李俊，李之栋

(1.中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031;2.大唐宝鸡热电厂，陕西宝鸡 721000)

浅析大唐宝鸡热电厂SO2超低排放改造

李俊，李之栋

(1.中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031;2.大唐宝鸡热电厂，陕西宝鸡 721000)

分析了传统的湿法脱硫装置存在的问题，主要是忽视了湿法脱硫协同除尘能力、石膏雨现象的困扰、烟气流场不均等。介绍了大唐宝鸡热电厂2×330 MW机组超低排放改造技术，包括改造和完善主体设备内部构件，新增和更换少量关键设备。改造完成后，整套装置不仅尾气SO2排放完全满足超低排放标准，而且系统阻力增加较少，此外脱硫废水增加也较少，现有脱硫废水处理余量能满足要求。

烟气脱硫 超低排放 燃机 污染物 排放

为落实国家《煤电节能减排升级与改造行动计划》(2014—2020年)，陕西省制定DB 6194—2014《关中地区重点行业大气污染物排放限值》及《关中地区燃煤火电机组超低排放改造实施方案》，规定对现役单机3×105kW及以上燃煤机组实施改造，主要污染物排放浓度达到超低排放标准，即在基准φ(O2)为6%的条件下，SO2排放质量浓度不超过35 mg/m3。为此，宝鸡热电厂对1#，2#机组脱硫系统进行脱硫提效改造。

1 火力发电厂污染物超低排放技术

目前，烟气超低排放治理技术已成为燃煤电厂一项主流技术，该技术的应用使燃煤烟气主要污染物SOx、NOx及颗粒物排放浓度达到或接近排放标准。国内已有多套采用烟气超低排放治理技术路线的燃煤电厂机组投运，为燃煤电厂烟气排放污染物控制技术应用提供了重要参考。

烟气超低排放治理技术是在现有的燃煤电厂烟气污染物处理技术路线基础上通过系统流程优化、过程参数优化、发挥烟气处理流程上各处理单元设备的能力实现烟气污染物的超低排放技术。

2 传统湿法脱硫装置存在的问题

2.1 湿法脱硫协同除尘能力

传统的湿法脱硫系统主要以脱除二氧化硫为主，在设计时忽视了吸收塔的协同除尘能力。国家权威机构结合大多数脱硫装置，包括空塔、托盘塔得出的经验值，认为湿法脱硫的除尘效率仅为50%左右，该结论被环保企业和燃煤电厂广泛接受。他们认为得出这一结论的主要原因如下:①现有环保标准尚不能促使企业关注湿法脱硫的脱硫效率之外的除尘效率，即采用常规的湿法脱硫系统就能满足现有的二氧化硫和烟尘的排放限值;②湿法脱硫的除尘机理复杂，尚无成熟理论可循。携带烟尘的烟气进入吸收塔后，与喷淋层喷出的浆液发生一系列复杂的碰撞、拦截等物理过程，鲜有成熟的机理研究案例和工业示范应用为湿法脱硫的除尘效率计算提供明确的理论依据。

2.2 石膏雨

当吸收塔设计不恰当，比如塔内关键截面烟气流场设计、喷淋吸收区设计、除雾器设计选型不合理时，造成排放烟气中夹带大量含飞灰、石膏等颗粒物的雾滴，尤其与较低的大气压、烟囱内部流场设计不合理等客观因素结合时，极易发生“石膏雨”现象，对周围环境造成二次污染。

“石膏雨”是烟气中夹带的石膏雾滴随烟气排放以“雨”的形式落到地面的一种现象。“石膏雨”频发的原因在于石灰石/石膏湿法脱硫工艺中，烟气经过喷淋层喷出的浆液洗涤后会携带大量的液滴到除雾器，这些液滴中包含固形物及可溶盐类，如石灰石浆液吸收SO2后的反应生成物石膏、过剩的脱硫剂以及未被捕集的粉尘等。如果烟气在除雾器处的流速超过液滴携带临界气速则发生二次携带，大量的石膏雾滴会随烟气进入烟囱，继而产生“石膏雨”现象。

“石膏雨”的形成与多方面的因素有关，主要包括除雾器的除雾性能、吸收塔的设计、运行操作等。目前，我国已能自主设计生产除雾器，大多除雾器的排放出口液滴携带量的保证值为75 mg/m3(质量浓度，下同)。且国内业界认为除雾器出口雾滴含固量等同于塔内石膏浆液含固量，即除雾器出口排放的液滴对烟尘的贡献值为15 mg/m3，这与超低排放要求5～10 mg/m3是有相当大的差距的。

2.3 烟气流场不均

湿法脱硫装置普遍采用单塔单侧入口进气方式，该方式会造成烟气沿塔截面的流场不均，在入口对侧形成高速区，致使烟气到达首层喷淋层入口处流场分布偏流严重;远离吸收塔入口区域的液气比较低，靠近吸收塔入口区域的液气比较高，这是引起近塔壁烟气逃逸、脱除效率偏离设计值的重要原因，其影响在超低排放技术应用时尤为突出。

3 大唐宝鸡热电厂超低排放技术改造

3.1 原有脱硫系统

大唐宝鸡热电厂现有2×330 MW亚临界抽汽供热燃煤机组，设计燃料为甘肃华亭矿区的原煤。同期配套烟气脱硫装置，采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，1炉1塔布置。脱硫系统的设备按煤种收到基全硫分的质量分数为0.8%、校核煤种收到基全硫分的质量分数1.1%进行设计，按脱硫效率不低于95%的要求完成计算、设计工作，与机组同步建设投产。

原SO2吸收系统工艺流程是: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。在吸收塔后设有除尘除雾器，除去出口烟气中的雾粒。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SO23－氧化成SO24－。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。

吸收塔采用的是喷淋塔，吸收塔浆池与塔体为一体结构。吸收塔内部浆液喷淋系统由分配管网和喷嘴组成。

原装置无论脱硫效率还是外排烟尘等杂质含量均不能满足日趋严格的环保要求，因此需要对1#，2#机组脱硫系统进行脱硫提效改造。

3.2 基础数据

装置基础数据见表1。

3.3 改造目标和性能保证

该项目的改造目标为:在设计煤种、锅炉正常运行工况、处理100%烟气量条件下，脱硫装置入口ρ(SO2)为3 068 mg/m3时，脱硫装置出口ρ(SO2)≤28 mg/m3，烟尘(ρ)≤8 mg/m3，脱硫效率不小于99.1%。

具体性能保证如下:

1)在锅炉正常运行工况和确保石灰石消耗的条件下，FGD装置SO2脱除率不低于99.1%。

2)FGD按设计条件运行(锅炉在正常运行工况运行，燃用设计煤种)，在确保SO2脱除率的条件下，7 d连续运行，石灰石粉平均耗量低于6.5 t/h。

表1 装置基础数据

3)FGD装置在设计条件下运行，烟囱前的污染物排放浓度见表2。

表2 设计条件下FGD装置在运行烟囱前的污染物排放浓度

4)改造后烟气系统在各种工况的压降保证值不超过1.5 kPa(要求改造后增加阻力不大于0.6 kPa)。

3.4 改造技术方案

中国瑞林将有色行业脱硫设计技术与经验相结合，利用合作方技术，对大唐宝鸡热电厂进行超低排放技术改造。选用先进可靠的技术，成本较低，工期较短，并且完全可以满足机组大修的时间要求。由于吸收塔内改造主要为增设整流层、聚流环、喷淋层，更换高效除雾器等，对系统增加的阻力较小，所以维护费用低，可长时间稳定运行。

为了提高脱硫效率，让SO2和石灰石浆液充分反应，大唐宝鸡热电厂超低排放技术改造新增了2层喷淋层和2台循环泵。为了适应流场的要求，使烟气与石灰石浆液更好地接触，在吸收塔入口增设整流层，在喷淋层下方增设聚液环;另外将喷嘴差异化布置，同时避免了吸收塔入口石膏堆积的问题。

经过优化的喷淋层区域能将80%以上的粉尘洗掉，加上后面高效除雾器的作用，有效降低了颗粒物和灰尘的排放浓度，确保了粉尘排放浓度达到排放要求。高效除雾器为管式除雾器+3级屋脊式除雾器组合，管式除雾器可以预处理掉较大粒径的雾滴，减小屋脊式除雾器除雾负荷。

3.5 改造要求和措施

改造需对吸收塔浆池及喷淋区域进行抬升。浆池抬升后浆池容积要保证浆液有充分的停留时间。将吸收塔浆池液位高度由原设计8.5 m抬高到15 m，浆池容积由原设计的1 154 m3增加到2 020 m3，吸收塔共抬升15.5 m。塔的整体设计应方便塔内部件的检修和维护，吸收塔内部的导流板、喷淋系统和支撑等应尽可能不堆积污物和结垢，并且应设有通道以便于清洁。

喷淋系统的改造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。新增2层喷淋层，喷淋层分别置于最顶层喷淋层与除雾器之间，并在吸收塔入口增设整流层，在喷淋层下方增设聚液环，另外将喷嘴差异化布置。

塔体的设计应尽可能避免形成死角，同时采用搅拌措施避免浆池中浆液沉淀，吸收塔搅拌系统应确保在任何时候都不会造成塔内石膏浆液的沉淀、结垢或堵塞。

吸收塔浆液搅拌系统应能防止浆液沉淀结块，其设计和布置应考虑氧化空气的最佳分布和浆液的充分氧化。

拆除原有除尘除雾器，采用新型的除尘除雾装置。除尘除雾器出口烟气雾滴质量浓度不大于20 mg/m3(干基)，颗粒物质量浓度低于8 mg/m3(干基)。高效除雾器为管式除雾器+3级屋脊式组合除雾器。

除尘除雾器的设计应保证其具有较高的可利用性和良好的去除液滴效果。该系统还应包括去除除尘除雾器沉积物的冲洗和排水系统，运行时根据给定或可变化的程序，既可进行自动冲洗，也可进行人工冲洗。除尘除雾器冲洗系统应能够对除尘除雾器进行全面冲洗，不能有未冲洗到的表面。冲洗水的压力应进行远程监视和控制，冲洗水母管的布置应能使每个喷嘴基本运行在平均水压。

利用原有3台浆液循环泵，再增设2台浆液循环泵。循环泵应将吸收塔浆池内的吸收剂浆液循环送至喷嘴，循环泵按照单元制设置(每台循环泵对应1层喷嘴)。

更换原有每机组2台氧化风机，新氧化风机为离心式，氧化风机能提供足够的氧化空气，使吸收塔内的亚硫酸钙充分转化成硫酸钙。

3.6 改造结果

大唐宝鸡热电厂1号机组脱硫超低排放改造施工，从停炉到完成验收共3个月。2015年12月17日顺利通过陕西省环保厅验收。项目试运期间，各项指标良好，系统设备运行稳定可靠。脱硫效率超过99%。吸收塔出口ρ(SO2)平均为20 mg/m3，颗粒物质量浓度平均为6 mg/m3。装置连续运行7 d，新增电耗不超过1 820 kWh/h，改造后增加阻力低于0.6 kPa。

1#机组总排口监测结果见表3。

表31 #机组总排口监测结果

由表3可见:在各种煤质和工况负荷下，尾气排放指标均能满足保证值要求。

4 结语

该改造项目在原有装置的基础上，针对主体工艺存在的不足，有针对性地对主体设备内部构件进行了改造和完善，新增、更换了少量关键设备，使整套装置在改造后不仅尾气排放完全满足超低排放标准要求，系统阻力增加较少;同时脱硫废水增加量较少，现有脱硫废水处理余量能满足要求，不需要进行改造。从整体上降低了投资，节约了运行和维护成本。此外，在总结以往工程承包经验的基础上，该改造项目合理安排采购、制造、安装和土建施工周期，1#机组脱硫超低排放改造施工从停炉到完成验收只用了3个月，尽可能缩短了项目的改造建设周期，提高了企业的经济效益。

Investigation of ultra-low emission renovation of desulphurization systems in Datang Baoji Thermoelectric Power Plant

LI Jun，LI Zhidong
(1.China Nerin Engineering Co.，Ltd.，Nanchang，Jiangxi，330031，China; 2.Datang Baoji Thermoelectric Power Plant，Baoji，Shanxi，721000，China)

Problems existing in the traditional wet desulphurization system are analyzed，including the negligence of collaborative dedusting capability in wet desulphurization，trouble of gypsum rain phenomenon，uneven gas flow fields and so on.The ultra-low emission renovation technology of 2×330 MW machines in Datang Baoji Thermoelectric Power Plant are introduced，such as renovation and improvement on inner components of the main equipment，addition and replacement of a few critical equipment.After completion of the renovation，the tail gas emission of the system met the ultra-low emission criteria，the system resistance and waste water volume from desulphurization operation had little increase.The surplus capacity of the existing desulphurization waste water treatment system satisfied the demand.

flue gas desulphurization;ultra-low emission;combustion engine;pollutant;discharge

TQ111.14

B

1002－1507(2017)01－0033－04

2016－08－12。

李俊，男，中国瑞林工程技术有限公司化工事业部高级工程师，主要从事烟气脱硫及制酸设计、工程总承包。电话:0791-86757231;E-mail:lijun@nerin.com。