強(qiáng)化傳質(zhì)脫硫增效技術(shù)在火電廠超低排放的應(yīng)用

摘要：文章介紹了大唐南京電廠2#機(jī)組脫硫提效改造工程，首先通過調(diào)研及結(jié)合電廠的實(shí)際情況確定了改造方案，然后通過一系列的小試、中試及模擬試驗(yàn)研究確定了主要的改造參數(shù)，最后試運(yùn)行的結(jié)果表明，該次脫硫提效改造超過了預(yù)期的改造目標(biāo)，技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、環(huán)境和社會效益巨大。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)化傳質(zhì)脫硫增效技術(shù)；火電廠；超低排放；篩板；脫硫效益 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：X701 文章編號：1009-2374（2015）15-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.044

1 概述

當(dāng)前，中國大氣問題突出，為切實(shí)改善空氣質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益與社會效益多贏，國家對主要污染物減排工作的要求不斷升級，燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，實(shí)現(xiàn)超低排放，為此，需要對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。

2 脫硫系統(tǒng)概況

現(xiàn)有2×660MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組。脫硫采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔布置，設(shè)置一套共用系統(tǒng)，不設(shè)煙氣旁路，脫硫效率≥95%（設(shè)計(jì)值含硫量0.8%），設(shè)計(jì)入口SO2濃度1629mg/Nm3，實(shí)際運(yùn)行出口SO2濃度可達(dá)到50mg/Nm3左右。

3 脫硫系統(tǒng)提效改造目標(biāo)及改造方案

本次脫硫提效改造按燃?xì)馀欧艠?biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，入口SO2濃度2317（6%氧）mg/Nm3，投運(yùn)4臺循環(huán)泵，達(dá)到出口SO2濃度≤35mg/Nm3的要求（高于燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)）。

經(jīng)過反復(fù)研討，最終確定本次改造的方案為：吸收塔內(nèi)增加篩板+更換噴淋層噴嘴+內(nèi)部強(qiáng)化構(gòu)件+塔外漿罐組合方案，外部各子系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)增容改造。

4 針對工程改造的試驗(yàn)研究

針對大唐南京電廠脫硫系統(tǒng)的實(shí)際改造，浙江大學(xué)與大唐科技分別開展了對篩板的試驗(yàn)研究、漿液分區(qū)試驗(yàn)研究和CFD流場模擬實(shí)驗(yàn)研究。

4.1 塔內(nèi)增加篩板的試驗(yàn)研究

篩板上氣液接觸情況研究：當(dāng)煙氣流速繼續(xù)增大至一定值以上時(shí)，將會出現(xiàn)無液體流下現(xiàn)象。

篩板孔徑對阻力的影響分析：在同一開孔率（36%）、不同篩板孔徑（6～30mm）條件下，篩板阻力特性，當(dāng)煙氣流速大于1.0m/s時(shí)，大孔徑篩板上液層比小孔徑的厚，其壓降也大，這是因?yàn)闅饬鞔┻^大孔徑后，其動量較大，可以吹起很高的泡沫層，而小孔徑由于氣流被分散，動量較小，泡沫層高度較小，因此其塔內(nèi)壓降較小。篩板開孔率對阻力的影響：孔徑d=15mm、不同開孔率（16%～48%）條件下煙氣流速對阻力特性，開孔率在32%～36%的篩板，其壓降變化不大；當(dāng)開孔率小于32%時(shí)，壓降隨開孔率減小明顯增大，泛點(diǎn)出現(xiàn)得越來越早，開孔率為16%和20%的2塊篩板幾乎無法正常工作，分別在煙氣流速為0.5m/s和1.0m/s時(shí)就出現(xiàn)無液體下降的嚴(yán)重惡化工況。

噴淋量對阻力的影響：同一煙氣流速條件下，隨著漿液噴淋量的升高，篩板阻力逐漸增大；這是由于篩板在漿液量低的情況下托不住液體，液體都沿著開孔的外側(cè)流出，空氣從孔中間穿過，阻力較小。

不同煙氣流速及噴淋條件下篩板阻力：同一開孔率的篩板，其阻力隨煙氣流速及噴淋量的增大而增大。中試試驗(yàn)條件完全按照實(shí)際工程中的運(yùn)行條件，當(dāng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，塔內(nèi)煙氣流速為3.5m/s，四層噴淋全開時(shí)，所開發(fā)的篩板的阻力約為700Pa；開三層噴淋，所開發(fā)的提效均流構(gòu)件的阻力約為500pa；開兩層噴淋時(shí)，所開發(fā)的篩板的阻力約為300Pa。通過上述篩板試驗(yàn)研究，對實(shí)際工程中所用篩板的選型、孔徑及開孔率提供了重要的依據(jù)。

4.2 漿液分區(qū)試驗(yàn)研究

漿液分區(qū)pH性能試驗(yàn)研究：在典型的實(shí)驗(yàn)工況下，基于pH分區(qū)控制的噴淋系統(tǒng)主副回路均可以形成穩(wěn)定的pH差值，煙氣量由10m3/h到25m3/h變化，噴淋量由146L/h到292L/h變化，入口SO2濃度在1500mg/Nm3到4600mg/Nm3變化時(shí)，可以形成0.5～0.97左右的穩(wěn)定pH差值。隨著煙氣量、入口SO2濃度的增加，噴淋量的降低，主副漿液池形成的pH差值增大，主要是由于隨著煙氣量、入口SO2濃度增加，漿液在單位時(shí)間內(nèi)吸收了更多的SO2，致使pH差值增大。

4.3 CFD流場模擬試驗(yàn)研究

研究模型范圍、計(jì)算結(jié)果及分析，根據(jù)BMCR工況煙氣參數(shù)及噴淋參數(shù)情況下進(jìn)行計(jì)算，主要分析了系統(tǒng)各個(gè)截面的速度、壓力和溫度分布情況，塔內(nèi)增加篩板后，速度分布、壓力分布及溫度分布更加均勻，篩板對速度、壓力及溫度在塔內(nèi)的均布具有明顯的作用。

通過流場模擬的試驗(yàn)研究，對實(shí)際工程中噴淋層的選擇、噴嘴的布置及噴嘴選型進(jìn)行了優(yōu)化；確定了實(shí)際工程中篩板的安裝位置。

5 改造后運(yùn)行效果

通過對塔內(nèi)篩板的研究、漿液分區(qū)研究和CFD流場模擬實(shí)驗(yàn)，最后確定了2#機(jī)組脫硫提效改造的各主要設(shè)計(jì)參數(shù)。南京電廠2#機(jī)組2014年9月18日停機(jī)改造，2014年11月25日改造完成開始試運(yùn)行，經(jīng)過近3個(gè)月的運(yùn)行，調(diào)取運(yùn)行時(shí)的DCS歷史趨勢如圖1所示：

圖1 改造后脫硫各參數(shù)趨勢

由圖1可以看出，在負(fù)荷為487MW時(shí)，脫硫效率為96.5%，脫硫塔入口SO2濃度為961mg/Nm3，脫硫塔出口SO2濃度為22mg/Nm3，主漿液池漿液pH為5.4。滿足改造要求出口SO2濃度≤35mg/Nm3的要求。

當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷661.5MW運(yùn)行時(shí)，脫硫塔入口SO2濃度1666.8mg/Nm3，主漿液池漿液pH為5.54，三臺循環(huán)泵（A、B和D泵）運(yùn)行時(shí)，脫硫效率為99.6%，脫硫塔出口SO2濃度為5.3mg/Nm3，運(yùn)行效果超出了預(yù)期的改造目標(biāo)。

5.1 不同漿液pH時(shí)的運(yùn)行效果

滿負(fù)荷條件下，開三臺循環(huán)泵（A、B和D），SO2入口濃度為1500～1700mg/m3時(shí)，脫硫效果隨主漿液池pH變化，隨著主漿液池pH的逐漸升高脫硫效率逐漸增大，脫硫效率由98.8%（漿液pH為4.99）升高到99.6%（漿液pH5.54），隨著主漿液池pH的逐漸升高，出口SO2濃度逐漸降低，出口SO2濃度由20.04mg/m3（漿液pH為4.99）下降到4.7mg/m3（漿液pH5.54）。endprint

5.2 開啟不同循環(huán)泵時(shí)的運(yùn)行效果

滿負(fù)荷條件下，SO2入口濃度約為1620mg/m3，主漿液池pH為5.2時(shí)，開啟不同循環(huán)泵組合（開啟A、B、C泵及開啟A、B、D）時(shí)，開啟三臺循環(huán)泵A、B、D的脫硫效率為99.03%高于開啟三臺循環(huán)泵A、B、C時(shí)的98.5%，原因?yàn)椋h(huán)泵D與塔外漿池相連，當(dāng)開啟循環(huán)泵D時(shí)，有效地?cái)U(kuò)大了漿池的容積，漿液停留時(shí)間延長，漿液與氧氣的接觸時(shí)間也延長，氧化更充分。

5.3 低負(fù)荷條件下的脫硫效果

低負(fù)荷（約500MW），SO2入口濃度約為1435mg/Nm3，漿液pH在5.65左右，只開啟兩臺循環(huán)泵（A、D）時(shí)，1#吸收塔（未改造）與2#吸收塔（改造后）運(yùn)行時(shí)的脫硫效果對比時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)改造后，2#吸收塔的出口SO2濃度為23.4mg/Nm3，低于1#吸收塔的42.9mg/Nm3，2#吸收塔的脫硫效果明顯優(yōu)于1#吸收塔，說明，2#吸收塔內(nèi)的篩板不僅可在機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)提高系統(tǒng)的脫硫效果，在低負(fù)荷，只開兩臺循環(huán)泵時(shí)同樣具有明顯的作用。

6 脫硫提效改造后效益分析

經(jīng)濟(jì)效益方面，如果不采用篩板，而是開啟四臺泵進(jìn)行脫硫達(dá)到同樣脫硫效率，第四層噴淋的阻力大約為350Pa，即篩板路線阻力大于150Pa，按照引風(fēng)機(jī)290萬風(fēng)量、機(jī)械效率82%考慮，采用篩板增加風(fēng)機(jī)電耗接近150kW，而減少第四層循環(huán)泵則節(jié)省了1100kW以上，改造后降低了運(yùn)行電耗，節(jié)約了運(yùn)行成本；另外，由于提效改造后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高，減少了因脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)的問題對主機(jī)的影響，間接地減少了檢修、主機(jī)額外啟停爐以及停爐所造成的經(jīng)濟(jì)損失；同時(shí)，政府申請環(huán)保補(bǔ)貼，每臺機(jī)組的脫硫超低補(bǔ)貼約為1400萬元/年。環(huán)境社會效益方面，對改善地區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量起到了良好的作用，同時(shí)借著此次提效改造，大唐南京發(fā)電廠在集團(tuán)內(nèi)部也走在了前頭。

7 結(jié)語

大唐南京電廠2#機(jī)組脫硫提效改造工程采用塔內(nèi)增加篩板+塔外漿池的方案，經(jīng)過脫硫試運(yùn)行，只開三臺循環(huán)泵就達(dá)到了出口SO2濃度≤35mg/Nm3的改造要求，改造后SO2排放濃度、排放量均明顯降低。本次2#機(jī)組脫硫系統(tǒng)的提效改造技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理，環(huán)境效益和社會效益巨大，為南京發(fā)電廠2015年即將開展的1號機(jī)組超低排放技術(shù)改造積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，開創(chuàng)了集團(tuán)公司煤電機(jī)組中應(yīng)用此項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的先河，實(shí)現(xiàn)了煤電清潔化生產(chǎn)質(zhì)的飛躍。

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作者簡介：張巍（1978-），男，安徽淮北人，大唐科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司南京項(xiàng)目分公司項(xiàng)目經(jīng)理。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint