炉外湿法脱硫技术在锅炉超低排放改造中的应用

炉外脱硫脱硝技术在电站锅炉

超低排放改造中的应用实践

 

邱杰

（晋煤集团阳城晋煤能源有限责任公司，阳城048100）

 

 

1 前言

电站锅炉实现超低排放是当今中国的发展方向，也是绿色环保的必然要求。也是国内在运行的电站锅炉的唯一出路。在改造过程中，技术流派多种多样，但其根本的原理结构没有太大区别。只是在改造实施过程中如何控制关键环节以及关键设备在安装过程中的控制手段不同而已。但就是这些关掉似乎很微不足道的细节，会直接影响脱硫脱硝效率和使用寿命。本文就是探讨超低排放改造过程中细节，以期给同行们以得借鉴。

关键词：超低排放；脱硫脱硝；改造

 

 

Application practice in ultra-low emission transformation

Qiu Jie

(Jin Coal Group Yangcheng Jin Coal Energy Co., Ltd., Yangcheng 048100)

1 Preamble

The realization of ultra-low emission of power station boilers is the development direction of China today, and it is also the inevitable requirement of green environmental protection. It is also the only way out of the domestic power station boiler. In the process of transformation, there are many kinds of technical schools, but their fundamental principle structure is not much different. Only how to control the key link and the key equipment in the installation process control means different in the process of transformation implementation. But it is these seemingly insignificant details that can directly affect the efficiency and service life of desulfurization. This article is to explore the details of the process of ultra-low emission transformation, in order to give peers to learn from.

Keywords: ultra-low emissions; desulfurization; transformation

 

 

2工艺说明

2.1工艺流程

本文介绍的项目是采取湿法烟气脱硫，其工艺流程是：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水后回收。脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。脱硝采用催化剂还原法烟气脱硝。这种方法其最大优点是安全。其主要工艺流程是：当锅炉空气预热器前的温度到300-400时，向烟气中喷入氨气作为还原剂，利用五氧化二钒的催化作用，将NOX转化为无害氮气和水。整体改造方案见下图：

 

2.2 改造内容

项目采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，此次改造是在原有脱硫塔内部增加烟气托盘和高效管束除雾器，使烟气与脱硫剂充分混合并利用离心力在高效管束除雾器内分离粉尘和水滴，进一步降低烟气中的SO2和粉尘浓度，使之满足超低排放标准。

2.3 工艺方案选择研究

2.3.1在对大气污染物“尘硫氮”改造特别是“尘”实施“超低排放”，如何选择技术路线成为摆在我们面前的一个课题。目前国内粉尘超低排放技术方案主要有湿式电除尘、电袋复合式除尘器和管束式除尘器等。

2.3.2湿式电除尘。湿式电除尘器是一种用来处理含微量粉尘和微颗粒的新除尘设备，主要用来除去含湿气体中的尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5等有害物质，是治理大气粉尘污染的常用设备。但湿式电除尘存在改造投入成本高、占用空间大、施工周期长、施工难度大，投入后，运行阻力及运行成本较高，且存在增加脱硫系统废水缺点，加重脱硫废水系统处理负担。

2.3.3 电袋复合式除尘器。电袋复合式除尘器是有机结合了静电除尘和布袋除尘的特点，通过前级电场的预收尘、荷电作用和后级滤袋区过滤除尘的一种高效除尘器，它充分发挥电除尘器和布袋除尘器各自的除尘优势，以及两者相结合产生新的性能优点，弥补了电除尘器和布袋除尘器的除尘缺点。但电袋除尘器存在运行阻力较大，对于在役机组改造来说，引风机需要较大余量。电袋除尘，滤袋破袋后对粉尘影响较大，在追求粉尘超低排放的当下一旦出现破袋，将对排放产生重大影响。

2.3.4 管束式除尘器

SO2吸收系统是脱硫装置的核心系统，待处理的烟气进入吸收塔与喷淋的石灰石浆液接触，去除烟气中的SO2。在吸收塔后设有除雾器，除去出口烟气中的雾珠；吸收塔浆液循环泵为吸收塔提供大流量的吸收剂，保证气液两相充分接触，提高SO2的吸收效率。生成石膏的过程中采取强制氧化，设置氧化风机将浆液中未氧化的HSO3-和SO32-氧化成SO42-。在氧化浆池内设有搅拌器，以保证混合均匀，防止浆液沉淀；氧化后生成的石膏通过吸收塔排浆泵排出，进入后续的石膏脱水系统。管束式除尘器是近年来发展起来的一种新型除尘器，通过在吸收塔顶部加载除尘管束(替代原除雾器)，达到粉尘超低排放的目的。管束式除尘器是利用烟气通过其设置的三层导流叶片后产生旋转，通过离心力分离烟气中的雾滴及粉尘，其主要有以下特点：

1）使用环境的特点

管束式除尘器的使用环境是含有大量液滴的50℃饱和净烟气，其特点是雾滴量大，雾滴粒径分布范围广，由浆液液滴、凝结液滴和尘颗粒组成，除尘主要是脱除浆液液滴和尘颗粒。

2）细小液滴与颗粒的凝聚

大量的细小液滴与颗粒在高速运动条件下碰撞机率大幅增加，易于凝聚成为大颗粒，从而实现从气相的分离。

3）大液滴和液膜的捕悉

除尘器筒壁面的液膜会捕悉接触到其表面的细小液滴及在增速器和分离器叶片表面的大液滴层，细小液滴经大液滴层实现对细小雾滴的脱除。

4）多级分离器实现对不同粒径液滴的捕悉

气体旋转流速越大，离心分离效果越佳，捕悉液滴量越大，形成的液膜厚度越大，运行阻力越大，越容易发生二次雾滴的生成;因此其采用多级分离器，分别在不同流速下对雾滴进行脱除，保证较低运行阻力下的高效除尘效果。

三种粉尘超低排放改造技术比对见表1。

表1  三种粉尘超低排放改造技术比对

比对项目	湿式电除尘器	电袋复合除尘器	管束式除尘器
投资	800万	800万	350万
施工量及难度	难度大	难度大	简单
施工周期	60天（不含前期土建施工）	70天	25天
增加阻力	600pa	950pa	350 pa
运行成本	高	中	低
设备可靠性	中	高	高

经过以上比较，管束式除尘器无论从投资、施工及运行成本、可靠性来说，在燃煤机组粉尘超低排放改造中，都具有一定优势，因此我们把管束式除尘器作为此次改造路线的首要选择。

3  改造方案

3.1 本次改造区域仅限于脱硫塔内喷淋层以上包括喷淋层、除雾器、净烟气出口烟道等。本次改造要尽量利用现有系统设备，整体系统节能降耗，便于运行维护，提升整套系统超低排放改造的最佳性价比。同时，投标方必须尽可能降低对原有系统的影响，招标方为超低排放改造的施工、安装提供便利并尽量满足改造所需的停机时间，缩短施工周期。

3.2本次改造方案仍采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺（简称FGD）。全烟气脱硫，一炉一塔。为满足最新的锅炉烟气污染物超低排放标准，提高现有脱硫系统的效率，吸收塔内新装管束除尘器。 吸收塔内部浆液喷淋系统由分配管网和喷嘴组成，喷淋系统的设计应能均匀分布要求的喷淋量，流经每个喷淋层的流量应相等，并确保石灰石浆液与烟气充分接触和反应。喷淋层的数量为4层。浆液喷淋系统采用FRP制作。浆液联箱不仅能在母管内均匀分布浆液，而且也能把浆液均匀分配给连接喷嘴的支管。所有喷嘴应能避免快速磨损、结垢和堵塞，喷嘴材料采用碳化硅或相当的材料制作。 喷嘴与管道的设计应便于检修，冲洗和更换。

保证烟囱入口的烟气温度不低于50 ℃，在任何正常运行工况下，除雾器出口烟气携带的水滴含量应低于 20 mg/Nm3。烟囱不得有石膏雨现象。烟气处理能力为最大连续工况时的烟气量，脱硫效率≥98%。

3.3脱硫系统新增阻力由现有引风机克服，不设置增压风机。脱硫剂不变，吸收塔浆液循环泵和氧化风机不变。吸收塔结构简单，内部设计避免出现死角、结垢和堵塞等问题。吸收塔顶部制造所选用的材质及内部防腐涂料须满足脱硫工艺的运行要求，内部所有部件均可承受最大入口气流及最高进口烟气温度的冲击，并可承受烟气飞灰和脱硫固体悬浮物的磨损。塔体和内部结构在设计时应考虑合适的腐蚀余度。为防止塔内液体泄漏，吸收塔本体为气密性结构，改造时尽可能使用焊接连接，以保证壳体结构的完整性，法兰和螺栓连接仅在必要时使用。塔体上的人孔、通道、连接管道等需要在壳体穿孔的地方均相应进行密封，防止泄漏。

4  效果对比

改造后，氮氧化物、二氧化碳、烟尘三项指标均达到规定的超低排放标准（见图）。改造前后指标对比见下表2：

表2 改造前后指标对比            

污染指标	改造前(mg/Nm3)	改造后(mg/Nm3)	超低排放标准(mg/Nm3)
氮氧化物	82	19.033	50
二氧化硫	112	9.397	35
烟尘	28	3.352	10

 

5  结论

项目年消化当地煤泥、煤矸石等劣质燃料120余万吨，可节约标煤35.27万吨（每吨700元，共计2.5亿元）。同时减少了煤泥、煤矸石的堆存量。改造前后排放总量及环保税缴纳对比分析见下表。环境保护税自2018年开始征收，通过表3对比分析，改造后每年少缴纳环保税626.51万元。

 

 

 

 

表3 改造前后排放总量及环保税缴纳对比分析

污染指标	改造前总量 （t/a）	应缴环保税 （万元）	改造后总量 （t/a）	应缴环保税 （万元）
氮氧化物	2119.8	401.65	573.36	108.64
二氧化硫	1889.7	358.04	286.68	54.7
烟尘	480	39.63	114.67	9.47
合计		799.32		172.81

 

在此次技改过程中，通过多方案比选，采用了技术先进、改造量小、工程实施快，占地面积小的改造方案，节省了大量的投资，取得可观的经济效益。锅炉改造后，各系统运转良好，烟气排放各项指标时刻处于超低排放标准范围内。在当前燃煤锅炉中，起到了示范引领作用，属于先进水平。

 

另外，本项目是根据国家环保需要在原来的脱硫塔高度、阻力不变的情况下，通过改变内部结构从而达到超低排放的代表工程。因此具有很重要的借鉴意义。还有，本项目锅炉为循环流化床锅炉，入炉燃料是含硫极高的状况下实施的。其入炉含硫量正常在2%以上，经过两年多的运行，完全可以满足环保要求。

 

 参考文献：

[1]黄勇理;电站设备维修管理信息平台建设的实践研究[D];华中科技大学;2005年

[2]郭鹏;Hopfield神经网络及其在电厂中的应用研究[D];华北电力大学（河北）;2004年

[3]田涛;自适应预估控制及其在火电厂DCS中的应用[D];华北电力大学;2000年

 

 

作者简介：邱杰，男，本科，机械工程师、注册安全工程师，论文曾获《小火电通讯》一等奖，科技成果曾获山西省科技进步二等奖，与人合作2次获晋煤集团重大科技成果一等奖。文章曾获《中国煤炭报》二等奖,出版文集四卷。现晋煤集团阳城晋煤能源公司从事电厂安全环保工作。联系电话：13038058621

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