張 偉，陳 民，邢 浩，鄭 楠

（華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462300）

脫硫超低排放技術(shù)改造及經(jīng)濟(jì)性分析

張 偉，陳 民，邢 浩，鄭 楠

（華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462300）

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，單塔單循環(huán)濕法脫硫技術(shù)已無(wú)法滿(mǎn)足低能耗、高效率的脫硫要求，故對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行增容改造。文中介紹了華電漯河發(fā)電有限公司機(jī)組脫硫改造的必要性，闡述了雙塔雙循環(huán)技術(shù)的基本原理，通過(guò)對(duì)2號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)改造，實(shí)踐證明雙塔雙循環(huán)改造能夠有效降低燃煤火電廠出口SO2濃度。利用經(jīng)濟(jì)分析學(xué)原理，建立了以投資回收年限為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)工程實(shí)例進(jìn)行分析，為改造實(shí)施提供依據(jù)。

雙塔雙循環(huán)；脫硫改造；超低排放；運(yùn)行實(shí)踐；經(jīng)濟(jì)性分析

華電漯河發(fā)電有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)漯河發(fā)電公司）1、2號(hào)機(jī)組為2×330 MW亞臨界熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤機(jī)組，脫硫裝置采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，“一爐一塔” 配置，煙氣處理能力為相應(yīng)鍋爐BMCR工況時(shí)的100%煙氣量，設(shè)計(jì)脫硫效率≥95%，不設(shè)置GGH，設(shè)有增壓風(fēng)機(jī)，分別于2009年12月和2010年5月與機(jī)組同步投運(yùn)。石灰石漿液制備及輸送系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)為兩套FGD脫硫裝置公用。

1 脫硫系統(tǒng)超低排放改造

1.1 改造必要性

根據(jù)國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部和國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)的2014—2020年的 《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃》和河南地方頒布的 《河南省發(fā)展和改革委員會(huì)關(guān)于煙氣超低排放燃煤機(jī)組基礎(chǔ)電量獎(jiǎng)勵(lì)通知》的要求，氮氧化物、SO2、煙塵排放濃度不高于50、35、5 mg/Nm3（標(biāo)干，6%O2）。漯河發(fā)電公司2號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)燃煤硫分2.5%、煙氣量為1 128 100 m3/h，入口煙氣 SO2濃度5 858 mg/m3，要保證出口SO2濃度小于35 mg/m3，就必須使脫硫效率大于99.40%，已超出原單塔單循環(huán)濕法脫硫技術(shù)的設(shè)計(jì)效率，因此對(duì)漯河發(fā)電公司環(huán)保設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造，以滿(mǎn)足最新排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 改造方案選擇

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)是目前世界上最成熟、可靠性最高、應(yīng)用最廣的煙氣脫硫技術(shù)，我國(guó)90%以上的燃煤電廠均采用該工藝。為實(shí)現(xiàn)超低排放標(biāo)準(zhǔn)，主要有兩種改造方式：?jiǎn)嗡鲂Ц脑旌驮鲈O(shè)新塔改造。若采用單塔雙循環(huán)方案，需要對(duì)原吸收塔繼續(xù)抬高，增加一層受液盤(pán)和三層噴淋層，需要截塔加高約15 m。現(xiàn)四層噴淋層作為第一個(gè)循環(huán)，新增三層噴淋層作為第二個(gè)循環(huán)，同時(shí)，第二個(gè)循環(huán)需要增加塔外循環(huán)漿池。改造后吸收塔高度將超過(guò)50 m，現(xiàn)有吸收塔荷載也無(wú)法滿(mǎn)足改造需要，必須進(jìn)行加固，改造困難較大，且仍需設(shè)置塔外漿池，占地面積較大；若采用增設(shè)新塔，串聯(lián)塔方案，可以利用原吸收塔作為一級(jí)塔，在原事故漿液箱新建二級(jí)串聯(lián)塔。在超低排放改造過(guò)程中要充分考慮工期、燃煤硫分、脫硫效率、設(shè)備利舊率等問(wèn)題，漯河發(fā)電公司2號(hào)機(jī)組最終確定采用雙塔雙循環(huán)工藝，以實(shí)現(xiàn)脫硫效率大于99.40%，縮短工期和節(jié)約成本。

1.3 雙塔雙循環(huán)工藝原理及流程

雙塔雙循環(huán)［1］工藝是對(duì)原脫硫系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，在原脫硫吸收塔后新增一座吸收塔，原一級(jí)預(yù)洗滌塔與新增脫硫二級(jí)吸收塔串聯(lián)，煙氣經(jīng)過(guò)2個(gè)脫硫塔進(jìn)行脫硫。一級(jí)脫硫塔的漿液控制較低的pH值，有利于石膏的氧化，降低氧化風(fēng)機(jī)電耗；二級(jí)塔的漿液pH值較高，有利于SO2吸收，具有較高的脫硫效率，工藝流程如圖1所示。2個(gè)脫硫循環(huán)過(guò)程的控制是獨(dú)立的，避免了設(shè)備、參數(shù)、漿液條件之間的相互制約，使反應(yīng)過(guò)程更加優(yōu)化，以快速適應(yīng)煤種變化和負(fù)荷變化［2］。

圖1 雙塔雙循環(huán)工藝流程

1.4 改造主要內(nèi)容

1.4.1 脫硫煙氣系統(tǒng)

漯河發(fā)電公司2號(hào)機(jī)組脫硫超低排放改造拆除2號(hào)增壓風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)施，拆除增壓風(fēng)機(jī)旁路及部分原煙氣煙道，取消FGD入口擋板門(mén)，拆除原擋板門(mén)密封風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，拆除凈煙道除霧器及相應(yīng)的沖洗水管道，同時(shí)拆除原凈煙氣水平段煙道。

原煙氣自引風(fēng)機(jī)聯(lián)絡(luò)煙道中部，通過(guò)一級(jí)塔入口水平煙道進(jìn)入現(xiàn)有一級(jí)塔，現(xiàn)有一級(jí)塔帽煙氣出口逆時(shí)針轉(zhuǎn)向200°，出口煙氣通過(guò)聯(lián)絡(luò)煙道進(jìn)入二級(jí)吸收塔，二級(jí)吸收塔出口煙道連入現(xiàn)有凈煙道垂直段膨脹節(jié)處，同時(shí)對(duì)主煙囪進(jìn)行防腐改造［3］。

1.4.2 吸收塔系統(tǒng)

此次改造新增一座脫硫二級(jí)吸收塔，布置在原事故漿液箱位置，新增二級(jí)塔塔體設(shè)計(jì)基本與噴淋塔相同，采用無(wú)變徑設(shè)計(jì)，吸收段設(shè)置兩層噴淋，上部設(shè)置三級(jí)高效除霧器。塔體直徑13 m，漿池容積為955 m3，保證漿液循環(huán)泵運(yùn)行液位和操作裕量，同時(shí)設(shè)置三級(jí)材質(zhì)為FRP的高效優(yōu)質(zhì)屋脊式除霧器，使用進(jìn)口Munters產(chǎn)品。確保二級(jí)塔出口霧滴含量不高于20 mg/Nm3，除霧器下方配備兩級(jí)噴淋層，對(duì)應(yīng)布置2E、2F 2臺(tái)漿液循環(huán)泵，循環(huán)泵選用襄陽(yáng)五二五泵業(yè)產(chǎn)品，噴淋層下方布置一層材質(zhì)為2205雙相不銹鋼多孔合金托盤(pán)，使塔風(fēng)煙氣分布均勻，在托盤(pán)上方形成湍流，與液滴充分接觸，以提高傳質(zhì)效果。

二級(jí)收塔在原事故漿液泵處設(shè)置2C、2D 2臺(tái)石膏漿液排出泵（1運(yùn)1備），把二級(jí)吸收塔的漿液送至一級(jí)吸收塔，同時(shí)新增二級(jí)吸收塔至事故漿液箱管路。在一、二級(jí)塔之間設(shè)置漿液密度調(diào)整旋流器，以控制二級(jí)塔石膏漿液的密度，石膏漿液從二級(jí)塔石膏排出泵輸送到旋流站進(jìn)行分離，底流含固體顆粒量較高的漿液引至二級(jí)吸收塔，溢流含固量較低的漿液進(jìn)入一級(jí)吸收塔，并設(shè)置旁路管道，便于檢修維護(hù)。

在二級(jí)塔標(biāo)高1.1 m處新增4臺(tái)進(jìn)口德國(guó)MUT側(cè)進(jìn)式攪拌器，達(dá)到防止?jié){液池中漿液沉淀結(jié)塊，與氧化噴槍式氧化風(fēng)管配合，滿(mǎn)足氧化空氣最佳分布和漿液充分氧化的目的［4］。

1.4.3 脫硫氧化系統(tǒng)

保留原2B氧化風(fēng)機(jī)，將2A氧化風(fēng)機(jī)更換為雙級(jí)串聯(lián)長(zhǎng)沙羅茨風(fēng)機(jī)，2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)互為備用。在一級(jí)塔氧化風(fēng)母管處取氧化風(fēng)引至二級(jí)塔攪拌器處。

1.4.4 電氣熱控系統(tǒng)

電氣、熱控系統(tǒng)配合機(jī)務(wù)設(shè)備進(jìn)行同步改造。

2 改造效果

漯河發(fā)電公司2號(hào)機(jī)組脫硫超低排放改造采用雙塔雙循環(huán)脫硫工藝，2016年6月7日11：00—6月14日11：00順利通過(guò)168 h試運(yùn)行，期間各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定，達(dá)到脫硫提效改造的目標(biāo)要求，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

由表1可見(jiàn)，該機(jī)組脫硫系統(tǒng)經(jīng)雙塔串聯(lián)增容改造后，串聯(lián)吸收塔在一級(jí)吸收塔脫硫效率90%的基礎(chǔ)上，通過(guò)二級(jí)吸收塔可將脫硫效率提高至穩(wěn)定的99.56%～99.87%，SO2排放濃度不超過(guò)35 mg/Nm3，達(dá)到預(yù)期改造效果。

表1 2016年漯河發(fā)電公司2號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)運(yùn)行記錄

3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

3.1 分析方法

通過(guò)計(jì)算脫硫超低排放雙塔雙循環(huán)改造初投資T和因上網(wǎng)電價(jià)不同所產(chǎn)生的年差額收益ΔS，進(jìn)一步計(jì)算初投資回收年限n［5-7］。

3.1.1 初投資T的計(jì)算方法

初投資包括建筑工程費(fèi)、設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、安裝工程費(fèi)、控制系統(tǒng)及配套土建設(shè)施及其安裝調(diào)試費(fèi)用等。

3.1.2 年差額收益ΔS的計(jì)算方法

脫硫超低排放改造后的年差額收益ΔS可通過(guò)改造前后年差額售電收入、年差額發(fā)電成本、維護(hù)費(fèi)用差額計(jì)算得出。

對(duì)于年差額售電收入，設(shè)年差額售電收入為ΔR，則：

式中：ΔR為脫硫改造前后的年差額售電收入，萬(wàn)元；Sd為年售電量，kWh；ΔSP為上網(wǎng)差額電價(jià)，萬(wàn)元/kWh。

年差額發(fā)電成本包括材料費(fèi)、用水費(fèi)、用電費(fèi)等。設(shè)年差額發(fā)電成本為ΔC，則：

式中：ΔC為脫硫改造后年差額發(fā)電成本，萬(wàn)元；ΔCm為年增加的材料費(fèi)用，萬(wàn)元；ΔCn為年增加的用水費(fèi)用，萬(wàn)元；ΔCp為年增加的用電費(fèi)用，萬(wàn)元。

設(shè)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用差額為ΔW，則

3.1.3 初投資回收年限n的計(jì)算方法

通過(guò)2個(gè)方案的初投資差額和年差額收益，進(jìn)一步計(jì)算初投資差額回收年限，以反映其經(jīng)濟(jì)性差異。由資金時(shí)間價(jià)值動(dòng)態(tài)理論，得：式中：ΔS為脫硫超低排放改造后的年差額收益，萬(wàn)元；T為2號(hào)機(jī)脫硫超低排放雙塔雙循環(huán)改造初投資，萬(wàn)元；i為基準(zhǔn)收益率；n為差額回收年限，年；（A/P，i，n） 為等額分付資金回收系數(shù)［7］；P為初投資；A為在所求的n年內(nèi)償還初期投資P的等額系列支付額。

由上式，整理得：

3.2 工程計(jì)算

以漯河發(fā)電公司2號(hào)機(jī)組脫硫超低排放改造為例，采用上述經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法和步驟，對(duì)脫硫超低排放改造進(jìn)行投資回收年限分析。

3.2.1 初投資計(jì)算

根據(jù)可行性研究報(bào)告，初投資計(jì)算過(guò)程如表2所示，由此可得2號(hào)機(jī)組脫硫超低排放雙塔雙循環(huán)改造初投資T為4 336.5萬(wàn)元。

表2 初投資計(jì)算

3.2.2 年差額收益計(jì)算

年差額收益計(jì)算見(jiàn)表3。根據(jù) 《河南省發(fā)展和改革委員會(huì)關(guān)于煙氣超低排放燃煤機(jī)組基礎(chǔ)電量獎(jiǎng)勵(lì)通知》，上網(wǎng)差額電價(jià)ΔSP為0.01元/kWh，由式（1）—（3）可得漯河發(fā)電公司2號(hào)機(jī)脫硫超低排放改造后的年差額收益ΔS為958萬(wàn)元。

表3 年差額收益計(jì)算

3.2.3 初投資回收年限計(jì)算

電廠基準(zhǔn)收益率為8%，將上述數(shù)據(jù)代入式（5），得出投資回收年限n＝5.84年，即2號(hào)機(jī)組因脫硫超低排放改造投資費(fèi)用在5.84年即可回收［8］。

4 結(jié)束語(yǔ)

漯河發(fā)電公司2號(hào)機(jī)組脫硫超低排放改造后，通過(guò)168 h連續(xù)運(yùn)行及之后的運(yùn)行實(shí)踐來(lái)看，此次雙塔雙循環(huán)改造能夠有效降低燃煤火電廠出口SO2濃度，并且運(yùn)行方式較簡(jiǎn)單，設(shè)備可靠性高，脫硫裝置效率穩(wěn)定在99%以上。

通過(guò)對(duì)2號(hào)機(jī)組超低排放改造的經(jīng)濟(jì)性分析和投資回收年限的計(jì)算，為改造實(shí)施可行性研究提供了經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和依據(jù)。該方法不僅適用于超低排放改造的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，對(duì)其他設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性分析也提供一定參考。

［1］戴鐵華，李 彥，胡昌斌，等.大型燃煤電廠大氣污染物近零排放技術(shù)方案 ［J］.湖南電力，2014，34（6）：47 -50.

［2］高廣軍，趙家濤，王玉祥，等.雙塔雙循環(huán)技術(shù)在火電廠脫硫改造中的應(yīng)用 ［J］.江蘇電機(jī)工程，2015，34（4）：79-80.

［3］薛方明，邵 媛.雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)在執(zhí)行污染物超低排放火電機(jī)組中的應(yīng)用 ［J］.山東化工，2015，44（20）：147-150.

［4］任尚坤，何衛(wèi)國(guó)，盛 虎，等.章丘發(fā)電公司超低排放改造分析 ［J］.華電技術(shù)，2015，37（9）：59-60，62，80.

［5］梁國(guó)柱，林朝扶，李國(guó)暉.330 MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)串聯(lián)塔改造 ［J］.廣西電力，2012，35（5）：44-46，71.

［6］李 慶，孟慶慶，郭 玥.基于國(guó)家新頒布污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的煙氣脫硫改造技術(shù)路線 ［J］.華北電力技術(shù)，2013，43（2）：28-31，35.

［7］范永春，吳阿峰.引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式選擇的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法［J］.電力建設(shè)，2010，31（1）：91-94.

［8］王仁雷，蔡傳鈺，張 楊，等.不同漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式下串聯(lián)吸收塔脫硫效果評(píng)價(jià)及優(yōu)化 ［J］.電站系統(tǒng)工程，2016，32（2）：19-21.

Transformation and Economic Analysis of Ultra?low Emission Technology

ZHANG Wei，CHEN Min，XING Hao，ZHENG Nan
（Huadian Luohe Power Generation Co.，Ltd.，Luohe，Henan 462300，China）

With the continuous improvement of environmental standards，the single tower single cycle can't meet the requirements of low energy consumption and high efficiency，so it is necessary to carry out capacity expansion of desulfurization system.This paper in?troduces the necessary of enhancing the efficiency for desulfurization transformation in Huadian Luohe Power Generation Limited Com?pany.The basic principle of the twin towers double cycle technology is elucidated.The results show that the towers and double loop transformation can effectively reduce the concentration of SO2through desulfurization system transformation of unit 2.Based on the prin?ciple of economic analysis，the mathematical model is built for target function of the investment payback period，which provides the e?conomic basis for the feasibility of transformation.

twin towers double cycle；desulfurization transformation；ultra?low emission；operation practice；economic analysis

X773

A

1004-7913（2017）03-0028-04

張 偉（1971），男，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事火力發(fā)電廠的運(yùn)行、維護(hù)、技術(shù)改造、經(jīng)營(yíng)管理工作。

2016-12-03）