)將吸收塔漿池內(nèi)的吸收劑漿液循環(huán)送至噴嘴，循環(huán)泵按照單元制設(shè)置(每臺(tái)循環(huán)泵對(duì)應(yīng)1層噴嘴)。

更換原有每機(jī)組2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，新氧化風(fēng)機(jī)為離心式，氧化風(fēng)機(jī)能提供足夠的氧化空氣，使吸收塔內(nèi)的亞硫酸鈣充分轉(zhuǎn)化成硫酸鈣。

3.6 改造結(jié)果

大唐寶雞熱電廠1號(hào)機(jī)組脫硫超低排放改造施工，從停爐到完成驗(yàn)收共3個(gè)月。2015年12月17日順利通過(guò)陜西省環(huán)保廳驗(yàn)收。項(xiàng)目試運(yùn)期間，各項(xiàng)指標(biāo)良好，系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。脫硫效率超過(guò)99%。吸收塔出口ρ(SO2)平均為20 mg/m3，顆粒物質(zhì)量濃度平均為6 mg/m3。裝置連續(xù)運(yùn)行7 d，新增電耗不超過(guò)1 820 kWh/h，改造后增加阻力低于0.6 kPa。

1#機(jī)組總排口監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表31 #機(jī)組總排口監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表3可見(jiàn):在各種煤質(zhì)和工況負(fù)荷下，尾氣排放指標(biāo)均能滿(mǎn)足保證值要求。

4 結(jié)語(yǔ)

該改造項(xiàng)目在原有裝置的基礎(chǔ)上，針對(duì)主體工藝存在的不足，有針對(duì)性地對(duì)主體設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行了改造和完善，新增、更換了少量關(guān)鍵設(shè)備，使整套裝置在改造后不僅尾氣排放完全滿(mǎn)足超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求，系統(tǒng)阻力增加較少;同時(shí)脫硫廢水增加量較少，現(xiàn)有脫硫廢水處理余量能滿(mǎn)足要求，不需要進(jìn)行改造。從整體上降低了投資，節(jié)約了運(yùn)行和維護(hù)成本。此外，在總結(jié)以往工程承包經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，該改造項(xiàng)目合理安排采購(gòu)、制造、安裝和土建施工周期，1#機(jī)組脫硫超低排放改造施工從停爐到完成驗(yàn)收只用了3個(gè)月，盡可能縮短了項(xiàng)目的改造建設(shè)周期，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

Investigation of ultra-low emission renovation of desulphurization systems in Datang Baoji Thermoelectric Power Plant

LI Jun，LI Zhidong
(1.China Nerin Engineering Co.，Ltd.，Nanchang，Jiangxi，330031，China; 2.Datang Baoji Thermoelectric Power Plant，Baoji，Shanxi，721000，China)

Problems existing in the traditional wet desulphurization system are analyzed，including the negligence of collaborative dedusting capability in wet desulphurization，trouble of gypsum rain phenomenon，uneven gas flow fields and so on.The ultra-low emission renovation technology of 2×330 MW machines in Datang Baoji Thermoelectric Power Plant are introduced，such as renovation and improvement on inner components of the main equipment，addition and replacement of a few critical equipment.After completion of the renovation，the tail gas emission of the system met the ultra-low emission criteria，the system resistance and waste water volume from desulphurization operation had little increase.The surplus capacity of the existing desulphurization waste water treatment system satisfied the demand.

flue gas desulphurization;ultra-low emission;combustion engine;pollutant;discharge

TQ111.14

B

1002－1507(2017)01－0033－04

2016－08－12。

李俊，男，中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司化工事業(yè)部高級(jí)工程師，主要從事煙氣脫硫及制酸設(shè)計(jì)、工程總承包。電話(huà):0791-86757231;E-mail:lijun@nerin.com。