某电厂2x300MW机组脱硫系统吸收塔改造方案的分析

汪奎

(武汉凯迪电力环保有限公司湖北省430223)

【摘要】：随着燃煤电厂污染物“超低排放”的呼声越演越烈，人们对实现“超低排放”技术的关注度也越来越高，柴静的穹顶之下唤醒了人们对环境的重视。目前，公司研发了深度脱硫除尘技术，能够有效将污染物控制在国家规定的燃煤电厂大气污染物排放参考燃机标准限值，即在基准氧含量6%条件下，烟尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3。

【关键词】：吸收塔烟气脱硫超低排放

引言

2013年全国性雾霾天气创52年之最，柴静的穹顶之下纪录片在全国引起了热播和广泛的讨论，表明我国的大气污染状况已十分严重。工业总产值的持续增长也给环境带来前所未有的压力，大气污染物总量早已超越环境容量阈值，具体表现为城市大气总悬浮颗粒物普遍超标、二氧化硫污染保持在较高水平、机动车尾气污染物排放总量增加迅速、氮氧化物型酸雨呈加重趋势。近一年多来，燃煤电厂大气污染物“超低排放”已成热点话题。

本文以实际项目为例，对高效脱硫除尘技术原理进行讲解。分析为达到这些严格的排放要求所对火力发电厂烟气高效烟气脱硫所采取的改造措施。

1、电厂烟气脱硫改造案列脱硫装置概况

某电厂二期建设规模为2×300MW亚临界机组，配置2台1053t/h自然循环锅炉。脱硫系统入口烟气量1115032m3/h（标态、湿基、实际O2），原烟气SO2浓度按4500mg/Nm3（标态、干基，6%O2,以下未特殊说明均指代此状态），粉尘按50mg/Nm3；脱硫系统出口SO2排放浓度不大于135mg/Nm3，粉尘浓度不大于30mg/Nm3。

本次改造范围主要集中在吸收区，按实现以下两项排放指标进行设计：脱硫出口SO2排放浓度不大于35mg/Nm3，脱硫出口粉尘浓度不大于5mg/Nm3。

1.1改造技术方案概述

在传统的石灰石-石膏湿法脱硫工艺条件下，SO2排放浓度非常接近石灰石浆液吸收SO2的平衡浓度，如针对SO2排放浓度小于35mg/Nm3。

脱硫装置在进行脱硫同时，能协同脱除烟气中的粉尘和其它污染物，研究和实验表明，脱硫装置的粉尘脱除率与脱硫塔内喷嘴浆液的雾化粒径、液气比、空塔气速及入塔烟尘粒径等因素有关，这些参数与脱硫装置脱硫能力也有着密切相关，具体如下：

1.2深度脱硫技术原理

O2的吸收反应用如下方程式表示：

SO2+H2O<==>HSO3-+H+

当气相SO2向浆液传递的速率等于液相SO2穿过包围雾滴的表面的向气膜界面的传递速率，SO2吸收达到平衡状态，在气相（烟气中）总是存在一定的SO2不能完全被水吸收。

经过多年来试验和实际工程运行经验得出，采用石灰石-石膏脱硫法吸收SO2的气相平衡浓度为14.3mg/Nm3。

由于石灰石是一种中强碱弱酸盐（CaCO3），比较诸如NaOH、KOH等强碱吸收SO2来说，其形成的石灰石浆液PH不如强碱高，因此，以石灰石为吸收剂时，SO2的气相平衡浓度则较高，传统的石灰石-石膏法脱硫技术要实现深度脱硫是存在较大的困难，在原有技术的基础上，须采取提高气液传质效果、合理均布烟气等多项措施，才有可能实现脱硫装置的深度脱硫。

目前利用双托盘塔脱硫技术，可实现脱硫效率99%，这个数据也是目前单塔脱硫效率的最先进指标。

2、脱硫除尘改造方案

本项目设计入口浓度为4500mg/Nm3，按照单塔99%的脱硫效率计算，脱硫出口浓度应为45mg/Nm3，超出了设计方案拟定的排放指标。需要降低入口燃煤含硫量，使入口浓度将至3500mg/Nm3以下。或者提高脱硫出口浓度至50mg/Nm3。

2.1采用双托盘技术

双托盘在深度脱硫技术中的作用在前面已有论述，此处不再重复。增加一层托盘是达到深度脱硫改造的关键措施。

增设托盘需要以下考虑两点：

吸收塔进口烟道与最下喷淋层之间是否有足够的空间设置托盘；

增设托盘后，烟气在托盘处的阻力会增加，是否需要对烟气增压风机进行改造。

首先，托盘的安装要求：吸收塔进口烟道顶部与最下层喷淋层之间的最小距离≧2800mm，从吸收塔设备图纸中查得实际距离为1200mm，因此，现有吸收塔无足够的空间设置托盘，需要抬高~2m。

其次，增设托盘后，烟气在托盘处的阻力增加~600Pa。需根据风机的实际运行条件核实是否在现有风机的压头裕度范围内。

2.2更换喷嘴

与传统喷嘴相比，高性能双头喷嘴通过二次雾化增加了液滴与烟气接触的比表面积，强化了传质效果，在同等压力条件下使用高性能双头喷嘴可以提高脱硫效率。

本项目现有喷嘴采用的是空心锥喷嘴，为提高脱硫效率，建议将空心锥喷嘴更换为高性能双头喷嘴。本项目推荐采用高效的双头喷嘴，通过双头喷嘴的两个出口进行旋转撞击，降低浆液雾化粒径，增加覆盖率以达到深度脱硫的目的。

2.3增设烟气再分布装置

根据CFD模拟的结果，在烟气系统及吸收塔内存在烟气分布不均的部位设置导流板、增效环，以降低烟气泄漏对深度脱硫的影响。此措施前期已经部分实施，下一步需要根据新的配置进行调整。

2.4对现有除雾器区域的改善

本项目，吸收塔除雾器出口液滴携带量设计值为40mg/Nm³，并设置有一级烟道除雾器。如需要控制粉尘排放浓度进一步降低，建议将塔内除雾器更换为进口的产品，要求吸收塔出口雾滴浓度降至20mg/Nm³。

对于以上高性能除雾器，其性能可以通过以下措施保证：

除雾器的前后冲洗频率需要保证，停炉检查时叶片表面应无结垢或沉积现象。

除雾器冲洗所产生的水收集起来，设置专门的收集及处理系统。

除雾器冲洗水使用的水源含固量要求尽可能低。

2.5吸收塔循环泵作相应改造

由于双托盘的改造，吸收塔循环泵需要新增一台最高扬程泵，其余三台换位安装，以保证喷淋层的扬程需求。

2.6流场模拟技术的配合

采用流场模拟技术，优化设计。如条件允许，可做冷态实物模型参比。

2.7制造、安装控制要求

由于本项目为改造项目，可采取的改造措施有限，所以需要对各个环节提出较高的精度要求。关键设备的施工单位需要加强控制，这也将带来较高的项目成本及工程周期。

3、主要设备供货周期及施工工期

3..1主要设备供货周期

3.2停炉施工工期

考虑到本项目两台机组已经建成完成，因脱硫改造造成机组停炉工期必须考虑。

根据本次脱硫装置除尘提效改造内容，考虑制造、安装等环节的精度控制需求，初步估算停炉改造工期需要45天。主要设备可在前期做好安装准备。

结语

为实现脱硫出口SO2排放浓度不大于35mg/Nm3，脱硫出口粉尘浓度不大于5mg/Nm3的超低排放目标。需要优化燃煤煤质条件（入口SO2浓度降至3500mg/Nm3以下），优化石灰石品质（粒径及活性要求），同时需要完成上文述及的改造内容。

参考文献：

[1]陶伟强,韩富春;国内外燃煤电厂脱硫技术的综述[J];电力学报;2001年03期

[2]王斌斌;仇性启;;烟气脱硫技术研究现状与进展[J];通用机械;2006年05期

[3]张基伟;国外燃煤电厂烟气脱硫技术综述[J];中国电力;1999年07期

[4]孔华;石灰石湿法烟气脱硫技术的试验和理论研究[D];浙江大学;2001年

[5]林永明;大型石灰石—石膏湿法喷淋脱硫技术研究及工程应用[D];浙江大学;2006年

[6]公司内部资料