AFGD技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣二氧化硫超低排放改造工程中的應(yīng)用

張 棟，閆鵬飛，丁 寧

（1.威海博通熱電股份有限公司；2.威海第二熱電集團有限公司，山東 威海 264200）

根據(jù)國家能源局的最新統(tǒng)計，預(yù)計至2020年，我國完成超低排放改造的火電機組將達5.8億kW·h，凈煙氣二氧化硫的排放濃度低于35 mg/Nm3[1]。在完成上述超低排放改造后，我國燃煤機組二氧化硫能夠降低60%的排放量。

如何切實有效避免越改減排設(shè)備越臃腫，越改系統(tǒng)越復(fù)雜，是燃煤煙氣二氧化硫超低排放改造面臨的一大難題。既要滿足二氧化硫超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求，又要努力克服高投資、高能耗、高運維成本，實現(xiàn)環(huán)保設(shè)施經(jīng)濟高效平穩(wěn)運行，這是當(dāng)下研究的熱點。

氣動脫硫（AFGD）技術(shù)是近年發(fā)展起來的一種高新脫硫技術(shù)，與傳統(tǒng)的石灰石-石膏法、氧化鎂法、海水脫硫法等相結(jié)合，已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)燃煤煙氣二氧化硫的超低排放改造工程中[2]。該技術(shù)在吸收塔內(nèi)加裝氣動脫硫增效單元，無需增加額外的工業(yè)用地，不僅適用于新建項目，更適用于原有脫硫設(shè)施的原位超低排放改造。

1 AFGD技術(shù)

AFGD技術(shù)是以流體力學(xué)、熱力學(xué)、空氣動力學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)而提出的一種新型高效的脫硫技術(shù)。

1.1 技術(shù)原理

在脫硫塔的噴淋層下方增加AFGD單元，通過設(shè)計優(yōu)化，使氣乳融合和氣乳分離有機組合于一個系統(tǒng)中，形成煙氣高流速段，即所謂的氣動旋切單元。自單元下方進入的煙氣，經(jīng)過旋流桶旋切后，形成具有一定加速度的旋氣流而繼續(xù)上升。旋轉(zhuǎn)煙氣在快速上升的過程中與頂部噴淋層噴下的液相脫硫劑相遇，煙氣迅速切割、破碎脫硫劑使之乳化和霧化。乳化液滴被旋煙氣托舉而反復(fù)被切割，形成一層動態(tài)而相對穩(wěn)定的氣乳浮層。在合理的設(shè)計參數(shù)下，氣液交融，煙氣中的二氧化硫與脫硫劑反復(fù)接觸被充分吸收。當(dāng)煙氣的旋切力和乳液重力相等時，先前生成的氣乳會被新生成的快速取代，進而帶著被吸收的二氧化硫排出旋流桶，最終實現(xiàn)脫硫的目的。

將AFGD單元的各個參數(shù)進行充分優(yōu)化，找到旋流桶切向速率和徑向速率的最優(yōu)組合，能夠顯著增強氣乳的融合程度，乳膜和氣膜的厚度大大減少，氣乳接觸方式由傳統(tǒng)的“氣裹液”變?yōu)椤耙汗鼩狻薄?/p>

1.2 技術(shù)優(yōu)點

一是經(jīng)過切割的乳液具有較高的比表面積，單位乳液吸收二氧化硫的速率和效率顯著增大；二是AFGD單元中無噴咀，完全依靠煙氣自身的動力，高效無堵塞，節(jié)能節(jié)材；三是極大地節(jié)約了脫硫劑的使用量，制漿工藝用水量減少，各泵的使用頻率降低，能耗明顯減少；四是增效單元結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)造緊湊，體積較小，一次性投資少，特別適用于現(xiàn)有脫硫塔的原位改造。

1.3 技術(shù)應(yīng)用進展

楊東等對福建某鋼鐵廠1臺72 m2燒結(jié)機環(huán)保設(shè)備進行改造，結(jié)果顯示，AFGD技術(shù)的脫硫效率能夠達到93.8%，并且運行成本低，設(shè)備防腐性能良好，無結(jié)垢現(xiàn)象[3]。

任秀勤等利用AFGD技術(shù)對海勃灣電廠2臺670 t/h鍋爐煙氣進行脫硫處理，除塵效率脫硫效率分別達到98%、90%，當(dāng)脫硫塔內(nèi)氣液比較小時，其也能保持高效的脫硫效率[4]。

楊立穎等對魏家峁電廠2臺660 MW超臨界冷凝機組AFGD脫硫技術(shù)進行了探討。數(shù)據(jù)顯示，AFGD技術(shù)相較石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)能夠節(jié)省30%的脫硫劑，整體脫硫效率高達97%；工程整體造價較小，后期運維成本也低；凈煙氣二氧化硫濃度低于35 mg/Nm3，達到超低排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。

2 AFGD技術(shù)在二氧化硫超低排放改造工程中的應(yīng)用

威海博通熱電股份有限公司#4、5鍋爐均為130 t/h循環(huán)流化床鍋爐，#6爐為220 t/h循環(huán)流化床鍋爐，三臺鍋爐共用一套石灰石-石膏脫硫系統(tǒng)。該系統(tǒng)于2010年底建成并投產(chǎn)使用，脫硫塔尺寸為φ9.5 m×35.1 m，經(jīng)處理的二氧化硫濃度小于200 mg/Nm3。2016年5月對該脫硫系統(tǒng)進行超低排放改造，在原有四層噴淋層的基礎(chǔ)上新增一層噴淋層，第四和第五噴淋層中間增設(shè)氣動脫硫增效單元；原系統(tǒng)有2層屋脊式除霧器，改造后在頂部再增設(shè)一層除霧器；脫硫塔后部串聯(lián)一套濕式電除塵系統(tǒng)，改造完成后凈煙氣二氧化硫降至35 mg/Nm3、煙塵降至10 mg/Nm3。

2.1 改造前脫硫系統(tǒng)參數(shù)

鍋爐排煙溫度為135℃；原系統(tǒng)最大燃煤煙氣處理量為90萬Nm3/h，二氧化硫的最大處理濃度為4 200 mg/Nm3；燃煤含硫量小于1%；塔內(nèi)事故煙溫為160℃。

脫硫塔原有4臺漿液循環(huán)泵，分別對應(yīng)四層材質(zhì)為FRP的噴淋層，噴咀為90°單實心和120°單空心形式。3臺功率均為12 kW的側(cè)進式攪拌器均勻布置在塔體下方；設(shè)有功率均為160 kW的2臺水冷式羅茨氧化風(fēng)機；平穩(wěn)運行時，脫硫塔內(nèi)脫硫劑漿液酸堿度控制在5.6～5.8，整個脫硫系統(tǒng)年可使用率不低于98%。

2.2 改造內(nèi)容

2.2.1 漿液循環(huán)子系統(tǒng)

脫硫塔原有4臺漿液循環(huán)泵，流量均為3 850 m3/h，超低排放改造后新增一臺流量為3 000 m3/h的漿液循環(huán)泵。每一層噴淋層由一臺漿液循環(huán)泵控制，設(shè)計為獨立程控單元。5臺泵能夠保證原煙氣設(shè)計二氧化硫最大濃度4 200 mg/Nm3時，脫硫系統(tǒng)也能有不低于99.17%的脫硫效率。

2.2.2 除霧器子系統(tǒng)

原脫硫塔頂層設(shè)有2層屋脊式PVC材質(zhì)除霧器，此次改造，在上層另外增設(shè)一層同材質(zhì)、同形式的除霧器，共3層屋脊式高效除霧器。同時，配套增設(shè)去除除霧器沉積物的沖洗和排水系統(tǒng)。

2.2.3 脫硫塔

原吸收塔自下而上在第四層噴淋層之上新增一層噴淋層，采用單向、雙向噴咀，形式為空心偏心和實心偏心兩種，噴咀流量為1 106（±5%）L/min，優(yōu)化噴咀布置，增加均流性。第四、第五噴淋層之間設(shè)置氣動脫硫單元，改造后塔高41 m。氣動脫硫增效單元段設(shè)有96個旋流桶，煙氣經(jīng)過旋流桶后旋轉(zhuǎn)上升，不斷旋切破碎自第五噴淋層下噴的漿液并形成乳膠層，增大了氣乳接觸面積，延長了氣乳接觸的時間，大幅度提高了脫硫效果。

2.3 改造效果

（1）改造后，除霧器出口煙氣濕度低于50 mg/Nm3（干基），溫度大于52℃，整個系統(tǒng)全壓差之和不大于2 000 Pa。

（2）改造前，供暖高峰期鍋爐滿負(fù)荷運行時，原脫硫系統(tǒng)需要啟動全部4臺漿液循環(huán)泵才能將凈煙氣二氧化硫降至35 mg/Nm3。改造后，只需啟運第五層噴淋層、氣動脫硫增效單元和其他任意兩層噴淋層即可將二氧化硫降至10 mg/Nm3，達到超低排放的標(biāo)準(zhǔn)，年減排二氧化硫約320 t，氣動脫硫單元增效十分明顯。在滿負(fù)荷長時間運行時，整個脫硫系統(tǒng)二氧化硫的去除率不低于99.2%。

（3）改造后，在大于75%的設(shè)計工況負(fù)荷下，試運行168 h，脫硫系統(tǒng)的Ca/S≤1.05（CaCO3純度90%以上，粒徑90%過250目），CaCO3平均小時消耗量降低了15%，能耗量降低了近20%。脫硫副產(chǎn)品石膏的自由水分小于10%、含量大于87%，石膏品質(zhì)較好，可循環(huán)利用。AFGD技術(shù)通過旋流桶能夠使脫硫劑乳化懸浮，高效吸收二氧化硫，氣乳交融程度好，以較小的漿液循環(huán)量實現(xiàn)二氧化硫的超低排放，節(jié)能節(jié)材效果好。

3 結(jié)語

采用AFGD技術(shù)，在脫硫塔內(nèi)增加氣動增效單元，無需額外增加能耗即可達到燃煤鍋爐煙氣二氧化硫超低排放的要求，尤其適用于已有脫硫塔的超低排放原位改造，解決了老廠改造空間不足的難題。這樣既節(jié)約了投資和運維成本，又極大地節(jié)省了空間，為燃煤機組二氧化硫的超低排放改造指出了一條嶄新的發(fā)展方向。