輔塔pH分區(qū)脫硫技術(shù)的研究與應(yīng)用

李映斌+谷小兵+齊勇

摘 要：近年來，因火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日益提高，各大火電機(jī)組為積極應(yīng)對(duì)環(huán)保政策，對(duì)脫硫裝置進(jìn)行增容提效改造。該文提出一種輔塔pH分區(qū)技術(shù)，應(yīng)用于張家口電廠脫硫裝置改造，為火電系統(tǒng)內(nèi)脫硫改造提供可靠經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：輔塔 pH分區(qū) 脫硫系統(tǒng) 增容提效

中圖分類號(hào)：X701.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）09（b）-0030-02

2011年，國家環(huán)保部發(fā)布新版《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011），要求除特殊限制地區(qū)外，煙氣SO2排放標(biāo)準(zhǔn)為<200 mg/m3，并于2013年7月開始執(zhí)行。繼之2014年3月，國家環(huán)境保護(hù)部召集五大發(fā)電公司明確提出擴(kuò)大執(zhí)行特別排放限值的范圍，對(duì)京津冀及周邊地區(qū)執(zhí)行特別排放限值，新增加區(qū)域從2015年1月1日起執(zhí)行，不達(dá)標(biāo)的電廠將停止運(yùn)行。張家口發(fā)電廠須執(zhí)行特別排放限值，即SO2排放濃度<35 mg/Nm3，因此，張電8臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)必須進(jìn)行增容提效改造。

自2009年開始，大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)公司就開始著力于研究輔助漿液循環(huán)箱的脫硫技術(shù)，專門用于解決在較短時(shí)間內(nèi)完成脫硫裝置的增容提效問題[1]。同時(shí)由于張電8臺(tái)脫硫裝置由大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)實(shí)施特許經(jīng)營，因此大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)公司必須承擔(dān)起增容提效改造的任務(wù)。

結(jié)合工程改造應(yīng)用，該文提出一種新型的實(shí)用技術(shù)：輔塔pH分區(qū)脫硫技術(shù)，該技術(shù)已于2014年6月獲得國家專利認(rèn)證證書（證書號(hào)：ZL 2014 2 0337253.3）。該項(xiàng)技術(shù)適用于燃煤硫份偏高、改造周期短的脫硫現(xiàn)場(chǎng)。

1 研發(fā)背景

大唐國際張家口發(fā)電廠8臺(tái)機(jī)組（8×300 MW）均配備石灰石濕法煙氣脫硫裝置。原裝置為同方環(huán)境股份有限公司總承包建設(shè)，于2008年8月投入運(yùn)行。原設(shè)計(jì)條件，機(jī)組滿負(fù)荷工況下，原煙氣SO2濃度2 750 mg/Nm3時(shí)，凈煙氣SO2濃度<200 mg/Nm3，脫硫效率>92.7%。該次提效改造，要求達(dá)到：原煙氣SO2濃度2 750 mg/Nm3時(shí)，凈煙氣SO2濃度<35 mg/Nm3，脫硫效率>98.7%。

技術(shù)人員提出了幾套改造方案，并對(duì)方案進(jìn)行了充分論證，最終確定了輔塔pH分區(qū)增容提效改造方案，即對(duì)吸收塔及凈煙道升高，增加兩臺(tái)漿液循環(huán)泵、兩層噴淋層；供漿系統(tǒng)由對(duì)主塔供漿方式變更為主要對(duì)輔塔供漿方式，同時(shí)保留原主塔供漿管路；除霧器由平板式改為屋脊式，同時(shí)增加管式除霧器?，F(xiàn)有制漿、脫水等公用系統(tǒng)滿足要求，不進(jìn)行改造。

2 系統(tǒng)特征

此次改造工程的主要技術(shù)特點(diǎn)為：布置輔塔，增加漿液循環(huán)泵及噴淋層，對(duì)輔塔進(jìn)行供漿。該改造方案優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）相比其他方案（如改變主塔結(jié)構(gòu)、串塔方式等）改造費(fèi)用低，改造工作量小。吸收塔及凈煙道提升高度低，約4 m左右。增加一個(gè)直徑9 m、高度12 m的輔塔，增加兩臺(tái)漿液循環(huán)泵，設(shè)備改動(dòng)及增加量小。

（2）采用主塔與輔塔雙路供漿方式，增加了供漿的靈活性，同時(shí)，若采用輔塔單路供漿可使吸收塔主塔與輔塔實(shí)現(xiàn)雙pH控制，有利于提高脫硫效率。

（3）改造工期短，利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會(huì)，完成吸收塔及凈煙道提升、新增噴淋層的安裝及除霧器改造等與通煙相關(guān)的工作，其他工作在機(jī)組啟動(dòng)后進(jìn)行，最大限度縮短機(jī)組停機(jī)時(shí)間。

（4）原煙道取直，減少了3個(gè)彎頭，減少了煙氣系統(tǒng)的阻力，有利于降低引風(fēng)機(jī)電耗。

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

輔塔pH分區(qū)脫硫技術(shù)包含了輔助漿液循環(huán)箱脫硫技術(shù)的系統(tǒng)特征[1]，使得改造后的脫硫裝置明顯提高了液氣比、增大了煙氣處理能力，同時(shí)，該技術(shù)還具備以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）濕法脫硫工藝中氧化分兩部分：吸收區(qū)自然氧化以及漿液池的強(qiáng)制氧化。自然氧化的工藝特點(diǎn)是氣相連續(xù)，液相均勻分散，但是煙氣中氧濃度低，此種氧化反應(yīng)比例在總體氧化反應(yīng)中大約占20%。強(qiáng)制氧化的工藝特點(diǎn)是液相連續(xù)，氣相均勻分散，此種氧化反應(yīng)比例在總體氧化反應(yīng)中大約占80%，在吸收塔氧化反應(yīng)中起決定性作用。在主塔漿池中，液相具備均勻液相連續(xù)條件，但在輔塔漿池中，液相主體為非均勻連續(xù)相，如果輔塔漿池與主塔均采用氧化風(fēng)管布置，將會(huì)導(dǎo)致原塔與輔塔氧化均不正常，所以本工程方案依然堅(jiān)持原有輔塔技術(shù)，即輔塔區(qū)域不進(jìn)行參與氧化過程。

（2）采用輔塔漿池增加結(jié)晶時(shí)間。該方案中的增加循環(huán)泵容量保證了脫硫效率、主塔氧化的方式，保證漿液吸收SO2后生成的亞硫酸鈣完全氧化、增加輔助漿液池，并通過連通管與原塔相連，使兩個(gè)漿液池成為連通器，進(jìn)行緩慢的物質(zhì)交換，保證了結(jié)晶時(shí)間與結(jié)晶空間，確保了生成的硫酸鈣晶體體積，易于脫水。

（3）采用副塔供漿方式，實(shí)現(xiàn)了主輔塔不同的pH值，輔塔pH值稍高于主塔，即從一定程度上促進(jìn)了主塔鈣離子的生成，也滿足氧化結(jié)晶的時(shí)間，因此能有效提高脫硫效率。

4 主要設(shè)計(jì)原則

（1）不改變?cè)O(shè)計(jì)工藝流程，繼續(xù)采用石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)，全部煙氣參加脫硫，系統(tǒng)按設(shè)計(jì)煤質(zhì)設(shè)計(jì)，脫硫效率≥98.7%。

（2）煙氣脫硫系統(tǒng)根據(jù)下述要求進(jìn)行設(shè)計(jì)：在原有脫硫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行增容提效改造，使改造后的脫硫系統(tǒng)在原設(shè)計(jì)值條件下，能長期、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，系統(tǒng)出口SO2<35 mg/Nm3，脫硫效率達(dá)到98.7%以上。

（3）不改變主塔結(jié)構(gòu)，不破壞原有噴淋層。只是將塔體及相關(guān)煙道整體上升，以滿足新增漿液噴淋層及屋脊式除霧器的高度需求。

（4）依據(jù)物料平衡計(jì)算原則，確定漿液總量、氧化池容積、輔塔容積及新增漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)量等關(guān)鍵參數(shù)。

5 改造效果

（1）改造后脫硫性能指標(biāo)試驗(yàn)。

改造后脫硫性能指標(biāo)試驗(yàn)見表1、表2。

（2）社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

社會(huì)效益：火電廠是中國排放大氣污染物大戶，增容提效有各種方案，選擇哪種方案既考驗(yàn)技術(shù)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)水平，也直接決定著技改投資及運(yùn)營效益。大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)公司技術(shù)人員敢于打破常規(guī)，通過最簡潔的方案實(shí)現(xiàn)技改的目的。實(shí)踐證明該方案是可行的，在不影響發(fā)電企業(yè)年度電量的前提下實(shí)現(xiàn)了工期短、造價(jià)低、效果好的目標(biāo)。

經(jīng)濟(jì)效益：若采用傳統(tǒng)的改造吸收塔的方案，則需要4～6個(gè)月的改造周期，在此期間內(nèi)因不能正常投入脫硫系統(tǒng)而導(dǎo)致主機(jī)停機(jī)，犧牲的上網(wǎng)電量約16億kW·h。即采用輔塔分區(qū)的方案為電廠避免了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[2]。同時(shí)，后期工程決算表明，增加一個(gè)輔塔的費(fèi)用比采用傳統(tǒng)的改造吸收塔的方式即重建吸收塔或者給吸收塔加高，重新布置煙道，產(chǎn)生的設(shè)備和施工費(fèi)用概算，要節(jié)省出1 000萬元。

6 結(jié)論與建議

（1）結(jié)論。

通過168 h試運(yùn)及高硫煤試驗(yàn)的運(yùn)行記錄參數(shù)表明，張家口發(fā)電廠#1脫硫系統(tǒng)增容技改完成后，可以得出如下結(jié)論。

①張家口發(fā)電廠#1脫硫系統(tǒng)增容技改后，SO2出口排放值及脫硫效率都達(dá)到了改造設(shè)計(jì)的要求，即保證在入口SO2為2 750 mg/Nm3時(shí)，出口低于35 mg/Nm3，效率滿足98.7%以上。

②通過調(diào)整吸收塔液位及輔塔供漿等運(yùn)行方式，在入口稍低于設(shè)計(jì)值時(shí)，即入口SO2為2 450 mg/Nm3左右，保持4臺(tái)泵運(yùn)行（改造后共計(jì)5臺(tái)泵），出口SO2能控制在35 mg/Nm3以內(nèi)。

（2）建議。

該項(xiàng)目的研究和應(yīng)用，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，建議在脫硫增容提效改造上推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李映斌，齊勇，董越.輔助漿液循環(huán)箱（輔塔）脫硫技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（17）：53-55.

[2] 田曉曼.火電廠濕法脫硫系統(tǒng)增容提效改造技術(shù)方案[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2015（8）：19-21.