基于火電廠煙氣脫硫脫硝技術的應用與節能環保研究

李明鳳

（國能河北衡豐發電有限責任公司，河北 衡水 053000）

1 脫硫改造工藝概述

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝主要包括吸收劑制備系統、煙氣系統、吸收反應系統、石膏脫水系統和電氣控制系統，其中吸收反應系統是脫硫工程的核心[1]。

本改造工程對原脫硫系統采用的石灰石-石膏濕法進行改造，改造了煙氣系統、SO2吸收氧化系統、石灰石漿液制備供應系統、石膏脫水系統等，其余則盡可能利用現有系統。

2 脫硫工藝系統

2.1 吸收塔系統

吸收塔是整個脫硫裝置的核心。原吸收塔已不能適應執行新標準后的運行工況，需要對吸收系統進行增容改造，原有脫硫系統每臺機組有4臺循環泵，每臺循環泵流量為5 100 m3/h，已改造過的脫硫塔增加2層噴淋，增設2臺循環泵，泵流量為5 100 m3/h，以滿足200 mg/Nm3的排放標準（對應效率為96%）。

本工程要求吸收塔脫硫效率不低于99%，目前可行的脫硫改造方案主要有雙塔雙循環方案和單塔雙循環方案兩種。由于現有脫硫裝置的改造時間較近（2013年完成），且根據性能分析，脫硫裝置運行情況良好，已增設的2臺循環泵考慮在新塔中利舊使用[2]。

2.1.1 雙塔雙循環改造方案

雙塔雙循環改造一級塔必須要確保pH值處于較低狀態，才能滿足石膏有效氧化的需要，而二級塔的pH值需要控制在較高狀態，這對于更好吸收二氧化硫有重要作用。在改造中，要確保場地空間比較大，而且在施工建設中還需要進行臨時煙道等的設置，需要配套做好停爐工作。

2.1.2 單塔雙循環改造方案

單塔雙循環技術需對原有的吸收塔進行改造，實際需要的場地空間較為有限，也需要配套做好停爐工作，由于采用單塔雙循環改造方案需要停機時間較長，電廠停爐時間不能滿足其工期要求，因此本次改造不考慮使用該方案[3]。

2.2 引風機

本工程為適應《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）[4]中的污染物排放要求，并結合除塵以及脫硫增容改造，合并考慮對引風機進行改造。本次脫硫改造需拆除增壓風機，因此需采用“引增合一”方式進行設置，通過改造引風機克服風機后至煙囪出口的系統阻力。

除塵改造方案為在原塔后增設濕式靜電除塵器，增加系統阻力約500 Pa；本次脫硫改造新增一級吸收塔，新增一級吸收塔會使脫硫系統增加煙氣阻力約1 400 Pa，但脫硫取消GGH后，煙氣系統阻力降低1 000 Pa；原塔拆除2層噴淋后，阻力約減少500 Pa。

由于系統改造增加阻力較大，現有系統阻力主要根據脫硝改造時對煙氣系統阻力的測試值確定，本文建議引風機改造前對現有系統進行完整的阻力分布測試。目前，工程對引風機改造方案已進行了專題研究，擬拆除現有靜葉可調引風機和對應變頻器，改為雙級動葉可調引風機，引風機改造投資列入本次改造總投資。

3 脫硝工藝改造方案

3.1 以SCR脫硝為例

目前脫硝主要采用SCR脫硝（4層催化劑），為滿足氮氧化物≤30 mg/m3的深度減排排放限值，結合電廠實際情況，工程提出以下脫硝改造方案。

3.1.1 方案一：噴氨優化+新增SNCR

增加SNCR脫硝，采用尿素為還原劑，合理布置噴槍，同時在噴槍層下端布置測溫系統，控制反應溫度區間。SCR脫硝仍采用原有4層催化劑脫硝，還原劑為液氨。

3.1.2 方案二：噴氨優化+新增臭氧低溫氧化

SCR脫硝仍采用原有4層催化劑脫硝，還原劑為液氨。新增臭氧低溫氧化脫硝，利用O3將煙氣中難溶于水的NO轉化為易溶解脫除的NO2，隨后與脫硫塔內鈣基吸收劑發生中和反應完成脫硝。

本工程改造后設計脫硝效率按97.3%考慮。經計算，采用設計煤種時，NOx排放濃度為24.3 mg/Nm3，排放量為279 t/a。滿足NOx排放濃度不高于30 mg/Nm3的限值要求。

3.2 環境效益和社會效益

鍋爐采取改造措施治理NOx污染排放，符合國家“十三五”規劃的減排要求和環保部的《火電廠氮氧化物防治技術政策》。2011年12月1日試行的脫硝電價政策，也為改造項目注入了強勁動力[5]。

3.2.1 環境效益

3.2.1.1 NOx排放

本工程對機組進行脫硝改造后，NOx的排放濃度為24.3 mg/Nm3，設計煤種年排放量為279 t，NOx的排放濃度能滿足深度減排排放標準的要求，且與原有工程相比，其設計煤種NOx的排放量每年可減少約294 t，大大減少了對大氣的污染。見表1。

表1 電廠技改前后污染物排放對比表

3.2.1.2 脫硝廢水排放

方案一中無脫硝廢水排放；方案二中臭氧反應后生成的NOx與石灰石漿液生成一定量的硝酸鹽，硝酸鹽的比例大約占整體脫硫副產物的1%～2%左右，含有硝酸鹽的液體同石膏漿液通過石膏漿液泵排出，進入石膏脫水系統，作為脫除液體溢流后進入濾液箱，最終返回到脫硫塔或當氯離子超標時隨脫硫廢水排出脫硫系統。從已運行的項目中脫硫廢水的檢測結果可知，亞硝酸根經過脫硫氧化風氧化后都轉換成硝酸根（相差近兩個數量級），同時脫硫廢水中硝酸根的離子濃度與氯離子濃度相當。硝酸鈣的溶解度非常大，不會沉淀析出，對石膏品質無影響，脫硫廢水還是按照氯離子濃度標準排放。

3.2.1.3 脫硝粉塵、噪聲

煙氣脫硝設施在具體實踐應用中不會出現粉塵，而且不會帶來噪音，符合國家及行業規定的噪音控制標準[6]。

3.2.2 社會效益

該工程進行系列改造升級會帶來較大的環境效益及經濟收益。通過對電廠進行深度減排工程，能夠有效控制嚴重的氮氧化物污染問題，對所在區域大氣環境質量的改善有重要意義，對于維護居民身體健康、發展當地高質量旅游事業等都有深刻影響。能夠使企業與周圍地區人民群眾的關系更加和諧，深層次推進各項工作的高質量落實；能夠讓企業在現代市場經濟大環境下塑造良好的對外形象，有力提升企業的整體競爭能力；能夠使電廠獲得更加良好的影響力及信譽度，從而為企業營造更加健康有序的發展環境，帶來更加明顯的社會效益。

4 脫硫改造工程主要污染源及治理措施

4.1 主要污染源

4.1.1 脫硫渣

石灰石-石膏濕法脫硫系統脫硫渣為石膏，按石灰石中CaCO3純度90%計，脫硫產生的脫硫石膏的純度（即CaSO4·2H2O的含量）為90%，脫硫石膏呈弱堿性（pH值7～8）[7]。

4.1.2 粉塵

在對吸收劑進行儲存等基本操作環節中，很容易出現生石灰飛揚或者輕微泄漏的情況，對一線工作人員的身體健康造成潛在危害，長時間處于這樣的特殊環境中會增加患塵肺病的概率，這也是現代文明生產所不允許的。

4.1.3 噪聲

在脫硫系統應用中，由于涉及到相應的機械設備，不可避免地會產生一定噪音，給周圍地區居民的正常生產及生活帶來危害，也會給一線工作人員身體健康帶來影響。導致這種噪音污染出現的原因較為復雜，常見的有空壓機、增壓風機等產生的噪音。

4.2 主要污染物治理措施

在相關系統完成改造后，通過脫硫系統的有效運行，能夠有效控制二氧化硫的實際排放量，改善周邊環境，但也會帶來一些輕微的污染，為了將脫硫灰可能帶來的負面影響降到最低，工作人員需要有針對性地做好環境保護的設計工作。具體措施如下。

4.2.1 脫硫渣

石灰石-石膏濕法脫硫系統的脫硫副產物石膏以綜合利用為主。

4.2.2 粉塵

廠內制漿車間加設除塵系統。

4.2.3 噪聲

一些轉動機械設備在實際運行中往往會產生非常大的噪音污染，為此在最初進行設備設計及后續訂貨過程中，企業必須向供應商提出噪音控制標準要求，并圍繞相關技術標準簽訂專門協議，確保機械運行噪音等級符合基本勞動標準要求，對于運行中的成本開支也需要進行嚴格控制。本期脫硫改造工程主要噪聲設備控制水平見表2。

表2 本期脫硫改造工程主要噪聲設備控制水平

4.3 節能環保研究

為了對資源進行更為有效的利用，減少對資源的粗放型消耗，脫硫工程工藝方案在實際設計應用上，更加突出工藝流程的合理性，能夠讓不同環節、不同類型的設備在實踐應用上消耗能源最少，且能保證最佳的利用成效，以最終實現對不同層面資源的有效回收利用。

4.3.1 節約能源

改造工程優化了既定系統設計內容、煙道及脫硫裝置等，確保配置更加合理，并有效降低能耗；合理選擇輔機型號，充分控制變壓器損耗，提高風機的基本效率；從計量及監測儀表等角度完善工藝系統，及時向操作人員提供運行中的數據信息，確保機組在運行上更加經濟安全；選擇更為先進的DCS控制系統，使用計算機進行啟停控制，做好數據處理并實現參數的動態調整，讓系統在運行上更加經濟安全；合理選擇保溫材料及保溫結構，將管道及相關設備的熱量損失降到最低；使用的原材料盡量節約，就近選擇，有效控制運輸成本；綜合有效利用脫硫產生的副產物；采用變頻裝置，應對負荷變化的要求，降低電能損耗。

4.3.2 節約用水

脫硫系統必須要強化水務管理，全廠要從整體層面進行規劃設計，在用水上堅持做到統一調度管控，才能確保不同層面應用需求平衡，實現水資源的重復循環利用，將電廠實際消耗的水量控制在最低水平。

5 結語

綜上所述，本文圍繞某火電廠改造工程，對脫硫脫硝技術應用進行了不同層面的分析，深刻揭示了相關技術應用的復雜性、特殊型，并從生態效益、社會效益等方面進行了節能環保研究，對于加快火電廠的現代化及節能型、環保型建設都具有重要意義。