熱電廠燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵超低排放改造工藝比選分析

俞柏

摘要：隨著國家提出東部和中部地區燃煤機組超低排放改造時間由原來的2020年提前至2017年和2018年底，遼寧地區燃煤火力發電廠都面臨著鍋爐煙氣脫硫脫硝裝置超低排放改造問題。結合撫順石化熱電廠新機組3臺460噸/小時煤粉鍋爐煙氣脫硫除塵超低排放改造工程，對熱電廠煙氣脫硫除塵裝置改造中布袋除塵器及石灰石-石膏濕法脫硫的超低排放改造方案比選、工藝特點進行了探討和分析，為國內相關燃煤電廠鍋爐煙氣脫硫脫硝超低排放改造提供參考和借鑒。

關鍵詞：脫硫;除塵;超低排放;節能環保

正文

2014年5月，發改委、環保部和國家能源局聯合下發的《煤電節能減排升級與改造行動計劃》中要求東部地區新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值，其中煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10mg/Nm³、35mg/Nm³、50mg/Nm³。^[1]

2015年12月2日，國務院總理李克強主持召開的國務院常務會議，提出東部和中部地區燃煤機組超低排放改造時間提前：由原來的2020年提前至2017年和2018年底。

熱電廠2017年6月開始進行10#、11#、12#鍋爐煙氣超低排放改造，每臺爐處理煙氣量496608 Nm³/h，鍋爐年運行6500h。脫硫除塵超低排放改造采用吸收塔內增加托盤及更換高效除塵除霧裝置的方案，三臺爐于2017年10月、11月及2018年1月相繼投用，達到超低排放標準。

1. 煙氣脫硫除塵工藝方案選擇原則

針對本次熱電廠鍋爐煙氣脫硫脫硝改造工程，確定如下設計原則：（1）確保煙氣（煙塵、二氧化硫、氮氧化物）達到超低排放標準并滿足當地總量控制要求;（2）確保煙氣脫硫脫硝系統的安全、穩定運行;（3）依托現有裝置，利用現有空間，簡化工藝手段，減少施工周期及一次性投資。（4）節約能源和水資源，降低運行成本。

2. 超低排放改造脫硫增效工藝

10#、11#、12#三臺460t/h煤粉爐煙氣脫硫裝置為2012年新建，采用石灰石-石膏濕法脫硫技術，吸收塔內四層噴淋。經過核算，在脫硫入口煙氣SO₂濃度在2000mg/Nm³左右時，脫硫系統開啟4層噴淋層能達到超低排放，但運行安全性稍差;在脫硫入口煙氣SO₂濃度為2500mg/Nm³左右時，開啟4層噴淋層也很難達到脫硫塔出口SO₂濃度低于35mg/Nm³的要求，因此需要進行脫硫提效改造。

目前超低排放脫硫提效改造主要有增加托盤（或旋匯耦合器）、增加噴淋層及雙循環三種技術路線。三種技術都能夠達到我廠脫硫超低排放脫硫提效改造的目的，但考慮到雙塔雙循環技術占地面積、建設投資及運行成本大，一般用于SO₂濃度大于7000mg/Nm³以上的工況，不適宜本工程使用。增加噴淋層改造是在原有的四層噴淋層上再增加一層噴淋層，提高脫硫塔的液氣比，需要增加相應的漿液循環泵、漿液循環管線及噴淋層噴嘴等，吸收塔需要增高2米，工程量及投資較大，經濟性差。增加旋匯耦合器及托盤改造方案都是在吸收塔噴淋層下增加煙氣均布設備，避免了由于煙氣不均勻而導致的局部煙氣液氣比低，影響脫硫效果;改造前吸收塔內部分區域液氣比過高，噴嘴未充分發揮作用的情況，通過提高原系統噴淋層與煙氣的覆蓋效果達到脫硫增效的目的。該方案是對原有噴淋系統設計的優化，充分依托現有裝置及空間，改造量小，且改造效果超過增加一層噴淋層的脫硫效率，符合本工程工藝方案選取原則。同時旋匯耦合器及托盤技術分別通過煙氣湍流及增加漿液持液層的方式提高了煙氣與漿液的傳質效果，達到了增加脫硫效率的作用。相比較而言，在同時可以滿足超低排放改造要求的前提下，旋匯耦合器技術方案一次性投資及運行阻力較大，運行成本大，從節能降耗的角度出發，本工程采用增加托盤的脫硫提效改造方案。

3. 超低排放改造除塵除霧工藝技術確定

鍋爐煙氣再進入脫硫系統前先經過布袋除塵器除塵，煙氣由灰斗由下至上經過布袋。由于進入灰斗前除塵器入口三通管的煙氣流速為15m/s，運行四年發現煙道磨損嚴重。本次改造中，將除塵器入口、變徑管、三通管及入口擋板門進行了擴徑改造，將煙氣流速降至9m/s。同時對煙氣流場進行了模擬，并根據模擬結果對煙氣流場重新進行了優化，削弱了煙氣對煙道的磨損，降低了除塵器部分阻力，使煙氣更均勻的進入中箱體，減少煙塵的二次攜帶，提高除塵效果。改造后減少了煙氣對設備及布袋的沖刷，降低了煙氣阻力，達到了節能環保的改造效果。

僅靠脫硫前除塵是無法實現煙氣超低排放中粉塵含量低于10mg/Nm³的要求的，因為脫硫后的煙氣煙塵主要包括煙氣中未被脫洗下來的粉塵顆粒，以及濕煙氣中攜帶的漿液霧滴中所包含的石膏及可溶物質結晶等顆粒物，原有屋脊式除霧器在正常運行工況下除霧器出口煙氣中得霧滴濃度應不大于75mg/Nm^3[2]，不能滿足超低排放要求，所以需要在脫硫后增加高效除塵設施。

目前比較成熟的脫硫后高效除塵措施有濕式靜電除塵技術、管束式高效除霧技術和脫硫除塵一體化技術。濕式靜電除塵技術采用靜電除塵原理，除塵除霧效果及適應性好，但改造內容巨大，占地面積大不適宜改造項目，且能源消耗大，經濟性差。

脫硫除塵一體化及管束式除塵除霧技術都是利用液膜捕捉顆粒物的原理，塔內安裝，改造內容簡單，投資少，節能性好。其中脫硫除塵一體化技術是利用霧滴的轉向離心力作用^[3]，使煙氣在通過一層管式除塵器，及上面三層間距依次變小的屋脊式除霧器時，在波形板上形成液膜達到除霧效果。如采用此方案，吸收塔壁板需要增高4.5m～5.5m，除霧器沖洗水量比改造前略有增加。管束式除塵除霧裝置安裝在塔頂，煙氣經過管束內的噴嘴型加速器提高煙氣流速，高速上升的煙氣在導向葉片的作用下旋轉起來，使煙氣內的液滴及顆粒物在離心力作用下匯集于在筒壁形成液膜，并不斷捕獲煙氣中得液滴及顆粒物，通過管束內部結構設置，使煙氣流速及液膜厚度能夠讓更小直徑的煙塵顆粒去除，進而達到高效除塵除霧的效果。該方案除塵除霧效果好;且改造內容少，吸收塔僅需要增高1.5m;沖洗水量最小，運行能耗小;獨特的管束式結構型式提高了除霧器的結構強度，安全性高。管束除霧器和一體化技術相比，管束式除霧器水耗略低，且改造內容更少，除塵除霧效果穩定，從項目改造節能環保、經濟性等原則出發，本次工程選擇管束式除塵除霧。

4. 結束語

本文從煙氣除塵脫硫兩方面進行了超低排放改造工藝特點及方案的比選和介紹，并基于改造原則選擇了相應的改造方法，是一種改造內容少、施工周期短、運行經濟性高、運行效率高的綜合性方案，實際運行中全部達到超低排放要求，對鍋爐煙氣超低排放改造項目具有一定的借鑒作用。

參考文獻

[1]《煤電節能減排升級與改造行動計劃》，2014年。

[2]DL/T5196-2004，火力發電廠煙氣脫硫設計技術規程（9）。

[3]周志祥等。《火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊》，中國電力出版社，2006年（132）。