脫硫裝置超低排放改造單雙塔技術(shù)路線對比分析

積極推進(jìn)燃煤機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放，積極推進(jìn)在役燃煤機(jī)組實(shí)施大氣污染物超低排放技術(shù)改造，力爭所有燃煤機(jī)組實(shí)現(xiàn)大氣污染物超低排放。本文針對三種脫硫裝置超低排放改造方案的優(yōu)缺點(diǎn)展開了充分對比，主要對系統(tǒng)阻力方面和能耗方面、粉塵協(xié)同治理方面、運(yùn)行方式靈活性方面及經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行了對比分析，為現(xiàn)有脫硫裝置改造提供參考意見。

脫硫裝置超低排放改造單雙塔技術(shù)路線對比分析

華能沁北發(fā)電責(zé)任公司 吳 偉、路 平；華能河南分公司 文新委、于春雁；焦作電廠 張艷平/文

一、引言

為貫徹中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會(huì)議和國家能源委員會(huì)第一次會(huì)議精神，落實(shí)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）的通知》（國辦發(fā)〔2014〕31號）要求，加快推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，進(jìn)一步提升煤電高效清潔發(fā)展水平，國家發(fā)改委、環(huán)保部、能源局聯(lián)合下發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》（發(fā)改能源〔2014〕2093號）。各省市及政府部門也制定了相關(guān)文件，文件條款中要求：加快治理重點(diǎn)污染源，嚴(yán)控顆粒物排放，重點(diǎn)區(qū)域粉塵執(zhí)行煙塵排放特別限值；積極推進(jìn)燃煤機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放，積極推進(jìn)在役燃煤機(jī)組實(shí)施大氣污染物超低排放技術(shù)改造，力爭所有燃煤機(jī)組實(shí)現(xiàn)大氣污染物超低排放。改造后排放目標(biāo)值（基準(zhǔn)氧含量6%條件下）為二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化物50mg/Nm3，煙塵10mg/Nm3（個(gè)別省份要求5mg/Nm3）。

鑒于以上情況，根據(jù)上級文件有關(guān)規(guī)定，燃煤電廠均已經(jīng)開展了超低排放環(huán)保改造各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。其中現(xiàn)有脫硫裝置再一次改造可行性研究報(bào)告中的技術(shù)路線選擇尤為重要。

二、現(xiàn)有脫硫裝置超低排放改造的主要技術(shù)路線

經(jīng)過近年來脫硫裝置的技術(shù)革新，脫硫裝置的技術(shù)日趨成熟，并已經(jīng)結(jié)合了協(xié)同除塵技術(shù)，使脫硫、除塵功能一體化。目前針對于燃煤含硫量為2.0%以下的煤質(zhì)，脫硫裝置改造主要有三種技術(shù)路線：一是原塔改造，主要對現(xiàn)有噴淋層、除霧器、托盤及塔體進(jìn)行改造以滿足要求，當(dāng)然也存在部分新興技術(shù)如旋回耦合技術(shù)，但基本大同小異；二是采用串聯(lián)一座新吸收塔的形式進(jìn)行改造，原有吸收塔不做改造，只需新建一座吸收塔，同時(shí)滿足系統(tǒng)治理要求即可；三是廢棄現(xiàn)有吸收塔，重新按照協(xié)同治理要求新建一座吸收塔，從而滿足改造要求。下面即對目前幾種技術(shù)路線在系統(tǒng)阻力、電耗、吸收塔運(yùn)行方式、粉塵治理及經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行對比分析。

三、系統(tǒng)阻力方面和電耗比較

根據(jù)流體力學(xué)關(guān)于氣體管路系統(tǒng)阻力的計(jì)算公式：P=1/2×K×ρv2，其中K主要是與管路系統(tǒng)長度有關(guān)的系數(shù)，ρ為管路系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)密度，v為管路系統(tǒng)氣體流速，根據(jù)上述公式可以得知系統(tǒng)阻力主要與氣體流速的平方成正比，與管路系統(tǒng)介質(zhì)密度成正比。因此可以得出采用串聯(lián)吸收塔系統(tǒng)阻力要低于單塔改造的系統(tǒng)阻力。主要依據(jù)之一為煙氣流速影響：原有脫硫裝置吸收塔直徑一般設(shè)計(jì)較小，設(shè)計(jì)煙氣流速較高，基本接近4m/s，而新建串聯(lián)吸收塔可以完全按照設(shè)計(jì)導(dǎo)則進(jìn)行設(shè)計(jì)吸收區(qū)直徑，降低煙氣流速至3.5m/s左右，因此阻力下降明顯；主要依據(jù)之二為系統(tǒng)介質(zhì)密度影響：如原塔改造必須在現(xiàn)有吸收塔內(nèi)部增加噴淋層，增加噴淋層的結(jié)果是造成氣體流經(jīng)吸收塔內(nèi)的介質(zhì)密度大幅增加（主要是單位截面積上通過的漿液循環(huán)量大幅增加造成介質(zhì)密度直線上升），因此系統(tǒng)阻力明顯上升，而新建串聯(lián)吸收塔單位截面積內(nèi)的漿液噴淋量沒有變化所以這部分阻力變化較小，只與K的系數(shù)有關(guān)。另外由于原塔改造新增漿液循環(huán)泵的揚(yáng)程增加較高，因此吸收塔漿液循環(huán)泵的電耗增加明顯。

同時(shí)筆者還進(jìn)行了某600MW機(jī)組現(xiàn)有脫硫裝置采用不同方案后的系統(tǒng)阻力和新增電耗情況進(jìn)行了對比分析，改造后系統(tǒng)新增阻力和新增電耗變化情況見表1。

表1 改造后系統(tǒng)新增阻力和新增電耗變化情況

綜合上表脫硫裝置新增阻力和新增設(shè)備電耗情況比較，新建塔改造系統(tǒng)的能耗是最低的，但受制于原有設(shè)備折舊問題大部分機(jī)組不采用此種改造方案，對于串塔改造和原塔改造的能耗對比可以明顯看出串聯(lián)吸收塔能耗較低。在實(shí)際運(yùn)行過程中硫份可能急劇變化，這樣串塔改造方案的節(jié)能空間將能夠大幅體現(xiàn)，如在硫份由2.0%降至1.0%時(shí)串塔改造方案電耗可能下降一半，而原單塔改造方案節(jié)能空間有限，最多只能停運(yùn)兩臺(tái)漿液循環(huán)泵，電耗下降有限。

華能集團(tuán)某300MW機(jī)組實(shí)施串塔改造后進(jìn)行了性能測試，機(jī)組在300MW負(fù)荷下5天平均每小時(shí)電耗為3104kWh。機(jī)組在300MW負(fù)荷下，脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，在引風(fēng)機(jī)出口，煙囪入口阻力段使用電子微壓計(jì)測量壓力，同時(shí)測量各點(diǎn)大氣壓，測試得出煙氣脫硫系統(tǒng)壓降為2299Pa，低于3200Pa的壓降保證值。測試結(jié)果表明該電廠實(shí)施串塔改造后能耗在可控范圍內(nèi)，實(shí)際阻力損失遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)水平。

華能某600MW機(jī)組實(shí)施串塔改造后進(jìn)行了性能測試，在機(jī)組負(fù)荷為600MW時(shí)，脫硫系統(tǒng)總電能消耗為5697.0kW，在機(jī)組負(fù)荷為480MW時(shí)，脫硫系統(tǒng)總電能消耗為4715.0kW，在機(jī)組負(fù)荷為360MW時(shí)，脫硫系統(tǒng)總電能消耗為4554.2kW。在機(jī)組負(fù)荷為600MW時(shí)，脫硫系統(tǒng)一級吸收塔的壓力損失平均值為716.5Pa，系統(tǒng)總壓力降為1888.0Pa；在機(jī)組負(fù)荷為480MW時(shí)，脫硫系統(tǒng)一級吸收塔的壓力損失平均值為787.2Pa，系統(tǒng)總壓力降為1629.8Pa；在機(jī)組負(fù)荷為360MW時(shí)，脫硫系統(tǒng)一級吸收塔的壓力損失平均值為540.0Pa，系統(tǒng)總壓力降為994.9Pa。測試結(jié)果表明該電廠實(shí)施串塔改造后能耗在可控范圍內(nèi)，實(shí)際阻力損失遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)水平。

四、運(yùn)行方式和粉塵治理方面的對比分析

運(yùn)行方式靈活性方面串聯(lián)吸收塔有決定性優(yōu)勢，在高、低硫份切換過程中的可以根據(jù)具體設(shè)備和硫份情況隨機(jī)停運(yùn)兩級吸收塔的任何吸收塔漿液循環(huán)泵。

在吸收塔pH值控制方面，串塔工藝優(yōu)勢更為明顯，在二級塔控制高的pH值利于吸收反應(yīng)進(jìn)行，在一級塔控制低的pH值利于氧化反應(yīng)進(jìn)行。這樣對于高的脫硫效率和良好的石膏品質(zhì)均為極為有利。

串聯(lián)吸收塔在吸收塔漿液氯離子控制方面，一級吸收塔漿液氯離子可以按照20000mg/Nm3控制，二級塔按照5000mg/Nm3控制，對于系統(tǒng)脫硫效率、粉塵以及石膏氧化均有優(yōu)勢。合理利用二級塔的補(bǔ)水控制二級塔的漿液品質(zhì)，二級塔除霧器水沖洗可以采用工業(yè)水或工藝水，二級吸收塔的石灰石漿液可以采用高品質(zhì)的水制漿補(bǔ)充，這些措施均可以提高二級吸收塔的漿液品質(zhì)，最終有利于粉塵協(xié)同治理理念的粉塵去除。由于串聯(lián)吸收塔可以控制二級吸收塔的氯離子含量在較低水平，漿液密度可以控制較低水平，因此在漿液攜帶方面可以進(jìn)行最優(yōu)控制。部分電廠實(shí)施廢水零排放后，化學(xué)廢水回用脫硫系統(tǒng)后造成現(xiàn)有脫硫吸收塔漿液含鹽量大幅上升，現(xiàn)有吸收塔漿液澄清后的含鹽量達(dá)到了100g/L以上，相當(dāng)于10%的含鹽量。如采用串塔方案后將對于粉塵排放和廢水零排放工作均有正面影響。

由于二級吸收塔在設(shè)計(jì)方面可以完全參照設(shè)計(jì)導(dǎo)則進(jìn)行設(shè)計(jì)，各項(xiàng)尺寸均能滿足協(xié)同治理技術(shù)路線技術(shù)要求，因此在粉塵達(dá)標(biāo)方面具有最大優(yōu)勢。

五、不同工藝路線平面布置方案比較

對于原有吸收塔改造不存在布置方面的變化，只能根據(jù)現(xiàn)有位置進(jìn)行改造，能夠采取的措施為煙道的流場優(yōu)化，以盡可能降低系統(tǒng)阻力為目標(biāo)。

對于新建一座吸收塔的平面布置可以靈活布置，依據(jù)風(fēng)機(jī)和煙囪的位置選擇最合理的布置形式。

串聯(lián)吸收塔方案的布置方案存在兩種形式，一種形式為老塔作為一級塔，新建塔作為二級塔。一種形式為新建塔作為一級塔，老塔作為二級塔。無論哪種布置形式均受現(xiàn)場場地的制約，因此布置起來需要因地制宜。需要綜合考慮各種因素最終決定如何布置，但關(guān)于新建塔作為一級塔還是作為二級吸收塔還需從布置形式和經(jīng)濟(jì)性方面仔細(xì)分析。如老塔作為二級吸收塔，按照脫硫裝置設(shè)計(jì)導(dǎo)則要求應(yīng)對老塔進(jìn)行改造，主要改造內(nèi)容為噴淋層、噴嘴、除霧器、增加托盤及吸收塔部分區(qū)域高度的抬升，這樣勢必增加改造費(fèi)用。如新建塔作為二級塔則老塔不需要改造，只需要對新建塔按照導(dǎo)則要求設(shè)計(jì)即可，可以節(jié)約大量改造費(fèi)用。還應(yīng)考慮系統(tǒng)煙道是否易于布置，系統(tǒng)阻力變化情況，以及是否影響現(xiàn)場的美觀。

六、經(jīng)濟(jì)性方面的對比分析

采用新建一座吸收塔的改造方案，設(shè)備折舊費(fèi)用較高，一次性投資較大，停機(jī)工期較長，但從能耗角度來說經(jīng)濟(jì)性較好，遠(yuǎn)期經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)良。

采用原有吸收塔的改造方案，設(shè)備折舊費(fèi)用較低，一次性投資較低，停機(jī)工期略長，但從能耗角度來說經(jīng)濟(jì)性較差，遠(yuǎn)期經(jīng)濟(jì)性較差。

采用串聯(lián)一座新吸收塔的改造方案，設(shè)備折舊費(fèi)用較低，一次性投資略高，停機(jī)工期較短，能耗角度來說經(jīng)濟(jì)性較好，遠(yuǎn)期經(jīng)濟(jì)性較好。

七、結(jié)論

現(xiàn)有脫硫裝置進(jìn)行超低排放改造在技術(shù)路線選擇方面有多種選擇，各廠應(yīng)該根據(jù)各機(jī)組的實(shí)際情況結(jié)合能耗、運(yùn)行方式、粉塵協(xié)同治理以及經(jīng)濟(jì)性方面綜合考慮技術(shù)方案的選擇。如存在原有吸收塔不能拆除并且場地允許的情況建議采用串聯(lián)吸收塔的改造方案。

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《電力設(shè)備管理》雜志社編輯部

2016.10.12

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