SO3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)在清水川電廠的應(yīng)用

張輝

（陜西清水川能源股份有限公司，陜西榆林 719400）

SO3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)在清水川電廠的應(yīng)用

張輝

（陜西清水川能源股份有限公司，陜西榆林 719400）

以清水川電廠二期工程為例，介紹了煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)的原理、工藝流程及系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，比較了增大電除塵器本體尺寸、安裝布袋除塵器、調(diào)質(zhì)劑煙氣調(diào)質(zhì)、水調(diào)制等方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，分析了SO3，NH3，Na2CO3和磷酸等調(diào)質(zhì)劑的特點(diǎn)，最后選用SO3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)，取得了理想的除塵效果。

煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)；低硫煤；調(diào)質(zhì)劑；電阻率；除塵器

0 引言

清水川電廠二期工程規(guī)劃為2×1 000MW機(jī)組，鍋爐燃煤全部來自馮家塔煤礦，該煤礦煤質(zhì)具有高塵、低熱、低硫的特點(diǎn)。經(jīng)過鍋爐燃燒后，煙氣中粉塵含量較高，電阻率較大。雖然電除塵器設(shè)計(jì)除塵效率為99%以上，但隨著煙氣、粉塵性質(zhì)的變化，除塵器工況的改變，運(yùn)行時(shí)間的影響，除塵效率往往會(huì)有所下降。正常情況下，電除塵器實(shí)際除塵效率為93%～97%，單純采用電除塵器技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較差。為了滿足國家環(huán)保要求，提高電除塵效率，決定在清水川電廠電除塵器前段加設(shè)SO3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概況

清水川電廠二期工程每臺機(jī)組配置2臺三室五電場靜電除塵器和1套煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)；2臺機(jī)組共用1套儲(chǔ)硫系統(tǒng)；每臺除塵器設(shè)有3個(gè)進(jìn)口和3個(gè)出口，除塵器進(jìn)口過?？諝庀禂?shù)為1.33；每個(gè)電場設(shè)6個(gè)灰斗，出灰口法蘭標(biāo)高為5m；除塵器入口斷面煙氣分布均勻性≤0.2（相對均方根系數(shù)），電除塵器本體漏風(fēng)率小于3%，本體阻力≤300Pa。

SO3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)主要由儲(chǔ)硫系統(tǒng)、集成式生成器、注入系統(tǒng)及電控系統(tǒng)組成。硫黃儲(chǔ)罐即儲(chǔ)硫系統(tǒng)，用于將固體硫黃熔化并儲(chǔ)存；集成生成器是生成SO3的設(shè)備；注入系統(tǒng)由多支噴槍組成，主要用于將集成箱轉(zhuǎn)化生成的SO3氣體與熱空氣混合噴射到煙氣中；電控系統(tǒng)主要用于遠(yuǎn)程控制溫度、風(fēng)量及硫流量。

2 工藝原理及流程

2.1 工藝原理

影響電除塵器效率的因素很多，除設(shè)備自身因素外，粉塵及煙氣性質(zhì)對除塵效果有較明顯的影響，而粉塵的電阻率是一個(gè)主要因素。對電除塵器來說，一定溫度下粉塵最易被捕獲的電阻率范圍為1010～1011Ω·cm，高于或低于這個(gè)范圍，電除塵器效率都會(huì)較設(shè)計(jì)值有所下降。

煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)通過噴入調(diào)質(zhì)劑來調(diào)整煙氣粉塵組分及物理特性，降低粉塵電阻率或改變粉塵的物理化學(xué)特性，從而提高電除塵除灰效率。常用調(diào)質(zhì)劑有SO3，NH3，Na2CO3和磷酸等，該工程所選用的調(diào)質(zhì)劑為SO3，在煙氣進(jìn)入電除塵器前，通過噴槍向煙氣中噴射SO3與空氣的高溫混合氣體，使SO3與煙氣中的水汽迅速結(jié)合，在粉塵表面形成一層酸性薄膜，以降低粉塵顆粒的電阻率，提高粉塵顆粒的荷電性能。該系統(tǒng)可通過電控部分自動(dòng)調(diào)整SO3注入量調(diào)節(jié)粉塵電阻率到適合電除塵器捕獲的理想范圍，使之易于被電除塵器捕獲來提高電除塵器效率，降低出口粉塵的排放質(zhì)量濃度。

2.2 工藝流程

煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)的主要工藝流程分為熔硫、燃硫、轉(zhuǎn)化和噴入4個(gè)過程。

（1）熔硫就是將固態(tài)硫轉(zhuǎn)化為液態(tài)硫，該過程主要在硫黃儲(chǔ)硫罐內(nèi)完成。固體硫黃通過加料口加入到儲(chǔ)硫罐內(nèi)，在熔硫區(qū)因高溫蒸汽的作用由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，然后儲(chǔ)存在儲(chǔ)硫區(qū)內(nèi)。

（2）燃硫、轉(zhuǎn)化這兩個(gè)過程都在集成箱內(nèi)完成。燃硫就是液態(tài)硫經(jīng)過管道進(jìn)入到集成箱的燃硫爐內(nèi)燃燒生成SO2，轉(zhuǎn)化則是SO2在集成箱轉(zhuǎn)化塔內(nèi)因氧化劑作用轉(zhuǎn)化成SO3的過程。系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與硫黃的轉(zhuǎn)化率密切相關(guān)，采用合適而優(yōu)質(zhì)的催化劑且嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，該系統(tǒng)的正常轉(zhuǎn)化率可達(dá)到98%以上。

（3）噴入是噴槍系統(tǒng)將轉(zhuǎn)化塔內(nèi)轉(zhuǎn)化生成的SO3氣體與熱空氣混合氣體在電除塵器入口前端均勻地噴射到煙氣中，在粉塵表面形成一種酸性包裹膜的過程。噴入系統(tǒng)由多支噴槍組成，每支噴槍上有多個(gè)噴嘴，這種設(shè)計(jì)的目的是將SO3氣體與煙氣中的粉塵均勻、充分地混合，最大限度地提高調(diào)質(zhì)效果。

3 系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)

3.1 運(yùn)行安全性

（1）無腐蝕。SO3在一定條件下與水化學(xué)反應(yīng)，很容易形成酸性物質(zhì)對煙道及設(shè)備造成腐蝕?；谶@一點(diǎn)，在噴槍處設(shè)計(jì)有感溫元件，實(shí)時(shí)監(jiān)控SO3注入溫度，當(dāng)注入溫度接近酸的露點(diǎn)溫度時(shí)，系統(tǒng)停止噴射，此時(shí)不具備化學(xué)反應(yīng)條件，也就不會(huì)形成酸性物質(zhì)。通常情況下，SO3的注入溫度遠(yuǎn)高于酸的露點(diǎn)。另外，系統(tǒng)還設(shè)置有空氣吹掃閥，在停機(jī)后開啟吹掃管路及轉(zhuǎn)化器等設(shè)備，清除殘留SO3氣體。實(shí)踐證明，應(yīng)用SO3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)不會(huì)對煙道、除塵器及下游設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。

（2）無逃逸。正常情況下，電除塵器本體漏風(fēng)率＜3%且注入的SO3量很少，通常典型注入率為0.01‰～0.02‰。在集成箱采用合適而優(yōu)質(zhì)的催化劑且嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，SO3正常轉(zhuǎn)化率將大于98.0%，且99.5%以上的SO3被粉塵吸附收集。只有＜2.5mg／m3的硫化物氣體通過電除塵器后經(jīng)煙囪逃逸到大氣中，這相對于燃煤自身產(chǎn)生的SO2來說可忽略不計(jì)，排放物不會(huì)增加對大氣的污染。

（3）對灰質(zhì)無影響。由于系統(tǒng)注入的SO3質(zhì)量濃度很低，經(jīng)測試，調(diào)質(zhì)前后煤灰成分基本不變，不影響灰質(zhì)。

（4）對設(shè)備、人身安全幾乎沒有影響。系統(tǒng)采用電控系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程操作。除向儲(chǔ)硫罐內(nèi)添加硫黃外，其他過程都可全自動(dòng)在線遠(yuǎn)程操作。兩套煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)燃硫量為240 kg／h，一次添加可滿足2臺機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行10 d以上的硫黃供應(yīng)，這樣就可最大限度地避免與有害物質(zhì)接觸，保證設(shè)備及人身安全。

3.2 應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性與可靠性

（1）投資少、適應(yīng)性強(qiáng)。電除塵器最初是針對高硫煤設(shè)計(jì)的，在燃用高硫煤時(shí)有較好的除塵效果，對低硫煤或多煤種燃煤結(jié)構(gòu)，其除塵效果就不夠理想。在不改變電除塵器設(shè)計(jì)規(guī)格的前提下，配套調(diào)質(zhì)設(shè)備在提高除塵效果的同時(shí)，大大減少了投資，且適應(yīng)煤質(zhì)多變情況。

（2）運(yùn)行費(fèi)用低。SO3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)是以硫黃為原料，原料易于獲取且價(jià)格便宜。按照上文提到的出力計(jì)算，2臺1 000MW機(jī)組每年消耗硫黃約2075 t，當(dāng)前硫黃價(jià)格約為1000元／t，每臺機(jī)組年運(yùn)行費(fèi)用約100萬元。

（3）節(jié)能。SO3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)降低了粉塵電阻率，可消除反電暈現(xiàn)象，因而電除塵器還可同比降低15%左右的電耗。

（4）運(yùn)行可靠性。煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)設(shè)備獨(dú)立、操作靈活，可全自動(dòng)按排放濁度控制投用與否及注入率大小。整個(gè)過程不受人為因素影響，系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定。

3.3 系統(tǒng)的遠(yuǎn)程智能控制

在全自動(dòng)模式下，系統(tǒng)可根據(jù)給煤量、煙氣、粉塵的性質(zhì)變化信號自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量、硫流量及轉(zhuǎn)化塔進(jìn)口溫度。為嚴(yán)格控制SO3的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)考慮硫黃易燃特點(diǎn)、SO3的腐蝕性以及硫氧化物對人體和設(shè)備的危害，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有溫度及其他多個(gè)信號聯(lián)鎖的保護(hù)裝置。整套系統(tǒng)由可編程控制器（PLC）控制，操作人員可在控制室對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、操作。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

4.1 增大電除塵器本體尺寸

通過增大電除塵器本體尺寸以增大集塵面積來達(dá)到除灰效果，對燃燒高硫煤的機(jī)組而言有一定效果，但對燃燒低硫煤的機(jī)組來說，粉塵電阻率較高，僅靠增大電除塵器本體尺寸效果并不明顯，而且投資高、占地面積大、施工難度大。

4.2 安裝布袋除塵器

安裝布袋除塵器是用布袋除塵器代替電除塵器，或在原有的電除塵器下游加裝布袋除塵器來除塵的一種方式。這種方法效果雖然明顯，但投資高、施工難度大，后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，而且布袋除塵器的使用壽命常受到煙氣、粉塵性質(zhì)變化的影響，一般情況下為3～4年。更換時(shí)由于煙氣溫度較高、粉塵含量較大等，往往需要停機(jī)，對機(jī)組的正常運(yùn)行有一定影響。

4.3 調(diào)質(zhì)劑煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)

調(diào)質(zhì)劑煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)的特點(diǎn)是投資小、效果好、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用相對較低（特別是在已投運(yùn)電除塵的機(jī)組），可遠(yuǎn)程智能控制。該方法能很好地解決高電阻率粉塵對電除塵器功效的影響，可有效降低粉塵排放。

4.4 水調(diào)質(zhì)

水調(diào)質(zhì)系統(tǒng)適合高溫?zé)煔?，主要?yīng)用于水泥行業(yè)大型干法窯（320～350℃）。干法窯尾部都配有增濕塔，其主要功效是降溫和增濕。當(dāng)煙氣通過增濕塔時(shí)，在雙流體噴霧的作用下，煙氣的溫度下降，濕度增加，使粉塵的電阻率降低到電除塵器易于捕獲的范圍，從而達(dá)到除塵目的。水調(diào)質(zhì)系統(tǒng)也曾經(jīng)在火電廠試用，但由于燃煤鍋爐煙氣溫度一般在100～200℃之間，沒有降溫空間，容易造成濕底使煙道堵塞，不能長期、可靠運(yùn)行，最終沒能得到推廣。

5 調(diào)質(zhì)劑的選擇

綜上所述，調(diào)質(zhì)劑調(diào)質(zhì)具有其他調(diào)質(zhì)系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，而調(diào)質(zhì)劑選用的恰當(dāng)與否是影響系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要因素。

（1）SO3調(diào)質(zhì)是燃煤鍋爐應(yīng)用最廣泛、最成熟可靠的技術(shù)，可提高粉塵表面導(dǎo)電性，降低粉塵電阻率。

（2）NH3調(diào)質(zhì)機(jī)制。向煙氣中注入NH3，NH3與煙氣中的SO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成黏稠狀的硫酸氫氨，促進(jìn)細(xì)微粉塵凝聚，減少振打二次飛揚(yáng)，提高除塵效率。但對于低硫煤而言，其燃燒產(chǎn)生的硫氧化物有限，化學(xué)反應(yīng)不充分，對除塵效果可能有一定影響。另外，NH3調(diào)質(zhì)并不能降低粉塵電阻率。

（3）SO3和NH3雙重調(diào)質(zhì)。NH3與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后降低了煙氣的酸度，減少腐蝕的同時(shí)提高了粉塵對SO3的吸附性，此種調(diào)質(zhì)方式可降低SO3注入量。但注入量及二者的比例很難把握，實(shí)際操作難度較大，目前只有少數(shù)國家采用。

（4）Na2CO3調(diào)質(zhì)。Na2CO3受熱分解成Na2O，可提高離子導(dǎo)電性，增強(qiáng)粉塵活性，但運(yùn)行費(fèi)較高。

6 結(jié)束語

經(jīng)過上述分析，最終選定了SO3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)。經(jīng)測定，在SO3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)投運(yùn)前電除塵入口的粉塵平均質(zhì)量濃度為41.54 g／m3，遠(yuǎn)高于國家50.00mg／m3要求。調(diào)質(zhì)系統(tǒng)投運(yùn)后，煙塵排放質(zhì)量濃度為49.85mg／m3，符合國家新的環(huán)保要求，且除塵效率達(dá)到99.88%。該系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)再次證實(shí)，SO3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上可行，能有效解決電除塵器效率下降的問題，除塵效果顯著。

［1］蔣亞彬，騰農(nóng)，王強(qiáng)，等.SO3煙氣調(diào)質(zhì)試驗(yàn)研究［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2003，19（9）：27-30.

［2］原永濤，奇立強(qiáng).燃煤飛灰介電特性研究［J］.熱能動(dòng)力工程，2006，21（1）：58-61.

［3］原永濤，奇立強(qiáng)，張欒英，等.電廠除塵器的改造方案［J］.動(dòng)力工程，2008，28（2）：270-274.

（本文責(zé)編：白銀雷）

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：1674-1951（2015）01-0073-03

張輝（1983—），男，陜西武功人，工程師，從事工程管理方面的工作（E-mail：zt19tbzx＠163.com）。

2014-06-26；

2014-08-30