李強
(四川中電福溪電力開發(fā)有限公司,四川 宜賓 645152)
二氧化硫入口9000mg/Nm3,出口小于400mg/Nm3,滿足現(xiàn)行環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn);粉塵入口80mg/Nm3,出口小于30mg/Nm3,滿足現(xiàn)行環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn);配備5 層噴淋層,雙層屋脊式除霧器;原吸收塔設(shè)計五層噴淋層時除塵效率為70%;預(yù)留一層噴淋層安裝空間。配備3 臺八級高速離心式氧化風(fēng)機(jī),矛槍插入式氧化風(fēng)布置;外購粉方式調(diào)漿,250 目,過篩率90%,含鈣量91%以上石灰石粉制備吸收劑。
設(shè)計值:二氧化硫入口12000mg/Nm3,出口小于35mg/Nm3;粉塵(DUST)入口30mg/Nm3,設(shè)計出口小于5mg/Nm3;配備3+5 層噴淋層,使用3+1 層高效屋脊式除霧器輔助控制出口粉塵增量,除霧器出口煙氣濕度不大于20mg/Nm3;一級吸收塔煙氣流速4.5m/s,二級吸收塔煙氣流速3.55m/s,煙氣總量仍按原系統(tǒng)BMCR 工況設(shè)計,為197.5×104Nm3/h;改造原預(yù)留一層噴淋層安裝空間,布置第一級管式除霧器,以上區(qū)域配備三層高效屋脊式除霧器;二級吸收塔內(nèi)布置噴淋托盤;增配1 臺八級高速離心式氧化風(fēng)機(jī),合計4 臺,一級吸收塔管網(wǎng)式氧化風(fēng)管布置,二級吸收塔沿用矛槍插入式氧化風(fēng)布置;一二級吸收塔合并母管式供風(fēng);吸收劑不變。設(shè)計脫硫效率不低于99.7%,吸收塔出口粉塵濃度小于10mg/Nm3的環(huán)保要求。
試運期間,60%負(fù)荷調(diào)試期間出現(xiàn)入口含硫量12000mg/Nm3左右波動,運行方式3+3,3 臺氧化風(fēng)機(jī)啟動,備用1 臺,供漿系統(tǒng)投自動,脫硫系統(tǒng)出口含硫量穩(wěn)定在20mg/Nm3,脫硫效率達(dá)99.83%。該過程中分別進(jìn)行了一二級塔的噴淋層排列組合狀態(tài)下粉塵取樣測量,粉塵含量始終維持較高的水平,無法達(dá)到小于10mg/Nm3的原設(shè)計要求,進(jìn)行了出口液霧滴取樣比對及蛇形管滴定監(jiān)測,基本維持在20mg/Nm3左右。
本方案進(jìn)行了多種循環(huán)漿液泵搭配組合方式進(jìn)行反復(fù)測試,發(fā)現(xiàn)粉塵均無法達(dá)到協(xié)議要求,隨后停機(jī)整改。簡要情況如下。
第一次整改處置方案:對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行冷態(tài)測試,以核實粉塵是否由漿液攜帶造成。對噴淋托盤孔徑、開孔率進(jìn)行調(diào)整后,對噴淋托盤進(jìn)行更換。更換原吸收塔第四層和第五層噴淋層噴嘴更換為單頭單向噴嘴。從原吸收塔供漿管引一路支管至原吸收塔漿池,以調(diào)整原吸收塔供漿方式。
第一次結(jié)論:經(jīng)過多種循環(huán)漿液泵搭配組合方式進(jìn)行反復(fù)測試,不滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)(粉塵排放值測試結(jié)果平均在20mg/Nm3)。
第一次整改后分析與第二次處置方案:試驗中濾膜稱重結(jié)果表明,脫硫后的顆粒物從105 ~160℃烘干,質(zhì)量失重約80%;石灰石粉和其水溶液觀察結(jié)果表明,石灰石粉呈現(xiàn)灰色(類似鐵粉和灰),水溶液表面有油和其他黑色漂浮物(后證明此為該片區(qū)石灰石含有機(jī)物較多造成的特有情況)。分析結(jié)論為大部分為有機(jī)物。噴淋托盤、噴淋層和除霧器等部件總體無堵塞、無損傷、無松動。拆除脫硫除霧器導(dǎo)流板后減少煙氣擾動。測量時所有取樣孔均進(jìn)行取樣,取樣體積滿足《固定污染源廢氣低濃度顆粒物測定重量法》要求,減小測量誤差。
處理后分析:調(diào)整機(jī)組燃煤煤質(zhì),測試啟動A 塔(前塔)3 泵,B 塔(后塔)5 臺泵全停工況;經(jīng)測試,該工況下粉塵濃度仍然超標(biāo),證明噴淋托盤是粉塵超標(biāo)的主因不成立。拆除除霧器導(dǎo)流板,減小煙氣擾流,測試結(jié)果證明影響幅度可忽略。同時發(fā)現(xiàn)脫硫噴淋托盤孔徑改小后,出口粉塵有增大趨勢。
第二次結(jié)論:不滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn),粉塵排放值測試結(jié)果平均在18mg/Nm3,160℃烘干后減重量仍在70%~80%之間。
第二次整改后分析與第三次處置方案:(1)更換噴淋托盤至原設(shè)計值,增加供漿方式——漿液直接供至塔內(nèi);(2)脫硫系統(tǒng)B 吸收塔第二、三、五噴淋層單頭雙向噴嘴全部更換為單向雙頭噴嘴。處理后分析:噴淋層噴嘴對粉塵有一定的影響,單頭噴嘴的反向壓制功能得到了印證,但從測試數(shù)據(jù)觀察仍未找到主因。
第三次結(jié)論:不滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn),粉塵排放值測試結(jié)果平均在19mg/Nm3,160℃烘干后減重量仍在80%~90%。
第三次整改后:增設(shè)強制循環(huán)并進(jìn)行置換吸收塔漿液;處理結(jié)果:實驗結(jié)果出口粉塵濃度仍在10mg/Nm3上下,但仍然未得到有效處理。
后續(xù)處置措施:在前幾次整改的基礎(chǔ)上又分別進(jìn)行了運行調(diào)整、除霧器更換等措施,仍未徹底解決粉塵超出設(shè)計值的問題。
最終處置措施:在綜合考慮各種問題的情況下,從降低煙溫、冷凝氣溶膠液滴的角度出發(fā),參考廢水零排放回收技術(shù),在電除塵前加裝了一套噴水降溫裝置,裝置采用壓縮空氣作為霧化的主要方式,以工藝水作為主要水源,消防水作為輔助水源,以不大于每小時20t 的進(jìn)水量使用雙流體噴槍以一定的角度進(jìn)行均勻噴霧,最終達(dá)到了技術(shù)協(xié)議約定要求(≤5mg/Nm3)的出口排放值,至此徹底解決了粉塵無法達(dá)到設(shè)計值的問題。
從以上實例的整改試驗全過程,總結(jié)出如下的針對超臨界W 型火焰機(jī)組情況下,粉塵超標(biāo)的處置方式分以下兩種情況,分別闡述處理方案。
(1)A 類:若脫硫裝置出口粉塵取樣結(jié)果在105℃逐步升溫至160℃時,失重量大于50%以上的情況(以下處置方法前提為脫硫裝置已設(shè)置了高效除霧器):不設(shè)置低溫省煤器與GGH 換熱器的情況下,以超臨界W 型燃燒無煙煤機(jī)組為例,煙溫降低至120 ~130℃,加入電除塵自升溫所帶來的溫升5 ~8℃,最終到脫硫系統(tǒng)吸收塔入口的煙溫將維持在130 ~140℃,此時出口粉塵將出現(xiàn)較大幅度波動,若目標(biāo)值設(shè)定為降低吸收塔入口煙溫至120℃以下時,脫硫裝置出口粉塵則相對穩(wěn)定且數(shù)據(jù)較小,此為一種調(diào)節(jié)手段;如“節(jié)流環(huán)”、“噴淋托盤(含耦合單元、傳質(zhì)機(jī)構(gòu)、FGD 裝置)”,從大幅度降低局部產(chǎn)生“空氣炮”效應(yīng)發(fā)生的可能性角度出發(fā),增加煙氣在吸收塔內(nèi)的滯留時間,從而使得漿液與煙氣的接觸面積與時間增大,充分利用石灰石—石膏濕法脫硫的洗塵功能。以FBE 技術(shù)流派為例,正常情況下,脫硫裝置洗塵效率均可達(dá)到甚至超過78%,正是利用這種強制洗塵效果,可達(dá)到脫硫除塵協(xié)同治理的目的,但此種情況下,若產(chǎn)生了局部節(jié)流從而提高了局部煙氣流速,將導(dǎo)致煙氣夾帶物增大,除霧器效果下降。
從氣溶膠生成原理角度扼制其進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的可能性,利用電除塵收集下來的飛灰進(jìn)行反向包裹液滴狀的氣溶膠,使其進(jìn)入輸灰系統(tǒng)。此種情況的布置方案可分為3 種:①設(shè)置低低溫省煤器,降低煙氣溫度;②設(shè)置GGH 換熱器;③引用脫硫廢水系統(tǒng)回收利用措施,在電除塵前增加噴水降溫裝置,但需注意安裝位置需盡量遠(yuǎn)離電除塵入口煙道,嚴(yán)格控制進(jìn)水量不大于20t/h(根據(jù)機(jī)組型式、負(fù)荷與煙氣量需進(jìn)行重新校核),防止大量水汽隨煙氣進(jìn)入電除塵內(nèi)部形成反電暈,造成擊穿短路,使電除塵失備。在實際操作中,發(fā)現(xiàn)針對案例中600MW 超臨界W 型燃煤機(jī)組僅需12t/h 噴水量即可滿足出口排放需要,而在后續(xù)進(jìn)行全面性檢查時,未發(fā)現(xiàn)電除塵內(nèi)部有板結(jié)情況;在滿足超低排放改造所需求的脫硫效率前提下,噴淋層噴嘴采用單向噴嘴,以反向壓制能力進(jìn)一步降低煙氣夾帶。
(2)B 類:若脫硫裝置出口粉塵取樣結(jié)果在105℃逐步升溫至160℃時,失重量未發(fā)現(xiàn)明顯異常的情況:在超低排放改造規(guī)劃中考慮增加濕式電除塵,以此提升整套系統(tǒng)負(fù)載,但現(xiàn)階段行業(yè)趨勢均為摒棄濕式電除塵或其變種的高能耗設(shè)備,此條酌情采用;采用冷凝濕膜屋脊式除霧器進(jìn)行后端減溫冷凝,以此來包裹粉塵予以回流至吸收塔的塔池內(nèi),與石膏漿液混合后,以排出石膏的方式予以脫除。
此種方案優(yōu)點在于:設(shè)備簡單,設(shè)備改動量小,僅需在原有屋脊式除霧器內(nèi)部增設(shè)1 套冷凝單元,外接1 臺供水泵與一套儲水罐即可;能源消耗小,能源僅為1 臺75kW 供水泵(視吸收塔標(biāo)高酌情選擇適合的揚程);設(shè)備阻力小,阻力值可根據(jù)降溫要求進(jìn)行靈活調(diào)整,模塊式結(jié)構(gòu)檢修便捷;此種方案缺點在于水平衡調(diào)節(jié)困難。冷凝的基礎(chǔ)就是將煙氣攜帶的水汽凝結(jié)成水滴,相互碰撞匯集后進(jìn)行回流,由于煙氣冷凝過程中將煙氣中大量水汽進(jìn)行了凝結(jié),極易造成塔池水平衡被破壞,塔池液位無法維持,因此在使用此方案時需從運行調(diào)節(jié)提前量與事故應(yīng)急排漿措施方面進(jìn)行充分考慮;吸收塔除霧器主、副粱改動較大。部分低含硫燃煤機(jī)組由于其吸收塔原設(shè)計并沒有考慮除霧器的增設(shè)模塊問題,因此在增設(shè)冷凝模塊時存在空間不足、固定位置偏移、回流通道缺失等問題,因此可能存在需在原有設(shè)計基礎(chǔ)上改動主、副粱,甚至需對原有吸收塔進(jìn)行增高處理。
脫硫裝置超低排放改造方案采用雙塔雙循環(huán)+旋匯耦合單元+管束式除霧器進(jìn)行協(xié)同治理。此方案在高含硫地區(qū)有著尤為重要的意義,現(xiàn)階段火力發(fā)電企業(yè)均面臨煤炭市場的大浮動波動情況,加之配煤摻燒與降本增效工作的推進(jìn),來煤雜亂、品質(zhì)不等、含硫無法穩(wěn)定在設(shè)計值以內(nèi)等問題,此種方案將有效的解決以上問題。利用FBE 技術(shù)流派配合塔內(nèi)增效單元與管束式回旋除霧技術(shù),能有效的降低出口SO2排放與粉塵排放,同時對PM2.5 以下的粉塵脫除效果較好;加裝凈煙道除霧器。此方式僅適用于粉塵超出部分不大,在合格值周圍徘徊的情況,此種方式靈活性較差,但經(jīng)濟(jì)性較高,投資與施工均不會對企業(yè)造成較大負(fù)擔(dān)。但此項需校核引風(fēng)機(jī)出力裕度,特別是針對脫硫增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)合并后的機(jī)組,否則將一定程度上影響機(jī)組帶負(fù)荷能力。
本文僅針對案例爐型高含硫、高氮氧化物狀態(tài)下通過試驗分析對策,并不是一成不變的,環(huán)境溫度、濕度、石灰石粉成份變化,脫硫裝置用水的變化、廢水系統(tǒng)啟停頻次等均可影響到出口排放數(shù)值的高低,可根據(jù)實際取樣分析結(jié)果與機(jī)組特性進(jìn)行有針對性的處理,也可多重手段合并使用。