强化传质脱硫增效技术在火电厂超低排放的应用

摘要：文章介绍了大唐南京电厂2#机组脱硫提效改造工程，首先通过调研及结合电厂的实际情况确定了改造方案，然后通过一系列的小试、中试及模拟试验研究确定了主要的改造参数，最后试运行的结果表明，该次脱硫提效改造超过了预期的改造目标，技术上可行、经济上合理、环境和社会效益巨大。

关键词：强化传质脱硫增效技术；火电厂；超低排放；筛板；脱硫效益 文献标识码：A

中图分类号：X701 文章编号：1009-2374（2015）15-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.044

1 概述

当前，中国大气问题突出，为切实改善空气质量，实现环境效益、经济效益与社会效益多赢，国家对主要污染物减排工作的要求不断升级，燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，实现超低排放，为此，需要对脱硫系统进行升级改造。

2 脱硫系统概况

现有2×660MW燃煤汽轮发电机组。脱硫采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，一炉一塔布置，设置一套共用系统，不设烟气旁路，脱硫效率≥95%（设计值含硫量0.8%），设计入口SO2浓度1629mg/Nm3，实际运行出口SO2浓度可达到50mg/Nm3左右。

3 脱硫系统提效改造目标及改造方案

本次脱硫提效改造按燃气排放标准设计，入口SO2浓度2317（6%氧）mg/Nm3，投运4台循环泵，达到出口SO2浓度≤35mg/Nm3的要求（高于燃气标准）。

经过反复研讨，最终确定本次改造的方案为：吸收塔内增加筛板+更换喷淋层喷嘴+内部强化构件+塔外浆罐组合方案，外部各子系统进行相应增容改造。

4 针对工程改造的试验研究

针对大唐南京电厂脱硫系统的实际改造，浙江大学与大唐科技分别开展了对筛板的试验研究、浆液分区试验研究和CFD流场模拟实验研究。

4.1 塔内增加筛板的试验研究

筛板上气液接触情况研究：当烟气流速继续增大至一定值以上时，将会出现无液体流下现象。

筛板孔径对阻力的影响分析：在同一开孔率（36%）、不同筛板孔径（6～30mm）条件下，筛板阻力特性，当烟气流速大于1.0m/s时，大孔径筛板上液层比小孔径的厚，其压降也大，这是因为气流穿过大孔径后，其动量较大，可以吹起很高的泡沫层，而小孔径由于气流被分散，动量较小，泡沫层高度较小，因此其塔内压降较小。筛板开孔率对阻力的影响：孔径d=15mm、不同开孔率（16%～48%）条件下烟气流速对阻力特性，开孔率在32%～36%的筛板，其压降变化不大；当开孔率小于32%时，压降随开孔率减小明显增大，泛点出现得越来越早，开孔率为16%和20%的2块筛板几乎无法正常工作，分别在烟气流速为0.5m/s和1.0m/s时就出现无液体下降的严重恶化工况。

喷淋量对阻力的影响：同一烟气流速条件下，随着浆液喷淋量的升高，筛板阻力逐渐增大；这是由于筛板在浆液量低的情况下托不住液体，液体都沿着开孔的外侧流出，空气从孔中间穿过，阻力较小。

不同烟气流速及喷淋条件下筛板阻力：同一开孔率的筛板，其阻力随烟气流速及喷淋量的增大而增大。中试试验条件完全按照实际工程中的运行条件，当满负荷运行时，塔内烟气流速为3.5m/s，四层喷淋全开时，所开发的筛板的阻力约为700Pa；开三层喷淋，所开发的提效均流构件的阻力约为500pa；开两层喷淋时，所开发的筛板的阻力约为300Pa。通过上述筛板试验研究，对实际工程中所用筛板的选型、孔径及开孔率提供了重要的依据。

4.2 浆液分区试验研究

浆液分区pH性能试验研究：在典型的实验工况下，基于pH分区控制的喷淋系统主副回路均可以形成稳定的pH差值，烟气量由10m3/h到25m3/h变化，喷淋量由146L/h到292L/h变化，入口SO2浓度在1500mg/Nm3到4600mg/Nm3变化时，可以形成0.5～0.97左右的稳定pH差值。随着烟气量、入口SO2浓度的增加，喷淋量的降低，主副浆液池形成的pH差值增大，主要是由于随着烟气量、入口SO2浓度增加，浆液在单位时间内吸收了更多的SO2，致使pH差值增大。

4.3 CFD流场模拟试验研究

研究模型范围、计算结果及分析，根据BMCR工况烟气参数及喷淋参数情况下进行计算，主要分析了系统各个截面的速度、压力和温度分布情况，塔内增加筛板后，速度分布、压力分布及温度分布更加均匀，筛板对速度、压力及温度在塔内的均布具有明显的作用。

通过流场模拟的试验研究，对实际工程中喷淋层的选择、喷嘴的布置及喷嘴选型进行了优化；确定了实际工程中筛板的安装位置。

5 改造后运行效果

通过对塔内筛板的研究、浆液分区研究和CFD流场模拟实验，最后确定了2#机组脱硫提效改造的各主要设计参数。南京电厂2#机组2014年9月18日停机改造，2014年11月25日改造完成开始试运行，经过近3个月的运行，调取运行时的DCS历史趋势如图1所示：

图1 改造后脱硫各参数趋势

由图1可以看出，在负荷为487MW时，脱硫效率为96.5%，脱硫塔入口SO2浓度为961mg/Nm3，脱硫塔出口SO2浓度为22mg/Nm3，主浆液池浆液pH为5.4。满足改造要求出口SO2浓度≤35mg/Nm3的要求。

当机组满负荷661.5MW运行时，脱硫塔入口SO2浓度1666.8mg/Nm3，主浆液池浆液pH为5.54，三台循环泵（A、B和D泵）运行时，脱硫效率为99.6%，脱硫塔出口SO2浓度为5.3mg/Nm3，运行效果超出了预期的改造目标。

5.1 不同浆液pH时的运行效果

满负荷条件下，开三台循环泵（A、B和D），SO2入口浓度为1500～1700mg/m3时，脱硫效果随主浆液池pH变化，随着主浆液池pH的逐渐升高脱硫效率逐渐增大，脱硫效率由98.8%（浆液pH为4.99）升高到99.6%（浆液pH5.54），随着主浆液池pH的逐渐升高，出口SO2浓度逐渐降低，出口SO2浓度由20.04mg/m3（浆液pH为4.99）下降到4.7mg/m3（浆液pH5.54）。endprint

5.2 开启不同循环泵时的运行效果

满负荷条件下，SO2入口浓度约为1620mg/m3，主浆液池pH为5.2时，开启不同循环泵组合（开启A、B、C泵及开启A、B、D）时，开启三台循环泵A、B、D的脱硫效率为99.03%高于开启三台循环泵A、B、C时的98.5%，原因为，循环泵D与塔外浆池相连，当开启循环泵D时，有效地扩大了浆池的容积，浆液停留时间延长，浆液与氧气的接触时间也延长，氧化更充分。

5.3 低负荷条件下的脱硫效果

低负荷（约500MW），SO2入口浓度约为1435mg/Nm3，浆液pH在5.65左右，只开启两台循环泵（A、D）时，1#吸收塔（未改造）与2#吸收塔（改造后）运行时的脱硫效果对比时发现，经改造后，2#吸收塔的出口SO2浓度为23.4mg/Nm3，低于1#吸收塔的42.9mg/Nm3，2#吸收塔的脱硫效果明显优于1#吸收塔，说明，2#吸收塔内的筛板不仅可在机组满负荷时提高系统的脱硫效果，在低负荷，只开两台循环泵时同样具有明显的作用。

6 脱硫提效改造后效益分析

经济效益方面，如果不采用筛板，而是开启四台泵进行脱硫达到同样脱硫效率，第四层喷淋的阻力大约为350Pa，即筛板路线阻力大于150Pa，按照引风机290万风量、机械效率82%考虑，采用筛板增加风机电耗接近150kW，而减少第四层循环泵则节省了1100kW以上，改造后降低了运行电耗，节约了运行成本；另外，由于提效改造后，系统的稳定性大大提高，减少了因脱硫系统出现的问题对主机的影响，间接地减少了检修、主机额外启停炉以及停炉所造成的经济损失；同时，政府申请环保补贴，每台机组的脱硫超低补贴约为1400万元/年。环境社会效益方面，对改善地区环境空气质量起到了良好的作用，同时借着此次提效改造，大唐南京发电厂在集团内部也走在了前头。

7 结语

大唐南京电厂2#机组脱硫提效改造工程采用塔内增加筛板+塔外浆池的方案，经过脱硫试运行，只开三台循环泵就达到了出口SO2浓度≤35mg/Nm3的改造要求，改造后SO2排放浓度、排放量均明显降低。本次2#机组脱硫系统的提效改造技术上可行、经济上合理，环境效益和社会效益巨大，为南京发电厂2015年即将开展的1号机组超低排放技术改造积累了宝贵的经验，开创了集团公司煤电机组中应用此项先进技术的先河，实现了煤电清洁化生产质的飞跃。

参考文献

[1] 环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）[S].2011.

[2] 国家环境保护部.关于执行大气污染物特别排放限值的公告[S].2013.

[3] 国务院.大气污染防治行动计划[S].2013.

[4] 国家发展和改革委员会，环境保护部，国家能源局.煤电节能减排升级与改造计划（2014～2020年）[S].2014.

[5] 叶春珍，高翔，骆仲泱，孔华，倪明江，岑可法.无溢流筛板塔烟气脱硫的实验研究[J].动力工程，1999，19（6）.

[6] 王惠挺，钟毅，高翔，陈湘文，骆仲泱，倪明江，岑可法.湿法烟气脱硫筛板式喷淋阻力特性的试验研究[J].动力工程，2009，29（11）.

作者简介：张巍（1978-），男，安徽淮北人，大唐科技产业集团有限公司南京项目分公司项目经理。

（责任编辑：黄银芳）endprint