超低排放技術(shù)在中高硫煤電廠的應(yīng)用實(shí)例

　　摘要：本文介紹了山西三種引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)前沿，針對(duì)中高硫高塵的特點(diǎn)，采用不同方案實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)600MW機(jī)組的超低排放改造工程實(shí)例，脫硫效率高達(dá)99.5%.

　　關(guān)鍵詞：脫硫除塵一體化，高效漸變分級(jí)復(fù)合脫硫塔、單塔四區(qū)雙循環(huán)脫硫加峰窩式電除霧器技術(shù)、超潔凈排放。

　　根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局2014年9月12日下發(fā)的關(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)》的通知要求，各大電廠開(kāi)始了超低排放的改造工作。脫硝路線基本一致，但脫硫和除塵技術(shù)出現(xiàn)了不同的流派。S<1.5%全面實(shí)施單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)、托盤(pán)塔等多種高效脫硫技術(shù)，可以達(dá)到98%以上的脫硫效率，同時(shí)通過(guò)低低溫電除塵改造或加裝濕式電除塵器，對(duì)于燃煤硫分不高的項(xiàng)目，可以達(dá)到超低排放的要求,S>1.5%鮮有報(bào)道，需要99%以上的脫硫效率，更高的PM2.5脫除能力。

　　1單塔一體化脫硫除塵深度凈化技術(shù)

　　某國(guó)產(chǎn)燃煤亞臨界空冷發(fā)電機(jī)組(#1、#2機(jī)組)，超低改造前煙氣脫硫采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝。每臺(tái)爐設(shè)置一座吸收塔，全煙氣脫硫，增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)合并設(shè)置，吸收塔內(nèi)安裝旋匯耦合器，設(shè)四層噴淋。改造前系統(tǒng)按煙氣進(jìn)口含硫量7400mg/Nm³設(shè)計(jì)，脫硫效率≥95%。除塵采用雙室五電場(chǎng)，采用三相電源，除塵效率不低于99.83%。

　　1.1脫硫提效改造

　　原噴淋層主管，對(duì)噴淋層末端支管和各層噴嘴進(jìn)行改造，更換為高壓頭噴嘴;增加一層噴淋層及對(duì)應(yīng)增加一臺(tái)循環(huán)泵。新增循環(huán)泵采用變頻控制;

　　新增一臺(tái)高速離心氧化風(fēng)機(jī)，增加曝氣管采用主管側(cè)面開(kāi)孔、末端開(kāi)放式端口的形式(液體密封)，以避免擴(kuò)散管結(jié)垢，保證設(shè)備正常運(yùn)行。曝氣管的運(yùn)用可提高氧的利用率，降低設(shè)備運(yùn)行所需的動(dòng)力。

　　自清洗式氧化曝氣管系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：氧化空氣分布均勻，氧化性能高，保證石膏的生成效果和質(zhì)量;系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降小，方便檢修和清洗;能保證氧化反應(yīng)的徹底進(jìn)行;氧化空氣分布裝置設(shè)計(jì)獨(dú)特，具有自清洗功能，可有效防止分布管的堵塞。

　　1.2除塵改造(管式除霧器)

　　管式除霧器是除霧除塵設(shè)備，應(yīng)用于濕法脫硫塔飽和凈煙氣攜帶的霧滴和塵的脫除凈化。其工作原理是利用凝聚、捕悉和湮滅的原理，在煙氣高速湍流、劇烈混合、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，將煙氣中攜帶的霧滴和粉塵顆粒脫除。凝聚是指煙氣中夾雜的細(xì)小的液體顆粒相互之間碰撞而凝聚成較大的顆粒后沉降下來(lái);捕悉是指細(xì)小的液體顆粒跟隨氣體與湍流器中的持液層充分接觸后，被液體捕悉實(shí)現(xiàn)分離;湮滅是指細(xì)小的液體顆粒與被拋灑至湍流器的表面時(shí)，形成附著液膜從而在煙氣中脫離出來(lái);這三種運(yùn)動(dòng)過(guò)程同時(shí)將夾雜在液滴其中的塵除去。

　　旋流管式除塵器即是一種具有凝聚、捕悉、湮滅作用的裝置。首先，流經(jīng)除塵器的氣流高速湍動(dòng)，促進(jìn)煙氣中大量細(xì)小霧滴與塵顆粒的互相碰撞，凝聚為較大顆粒;其次，導(dǎo)流葉片形成的高速氣流，形成極高的切向速度，將液滴、細(xì)塵高速甩脫向壁面，與壁面的液膜接觸后被截留，實(shí)現(xiàn)捕悉分離;最后，高速旋轉(zhuǎn)的壁面液膜可保證同向運(yùn)動(dòng)的霧滴接觸后湮滅，不產(chǎn)生二次霧滴;為保證除塵效果，裝置內(nèi)設(shè)置了二層導(dǎo)流葉片，強(qiáng)化了湍流效果，延長(zhǎng)了氣體停留時(shí)間，提高了除塵器對(duì)粉塵顆粒的分離效果。

　　1.3技術(shù)特點(diǎn)

　　常規(guī)屋脊式除霧器由于捕捉原理的制約，無(wú)法捕悉粒徑小于15μm的細(xì)小液滴，而目前控制脫硫塔出口5mg/Nm³的塵排放濃度就是控制對(duì)細(xì)小粉塵和細(xì)小石膏漿液液滴的脫除。

　　管式除霧器的優(yōu)勢(shì)如下：布置于脫硫塔內(nèi)頂部，代替原除霧器，故初投資省，運(yùn)行費(fèi)用低;占用空間小，利于新建和改造項(xiàng)目的總平面布置;在現(xiàn)有吸收塔入口條件下，吸收塔除塵器出口粉塵排放濃度小于5mg/Nm3。運(yùn)行阻力低，除塵器運(yùn)行阻力≤350Pa。

　　此技術(shù)適合中高硫煤電廠，工期短，投資維護(hù)費(fèi)用低，具有節(jié)水效果，已有應(yīng)用實(shí)例。

　　2高效漸變分級(jí)復(fù)合脫硫塔

　　某國(guó)產(chǎn)燃煤超臨界空冷發(fā)電機(jī)組2×660MW機(jī)組工程脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝(WFGD)，在設(shè)計(jì)煤種含硫2.0%、不設(shè)增壓風(fēng)機(jī)，一爐一塔，吸收塔采用鋼制噴淋空塔吸收塔本體的內(nèi)表面采用玻璃鱗片防腐。每個(gè)吸收塔設(shè)2級(jí)除霧器,配有4臺(tái)循環(huán)泵、4層噴淋系統(tǒng)。并且為充分、迅速氧化吸收塔漿池內(nèi)的亞硫酸鈣，設(shè)置氧化空氣系統(tǒng)(每套FGD設(shè)2臺(tái)離心風(fēng)機(jī)，單臺(tái)為100%容量，1運(yùn)1備)。攪拌系統(tǒng)為1層6臺(tái)側(cè)進(jìn)式攪拌器，用于擴(kuò)散氧化空氣，使亞硫酸鈣得到充分氧化，并防止?jié){液中固體沉淀、結(jié)垢和堵塞。電除塵采用脈沖電源，四室五電場(chǎng)。

　　傳統(tǒng)石灰石-石膏法單塔脫硫，通過(guò)提高PH值而加大對(duì)SO2的吸收又難以保證SO32-的正常氧化。從吸收角度而言，為實(shí)現(xiàn)較低的排放濃度，必須加大吸收劑用量，而氣液傳質(zhì)推動(dòng)力隨著煙氣中SO2濃度降低而降低。在不改變平衡條件的情況下，加大漿液循環(huán)量，提高液氣比的效果極為有限。

　　2.1分級(jí)脫硫原理

　　原煙氣(高硫煤)進(jìn)過(guò)托盤(pán)均布煙氣的同時(shí)降低煙氣流速，氣液充分接觸，起到預(yù)脫硫的作用，進(jìn)過(guò)四層噴淋后(合適阻力、液氣比、較低PH)，脫除大部分的二氧化硫，經(jīng)過(guò)管式除霧器去除大液滴，低負(fù)荷二氧化硫經(jīng)過(guò)持液層新型高效傳質(zhì)內(nèi)件(低阻力、低液氣比、較高PH)，滿足二氧化硫濃度小于30mg/m3

　　的凈煙氣，(兼顧SO2脫除和SO32-氧化)。石灰石漿液通過(guò)72個(gè)噴嘴直接與煙氣接觸，噴入持液層，一部分漿液進(jìn)入吸收塔下部漿液池，在漿液池和持液層均設(shè)有氧化風(fēng)管網(wǎng)，保證連續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行。

　　2.2分級(jí)除塵原理

　　含塵煙氣通過(guò)托盤(pán)慣性力作用捕集大顆粒的粉塵()，在噴淋區(qū)煙氣與小液滴逆流接觸，慣性碰撞、攔截、擴(kuò)散、凝聚等作用捕集一部分粉塵，通過(guò)持液層鼓泡洗滌煙塵和霧滴，去除細(xì)顆粒粉塵、經(jīng)過(guò)水平煙道一套三級(jí)高性能煙道除霧器撞擊分離，捕集剩余的石膏液滴和細(xì)微粉塵，實(shí)現(xiàn)排放粉塵含量小于5mg/m3。

　　2.3技術(shù)特點(diǎn)

　　改造工期短，不新增占地，單塔脫硫效率高，除塵效率高，工程造價(jià)及電耗低運(yùn)行費(fèi)用均有明顯的優(yōu)勢(shì)。高效漸變復(fù)合脫硫塔在運(yùn)行節(jié)能中，實(shí)現(xiàn)了操作簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)手段靈活等優(yōu)勢(shì)。主要通過(guò)漿液循環(huán)泵的運(yùn)行流量，漿池漿液的PH值及持液層差壓、濃度、PH值來(lái)控制SO2排放濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)。吸收塔漿池漿液PH值5.0—5.63，保證漿液的最大脫硫效率;持液層漿液PH值維持5.8—6.0以上，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷及入口SO2濃度來(lái)調(diào)整持液層差壓，凈煙氣SO2濃度在排放限值內(nèi)，實(shí)現(xiàn)停運(yùn)漿液循環(huán)泵達(dá)到節(jié)能目的。

　　3單塔四區(qū)雙循環(huán)脫硫加峰窩式電除霧器技術(shù)

　　自引風(fēng)機(jī)來(lái)的全部煙氣先經(jīng)過(guò)電袋復(fù)合除塵器進(jìn)行除塵。電袋復(fù)合式除塵器是一種新型高效組合式除塵器。在電袋復(fù)合除塵器中，先由電場(chǎng)捕集煙氣中大部分粉塵，再由布袋收集剩余細(xì)微粉塵。電袋復(fù)合除塵器有機(jī)結(jié)合了電除塵器與布袋除塵器的除塵優(yōu)點(diǎn)，前級(jí)電場(chǎng)的預(yù)除塵作用和荷電作用為提高電袋復(fù)合除塵器的性能起到了重要作用。

　　電袋復(fù)合除塵器工作原理為：含塵煙氣從電除塵器的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下，帶電粉塵向收塵極沉積，通過(guò)電場(chǎng)的煙氣約有60～70%的粉塵被收集下來(lái)，然后煙氣通過(guò)電場(chǎng)出風(fēng)口，一部分煙氣經(jīng)多孔型板水平進(jìn)入袋除塵器中部和大部分煙氣轉(zhuǎn)向下部進(jìn)入袋除塵器底部并向上進(jìn)入濾袋每個(gè)室。煙氣進(jìn)入濾袋后粉塵被阻留在濾袋外表面，凈煙氣從清潔室再通過(guò)提升閥，從除塵器出口排出經(jīng)煙囪排放。當(dāng)濾袋表面積聚粉塵達(dá)到一定厚度，除塵器阻力增加，可啟動(dòng)脈沖噴吹系統(tǒng)，讓壓縮空氣氣流經(jīng)脈沖噴吹管?chē)娙霝V袋，使濾袋瞬間發(fā)生膨脹，使濾袋表面粉塵剝落到灰斗，達(dá)到清灰目的。

　　由于電袋復(fù)合式除塵器除塵效率不受粉塵的比電阻及粒徑影響，所以其主要技術(shù)特點(diǎn)是除塵效率高，煙氣經(jīng)電袋復(fù)合式除塵器除塵后煙塵濃度小于20mg/Nm3。

　　除塵后濃度小于20mg/Nm3原煙氣經(jīng)吸收塔中部進(jìn)入吸收塔，在單塔四區(qū)雙循環(huán)脫硫工藝下，原煙氣經(jīng)吸收塔洗滌后SO2濃度能夠降至35mg/Nm3以下，從而實(shí)現(xiàn)二氧化硫的超潔凈排放。

　　單塔四區(qū)雙循環(huán)脫硫工藝如下：將吸收塔漿池區(qū)通過(guò)池分離器分為“氧化區(qū)”和“結(jié)晶區(qū)”，將吸收塔SO2吸收區(qū)通過(guò)中置多孔性分布器分為“一級(jí)循環(huán)”和“二級(jí)循環(huán)”，形成漿液pH的分區(qū)以及噴淋區(qū)域一、二級(jí)的“雙循環(huán)”串聯(lián)分區(qū)，從而加強(qiáng)煙氣中SO2的化學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì)效果，達(dá)到SO2的高效脫除。

　　單塔四區(qū)雙循環(huán)脫硫工藝主要特點(diǎn)設(shè)置池分離器和多孔性分布器：通過(guò)在吸收塔漿池設(shè)置池分離器，使常規(guī)的單回路系統(tǒng)達(dá)到了雙回路循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。池分離器上部為噴淋層吸附SO2落下的漿液，pH較低，在此區(qū)域鼓入氧化空氣有利于石膏的氧化，同時(shí)池分離器下方為石膏的結(jié)晶區(qū)和石灰石漿液的注入?yún)^(qū)，漿液pH值較高，底部的高pH漿液可通過(guò)漿液循環(huán)泵打入噴淋層，由于漿液的pH值相對(duì)較高，因此可以使SO2的吸收能夠高效進(jìn)行。同時(shí)池分離器下部設(shè)置漿液調(diào)節(jié)旋流裝置可以進(jìn)一步提高池分離器上下的pH差值，進(jìn)而提高SO2的吸收和氧化速率。

　　多孔性分離器中置于噴淋層，多孔分布器的增加，一方面能夠加強(qiáng)氣液的湍流強(qiáng)度，使化學(xué)反應(yīng)更快速更充分，另一方面是能將噴淋層進(jìn)行分區(qū)，最大限度的避免噴淋層的相互影響，實(shí)際上就達(dá)到了一、二級(jí)“雙循環(huán)”脫硫的效果，從而實(shí)現(xiàn)SO2吸收的分區(qū)，達(dá)到高效脫除SO2的目的，保證SO2的排放濃度小于35mg/Nm3。單塔四區(qū)雙循環(huán)脫硫技術(shù)不僅適用于燃燒高硫煤的機(jī)組，也適用設(shè)計(jì)燃煤硫份低的機(jī)組，只需取消設(shè)置多孔性分離器即可。

　　脫硫后的煙氣繼續(xù)向上流動(dòng)，經(jīng)一級(jí)管式除霧器和兩級(jí)屋脊除霧器除霧后，進(jìn)入布置在吸收塔頂部的濕式電除塵器，濕式靜電除塵器能夠保證經(jīng)電袋復(fù)合除塵后煙塵濃度小于20mg/Nm3的煙氣經(jīng)處理后濃度降至5mg/Nm3以下，而且能夠有效降低電廠PM2.5微細(xì)粉塵和漿液霧滴等粒子的排放量，實(shí)現(xiàn)煙氣的超潔凈排放。

　　濕式靜電除塵器的工作原理與傳統(tǒng)電除塵器相似，依靠的都是靜電力。濕式靜電除塵器處理的是經(jīng)脫硫洗滌后的濕態(tài)煙氣，濕態(tài)煙氣中的PM2.5微細(xì)粉塵與石膏漿液等粒子的荷電性能遠(yuǎn)好于電除塵的“干灰”，因此濕式除塵器具有更高的電場(chǎng)風(fēng)速、更短的煙氣停留時(shí)間及更小的比收塵面積。具體過(guò)程為電暈極通過(guò)高壓電暈放電，使得煙氣中的霧滴與粉塵荷電，在電場(chǎng)力與電風(fēng)的共同作用下，霧滴、粉塵會(huì)與煙氣高效分離到達(dá)收塵極表面進(jìn)而被捕集，再通過(guò)自動(dòng)噴淋裝置使用水沖洗的方式把收塵極表面的粉塵清洗下來(lái)，因?yàn)闆](méi)有陰陽(yáng)極振打裝置，避免了二次揚(yáng)塵，清洗水排出濕式電除塵器外，從而實(shí)現(xiàn)煙氣的超潔凈排放。

　　煙氣經(jīng)單塔四區(qū)雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)與電袋復(fù)合除塵+濕式靜電除塵處理后，實(shí)現(xiàn)了SO2排放濃度小于35mg/Nm3、粉塵濃度小于5mg/Nm3的超級(jí)凈排放。

　　4結(jié)論

　　以上三種技術(shù)均通過(guò)合理的搭配適用于中高硫煤、高的電廠的達(dá)到超低排放的要求。有別與傳統(tǒng)技術(shù)，調(diào)節(jié)靈敏，完全適應(yīng)環(huán)保對(duì)小時(shí)均值的考核，改造周期短，占地面積小，改造周期短，通過(guò)去除旋匯耦合器、托盤(pán)、多孔性分布器即可應(yīng)用于低硫煤電廠。