燃煤電廠鍋爐超凈排放技術改造探究

文_陳楚陽 寧波大學

1 改造背景概述

在某燃煤電廠中，存在300MW 亞臨界供熱機組兩套，且配置了脫硫系統以及除塵系統。其中，沒有設置增壓風機以及GGH，設置了煙氣旁路，且通過了168h 的滿負荷試運行。在原有的脫硫系統設計中，將脫硫效率設定為95%，出口區域的二氧化硫濃度不高于200mg/m3。但是在實踐中發現，原本的脫硫系統與除塵系統設計均無法達到現行的環保標準要求，粉塵與二氧化硫的實際排放濃度依舊有待進一步降低。基于這樣的情況，該燃煤電廠落實了鍋爐超凈排放技術改造，最大程度滿足現行環保與節能要求。

2 燃煤電廠鍋爐超凈排放技術改造方案設計

2.1 主要技術參數

FGD入口煙氣參數設計：在干基狀態下，煙氣量（實際O2，標態）為1198297m3/h；在濕基狀態下，煙氣量（實際O2，標態）為1276958m3/h；FGD 工藝設計煙溫為148℃；最高煙溫為180℃；故障煙溫為200℃；故障時間為20min。

FDG 入口煙氣成分及其含量為氮氣含量占比為70．64%，二氧化碳含量占比為18．11%，水分含量占比為3．74%，氧氣含量占比為7．27%，二氧化硫含量占比為0．23%。

在干基狀態下，FDG 入口處污染物濃度（6%的O2，標態）主要是：二氧化硫濃度為3250mg/m3；三氧化硫濃度不高于100mg/m3；HCL 濃度不高于80mg/m3；氟化氫濃度不高于25mg/m3；最大粉塵濃度不高于200mg/m3。

2.2 技術改造設計主要內容

在本次燃煤電廠鍋爐超凈排放技術改造中，①使用變徑塔對原有的吸收塔進行替代；將漿池區直徑控制在14m，吸收區的直徑控制在11．5m，除霧段的直徑控制在13m。②將分區調節器加設于吸收塔漿池部分內，對原有的氧化空氣管網進行替換。③針對任意一座吸收塔均設置氧化風機2 臺，保證一個投入正常運行，另一個作為備用應對突發情況；將每一座吸收塔的需氧化空氣量設定為9600m3/h。第四，加設多孔性分布器于吸收塔入口煙道與最低層噴淋層之前，數量為2 層。第五，在任意一座吸收塔內設置4 層噴淋層，并引入循環泵，數量為4 臺。其中，使用舊循環泵3 臺，將流量控制在5200m3/h；使用新循環泵1臺，將流量控制在每小時6200mg/m3。第六，對原有的兩級除霧器進行拆除操作，使用三級屋脊式除霧器配合一級管式除霧器進行替代；在干基狀態下，將出口液滴含量控制在15mg/m3。第七，對原有吸收塔中設置的側出頂部進行全部拆除操作，變更為半頂出結構，達到優化煙氣流場的效果。⑧在原煙道區域加設噴霧收塵裝置。

2.3 具體改造技術措施

2.3.1 單塔雙區技術

在原本脫硫裝置中，使用了石灰石-石膏濕法脫硫模式，形式為單塔單區。誠然，這樣的設計能夠達到簡化脫硫裝置配置的效果，但是為了實現對氧化與吸收效果的兼顧，必須要將漿液的pH 值始終穩定在5 ～5．5 的范圍內，距離最佳值相對較遠。從氧化的角度來看，這樣的設計不得不犧牲一定的粒徑與石膏純度，因此產生石膏純度降低、脫水困難等問題的發生概率增高；從吸收的角度來看，這樣的設計并不利于脫硫效果的提升，無法達到脫硫效率不低于99%的目標。

基于這樣的情況，在本次鍋爐超凈排放技術改造中，使用了單塔雙區技術，著重對吸收塔漿池部分進行改造，促使單塔的漿池內可以同時引入2 種不同pH 值環境分區，分別為氧化、吸收提供支持。此時，在氧化區，pH 值穩定在4．9 ～5．5 之間，可以更順利的實現高純石膏的生成；在吸收區，pH 值穩定在5．5 ～6．3 之間，可以獲取更高的脫硫效率，促使脫硫效率提升至99%以上。同時，循環漿液停留的時間有所下降，可以降低至3min 左右；脫硫系統的運行阻力減小，至少下降了150～250Pa。另外，這種單塔雙區的設計為檢修運維工作的展開提供便捷條件，總體性能更強。

2.3.2 循環漿液總量

原煙氣二氧化硫濃度、漿液的pH 值、吸收塔內循環液量與煙氣流量的比值與吸收塔內的二氧化硫去除率息息相關。而對脫硫效率影響最為明顯的參數為漿液循環量，基于此，在鍋爐超凈排放技術改造中，從漿液循環量這一參數入手，對脫硫效率進行提升，滿足當前的環保與節能理念。在本次實踐中，設定最終脫硫效率要達到99．2%及以上，因此需要設置的噴淋層實際層數為4，循環總量達到21800m3/h，系統安全余量穩定在55%左右，脫硫效率明顯增高。

2.3.3 高效多孔性分布器技術

本次技術改造中加設了多孔性分布器。實踐中漿液可以在表面形成持液層，當煙氣流過后，能夠產生與“鼓泡”相類似的效果，達到強化煙氣洗滌吸收效果的目標，有著更為顯著的煙氣洗滌吸收效果，促使脫硫除塵效率得到進一步提升。

2.3.4 高效除霧技術

在脫硫系統處口粉塵中，除霧器攜帶液滴占據著重要地位，因此在實踐中需要依托高效除霧器的設置，避免除霧器出口液滴含量增長的問題發生，以此達到提升實際除塵效果的目標。在本次鍋爐超凈排放技術改造中，引入的高效除霧器葉片為帶孔鉤形式，并使用變間距設計以及非象限分布，除霧器出口滴液含量可以穩定在不高于15mg/m3的水平上。同時，由于該高效除霧器應用了變徑噴淋沖洗水管，在控制沖洗水管末端水壓穩定且充足的條件下，沖洗覆蓋率可以達到150%以上。

2.3.5 防煙氣短路技術

為了進一步維護脫硫除塵效率，避免由于吸收塔塔壁區域產生煙氣“短路”而導致的脫硫除塵效率下降，防煙氣短路技術的應用極為必要。本次鍋爐超凈排放技術改造中，引入了兩項措施實現防煙氣短路，第一，將提效環設置于噴淋層間，以此達到抵擋塔壁區域短路煙氣的效果，引導煙氣向著中心區域流動，降低脫硫除塵效率無畏降低問題的發生概率；第二，將實心錐噴嘴設置于塔的四周，防止煙氣沿著塔壁出現泄露的情況，并對塔壁的磨損進行有效控制，促使漿液利用率增高。

2.3.6 入口通道噴霧技術

在煙塵粒徑不同的情況下，常規脫硫塔的煙塵洗滌脫除效果也存在差異性，一般來說，當粒徑不高于1μm 時，煙塵洗滌脫除效果相對較差，普遍維持在40%以下；當粒徑不低于3μm時，煙塵洗滌脫除效果相對較好，普遍維持在90%以上；當粒徑不低于5μm 時，煙塵洗滌脫除普遍維持在100%。基于這樣的情況，在本次鍋爐超凈排放技術改造中，使用噴霧系統加設在吸收入口煙道區域，在噴霧的作用下凝并存在于入口煙道區域中的煙塵，以此達到增大煙塵粒徑的效果，推動脫硫噴淋層對煙塵的脫除率增高。在此基礎上，引入合適規格的噴霧嘴，實現對霧滴粒徑、噴霧噴嘴流量的嚴格控制，獲取最明顯的煙塵凝并以及脫除成效。

3 改造成效分析

以脫硫性能來說，在完成鍋爐超凈排放技術改造后，裝置的脫硫效率基本穩定在99．2%～99．4%的范疇內；以除塵性能來說，在完成改造后，裝置的除塵性能提升至87%以上。總體而言，依托本次鍋爐超凈排放技術改造，脫硫裝置在運行中更好地滿足了環保與節能的現實要求，具有實效性與可操作性。

4 結語

綜上所述，為了滿足環境保護、能源節約的要求，對燃煤電廠鍋爐展開超凈排放技術改造是必然選擇。依托“單塔雙區”的設置，結合循環漿液總量控制以及高效多孔性分布器技術、高效除霧技術、防煙氣短路技術、入口通道噴霧技術的應用，裝置脫硫與除塵效率效果均得到了明顯提升，整個機組在運行中更好地滿足了環保與節能的現實要求。