火力发电厂脱硫超低排放改造技术探讨刘华桥--中国期刊网

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火力发电厂脱硫超低排放改造技术探讨刘华桥

发表时间：2020/12/24 来源：《基层建设》2020年第24期作者：刘华桥

[导读] 摘要：作为减少空气污染和节能减排的重要行业，火力发电厂面临着更大的环境保护压力，超低排放技术的逐步改进和有效应用为火电厂提供了保护环境的机会。

        武汉武锅能源工程有限公司湖北武汉 430000
        摘要：作为减少空气污染和节能减排的重要行业，火力发电厂面临着更大的环境保护压力，超低排放技术的逐步改进和有效应用为火电厂提供了保护环境的机会。但是，技术创新难度很大，因此存在很大的改善技术的空间。火电厂需要加强对超低排放技术的应用管理，并加强对超低排放技术的研究、应用和创新，以更好地适应其环保需求。
        关键词：火力发电厂；脱硫；超低排放；改造技术
        1火电厂污染物排放标准发展趋势
        2016年1月15日，环境保护部、国家发展改革委、国家能源局联合召开加快推进全国煤电超低排放和节能改造动员大会，部署煤电超低排放和节能改造工作。今年是该行动计划的预计完成年，我国85%以上的燃煤电厂实施了超低排放改造并达到了排放浓度的要求。当前，国家市场监督管理总局对《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）等11项环保强制性国标拟立项修订征求意见，在“十三五”的最后一年，我国的大气污染排放标准将从行业、区域全面制定的严格要求。在国际上，如表1所示，中国火电厂烟气排放标准相比欧盟、美国、日本要更严格。未来，我国针对燃煤电厂污染物控制提出了中长远的控制目标，随之而来的会提出“近零排放”。其中，国际能源署根据当前的技术发展情况制定到2030年的目标为烟尘≤1mg/Nm3、SO2≤10mg/Nm3、NOx≤10mg/Nm3。以后还会增加SO3、汞、VOC的排放限值要求，俗称“老三样”和“新三样”。

        2脱硫技术概述
        国内火力发电厂脱硫技术经过多年发展之后，它主要分为单塔双循环技术、双塔双循环技术、单塔多喷淋技术等。（1）单塔双循环技术：首先将要处理的烟气通过脱硫吸收塔进行循环，并通过预吸收去除HF、粉尘和部分SO2，并调节预循环浆料的pH，达到控制脱硫的目的；循环处理后的废气进入废气处理设备，继续二次循环，与石灰石反应，进一步提高循环浆液的pH。（2）双塔双循环技术：主要设备是脱硫塔，与逆流喷雾吸收塔循环浆料罐通过管道连接，双塔内的pH受到差分控制。双塔双循环技术可根据原有脱硫设备进行改造，节省资金。但是，双塔和双循环技术有特定的现场要求。上述两种双循环脱硫技术的脱硫效率可达到约98％。（3）双托盘脱硫技术：主要采用两层塔板，要处理的废气由于塔板的阻力而与塔截面中的浆料充分接触，并进行反应以确保高脱硫效率，但是有着高能耗的缺点。（4）单塔多喷淋技术：主要是增加喷淋层数或增加喷淋密度，以增加吸收塔的液气比，增加液气接触面积，提高脱硫效率和能耗。该技术也是有着能耗大的缺点。
        3火力发电厂脱硫超低排放改造技术探讨
        3.1基本情况概述
        某发电厂具备2×660MW超超临界燃煤空冷机组，配置有2×1960t/h超临界煤粉炉。该发电厂的供热能力可以达到800MW，其年发电量可达33亿千瓦时。目前，采用的脱硝工艺主要是选择性催化还原法(SCR)工艺，主要采用液氨作为还原剂，及TiO2蜂窝式催化剂。改造之前，该电厂烟气脱硫使用的是1炉1塔方式，烟气自引风机出口直接进入吸收塔。脱硫后，烟气中的水蒸气经过塔顶的除雾器后进入锅炉烟囱，最后进入大气中。烟气脱硫吸收塔有一个喷淋空塔，吸收塔底部布置有浆液池，在塔体的上部设置有四层喷淋层，烟气经过吸收塔在内部进行脱硫反应，脱硫效率大于95%。全厂锅炉的脱硫系统共用石灰石制浆系统、石膏脱水系统和脱硫废水处理三个系统，且以上三个系统与机组脱硫工程同时建造完成。
        3.2脱硫装置改造情况
        3.2.1吸收塔
        吸收塔改造的主要工作内容如下：首先将旋汇耦合装置安装到喷淋层底层至距其4米处的入口与烟道顶面之间，目的主要是为了使入口烟气均匀流动并同时又能产生可控的烟气湍流，从而大大增加入口烟气与吸入浆液的可连续接触面积，避免由于烟气流动出现偏流短路的一处现象。以吸收塔原有烟道为高效旋汇耦合装置的入口，分批次对湍流子进行吊装。其次通过改频的方式对浆液循环泵进行改进。该电厂吸收塔内部设置了4×7700m³/h的大型浆液循环泵，各塔内均分别建有四层喷淋层。为达到节能减排的目的，现对塔内原有的四层喷淋层中的第三台浆液循环泵进行变频系统改造。将喷淋层分成若干个管径大小一致的支管。当循环泵变频连续运行时，为有效保证雾化压头，应同时关断若干间隔支管。根据上述技术需求，发现需要将第三层喷淋层的支管调整为8根，并分别为他们设置电动门和冲洗装置，便于相互之间进行切换，并对旧的喷淋层及喷嘴进行更新。最后为降低系统的电耗，在烟气排放浓度不超标的条件下，可使用降低浆液循环量的方法实现。该调节手段的核心是减少喷淋量。具体方法主要是为单个喷淋层设置多个支管，在喷淋雾化压头不受影响的情况下，关断间隔的多个支管。加装了旋汇耦合器后，依据实际运行状况，只需运行一层半喷淋就可以达到预期脱硫效果，并可实现节能的效果。将管束式除尘除雾器安装在吸收塔内喷淋层顶层上方，根据不同的工况条件，对喷雾阻力进行调节。完成新型旋汇耦合器的加装后，其出口的烟尘排放浓度已小于25mg/Nm³，因此管束除尘器只需要将烟尘浓度从25mg/Nm³降至10mg/Nm³以下即可。技术改进完成后整个吸收塔系统阻力可增加为700Pa。应注意需在吸收塔的顶部需要开一个5米的圆形孔洞，主要用于后期安装管束式除尘除雾器和除雾器的日常维护检修，而在日常运行时该孔洞必须用盲板进行安全封堵。改造完成后，吸收塔的直径及高度均未发生明显变化。
        3.2.2高效旋汇耦合装置
        在吸收塔的内部安装高效旋汇耦合装置，可提高湍流器的均气效果和湍流作用，避免烟气偏流和短路现象的出现。安装工作完成以后，脱硫塔效率有了较大幅度提升，并大大提高了脱硫吸收塔对不同类型煤种的适应性。
        3.2.3浆液循环泵
        在上述基础上，又对电厂原有的四台循环泵系统进行了翻新改造。为了有效减少塔内喷淋区和烟气沿塔壁的烟气逃逸，提高喷淋区域的烟气覆盖率，首先为烟气循环泵A增加一台变频器，并更换塔内现有的喷淋层及其他喷嘴。用200个流量为40m³/h的碳化硅节能高效型喷嘴取代现有的喷嘴型式。经校验，现有氧化风机的压力和风量能够满足本次技改的需要，将继续使用。
        3.2.4脱硫塔内除尘改造
        1.将吸收塔内原有的除雾器替换为管束式除尘除雾器。并在吸收塔顶部喷淋层的上部安装管束式除尘除雾器，烟气可依次穿过下部的喷淋层和上部的管束式除尘除雾器，进而有效实现浆液中的雾滴清理。2.为有效清除大量附着在排气管壁上的尘粒，需将冲洗喷嘴直接安装在管束式除尘除雾器的内部。3.可通过对管束式除尘除雾器冲洗系统的间断自动控制，完善技术改造，进而达到无结垢的除尘效果。
        3.3改造后的结果
        在经过技术改造后，排放烟气中二氧化硫、氮氧化物、烟尘的排放浓度均能满足《环发〔2015〕164号》文件中要求的标准值：2018年二氧化硫年平均排放浓度为14.56mg/m³。经统计发电机组改造后二氧化硫年排放量削减率为30.06%。该电厂技术改造时，使用在线监测数据对机组运行情况进行监测，实时反映污染物治理设施工艺改造效果，及时掌握设备运行状态并随时评估进一步改造的潜力。改造过程的数据为进一步优化各污染物治理设施实现近零排放奠定基础。
        4结束语
        总体而言，火力发电是我国一次能源消耗及污染物排放大户，也是大气污染物的主要来源之一，其中二氧化硫、氮氧化物排放量占45%以上，另外，火电厂燃烧煤炭产生的粉尘占总排放量的40%以上，粉尘中包含煤灰、硫酸钙、亚硫酸钙、硫酸铵等物质是造成灰霾天气主要原因。超低排放技术是平衡环境、经济和能源的关键，在现阶段，有必要加强技术研发，增加资金投入，加大科研人员的研究力度。加强火力发电厂火力发电中脱硫的研究，降低火力发电成本，提高火力发电效率，全面改善环境质量。
        参考文献
        [1]周青生.火电厂超低排放改造及脱硫CFD技术应用[J].节能与环保,2019(5):94-95.
        [2]王志轩,潘荔,刘志强,等.中国煤电清洁发展现状及展望[J].电力科技与环保,2018,(1).1-8.