“203”超低脫硫協(xié)同除塵新技術(shù)應(yīng)用

葉萌，陸大銀，何永勝

(上海龍凈環(huán)?？萍脊こ逃邢薰荆虾?200331)

“203”超低脫硫協(xié)同除塵新技術(shù)應(yīng)用

葉萌，陸大銀，何永勝

(上海龍凈環(huán)?？萍脊こ逃邢薰荆虾?200331)

通過某電廠2×300 MW燃煤機(jī)組超低排放改造項(xiàng)目的實(shí)踐，對“203”超低脫硫除塵技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。該技術(shù)以“單塔雙區(qū)”為核心，即在吸收塔漿池內(nèi)形成兩個(gè)pH值分區(qū)，兼顧SO2吸收以及石膏氧化過程，配合優(yōu)化噴淋區(qū)域、增設(shè)多孔性分布器及均勻流場等措施，達(dá)到高效脫硫協(xié)同除塵的目的。某電廠采用該技術(shù)改造后的投運(yùn)結(jié)果顯示，機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)采用單塔即可達(dá)到99.6%以上的脫硫效率，在不加裝濕式除塵器的條件下，F(xiàn)GD出口粉塵能夠穩(wěn)定地控制在3 mg/Nm3以內(nèi)，優(yōu)于最新環(huán)保要求，兩臺(tái)機(jī)組每年可向大氣減排SO268 315 t、粉塵812.5 t。

單塔雙區(qū)；高效；脫硫；協(xié)同除塵；強(qiáng)化措施

國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部和國家能源局于2014年9月12日聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)〈煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)〉的通知》[1]，要求穩(wěn)步推進(jìn)東部地區(qū)現(xiàn)役300 MW及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組和有條件的300 MW以下公用燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)施大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的環(huán)保改造要求。

面對日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，選用何種脫硫除塵技術(shù)方案至關(guān)重要。新近推出的“203”超低脫硫協(xié)同除塵技術(shù)以“單塔雙區(qū)”[2]為核心，采用一個(gè)吸收塔對煙氣進(jìn)行處理，同時(shí)達(dá)到高效脫硫及高效除塵的目的。本文結(jié)合某電廠2×300 MW燃煤機(jī)組超低排放改造項(xiàng)目，通過介紹具體改造方案和運(yùn)行效果，對該技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 項(xiàng)目概況

某電廠2×300 MW亞臨界凝汽式機(jī)組于2007年建設(shè)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，采用典型空塔噴淋技術(shù)。原設(shè)計(jì)情況為吸收塔直徑13.6 m，漿池容積1395 m3，每塔設(shè)置3層噴淋層、3臺(tái)側(cè)進(jìn)式攪拌器、兩級(jí)除霧器，兩機(jī)組共用制漿、脫水及工藝水等系統(tǒng)。其脫硫效率不小于95%，吸收塔出口SO2含量小于191 mg/Nm3。

為響應(yīng)能源局電力處下發(fā)的《關(guān)于燃煤電廠煙氣超低排放電量獎(jiǎng)勵(lì)的通知(征詢意見稿)》的要求，同時(shí)考慮到建設(shè)的前瞻性，該電廠在2015年開始對原脫硫裝置進(jìn)行脫硫、除塵同步提效改造。改造要求包括沿用原石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，燃煤硫分設(shè)計(jì)值為1.5%，對應(yīng)FGD入口SO2濃度不變，仍為3814 mg/Nm3(標(biāo)況、干基、6%O2)，出口SO2濃度要降為30 mg/Nm3(標(biāo)況、干基、6%O2)，脫硫效率大于99.21%；入口粉塵濃度為32 mg/Nm3(標(biāo)況、干基、6%O2)時(shí)，固態(tài)顆粒物排放濃度要小于4.5mg/Nm3(標(biāo)況、干基、6%O2)。

2 提效改造技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)條件及參數(shù)

(1)吸收塔入口煙氣量為1 310 445.00 Nm3/h(標(biāo)況、濕基、實(shí)際氧量)；

(2)吸收塔入口煙氣溫度為132.8℃；

(3)吸收塔入口SO2濃度為3814 mg/Nm3(標(biāo)況、干基、6%O2)；

(4)吸收塔漿池容積為1395 m3，在漿池內(nèi)設(shè)置分區(qū)調(diào)節(jié)器；

(5)每塔增設(shè)一層噴淋層，共四層，在噴淋層下方設(shè)置雙層多孔性分布器。其中3臺(tái)循環(huán)泵利用原設(shè)備，流量均為6000 m3/h，新增循環(huán)泵流量為6400 m3/h；

(6)每塔設(shè)置2臺(tái)單級(jí)離心式氧化風(fēng)機(jī)，一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用，每臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)流量為10 000 Nm3/h(標(biāo)況、濕基)；

(7)原兩級(jí)除霧器改造為三級(jí)高效屋脊式除霧器+一級(jí)管式除霧器，出口液滴含量小于15 mg/Nm3(干基)。

2.2 高效脫硫措施

(1)漿池設(shè)置分區(qū)調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)單塔雙區(qū)結(jié)構(gòu)。本工程在原有吸收塔漿池部分增設(shè)分區(qū)調(diào)節(jié)器和氧化空氣管網(wǎng)，型式如圖1所示，噴淋層噴出的漿液向下流動(dòng)，流經(jīng)分區(qū)調(diào)節(jié)器時(shí)產(chǎn)生文丘里效應(yīng)，局部流速增大從而壓制下部漿液返混，上部漿液pH值維持在5.3左右，而下部漿液pH值可達(dá)到6.1左右，實(shí)現(xiàn)“單塔雙區(qū)”的運(yùn)行目的。兩個(gè)區(qū)域pH值差值最大能達(dá)到0.8，吸收塔的吸收能力可達(dá)到6倍提升。同時(shí)，低pH區(qū)有利于氧化，石膏純度得到提高。

圖1 分區(qū)調(diào)節(jié)器及氧化空氣管道布置圖Fig.1 The layout of district isolators and oxidation air pipes

(2)塔內(nèi)噴淋區(qū)域優(yōu)化配置，增強(qiáng)覆蓋效果。噴淋區(qū)域的漿液覆蓋率是實(shí)現(xiàn)高脫硫效率的重要手段。本工程拆除原有噴淋層重新優(yōu)化，更換3層并新增1層噴淋層，每層噴淋覆蓋率提高到330%以上，噴嘴流量降至38.96 m3/h，覆蓋率提升34.7%，通過4層噴淋覆蓋疊加，保證煙氣在塔內(nèi)橫截面上得到充分洗滌。針對上部噴淋層、噴淋中心區(qū)域和塔壁四周不同區(qū)域，分別選單向中空錐形、雙向中空錐形、單向?qū)嵭腻F形噴嘴配合使用，達(dá)到增強(qiáng)漿液覆蓋、減少煙塵攜帶、減輕塔壁沖刷的效果。此外，在每層噴淋層下方的適當(dāng)位置設(shè)置提效環(huán)[3-4]，可強(qiáng)制煙氣向噴淋覆蓋率高的吸收塔中心區(qū)域流動(dòng)，避免煙氣從塔壁處逃逸，從而提高脫硫效率。

2.3 高效除塵措施

(1)增設(shè)雙層多孔性分布器。根據(jù)噴淋塔除塵機(jī)理分析結(jié)果[5]，在噴淋層下方設(shè)置合金材質(zhì)的多孔性分布器是提高吸收塔除塵效率的重要手段。噴嘴噴出的漿液落到具有一定開孔率的多孔性分布器上，在分布器上形成約30 mm厚的持液層，含塵煙氣中部分大粒徑的粉塵被篩孔流下來的液滴捕獲，其余微細(xì)粉塵由高速煙氣攜帶進(jìn)入多孔性分布器上部的持液層，形成鼓泡效應(yīng)，粉塵在不斷擴(kuò)散和轉(zhuǎn)向的過程中與漿液的接觸機(jī)會(huì)大大增加，漿液對煙氣的洗滌吸收能力進(jìn)一步加強(qiáng)，煙氣得到深度凈化。同時(shí)，多孔性分布器還能起到使煙氣均布的效果，煙氣進(jìn)入吸收塔后偏流較為嚴(yán)重，經(jīng)過多孔性分布器后被強(qiáng)制均布，流場得到較大改善。針對本工程高效除塵的要求，拆除原吸收塔噴淋層下方的湍流器，設(shè)置雙層多孔性分布器，上層多孔性分布器開孔均勻，開孔率為31.8%，下層多孔性分布器的開孔率根據(jù)煙氣進(jìn)入吸收塔內(nèi)流場分布做了差異化處理，入口側(cè)開孔率為33.1%，其對側(cè)開孔率為30.5%。

(2)改善塔內(nèi)流場。吸收塔內(nèi)流場均布效果對脫硫、除塵、除霧效果都有重要影響。本工程利用多層噴淋層疊加覆蓋及優(yōu)化噴淋層噴嘴布置、設(shè)置雙層多孔性分布器、加高吸收塔、使除霧器前后保證3.4 m和2 m直段等措施提高流場均勻性。此外，原吸收塔錐頂?shù)膫?cè)出方式改進(jìn)為側(cè)頂出，改善了吸收塔出口煙氣流場。通過CFD模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)對塔內(nèi)流動(dòng)均布的要求[6]，對脫硫吸收塔進(jìn)行模擬分析。

圖2為本工程改造前后吸收塔模型。改造前吸收塔入口上方設(shè)置蜂窩結(jié)構(gòu)的旋匯耦合器，三層噴淋層。本次改造拆除旋匯耦合器，在噴淋層下方設(shè)置雙層多孔性分布器，并增加一層噴淋層。圖3為改造前

后底層噴淋層斷面速度分布圖。從圖3中可以看出，改造前吸收塔入口偏流導(dǎo)致噴淋層斷面速度分布明顯不均勻，遠(yuǎn)離吸收塔入口一側(cè)的煙氣流速更低。改造后塔內(nèi)增設(shè)的孔徑為35 mm的多孔性分布器，對流場均勻性具有明顯作用，另外噴淋層數(shù)的增多也對流場起到了改善作用。模擬結(jié)果顯示，本工程改造后的速度離散偏差不大于0.2。

圖2 吸收塔改造前后模型Fig.2 Absorber model before and after renovation

圖3 改造前后底層噴淋層斷面速度分布圖Fig.3 Velocity distribution of bottom spray layer before and after renovation

(3)原煙道設(shè)置噴霧系統(tǒng)。研究表明[7]，對于濕法脫硫系統(tǒng)，煙塵粒徑越大相對應(yīng)的煙塵去除效率越高，1 μm以下煙塵綜合洗滌脫除率較低，低于40%，3 μm及以上煙塵綜合洗滌脫除率較高，可達(dá)90%以上，5 μm以上煙塵基本上可100%脫除。本工程在吸收塔入口前的原煙道上增設(shè)噴霧系統(tǒng)，可以對進(jìn)入吸收塔的原煙氣進(jìn)行加濕，水霧顆粒通過碰撞使大粒徑的粉塵濕潤，附聚而沉降下來，達(dá)到降塵效果。對于粒徑很小的粉塵，也可以起到使粉塵顆粒增大的作用，從而提高吸收塔的除塵效率，為濕法脫硫煙塵超低排放制造有利條件。具體措施為：從除霧器沖洗水泵出口引一路水源接入原煙道內(nèi)，選擇流量小、壓力高的合金噴嘴在煙道內(nèi)產(chǎn)生霧化效果，且避免對系統(tǒng)水平衡造成影響。

(4)塔內(nèi)除霧器升級(jí)改造。除霧器攜帶液滴是出口煙塵重要組成部分，因此選用超低攜液量除霧器是控制吸收塔出口粉塵濃度的重要手段。本工程將原有兩級(jí)除霧器更換為三級(jí)高效屋脊式除霧器+一級(jí)管式除霧器，改造后吸收塔出口煙氣液滴含量降至15 mg/Nm3。為確保煙氣中攜帶的小粒徑粉塵能夠最大限度地被除霧器捕捉，在第二級(jí)除霧器上方增加一級(jí)加濕增效裝置。煙氣經(jīng)過前兩級(jí)除霧器后，其攜帶的大部分液滴已經(jīng)被去除，但粒徑很小的液滴與除霧器碰撞達(dá)不到慣性分離的要求，煙氣中微小顆粒及水霧經(jīng)加濕后粒徑增大，再與第三級(jí)除霧器碰撞分離，從而排出潔凈的煙氣。

2.4 空塔流速對脫硫除塵效果的影響

在煙氣量一定的條件下，煙氣在吸收塔內(nèi)的停留時(shí)間與空塔流速成反比，即空塔流速越低，吸收劑與煙氣接觸的時(shí)間越長，反應(yīng)進(jìn)行得越完全，脫硫效果越好[8]。同時(shí)，煙氣流速低有利于煙氣中凝并的顆粒物沉降，煙塵不易被氣流攜帶，從吸收塔噴淋除塵方面來看，屬于有利條件。但吸收塔除霧器性能對空塔流速也有要求[9]，根據(jù)機(jī)械除霧器依靠慣性達(dá)到除霧目的的特性，如果流速適當(dāng)提高，氣液分離效果會(huì)更好，更有利于小粒徑霧滴的去除。本工程空塔流速為3.2 m/s，從實(shí)測結(jié)果來看，隨著煙氣負(fù)荷的增加，即流速增加，除塵效率有升高趨勢，即除霧器除霧性能對粉塵脫除效率有更明顯的影響。因此，空塔流速的選擇應(yīng)保證除霧器內(nèi)煙氣流速合適，但流速過高也會(huì)產(chǎn)生夾帶，可以在保證脫硫和除塵效率的前提下結(jié)合工程造價(jià)進(jìn)行選擇。

3 改造后運(yùn)行成果

本項(xiàng)目是采用“203”超低脫硫協(xié)同除塵技術(shù)最新投運(yùn)的項(xiàng)目之一，改造后的系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)異的脫硫除塵性能。圖4為改造后脫硫裝置進(jìn)出口SO2及粉塵在2016年1月1日至2月29日的檢測數(shù)據(jù)。在接近煙氣設(shè)計(jì)參數(shù)的條件下，脫硫效率能夠穩(wěn)定達(dá)到99.3%以上，甚至達(dá)到99.6%，F(xiàn)GD出口粉塵濃度可穩(wěn)定控制在3 mg/Nm3以內(nèi)。兩臺(tái)機(jī)組每年可向大氣減排SO268 315 t，粉塵812.5 t。

圖4 煙氣排放連續(xù)監(jiān)測日平均值Fig.4 Daily average of continuous monitoring on flue gas emissions

4 結(jié)論

通過某電廠超低排放改造的實(shí)踐證明，采用“203”超低脫硫協(xié)同除塵技術(shù)的FGD系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)99.5%以上的高脫硫效率和80%以上的除塵效率。目前，該技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)多個(gè)工程項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用，均能夠達(dá)到并優(yōu)于國家最新燃煤電廠發(fā)電機(jī)組超低排放要求，在煙氣深度凈化方面具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

[1] 國家發(fā)展改革委, 環(huán)境保護(hù)部, 國家能源局. 煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)[Z]. 2014.

[2] 何永勝, 高繼賢, 陳澤民, 等. 單塔雙區(qū)濕法高效脫硫技術(shù)應(yīng)用[J]. 環(huán)境影響評價(jià), 2015, 37 (5): 52- 56.

[3] 高繼賢, 李靜, 閻冬, 等. 一種高效脫硫凈化的提效環(huán)及塔內(nèi)提效結(jié)構(gòu):中國, ZL201420692845.7[P]. 2015-03-25

[4] 高繼賢, 范志國, 閻冬, 等. 一種脫硫增效裝置: 中國, ZL20140222386.6[P]. 2014-09-03.

[5] 岳煥玲, 原永濤, 宏哲. 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫噴淋塔除塵機(jī)理分析[J]. 電力環(huán)境保護(hù), 2006, 22 (6): 13- 15.

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[8] 陶愷, 崔益龍. 煙氣脫硫系統(tǒng)的吸收塔及停留時(shí)間[J]. 電力科技與環(huán)保, 2012, 28(4): 39- 40

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The Application of “203” New Ultra-low Desulfurizing and De-dusting Technology

YE Meng, LU Da-yin, HE Yong-sheng

(Shanghai Longking Environmental Protection Co., Ltd., Shanghai 200331, China)

The advantage of “203” new ultra-low desulfurizing and de-dusting technology was approved by one ultra-low emission renovation project. The core of this technology is “Single-Absorber-Two-Areas (SATA)”, supplied with the techniques of spray area optimization, additional double porous distributors and uniform flow field control. The technology was practiced in a power station, where only one absorber was applied and no wet dust collector was installed. The results indicated that the desulphurization efficiency could reach 99.6% in ultra-low emission renovation project, and the dust concentration in FGD exit was stabilized within 3 mg/Nm3. The two sets of units would be able to reduce 68 315 tons of SO2emission and 812.5 tons of dust emission per year.

SATA; high efficiency; desulfurization; de-dusting; strengthening measures

2016-06-22

葉萌(1980—)，女，河南洛陽人，高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向?yàn)榧{米磁性流體的流動(dòng)與能量傳遞，E-mail：yemeng@slep.net.cn

10.14068/j.ceia.2017.01.014

X51

A

2095-6444(2017)01-0057-04