浅谈超低排放下燃煤电厂脱硫系统优化设计

封亚钊

摘 要： 当前国内环保形式日趋严峻，因此我国政府对燃煤电厂提出了超低排放的要求，当前各大发电集团大都完成了燃煤电厂脱硫系统的优化和改造，实现了超低排放。超低排放改造后，我国对于二氧化硫的排放规定降低至35mg/Nm3，这对于我国大多数燃煤电厂的脱硫系统来说，成本增长很大，存在着较大的压力。因此本文对超低排放下燃煤电厂脱硫优化运行进行研究，首先分析了我国燃煤电厂脱硫的运行现状，而后阐述超低排放下燃煤电厂脱硫的优化方式，最后通过实际的工程对超低排放下燃煤电厂脱硫优化的应用进行分析。

关键词： 超低排放；燃煤电厂；脱硫

现如今在环境保护方面，我国已经取得了十分优异的成绩，但是当前的环境形势依然不容乐观。在人们生活水平不断提升的背景下，也对自身生存的环境提出了更高的要求。我国的能源结构是以煤为主，这就造成大气污染物排放总量持续飙升的情况出现，这为我国治理大气污染造成了极大地阻碍。国家发改委、环保部和国家能源局三部委联合于2014年9月颁发了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）》要求全国煤电行业进行减排改造，实现超低排放，使二氧化硫、氮氧化物、烟尘浓度达到燃气轮机机组标准，即35、50、10mg/Nm3。我国燃煤电厂脱硫技术在实施过程中注重的是单一设备脱除单一污染物的方法，未充分考虑各设备间协同效应，在达到相同效率情况下，系统相对复杂，投资和运行成本较大，加之环保税的正式实施，在当前实际情况下，运行成本逐渐增加，企业负担加重。因此，我国燃煤电厂的运行必须达到超低排放的目标，将其脱硫系统进行优化运行和改造。

一、我国燃煤电厂脱硫的运行现状

当前我国燃煤电厂所采用的脱硫工艺大都是采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺（FGD），这一工艺的原理为：烟气中的二氧化硫经过电除尘后，在脱硫塔中被浆液循环泵喷出的吸收塔浆液（含有一定浓度的石灰石）雾滴进行吸收，而后在氧化风机提供的空气中，氧化成石膏浆液，石膏浆液通过脱水系统脱除多余的水，多余的滤液水一部分返回吸收塔，一部分通过废水系统排出，干燥的石膏通过综合利用等方式排出脱硫系统。这一工艺首先由英国研发，在几十年的时间里，经欧美等发达国家不断地实践和完善，其各项经济指标已经十分成熟，FGD工艺目前在市场中具有超过80%的占有率，在脱硫技术中，其应用的最为广泛。FGD脱硫系统的主要组成有：烟气进口挡板门、出口挡板门、吸收塔、增压风机以及各部分辅助设备，吸收塔是FGD系统中最为重要的组成。在我国环保要求愈发严格以及燃煤中硫含量逐渐增大，掺配煤比例逐渐增大的情况下，大多数燃煤电厂目前具有的环保设施已经不能满足超低排放的要求，因此需要对其进行优化升级及优化运行。

二、超低排放下燃煤电厂脱硫的优化方式

（一）增加喷淋层或托盘

在脱硫塔为单托盘的优化中，较多应用增加托盘这一方式。即为在原有的托盘上在加入一层合金托盘，其主要原理为：在吸收塔喷淋层的下方放置多孔合金托盘，浆液在吸收塔循环泵的作用下被打至托盘中，烟气在托盘的下部均匀通过，此时接触到吸收浆液，就会在托盘的上方形成湍液，充分接触液滴之后，传质的效果得到强化，进而促进脱硫效率的提升。脱硫效率主要是通过脱硫浆液的循环量（液气比）进行保证，在脱硫进口烟气中，二氧化硫的浓度提升，但是出口排放浓度降低时，那么就需要将系统中的液气比进行提升，这就是增加喷淋层的优化方式。在增加托盘或者喷淋层之后，还应及时优化喷淋层及喷嘴，使脱硫的效率得以提升，促进脱硫塔的安全运行。但是通过增加托盘这一方式会明显增加烟气的阻力，因此我国大多数燃煤电厂都采用的是增加喷淋层这一方式来进行脱硫优化，这就需要对燃煤电厂中的原吸收塔进行大幅度的改造。

（二）管式格栅均布装置技术

气流在吸收塔内的分布能够明显的影响到脱硫的效率。管式格栅均布装置的的原理为：在喷淋层的下部进行格栅烟气均流装置的安裝，促使吸收塔内的烟气流速能够实现均匀分布，这较好的避免了局部烟气流速较快而导致的脱硫效率降低。并且格栅烟气均流装置的上方会出现湍流区，这不仅提升了传质速率，还对气液固的接触进行了强化，使二氧化硫的传质过程变得更加高效，有力的提高了脱硫效率。

（三）串塔技术

双吸收塔串联技术（串塔技术）。双吸收塔串联技术是通过增加一个辅塔，与原脱硫塔形成一个顺流塔与一个逆流塔的串联。锅炉烟气首先进入顺流液柱塔，在此与液柱顺流接触，先去除70%的SO2，然后通过连接通道进入逆流喷淋塔，在逆流喷淋塔里面烟气与浆液逆流接触，进一步脱除残余的SO2，整体脱除率达98% 以上。

（四）单塔双循环技术。

单塔双循环技术是让烟气首先经过一级循环行预吸收，去除粉尘、HCl 和HF，部分去除SO2，此级循环浆液pH 值控制在4.6～5.0，脱硫效率一般在30%～70%。经过一级循环的烟气直接进入二级循环，此级循环石灰石相对过量，以应对负荷的变化，循环浆液pH 值控制在5.8～6.4，与传统空塔喷淋技术相比，可以降低循环浆液量。单塔双循环总脱硫效率可达98%以上。

三、超低排放下燃煤电厂脱硫优化的应用

某燃煤电厂为2×300MW国产亚临界空冷燃煤发电机组，并配套建设了双室四电场静电除尘器、石灰石—石膏湿式烟气脱硫装置以及相关公用系统等。在2013年5月12日，该电厂的1号机组正式开始运行，其脱硫系统采用一炉一塔的布置形式，使用的是FGD工艺。该厂于2017年10月完成1号机组的超低排放脱硫优化，在环保部门的检测下，顺利验收。该燃煤电厂的入炉煤种较为单一和稳定，燃煤煤质为极低硫分、中高灰分的烟煤。

该燃煤电厂1号机组在超低排放优化前，脱硫塔中装置了三层浆液喷淋层，并且配套了两用一备的浆液循环泵，每层喷淋层中都具有100个实心/中心的切线型喷嘴。吸收塔内具有斯塔侧进式浆液搅拌装置。

该燃煤电厂1号机组超低排放下脱硫优化的方式为：（1）在喷淋层的下部增加一层托盘，其主要作用为匀布烟气；（2）增加一层喷淋层以及降压循环泵，为了使喷淋层的脱硫效率得到保证，需要将吸收塔增高4m。

在吸收塔中放置托盘的主要作用是能够使烟气得到均匀的分布，通常在吸收塔喷淋去区的下方安装，在烟气经过托盘之后，将会在整个吸收塔中均匀分布。多孔合金托盘不仅能够均匀分布烟气，还能够在合金托盘的上方形成石膏浆液液膜。石膏浆液从托盘上方喷淋下来与烟气融合，就会促进二氧化硫的吸收。与此同时，含有二氧化硫的烟气接触到石膏浆液液膜之后，能够实现高质传递，促使烟气中的二氧化硫气体被浆液充分吸收，保证喷淋的浆液量得到最大程度的利用。这大大提升了吸收剂的利用率以及脱硫的效率。该燃煤电厂1号机在进行脱硫优化之后，经过170小时的检测运行，得出的数据指标均符合超低排放的各项要求。

结语：

燃煤电厂的脱硫优化是一项系统的工程，很多因素都会对最终的脱硫效率造成影响，并且这些因素之间相互交织，并且错综复杂。在超低排放下，脱硫优化的实际运行需要结合燃煤电厂的实际情况，根据现场的情况对各项数据进行科学的制定，并且随时对其进行观察和调整。在优化过程中若出现异常反应，需及时采取相关措施，确保脱硫优化的顺利进行，最终达到超低排放的标准。

参考文献

[1]赵永椿，马斯鸣，杨建平，张军营，郑楚光.燃煤电厂污染物超净排放的发展及现状[J].煤炭学报，2015，40（11）：2629-2640.

[2]帅伟，李立，崔志敏，吴家玉，莫华.基于实测的超低排放燃煤电厂主要大气污染物排放特征与减排效益分析[J].中国电力，2015，48（11）：131-137.

[3]史文峥，杨萌萌，张绪辉，李水清，姚强.燃煤电厂超低排放技术路线与协同脱除[J].中国电机工程学报，2016，36（16）：4308-4318+4513.

[4]宋畅，张翼，郝剑，彰金宝，王家伟，安连锁，张永生.超低排放電厂脱硫及湿式电除尘废水中汞排放分析[J].中国电力，2017，50（11）：164-167.

[5]宋畅，张翼，郝剑，刘更生，王家伟，安连锁，张永生.燃煤电厂超低排放改造前后汞污染排放特征[J].环境科学研究，2017，30（05）：672-677.