脱硫超低排放改造对运行的影响

戴 涛

（福建省鸿山热电有限责任公司， 福建 泉州 362712）

引言

2014年，国家环保部、发改委和能源局联合下发《煤电节能减排升级与改造计划（2014-2020年）的通知》，要求到2020年，现役600 MW及以上燃煤机组、东部地区300 MW及以上公用燃煤发电机组、100 MW以上自备燃煤发电机组及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到超低排放值[1]。公司于2016年底相继开展改造，并于2017年5月全部完成环保验收监测。

1 超低排放改造路线与脱硫系统改造1.1 改造路线与设计指标

根据公司生产实际，确定超低排放改造路线：脱硝改造→增设低低温省煤器→电除尘改造→增引合一改造→湿法脱硫高效除尘同步改造→预留湿法除尘。改造方案目标设定：在基准含氧量体积6%的条件下，烟尘排放质量浓度小于5 mg/m3、SO2排放质量浓度小于35 mg/m3、NOx排放质量浓度小于50 mg/m3[2]。

1.2 脱硫系统改造内容

本次脱硫系统改造方案设定采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺，脱硫装置采用单塔一体化脱硫除尘深度净化（SPC-3D）技术，每套脱硫装置的烟气处理能力为一台锅炉100%MCR工况时的烟气量，设计脱硫效率为≥98.86%（设计工况）。在原有吸收塔的基础上增加旋回耦合装置，浆液喷淋层由3层增加到4层，提高浆液与烟气的混合强度；吸收塔出口除雾器改为管式，提升除尘除雾效果，涉及吸收塔顶升改造、净烟道顶升、原烟道旁路拆除改造等项目。本次超低排放改造脱硫部分设计方案优先采用提升与增效方式，并为湿法除尘预留改造接口。原有烟气系统、吸收塔系统、石灰石制浆系统、石膏脱水系统、浆液排放系统、公用系统（工艺水、仪用气系统）、废水处理系统不再增减。

2 系统变化与启动步序2.1 脱硫超低排放改造烟气流程变化

超低排放改造后，塔内对喷淋管、氧化风管、脉冲悬浮管进行改造，除雾器升级至管式除雾器，增设两层喘流器用于均分烟气，使其与浆液充分中和，吸收塔出口净烟道提升3.6 m。烟气流程：由锅炉引风机来的热烟气进入吸收塔，在塔内向上流动，被由上而下的石灰石浆液洗涤，成为净烟气。经过湍流器、喷淋层、管束式除尘器排出吸收塔，经烟囱排入大气。

2.2 改造后吸收塔内烟气处置变化

塔内烟气经湍流器后形成均布，与高效喷嘴雾化后的浆液充分混合，有效避免了空塔喷淋气流分布不均、喷淋层失效的问题。烟气快速降温，增强喷淋层的吸收效果。烟气进入吸收塔后，折流向上与喷淋下来的浆液逆流接触发生传质与吸收反应，烟气中的 SO2、SO3和 HCl、HF 被吸收，SO2吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终形成石膏。处理后的烟气流经管束式除尘器烟气通过旋流子分离器产生高速离心运动，在离心力的作用下，雾滴与尘向筒体壁面运动，在运动过程中相互碰撞、凝聚成较大的液滴，液滴被抛向筒体内壁表面，与壁面附着的液膜层接触后湮灭，出口雾滴质量浓度＜20 mg/m3，粉尘排放质量浓度≤5 mg/m3，有效地消除石膏雨，实现SO2、粉尘的超净脱除。

2.3 脱硫反应原理

石灰石溶解的化学方程式为 Ca-CO3+CO2+H2O→Ca（HCO3）2，碳酸氢钙与二氧化硫反应生成可溶的亚硫酸氢钙。亚硫酸氢钙与SO2反应（吸收）的化学方程式为Ca（HCO3)2+2SO2→Ca（HSO3）2+2CO2在氧化区，亚硫酸氢钙与空气中的氧发生反应，生成硫酸钙。

氧化：Ca（HSO3）2+CaCO3+O2→2Ca-SO4+CO2+H2O，浆液中的硫酸钙再结晶生成二水硫酸钙，即石膏。石膏生成（结晶）：CaSO4+2H2O→Ca-SO4·2H2O 去 除 SO2。 总 反 应 方 程 式 ：Ca-CO3+SO2+1/2O2+2H2O=CaSO4·2H2O+CO2。

2.4 塔外辅助系统概述

1）石灰石制浆系统。两套脱硫系统共用一套石灰石制浆系统。主要设备包括：石灰石粉仓、给料机、气化风机、石灰石浆罐、搅拌器、石灰石供浆泵、除尘设备等。

2）石膏脱水系统。石膏浆液处理系统主要包括石膏一级脱水系统、二级脱水系统及其他后续设备。

3）浆液排放系统。两台脱硫系统共用一个事故浆罐。事故浆罐的容量满足单个吸收塔检修排空时和其他浆液排空的要求，并作为吸收塔重新启动时的石膏晶种。

4）废水处理系统。脱硫废水处理系统包括废水处理系统、化学加药系统和污泥脱水系统。

5）公用系统。脱硫工艺水系统由工艺水箱、工艺水泵、管束式除尘器冲洗水泵、管路和阀门等构成。

2.5 改造后脱硫系统启动流程

启动步序：系统启动前检查与操作；公用设备投运，石灰石浆液制备，吸收塔加入石膏浆液（或石膏晶种），液位达到脉冲悬浮泵、循环浆液泵启动条件；系统具备启动允许条件：机组某侧引风机通道畅通，电除尘至少投入一个电场运行，得令启动脱硫系统；启动完成汇报；启动氧化风机运行；调节脱硫效率至98.86%以上；投入吸收塔供浆、PH手动控制；投运石膏脱水系统；投运脱硫废水处理系统；持续监控调整。

2.6 改造后脱硫系统启动流程变化与应对策略

改造后，原启动增压风机步序取消，故系统应先完成辅助系统启动与塔内系统启动要求，待各系统完成启动后，再启动引风机并加强各指标监视，启动塔内系统时应优先启动下层浆液循环泵并关注塔内pH值是否发生变化，根据变化趋势及浆液状况决定是否补充原浆或注水稀释。改造后增设一台脉冲悬浮泵（改造后每座吸收塔共两台）应在塔内系统启动时启动一台。因改造增设一台浆液循环泵，可在烟气通流后根据指标参数进行启停。

3 改造前后环保指标及电耗对比

改造完成后，各项指标前后对比如下（截取改造后系统正常投运与投运前两台机组，一个月数据）表1所示：

表1 改造前后各项指标前后对比

通过指标对比，验证改造满足初设要求，在同等负荷工况条件下，因取消增压风机，该系统电耗下降40.02%。因有关硫化物排放要求及反应程度提高，石灰石消耗量明显上升，但在调整特性上未见明显变化。改造后每年可减排SO2798 t、NOx1 188 t，烟尘504 t。

公司积极开展超低排放改造，通过科学合理的改造策划，顺利完成两台机组超低排放改造，并在设备运行方式及调整手段上开展比对，通过数据分析及推演，目前各项生产指标、排放指标均能稳定在设计范围内，超低排放改造属正常。