火電廠脫硫設備改造方案的可行性分析與研究

俆啟，張巖

(華北水利水電大學電力學院，鄭州 450045)

表1 #1吸收塔脫硫效率試驗數(shù)據(jù)

0 引言

隨著國家環(huán)保政策越來越嚴格，電廠對減排工作越加重視。但由于近年來煤炭市場供應不穩(wěn)定，實際燃煤含硫量增加，導致脫硫裝置入口SO2濃度較高，而根據(jù)2014年10月《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》的要求，SO2排放標準不得高于35 mg/m3，大多數(shù)電廠面臨著脫硫后的SO2排放濃度依然無法達到環(huán)保標準的風險[1]。某電廠一期2×600 MW超臨界機組脫硫裝置建設時期較早，已無法滿足如今的排放標準與環(huán)保政策要求，因此需要對其進行改造，并對其改造方案進行研究和分析，從而為其他電廠脫硫設備改造提供現(xiàn)實依據(jù)[2]。

1 電廠工程概況

國內(nèi)某火發(fā)電廠一期脫硫島整島采用EPC總包方式建設，運行機組采用的是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝。脫硫裝置原設計值為燃煤含硫量St.ar 2.0%，入口濃度4 150 mg/m3(標態(tài)、干基、6% O2)，SO2排放濃度小于200 mg/m3，脫硫效率為95.8%。其中，吸收塔高度為21.8 m，設有5層噴淋層，塔內(nèi)煙氣流速為3.89 m/s，煙氣在吸收塔內(nèi)停留時間為5.2 s；漿池高度為12.4 m，容積為2 326 m3，漿液停留時間為3.6 s。脫硫裝置投運后，由于煤炭資源日益緊張，鍋爐燃煤含硫量遠遠超過脫硫裝置設計值，脫硫裝置難于安全穩(wěn)定運行及達到排放標準。因此，迫切需要對脫硫裝置進行超低排放標準的改造，使其SO2排放滿足目標值。

2 吸收塔脫硫效率試驗

為了做好該電廠一期#1和#2機組的脫硫增容改造工作，于2015年5月19日至27日對這2臺機組脫硫裝置進行了現(xiàn)場測試和評估試驗。其中，脫硫裝置評估試驗的數(shù)據(jù)見表1、表2。

由于GGH(煙氣再熱器)運行時間較長，漏風率較大，扣除其漏風影響后，#1吸收塔實際排放濃度在60～150 mg/m3之間，#2吸收塔實際排放濃度在70～90 mg/m3之間。其中#1吸收塔原設計采用4層噴淋層，#2吸收塔采用5層噴淋層。

原設計吸收塔流速較高，塔徑偏小，漿池容積偏小。盡管吸收塔已采用4層噴淋層或5層噴淋層，但吸收塔的排放濃度仍不能達到排放要求。因此單純增大噴淋量，對脫硫效率未有明顯提高。對于煤質含硫量為1.5%～2.0%的高硫煤而言，單座吸收塔已無法滿足電廠標準要求的99.2%的脫硫效率，且其排放濃度很難控制到35 mg/m3以下。因此，需要對原有的脫硫設備進行超低排放工程的改造。

表2 #2吸收塔脫硫效率試驗數(shù)據(jù)

3 脫硫設備改造方案

根據(jù)國內(nèi)相關電廠調(diào)研情況，火電廠脫硫設備高效改造方案主要有單塔雙循環(huán)、雙托盤、雙塔雙循環(huán),其技術特點如下[3]。

(1)單塔雙循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫：原煙氣在一個塔內(nèi)經(jīng)過一級、二級循環(huán)的串聯(lián)吸收，能夠實現(xiàn)對兩級吸收漿液氧化結晶、高脫硫效率等不同功能的物理劃分，同時能夠實現(xiàn)分別控制兩個獨立漿池的pH值、液位、密度等平衡的石灰石-石膏濕法脫硫技術。

(2)雙托盤噴淋塔石灰石-石膏濕法脫硫：雙托盤的改造方案是在濕法脫硫裝置的噴淋塔基礎之上增加一層托盤，省去增加一層噴淋層所必需的漿液循環(huán)泵及循環(huán)管道等組件，這種方法比增加一層噴淋層具有更好的傳質效果。并且，雙托盤能二次強化氣液接觸，使得噴射的漿液液滴能更有效地脫硫，從而實現(xiàn)極髙的脫硫效率。

(3)雙塔雙循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫：雙塔雙循環(huán)技術主要是通過在煙氣通道上增建兩座吸收塔，通過串聯(lián)運行，增加煙氣與漿液的反應時間[4]：增建的兩塔中，前塔作為預洗塔，用于吸收絕大部分SO2和石膏結晶；后塔作為補充塔，吸收從前塔中逃逸的SO2。兩座吸收塔都有各自的獨立循環(huán)系統(tǒng)。實際運行中，當吸收塔漿池的作用發(fā)生變化時，前塔漿池繼續(xù)用于石膏結晶，后塔可以通過提高pH值獲得更高的脫硫效率。并且，雙塔雙循環(huán)可以將氧化還原反應的低pH環(huán)境與高效吸收的高pH環(huán)境分開，從而能夠在低能耗的條件下獲得較高的脫硫效率。

在本次改造工程中，根據(jù)電廠實際條件，結合吸收塔脫硫效率試驗結果，制定了兩種脫硫改造方案，即雙塔雙循環(huán)改造方案和單塔改造方案。

3.1 雙塔雙循環(huán)改造方案

在國內(nèi)火電廠脫硫改造工程中，雙塔雙循環(huán)應用業(yè)績較多，改造后系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定、高效，并且可以充分利用原有設備。其中，采用雙塔雙循環(huán)的改造方案新增的吸收塔參數(shù)見表3。

表3 #1， #2新增吸收塔設計參數(shù)

考慮到原吸收塔脫硫效率較高，脫硫容量大，從而在原吸收塔后新建一座二級吸收塔并對原吸收塔入口煙道進行改造、拆除原吸收塔頂部二級和三級除霧器、并串聯(lián)雙塔、二級脫硫。為滿足 35 mg/m3超低排放標準，要求二級吸收塔入口SO2濃度應為500 mg/m3(標態(tài))，脫硫效率應為93%。

表4 改造方案技術經(jīng)濟對比

5 結束語

火電廠脫硫設備達到超低排放標準的改造對減少火電廠對于環(huán)境的污染至關重要。為滿足超低的排放標準，基于電廠實際概況對雙塔雙循環(huán)和單塔改造兩種改造方案進行對比分析，對脫硫目標、改造難度、技術風險、改造工期、占地面積、工程投資等因素充分考慮，確定雙塔改造方案更適合本次改造工程。通過本次對各種方案可行性的分析與研究，從而為今后其他火電廠脫硫設備的增容改造提供借鑒。