摘要：以燃用特高硫煤的300MW機組中應用的旋匯耦合脫硫除塵一體化技術為研究對象,對該類技術進行現場測試與評估。測試結果表明：燃煤硫分在5%左右時,脫硫系統的脫硫效率可穩(wěn)定在99.70%~99.82%,SO2排放質量濃度在23.4~30.8mg/m3,能夠滿足SO2超低排放小于35mg/m3的要求;除塵效率在78.6%~87.8%,顆粒物排放質量濃度穩(wěn)定在4.60~5.76mg/m3,能夠滿足顆粒物超低排放濃度小于10mg/m3的要求。與脫硫單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)系統技術改造方案相比,該類SO2超低排放技術的改造與運行費用均有比較大的優(yōu)勢。


關鍵詞:特高硫煤;SO2;脫硫除塵一體化;超低排放;經濟性

近年來,中國大氣霧霾污染問題日益嚴峻,大量極細顆粒主要來源于工業(yè)排放和氣態(tài)污染物的轉換,文獻[1]認為大氣PM2.5中主要化學成分按質量濃度排序為硫酸根（SO42-）>硝酸根（NO3-）>銨根（NH4+）>有機碳（OC）>鈉離子（Na+）>元素碳（EC）,而文獻[2]認為燃煤電廠排入大氣中的PM2.5約占全社會總量的10%,所以降低火電廠SO2、顆粒物等污染物的排放濃度至關重要。

《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223—2011）[3]要求,新建、現有燃煤鍋爐對SO2排放要求分別為100mg/m3、200mg/m3,而對于廣西、重慶市、四川省和貴州省的火力發(fā)電鍋爐因燃煤硫分比較高,而執(zhí)行排放小于200mg/m3和400mg/m3的標準,對重點地區(qū)SO2排放全部要求小于50mg/m3,而超低排放要求SO2排放應小于35mg/m3。

按照《中國煤中硫分等級劃分標準》,在中國高硫煤（硫分為2%~3%）占7.86%,特高硫煤（硫分>3%）占8.54%,硫分高的煤主要集中在西南和中南地區(qū),華東和華北地區(qū)上部煤層大多硫分低,下部煤層硫分高。

為實現超低排放,中國的火電環(huán)保產業(yè)進行著不斷的研究總結和技術進步,從2013年下半年起,少數東部地區(qū)的電力企業(yè)自主性推出了超低排放,并陸續(xù)在火電廠實施超低排放改造。按照《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》（發(fā)改能源〔2014〕2093號）文件要求,各大電力集團、地方電力均制定了“十三五”超低排放規(guī)劃,嚴格按要求在2020年之前完成超低排放改造。

文獻[4]認為,當燃煤硫分>1.25%時,要達到超低排放,則需要更高的脫硫效率。目前國內對中低硫煤SO2超低排放改造的技術路線有：脫硫除塵一體化技術、單塔雙循環(huán)技術、雙塔雙循環(huán)技術、雙塔雙循環(huán)加托盤技術。對特高硫煤SO2超低排放研究較少。

北京清新環(huán)境技術股份有限公司研究了燃燒特高硫煤SO2超低排放技術,該技術已在國內350MW超臨界燃煤凝汽式發(fā)電機組煙氣SO2超低排放改造工程上應用。為客觀評價該技術的應用效果,對某電廠2號超臨界燃煤機組在不同的運行工況下煙氣排放的SO2等污染物濃度進行監(jiān)測與評估。

1旋匯耦合脫硫除塵一體化技術原理

煙氣通過旋匯耦合裝置與漿液產生可控湍流空間,提高氣液固三相傳質速率,完成一級脫硫除塵,同時實現了快速降溫及煙氣均布;經過湍流器后使吸收塔內煙氣均布,有效避免了空塔噴淋氣流分布不均,噴淋層失效的問題。煙氣繼續(xù)經過高效噴淋系統,實現SO2的深度脫除及粉塵的二次脫除;煙氣再進入管束式除塵除霧裝置,在離心力作用下,霧滴和粉塵最終被壁面的液膜捕獲,實現粉塵和霧滴的深度脫除。

2脫硫超低排放改造

北京清新環(huán)境技術股份有限公司對某電廠2號機組實施了超低排放改造,是在原脫硫裝置基礎上進行,設計脫硫裝置入口煙氣中SO2質量濃度≤11627mg/m3條件下,出口SO2濃度達到超低排放要求。工程于2016年投入運行,脫硫系統的主要設計和保證指標參數見表1。

表1脫硫系統的主要設計和保證指標參數


此次提效改造結合現場運行的實際情況,在原吸收塔的基礎上進行,采用吸收塔不抬高的方案。吸收塔由吸收漿池和吸收區(qū)兩部分組成。本次改造原5臺循環(huán)泵利舊使用,再新增加1臺循環(huán)泵及噴淋層。增加的1臺循環(huán)泵,流量7800m3/h,揚程30.5m,功率1000kW,噴嘴采用離心錐式,單向噴,壓力為0.05MPa。氧化空氣系統、石灰石制漿系統、石膏漿液排出系統等利舊,無需改造。

3系統性能測試與評估

3.1測試工況

2號機組在測試期間,機組負荷分別為350MW和278MW,機組負荷穩(wěn)定,燃燒煤種、煤質基本不變、燃料配比不變,鍋爐沒有投油槍助燃、沒有吹灰和打焦,袋式除塵器、脫硝系統、吸收塔系統、噴淋系統和除霧系統正常投運,測試數據具有代表性。

3.2采樣與測試方法

污染物和煙氣參數測試參照《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》（GB/T16157—1996）[5]、《燃煤煙氣脫硫設備性能測試方法》（GB/T21508—2008）[6]、Stationarysourceemissions—Determinationofmassconcentrationofparticulatematter（dust）atlowconcentrations—Manualgravimetricmethod（ISO12141—2002）[7]（固定污染源排放——低濃度時顆粒物（粉塵）的質量濃度測量——手工重量分析法）。污染物的采樣與分析方法見表2。

表2污染物的采樣與分析方法


測試儀器：德國羅斯蒙特NGA2000煙氣分析儀,青島嶗應3012H自動煙塵（氣）測試儀,采樣頭與濾膜一體化裝置,液滴捕集器,SO3氣體采樣系統。

3.3測試結果

在不同的負荷條件下,脫硫系統的脫硫效率和出口污染物濃度見表3,污染物濃度均為標態(tài)、干基、6%O2。

從表3看出,旋匯耦合脫硫除塵一體化技術在滿負荷工況下的脫硫效率在99.70%~99.78%,平均值為99.75%,出口SO2質量濃度在24.7~30.8mg/m3,平均值為28.0mg/m3;在中負荷工況下,脫硫效率為99.82%,出口SO2質量濃度為23.6mg/m3,脫硫效率在高、中負荷工況下均高于99.7%,比保證效率高0.05%~0.12%,出口SO2質量濃度比超低排放要求低11.4mg/m3~4.2mg/m3,滿足超低排放要求。脫硫效率、出口SO2質量濃度在不同負荷條件下比較穩(wěn)定,與機組運行負荷基本沒有關系。

從表3中可以看出,在高負荷工況下入口SO2質量濃度在10153.5~11814.6mg/m3,平均值為11019.3mg/m3,入口SO2質量濃度比設計值高-12.67%~1.61%,平均值比設計值高-5.23%,在中負荷工況下入口SO2質量濃度為13380.4mg/m3,比設計值高15.08%。

旋匯耦合濕法脫硫系統設計6臺循環(huán)漿液泵,在試驗期間漿液循環(huán)泵F停運,其余5臺漿液循環(huán)泵正常運行,說明該脫硫系統有1臺漿液循環(huán)泵可以作為備用,可確保在煤質硫分往上波動時,或某臺漿液循環(huán)泵發(fā)生故障時,旋匯耦合濕法脫硫系統仍可保證較高的脫硫效率和出口SO2達到超低排放。

表3旋匯耦合濕法脫硫除塵一體化技術主要污染物脫除效率和排放濃度


從表3中還可看出,旋匯耦合脫硫除塵一體化技術對顆粒物、SO3、液滴也有不同程度的脫除效果。在高、中負荷工況下對顆粒物的除塵效率在78.6%~87.8%,出口顆粒物濃度4.60~5.76mg/m3,傳統空塔濕法煙氣脫硫系統的除塵效率基本在50%左右,旋匯耦合濕法脫硫系統的除塵效率明顯高于濕法煙氣脫硫系統的除塵效率,出口顆粒物濃度均低于10mg/m3,也能滿足超低排放要求。

在高、中負荷工況下,對SO3的脫除效率為61.5%~75.2%,高于文獻[8,9,10,11]認為的SO3氣溶膠顆粒很難吸收,傳統的石灰石-石膏濕法脫硫技術對SO3脫除效率在30%~50%的數值。脫硫系統出口液滴質量濃度在17.5~23.6mg/m3,遠低于《火電廠煙氣脫硫工程技術規(guī)范石灰石-石膏濕法脫硫》（HJ/T179—2005）中規(guī)定的液滴質量濃度應不大于75mg/m3的要求。

4經濟性分析

電廠單臺350MW機組的超低排放改造費用為2000萬元,系統增加的阻力為550Pa左右,與同類型機組超低排放改造投資費用和增加的阻力進行比較如圖1所示。


圖1超低排放改造投資和增加的阻力

從圖1可以看出,旋匯耦合脫硫除塵一體化系統的投資成本是單塔雙循環(huán)脫硫技術的57%,單塔雙循環(huán)+濕除技術的40%,雙塔雙循環(huán)脫硫技術的50%,雙塔雙循環(huán)+濕除技術的36%,而單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)脫硫技術只能脫除SO2,對顆粒物的脫除效率比較低,如果考慮顆粒物的超低排放,需要增加濕式除塵系統?？梢?以旋匯耦合脫硫除塵一體化技術的投資成本比較低。

從增加的阻力來看,旋匯耦合脫硫除塵一體化系統中脫硫系統只增加一臺漿液循環(huán)泵,增加阻力150Pa,高效管束除塵除霧器增加阻力400Pa,超低排放改造總阻力只增加550Pa,遠低于單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)技術所增加的阻力,其增加的能耗是最低的,所以從投資和運行成本上看,旋匯耦合脫硫除塵一體化技術都具有比較大的優(yōu)勢。

5結論

（1）旋匯耦合濕法脫硫除塵一體化技術在350MW機組燃用特高硫煤脫硫系統的脫硫效率為99.70%~99.82%,SO2排放濃度在23.6~30.8mg/m3,能夠滿足SO2超低排放小于35mg/m3的要求。

（2）旋匯耦合濕法脫硫除塵一體化技術對顆粒物、SO3、液滴也有較好的脫除效率,對顆粒物的除塵效率在78.6%~87.8%,出口顆粒物濃度4.60~5.76mg/m3;對SO3的脫除效率在61.5%~75.2%;液滴的排放濃度在17.5~23.6mg/m3,遠低于《火電廠煙氣脫硫工程技術規(guī)范石灰石-石膏濕法脫硫》（HJ/T179—2005）中規(guī)定的液滴質量濃度應不大于75mg/m3的要求。

（3）旋匯耦合濕法脫硫除塵一體化技術具有脫硫效率高,對多種污染物排放一體化解決的優(yōu)勢,投資和運行成本較低,系統運行穩(wěn)定,該技術在特高硫煤350MW機組上的成功應用,為較低成本解決特高硫煤SO2超低排放提供了技術途徑。

《中國電力》作者：易玉萍,朱法華,張文杰,李軍狀,段玖祥,李小龍