燃煤火力發電廠除灰脫硫設備優化措施研究

劉生璐

（甘肅電投常樂發電有限責任公司，甘肅酒泉 735000）

0 引言

隨著經濟的迅速發展和社會的進步，人民生活水平的提高對能源的需求日益增加，工業生產對能源的消耗隨之增長，而能源結構特點是煤炭占比大，且在目前及今后相當長的一段時間內，煤炭燃燒發電仍然是主要的電能供應方式。煤炭的燃燒帶來大氣污染，尤其是煙塵、二氧化硫、氮氧化物等污染性氣體，已經造成大范圍的霧霾污染，給生態環境和百姓的生活帶來嚴峻考驗。火力發電廠的除灰系統和脫硫系統是關鍵且重要的環境保護系統，擔負著火電廠煙塵排放和二氧化硫排放是否達標的重任，而煙氣脫硫能非常有效的以低成本控制二氧化硫污染物的排放。

近年來，國家對于火力發電廠污染物排放的控制越來越嚴格，同時煤炭價格不斷攀升，這些外部環境因素對火電廠的除灰、脫硫設備的改造和運行系統的優化提出更嚴格、更高的要求。現有的除灰脫硫技術由于基礎建設投資成本高、運行費用貴，加上除灰脫硫系統繁雜，若能將除灰脫硫加以優化改造，可以降低經濟成本，改善生態環境，提高經濟效益。

1 除灰脫硫設備優化方案

某火力發電廠自2017 年9 月2 臺百萬機組建設以來，除灰脫硫系統按照行業內高標準要求建設，已投入商業運行，設備整體運行穩定、狀況良好。該系統除塵效率高達99.92%，脫硫效率≥99.2%，煙塵和二氧化硫的脫硫塔出口處的污染物排放濃度分別低于5 mg/m3和25 mg/m3，完全達到了國家規定的超凈排放標準。

1.1 除塵設備優化

通過對原有的除塵系統的研究分析發現，原電除塵系統入口的煙氣溫度較高，高的時候達到145 ℃，低的時候也在135 ℃以上，而高溫不利于除塵效率的提高。為了降低除塵系統的煙氣溫度，在空氣預熱器出口以及電除塵器進口之間的煙道中安裝了低溫、低壓省煤器系統，降低電除塵入口煙氣溫度至酸露點附近（90 ℃），使煙氣中大部分SO3冷凝形成酸霧，粘附在粉塵表面并被堿性物質中和，粉塵特性得到很大改善，比電阻大大降低；工程在建設初期既定方案為：每臺爐配置2 臺電除塵器，該電除塵器為干式臥式三室五電場，電除塵陽極板采用480 大C 形結構，陰極系統由陰極框架、陰極線、陰極砧、陰極懸掛設施及防擺裝置構成。陰極采用剛性小框架，第一電場配置管狀芒刺線，第二、第三、第四電場配置鋸齒線，第五電場配置魚骨針。根據灰份的特點，合理選擇相適應的極板、極線的形式和極配形式，合理的極配形式能提高驅進速度，減緩反電暈的產生，提高清灰效果，電除塵本體漏風率≤1%；從而大幅提高除塵效率，從原來的95.16%提高到99.92%。

1.2 輸灰系統優化

針對大部分電廠除塵系統在運行期間頻繁發生輸灰不暢通的現象，甚至發生管道堵塞故障，為了使輸灰系統正常高效工作，工程采用2 種優化方案：①在輸灰倉泵中間安裝泵間雙套管；②在輸灰系統中增加助吹管、補氣管，在助吹的氣源管道上增加氣動總閥，該方案可以根據機組的具體負荷情況，在適當的時間將適量的煙灰投入到助吹閥的助推系統中。這樣可有效降低輸灰管道堵塞進而增加機組負荷的不良反應，還可提高灰氣比，減少輸灰系統中的損耗。

1.3 灰斗系統優化

受脫硫系統的限制，除塵設備經常發生煙氣溫度遠低于露點溫度95.18 ℃的現象，此時容易造成煙斗積灰或塔橋，甚至造成電廠短路跳閘等故障。對電廠運行故障分析原因后，為了避免煙氣短路，灰斗內裝有阻流板，它的下部盡量遠離排灰口。灰斗斜壁與水平面的夾角不小于60°。相鄰壁交角的內側，作成圓弧形，圓角半徑為200 mm，以保證灰塵自由流動。

1.4 脫硫設備優化

工程的脫硫系統采用的是噴淋式吸收塔，煙氣在塔內實現降溫、SO2吸收、煙氣洗滌及除霧等功能；借鑒國內1000 MW 及660 MW 機組運行經驗，在煙氣入口處安裝2 層托盤，以達到煙氣更加均勻分布的目的，這種設置可以通過增加煙氣的擾動，從而提高煙氣與漿液接觸的時間和面積，提高脫硫效果，并增加循環泵噴頭數量，新建的脫硫裝置布置在煙囪兩側，減少了中間煙道的流程，能有效降低煙氣阻力，托盤增加煙氣擾動提高脫硫效果，噴淋塔內噴頭數量的增加提高了SO2的吸收去除。吸收塔托盤層、噴淋層布置以及脫硫流程如圖1 所示。

圖1 吸收塔托盤層和噴淋層布置

2 系統參數優化

2.1 系統pH 值優化

借鑒其他電廠濕法脫硫系統，冷凝水的pH 值基本上小于5.0，且水量較大，酸性凈煙氣冷凝水對煙道的腐蝕比較嚴重。因此系統優化時，為了防止吸收塔內部結垢沉淀及酸蝕，要合理控制脫硫漿液的pH 值在5.0～5.6：pH 值低于5.0 容易加重系統結構腐蝕，pH 值高于5.6 又容易致使系統內部沉淀結垢。

2.2 系統漿液密度優化

脫硫系統優化過程中，對脫硫吸收塔的漿液密度進行調控，盡量降低其數值，并進行了為期一個月的監測，數據發現漿液密度的變化會影響脫硫效率，漿液密度和脫硫效率關系見表1。

表1 漿液密度和脫硫效率關系

由表1 可知，脫硫吸收塔內漿液密度在1050～1265 kg/m3波動，從漿液密度的平均值和脫硫效率之間的關系可見，隨著脫硫吸收塔內漿液密度的控制和降低，脫硫效率得到有效提高。

3 改造結果及分析

3.1 檢測結果

該火力發電廠投入運行以后，經過除塵和脫硫系統的裝備改進和系統優化后，經過3 個月的試運行后，除塵和脫硫系統保持較好的穩定度，運行效果良好。經多次檢測，其中污染物SO2和粉塵顆粒物的檢測結果見表2。

3.2 改造結果

表2 數據顯示：①該火力發電廠的除塵、脫硫設備經改造后其除塵、脫硫效果顯著，設備運行穩定；②改造優化的設備的除塵率達到99.55%，粉塵顆粒的排放值也達到了天然氣燃氣輪機組粉塵顆粒的排放標準；③經優化改進后建設的系統脫硫效果顯著提高，去除率達到99.2%，SO2污染物的排放值也達到了燃煤火電機組二氧化硫的排放標準。

表2 除塵、脫硫檢測結果

4 結束語

該百萬機組火力發電廠經過除灰、脫硫系統設備優化施工建設，主要包括：除塵設備改進、輸灰系統優化、灰斗裝置改進及脫硫系統設備的優化設計；并經過系統運行參數的優化，主要包括：pH 值的控制和漿液密度的調控，除灰、脫硫運行以來一直保持穩定狀態，運行效果良好，除塵效果達到99.92%，脫硫效果達到99.2%，且煙塵和二氧化硫的排放濃度分別小于5 mg/m3和25 mg/m3，均達到了國家規定的標準，可為老舊設備的改良提供參考。