辅塔pH分区脱硫技术的研究与应用

李映斌+谷小兵+齐勇

摘 要：近年来，因火电厂大气污染物排放标准日益提高，各大火电机组为积极应对环保政策，对脱硫装置进行增容提效改造。该文提出一种辅塔pH分区技术，应用于张家口电厂脱硫装置改造，为火电系统内脱硫改造提供可靠经验。

关键词：辅塔 pH分区 脱硫系统 增容提效

中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（b）-0030-02

2011年，国家环保部发布新版《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011），要求除特殊限制地区外，烟气SO2排放标准为<200 mg/m3，并于2013年7月開始执行。继之2014年3月，国家环境保护部召集五大发电公司明确提出扩大执行特别排放限值的范围，对京津冀及周边地区执行特别排放限值，新增加区域从2015年1月1日起执行，不达标的电厂将停止运行。张家口发电厂须执行特别排放限值，即SO2排放浓度<35 mg/Nm3，因此，张电8台机组脱硫系统必须进行增容提效改造。

自2009年开始，大唐环境产业集团公司就开始着力于研究辅助浆液循环箱的脱硫技术，专门用于解决在较短时间内完成脱硫装置的增容提效问题[1]。同时由于张电8台脱硫装置由大唐环境产业集团实施特许经营，因此大唐环境产业公司必须承担起增容提效改造的任务。

结合工程改造应用，该文提出一种新型的实用技术：辅塔pH分区脱硫技术，该技术已于2014年6月获得国家专利认证证书（证书号：ZL 2014 2 0337253.3）。该项技术适用于燃煤硫份偏高、改造周期短的脱硫现场。

1 研发背景

大唐国际张家口发电厂8台机组（8×300 MW）均配备石灰石湿法烟气脱硫装置。原装置为同方环境股份有限公司总承包建设，于2008年8月投入运行。原设计条件，机组满负荷工况下，原烟气SO2浓度2 750 mg/Nm3时，净烟气SO2浓度<200 mg/Nm3，脱硫效率>92.7%。该次提效改造，要求达到：原烟气SO2浓度2 750 mg/Nm3时，净烟气SO2浓度<35 mg/Nm3，脱硫效率>98.7%。

技术人员提出了几套改造方案，并对方案进行了充分论证，最终确定了辅塔pH分区增容提效改造方案，即对吸收塔及净烟道升高，增加两台浆液循环泵、两层喷淋层；供浆系统由对主塔供浆方式变更为主要对辅塔供浆方式，同时保留原主塔供浆管路；除雾器由平板式改为屋脊式，同时增加管式除雾器。现有制浆、脱水等公用系统满足要求，不进行改造。

2 系统特征

此次改造工程的主要技术特点为：布置辅塔，增加浆液循环泵及喷淋层，对辅塔进行供浆。该改造方案优点如下。

（1）相比其他方案（如改变主塔结构、串塔方式等）改造费用低，改造工作量小。吸收塔及净烟道提升高度低，约4 m左右。增加一个直径9 m、高度12 m的辅塔，增加两台浆液循环泵，设备改动及增加量小。

（2）采用主塔与辅塔双路供浆方式，增加了供浆的灵活性，同时，若采用辅塔单路供浆可使吸收塔主塔与辅塔实现双pH控制，有利于提高脱硫效率。

（3）改造工期短，利用机组停机机会，完成吸收塔及净烟道提升、新增喷淋层的安装及除雾器改造等与通烟相关的工作，其他工作在机组启动后进行，最大限度缩短机组停机时间。

（4）原烟道取直，减少了3个弯头，减少了烟气系统的阻力，有利于降低引风机电耗。

3 技术创新点

辅塔pH分区脱硫技术包含了辅助浆液循环箱脱硫技术的系统特征[1]，使得改造后的脱硫装置明显提高了液气比、增大了烟气处理能力，同时，该技术还具备以下优点。

（1）湿法脱硫工艺中氧化分两部分：吸收区自然氧化以及浆液池的强制氧化。自然氧化的工艺特点是气相连续，液相均匀分散，但是烟气中氧浓度低，此种氧化反应比例在总体氧化反应中大约占20%。强制氧化的工艺特点是液相连续，气相均匀分散，此种氧化反应比例在总体氧化反应中大约占80%，在吸收塔氧化反应中起决定性作用。在主塔浆池中，液相具备均匀液相连续条件，但在辅塔浆池中，液相主体为非均匀连续相，如果辅塔浆池与主塔均采用氧化风管布置，将会导致原塔与辅塔氧化均不正常，所以本工程方案依然坚持原有辅塔技术，即辅塔区域不进行参与氧化过程。

（2）采用辅塔浆池增加结晶时间。该方案中的增加循环泵容量保证了脱硫效率、主塔氧化的方式，保证浆液吸收SO2后生成的亚硫酸钙完全氧化、增加辅助浆液池，并通过连通管与原塔相连，使两个浆液池成为连通器，进行缓慢的物质交换，保证了结晶时间与结晶空间，确保了生成的硫酸钙晶体体积，易于脱水。

（3）采用副塔供浆方式，实现了主辅塔不同的pH值，辅塔pH值稍高于主塔，即从一定程度上促进了主塔钙离子的生成，也满足氧化结晶的时间，因此能有效提高脱硫效率。

4 主要设计原则

（1）不改变原设计工艺流程，继续采用石灰石-石膏湿法脱硫技术，全部烟气参加脱硫，系统按设计煤质设计，脱硫效率≥98.7%。

（2）烟气脱硫系统根据下述要求进行设计：在原有脱硫系统的基础上进行增容提效改造，使改造后的脱硫系统在原设计值条件下，能长期、安全、稳定地运行，系统出口SO2<35 mg/Nm3，脱硫效率达到98.7%以上。

（3）不改变主塔结构，不破坏原有喷淋层。只是将塔体及相关烟道整体上升，以满足新增浆液喷淋层及屋脊式除雾器的高度需求。

（4）依据物料平衡计算原则，确定浆液总量、氧化池容积、辅塔容积及新增浆液循环泵、氧化风量等关键参数。

5 改造效果

（1）改造后脱硫性能指标试验。

改造后脱硫性能指标试验见表1、表2。

（2）社会、经济效益。

社会效益：火电厂是中国排放大气污染物大户，增容提效有各种方案，选择哪种方案既考验技术人员的设计经验水平，也直接决定着技改投资及运营效益。大唐环境产业集团公司技术人员敢于打破常规，通过最简洁的方案实现技改的目的。实践证明该方案是可行的，在不影响发电企业年度电量的前提下实现了工期短、造价低、效果好的目标。

经济效益：若采用传统的改造吸收塔的方案，则需要4～6个月的改造周期，在此期间内因不能正常投入脱硫系统而导致主机停机，牺牲的上网电量约16亿kW·h。即采用辅塔分区的方案为电厂避免了巨大的经济损失[2]。同时，后期工程决算表明，增加一个辅塔的费用比采用传统的改造吸收塔的方式即重建吸收塔或者给吸收塔加高，重新布置烟道，产生的设备和施工费用概算，要节省出1 000万元。

6 结论与建议

（1）结论。

通过168 h试运及高硫煤试验的运行记录参数表明，张家口发电厂#1脱硫系统增容技改完成后，可以得出如下结论。

①张家口发电厂#1脱硫系统增容技改后，SO2出口排放值及脱硫效率都达到了改造设计的要求，即保证在入口SO2为2 750 mg/Nm3时，出口低于35 mg/Nm3，效率满足98.7%以上。

②通过调整吸收塔液位及辅塔供浆等运行方式，在入口稍低于设计值时，即入口SO2为2 450 mg/Nm3左右，保持4台泵运行（改造后共计5台泵），出口SO2能控制在35 mg/Nm3以内。

（2）建议。

该项目的研究和应用，达到了国内领先水平，经济效益和社会效益显著，建议在脱硫增容提效改造上推广应用。

参考文献

[1] 李映斌，齐勇，董越.辅助浆液循环箱（辅塔）脱硫技术的研究与应用[J].中国新技术新产品，2014（17）：53-55.

[2] 田晓曼.火电厂湿法脱硫系统增容提效改造技术方案[J].中国环保产业，2015（8）：19-21.