單塔一體化技術(shù)在燃煤電站鍋爐煙氣超低排放上的運用

1、單塔一體化技術(shù)在燃煤電站鍋爐煙氣超低排放上的運用王永紅 沈 雷（北京清新環(huán)境技術(shù)股份有限公司 北京 100142）摘要：新標(biāo)準(zhǔn)的制定和超低排放迫使燃煤電站必須選擇經(jīng)濟可靠的超低排放技術(shù)路線，本文介紹了清新環(huán)境自主研發(fā)的單塔一體化技術(shù)的工藝原理及技術(shù)特點，并針對三個電廠的改造情況和運行效果進行了介紹，表明該技術(shù)能夠適應(yīng)各種機組的超低排放技術(shù)改造，也為新機組的脫硫系統(tǒng)的設(shè)計選型提供參考。關(guān)鍵詞：單塔 一體化 超低排放 脫硫 除塵隨著我國火電廠大氣污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-2011）的頒布實施，幾乎所有的燃煤機組都安裝了脫硫裝置，對于重點地區(qū)要求按照二氧化硫50mg/Nm3，氮氧化物100m

2、g/Nm3，煙塵20mg/Nm3執(zhí)行1。由于2013年年底開始爆發(fā)的全國性霧霾，國家要求進一步降低電力行業(yè)污染物排放水平，煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（20142020年）（發(fā)改能源20142093號文）要求火電機組有條件的執(zhí)行燃機排放標(biāo)準(zhǔn)（也稱為超低排放標(biāo)準(zhǔn)），即污染物排放限值按照二氧化硫35mg/Nm3、氮氧化物50mg/Nm3，煙塵10mg/Nm3執(zhí)行，且大多數(shù)項目按煙塵5 mg/Nm3執(zhí)行，因此現(xiàn)有燃煤機組的環(huán)保設(shè)施還需要進一步改造優(yōu)化。由于NOx的控制主要依靠鍋爐本體范圍的低NOx燃燒技術(shù)和SCR技術(shù)，所以國內(nèi)超低排放的技術(shù)路線一般都按脫硫除塵的工藝進行分類，高效脫硫技術(shù)包括雙塔雙

3、循環(huán)、單塔雙循環(huán)、雙托盤和旋匯耦合脫硫技術(shù)，而除塵的工藝包括前端的低低溫除塵、濕式靜電除塵和管束式除塵除霧裝置。超低排放的技術(shù)路線集成了高效脫硫和高效除塵技術(shù)，各公司都提出了自己的技術(shù)路線，但需要從減排效果和節(jié)能降耗兩方面綜合考慮，同時還要兼顧到系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、改造難易程度和投資費用等方面進行全面評估。本文將針對清新環(huán)境的單塔一體化超低排放技術(shù)（簡稱SPC-3D技術(shù)）及其運用情況進行介紹和分析。1 單塔一體化技術(shù)介紹SPC-3D脫硫除塵深度凈化技術(shù)由清新環(huán)境自主研發(fā)，在一個塔內(nèi)實現(xiàn)了以較低能耗完成燃煤煙氣SO2和粉塵的超低排放。該一體化技術(shù)集成了旋匯耦合技術(shù)、高效噴淋技術(shù)和離心式管束除塵除霧

4、技術(shù)，對于脫硫和除塵的脫除效果是相互耦合和疊加的，優(yōu)化的設(shè)計組合保證了最終污染物的超低排放。圖1是單塔一體化技術(shù)集成示意圖，煙氣通過旋匯耦合裝置與漿液產(chǎn)生可控湍流空間，提高氣液固三相傳質(zhì)速率，完成一級脫硫除塵，同時實現(xiàn)了快速降溫及流場均布；煙氣繼續(xù)經(jīng)過高效噴淋系統(tǒng)，實現(xiàn)SO2的深度脫除及粉塵的二次脫除；煙氣進入管束式除塵除霧裝置，在旋流分離器產(chǎn)生的高速離心力作用下，霧滴與粉塵向筒體壁面運動，在運動過程中相互碰撞、凝聚成較大的液滴，液滴被拋向筒體內(nèi)壁表面，被壁面附著的液膜層捕獲，實現(xiàn)粉塵和霧滴的深度脫除。在分離器之間設(shè)置導(dǎo)流環(huán)，提升氣流的離心運動速度，并維持合適的氣流分布狀態(tài)，以控制液膜厚度，控

5、制氣流的出口狀態(tài)，防止液滴的二次夾帶。塔內(nèi)的核心部件湍流器、噴淋系統(tǒng)和管束除塵裝置如圖2所示。圖1 單塔一體化技術(shù)集成系統(tǒng)(a) 模塊化湍流器(b) 噴淋裝置(c) 離心式管束單體圖2 單塔內(nèi)核心部件通過多年的實踐和運行效果表明，SPC-3D技術(shù)具有如下特點：1）脫硫效率高、除塵效率高吸收塔入口SO2濃度在150012000mg/Nm3時，脫硫效率高達99-99.8%；吸收塔入口煙塵濃度在30-50mg/Nm3時，出口煙塵濃度5mg/Nm3，凈煙氣霧滴含量20mg/Nm3。2）改造工期短、工程量小可利用原有吸收塔改造，不改變吸收塔外部結(jié)構(gòu)。布置簡潔，工程量小，改造工期為2040天。3）投資低、

6、運行費用低該技術(shù)改造吸收塔內(nèi)構(gòu)件，實現(xiàn)脫硫除塵一體化，投資比常規(guī)技術(shù)低3050%。且離心管束式除塵器不耗電，阻力與除霧器相當(dāng)，運行費用是常規(guī)技術(shù)的15%30%。4）系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性高對煙氣污染物含量和負荷波動適應(yīng)性強，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡單，可靠性高。目前已運行項目實現(xiàn)了投運率100%。SPC-3D單塔一體化脫硫除塵深度凈化技術(shù)因其投資少、占地小、改造工期短、脫硫效率高、除塵效率高等優(yōu)勢，是工業(yè)煙氣脫硫除塵的優(yōu)選技術(shù)。2 SPC-3D技術(shù)在300MW機組上的運用2.1 項目概況山西某熱電廠為2×320MW供熱發(fā)電機組，脫硫裝置為石灰石-石膏濕法，按一爐一塔，增壓風(fēng)機與引風(fēng)機合并設(shè)

7、置，無GGH，吸收塔內(nèi)安裝旋匯耦合裝置。改造前，系統(tǒng)按煙氣進口SO2濃度3000mg/Nm3設(shè)計，出口SO2濃度的排放限值是200mg/Nm3，煙塵排放限值為30mg/Nm3。2014年8月，采用單塔一體化脫硫除塵深度凈化技術(shù)對#3機組脫硫系統(tǒng)進行了超低排放改造，2014年9月下旬完成改造并成功投運，表1為#3機組改造前后的煙氣參數(shù)。表1 改造前后煙氣參數(shù)項目單位原設(shè)計參數(shù)改造設(shè)計參數(shù)入口煙氣量Nm³/h10800001160000入口SO2mg/Nm³30003000入口塵mg/Nm³5030出口SO2mg/Nm³10035出口塵mg/Nm³

8、255煙氣溫度1181002.2 改造范圍（1）安裝管束式除塵除霧裝置拆除原有二級屋脊式除霧器，更換為管束式除塵除霧裝置，改造除霧器沖洗水系統(tǒng)用于管束式除塵除霧裝置的沖洗；（2）噴淋層改造 增加1層噴淋層和1臺循環(huán)泵，優(yōu)化原有噴淋系統(tǒng)；（3）旋匯耦合脫硫除塵裝置改造 拆除原有一代旋匯耦合脫硫除塵裝置，更換為二代旋匯耦合脫硫除塵裝置；2.3 運行效果2014年11月，由大同市環(huán)境監(jiān)測站、山西省環(huán)境監(jiān)測站、華北電科院分別對#3機組脫硫除塵性能進行了現(xiàn)場實測234。數(shù)據(jù)顯示，脫硫系統(tǒng)入口SO2濃度在15003000mg/Nm3，入口粉塵濃度在2035.5mg/Nm3時，吸收塔出口SO2濃度為1630

9、mg/Nm3，出口顆粒物濃度為24.1mg/Nm3。圖3圖9為2015.9.132015.9.19期間的實際運行DCS畫面。圖3為2015年9月13日2015年9月14日的#3脫硫的運行曲線，機組負荷范圍在208304MW，吸收塔入口煙氣SO2濃度21002700mg/Nm3，脫硫效率維持在99%左右，吸收塔出口煙氣SO2濃度2032mg/Nm3，吸收塔入口煙塵濃度2032mg/Nm3，吸收塔出口煙塵濃度24.1mg/Nm3。圖3 #3機組脫硫運行曲線（2015.9.13 2015.9.14）圖4為2015年9月14日2015年9月15日的#3脫硫的運行曲線，機組負荷范圍在160304MW，吸

10、收塔入口煙氣SO2濃度16502550mg/Nm3，脫硫效率維持在99%左右，吸收塔出口煙氣SO2濃度1032mg/Nm3，吸收塔入口煙塵濃度2428mg/Nm3，吸收塔出口煙塵濃度14mg/Nm3。圖4 #3機組脫硫運行曲線（2015.9.14 2015.9.15）圖5為2015年9月15日2015年9月16日的#3脫硫的運行曲線，機組負荷范圍在153297MW，吸收塔入口煙氣SO2濃度16802670mg/Nm3，脫硫效率維持在99%左右，吸收塔出口煙氣SO2濃度1030mg/Nm3，吸收塔入口煙塵濃度2036mg/Nm3，吸收塔出口煙塵濃度13mg/Nm3。圖5 #3機組脫硫運行曲線（2

11、015.9.15 2015.9.16）圖6為2015年9月16日2015年9月17日的#3脫硫的運行曲線，機組負荷范圍在170300MW，吸收塔入口煙氣SO2濃度18002640mg/Nm3，脫硫效率維持在99%左右，吸收塔出口煙氣SO2濃度1032mg/Nm3，吸收塔入口煙塵濃度2028mg/Nm3，吸收塔出口煙塵濃度1.24mg/Nm3。圖6 #3機組脫硫運行曲線（2015.9.16 2015.9.17）圖7為2015年9月17日2015年9月18日的#3脫硫的運行曲線，機組負荷范圍在153297MW，吸收塔入口煙氣SO2濃度16502640mg/Nm3，脫硫效率維持在99%左右，吸收塔出

12、口煙氣SO2濃度1032mg/Nm3，吸收塔入口煙塵濃度2234mg/Nm3，吸收塔出口煙塵濃度14mg/Nm3。圖7 #3機組脫硫運行曲線（2015.9.17 2015.9.18）圖8為2015年9月18日2015年9月19日的#3脫硫的運行曲線，機組負荷范圍在154295MW，吸收塔入口煙氣SO2濃度15002100mg/Nm3，脫硫效率維持在99%左右，吸收塔出口煙氣SO2濃度1032mg/Nm3，吸收塔入口煙塵濃度2234mg/Nm3，吸收塔出口煙塵濃度1.24mg/Nm3。圖8 #3機組脫硫運行曲線（2015.9.18 2015.9.19）3#機組達到超低排放后，脫硫系統(tǒng)節(jié)能改造效果

13、比較明顯，圖9為改造后2015年1、2、3月與2014同期的脫硫用電率對比，根據(jù)對比，改造前1季度的平均用電率為0.993%，改造后為1.037%，可見脫硫改造后的用電率基本不變。圖9 改造前后同期的脫硫用電率對比3 SPC-3D技術(shù)在600MW機組上的運用3.1 項目概況河南某電廠為2×630MW超臨界燃煤供熱機組，脫硫為石灰石石膏濕法工藝，按一爐一塔設(shè)計，無GGH，兩臺機組脫硫裝置分別于2006年7月18日、2006年10月5日通過168小時試運。FGD入口SO2濃度設(shè)計值為2564mg/Nm3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)，出口SO2濃度為120.5mg/Nm3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2

14、)，脫硫效率不小于95%。2013年進行了引增合一改造，增壓風(fēng)機已拆除。2015年4月，采用單塔一體化脫硫除塵深度凈化技術(shù)對#1機組脫硫系統(tǒng)進行了超低排放改造，2014年6月完成改造并成功投運，表2為#1機組改造前后的煙氣參數(shù)。表2 #1機組改造前后設(shè)計參數(shù)項目單位原設(shè)計參數(shù)改造設(shè)計參數(shù)入口煙氣量Nm³/h1985300（干基，6%O2）1985300（干基，6%O2）入口SO2mg/Nm³25642564入口塵mg/Nm³12040出口SO2mg/Nm³120.535出口塵mg/Nm³305出口霧滴mg/Nm³7530煙氣溫度125

15、1253.2 改造范圍（1）安裝管束式除塵除霧裝置拆除原有二級屋脊式除霧器，更換為管束式除塵除霧裝置，改造除霧器沖洗水系統(tǒng)用于管束式除塵除霧裝置的沖洗；（2）噴淋層及漿液循環(huán)泵改造 對原有4層噴淋層進行更換，循環(huán)泵利舊原有2臺、更換2臺；（3）新增旋匯耦合脫硫除塵裝置在入口煙道頂部與最下層噴淋層之間的位置安裝旋匯耦合脫硫除塵裝置；3.3 運行效果2015年7月28日8月2日，河南省電力公司電科院對#1機組脫硫改造后性能進行了試驗測試5，試驗分別選取了100%、75%、50%三個負荷段進行測試，試驗期間數(shù)據(jù)顯示，脫硫系統(tǒng)入口SO2濃度在12002500mg/Nm3，入口粉塵濃度在2550mg/N

16、m3時，吸收塔出口SO2濃度為1530mg/Nm3，出口顆粒物濃度為2.34.mg/Nm3。機組平日實際運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)見圖10。圖10 #1機組脫硫除塵運行曲線（2015.6.10 2015.6.19）4 SPC-3D技術(shù)在1000MW機組上的運用4.1 項目概況安徽某發(fā)電廠二期工程建設(shè)2×1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，同步配套建設(shè)2套石灰石石膏濕法煙氣脫硫工藝，按一爐一塔設(shè)計，不設(shè)置GGH。FGD入口SO2濃度設(shè)計值為2285mg/Nm3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)，吸收塔出口SO2濃度小于35mg/Nm3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)，脫硫效率不小于98.5%，吸收塔出口煙塵排放小于5

17、mg/Nm3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)的要求，設(shè)計條件如表3所示。表3 吸收塔入口煙氣參數(shù)名 稱單 位數(shù) 值備注 煙氣量Nm3/h3097958標(biāo)態(tài)，濕基，實際氧Nm3/h2783283標(biāo)態(tài)，干基，實際氧Nm3/h2953431標(biāo)態(tài)，干基，6%O2煙氣溫度88煙氣余熱利用裝置投運126.4煙氣余熱利用裝置切除污染物濃度SO2mg/Nm32285標(biāo)態(tài)，干基，1.4煙塵mg/Nm3504.2 設(shè)備配置脫硫系統(tǒng)采用單塔一體化脫硫除塵深度凈化技術(shù)，2015年5月建設(shè)完成并成功投運，脫硫核心系統(tǒng)的設(shè)備配置見表4：表4 吸收塔系統(tǒng)主要設(shè)備配置序號設(shè)備(部件)名稱技術(shù)規(guī)格單位數(shù)量#3爐#4爐1吸收塔吸收漿池直

18、徑：22 m，吸收區(qū)直徑：19.7 m，吸收塔高度：37.7 m，4層噴淋臺112漿液噴淋系統(tǒng)-高效旋匯耦合裝置直徑：19.7 m套11吸收塔1號循環(huán)泵型號：離心式，葉輪材質(zhì)：A49，流量：11000 m3/h，揚程：24.6 m（H2O），電機功率：1120 kW臺11吸收塔2號循環(huán)泵型號：離心式，葉輪材質(zhì)：A49，流量：11000 m3/h，揚程：26.7m（H2O），電機功率：1250 kW臺11吸收塔3號循環(huán)泵型號：離心式，葉輪材質(zhì)：A49，流量：11000 m3/h，揚程：28.8m（H2O），電機功率：1250 kW臺11吸收塔4號循環(huán)泵型號：離心式，葉輪材質(zhì)：A49，流量：11000 m3/h，揚程：28.8 m（H2O），電機功率：1250 kW臺113氧化風(fēng)機系統(tǒng)-氧化風(fēng)機（含潤滑系統(tǒng)和消聲器）型號：羅茨式，流量：110 m3/min，壓頭：84 kPa，電機功率：220 kW臺334高效除塵除霧裝置管束式除塵除霧器管束式，材料：高分子材料套114.3 運行效果2015年7月1日7月5日，東北電科院對#3機組脫硫系統(tǒng)性能進行了試驗測試6，試驗分別選取了80%、75%、50%三個負荷段進行測試，試驗期間數(shù)據(jù)顯示，脫硫系統(tǒng)入口SO2濃度在10501200mg/Nm3，入口粉塵濃度在1730mg/Nm3時，吸收塔出口SO2濃度小于10mg/Nm3，出口顆粒物濃度為