热电厂燃煤锅炉烟气脱硫除尘超低排放改造工艺比选分析

俞柏

摘要：随着国家提出东部和中部地区燃煤机组超低排放改造时间由原来的2020年提前至2017年和2018年底，辽宁地区燃煤火力发电厂都面临着锅炉烟气脱硫脱硝装置超低排放改造问题。结合抚顺石化热电厂新机组3台460吨/小时煤粉锅炉烟气脱硫除尘超低排放改造工程，对热电厂烟气脱硫除尘装置改造中布袋除尘器及石灰石-石膏湿法脱硫的超低排放改造方案比选、工艺特点进行了探讨和分析，为国内相关燃煤电厂锅炉烟气脱硫脱硝超低排放改造提供参考和借鉴。

关键词：脱硫;除尘;超低排放;节能环保

正文

2014年5月，发改委、环保部和国家能源局联合下发的《煤电节能减排升级与改造行动计划》中要求东部地区新建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，其中烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10mg/Nm³、35mg/Nm³、50mg/Nm³。^[1]

2015年12月2日，国务院总理李克强主持召开的国务院常务会议，提出东部和中部地区燃煤机组超低排放改造时间提前：由原来的2020年提前至2017年和2018年底。

热电厂2017年6月开始进行10#、11#、12#锅炉烟气超低排放改造，每台炉处理烟气量496608 Nm³/h，锅炉年运行6500h。脱硫除尘超低排放改造采用吸收塔内增加托盘及更换高效除尘除雾装置的方案，三台炉于2017年10月、11月及2018年1月相继投用，达到超低排放标准。

1. 烟气脱硫除尘工艺方案选择原则

针对本次热电厂锅炉烟气脱硫脱硝改造工程，确定如下设计原则：（1）确保烟气（烟尘、二氧化硫、氮氧化物）达到超低排放标准并满足当地总量控制要求;（2）确保烟气脱硫脱硝系统的安全、稳定运行;（3）依托现有装置，利用现有空间，简化工艺手段，减少施工周期及一次性投资。（4）节约能源和水资源，降低运行成本。

2. 超低排放改造脱硫增效工艺

10#、11#、12#三台460t/h煤粉炉烟气脱硫装置为2012年新建，采用石灰石-石膏湿法脱硫技术，吸收塔内四层喷淋。经过核算，在脱硫入口烟气SO₂浓度在2000mg/Nm³左右时，脱硫系统开启4层喷淋层能达到超低排放，但运行安全性稍差;在脱硫入口烟气SO₂濃度为2500mg/Nm³左右时，开启4层喷淋层也很难达到脱硫塔出口SO₂浓度低于35mg/Nm³的要求，因此需要进行脱硫提效改造。

目前超低排放脱硫提效改造主要有增加托盘（或旋汇耦合器）、增加喷淋层及双循环三种技术路线。三种技术都能够达到我厂脱硫超低排放脱硫提效改造的目的，但考虑到双塔双循环技术占地面积、建设投资及运行成本大，一般用于SO₂浓度大于7000mg/Nm³以上的工况，不适宜本工程使用。增加喷淋层改造是在原有的四层喷淋层上再增加一层喷淋层，提高脱硫塔的液气比，需要增加相应的浆液循环泵、浆液循环管线及喷淋层喷嘴等，吸收塔需要增高2米，工程量及投资较大，经济性差。增加旋汇耦合器及托盘改造方案都是在吸收塔喷淋层下增加烟气均布设备，避免了由于烟气不均匀而导致的局部烟气液气比低，影响脱硫效果;改造前吸收塔内部分区域液气比过高，喷嘴未充分发挥作用的情况，通过提高原系统喷淋层与烟气的覆盖效果达到脱硫增效的目的。该方案是对原有喷淋系统设计的优化，充分依托现有装置及空间，改造量小，且改造效果超过增加一层喷淋层的脱硫效率，符合本工程工艺方案选取原则。同时旋汇耦合器及托盘技术分别通过烟气湍流及增加浆液持液层的方式提高了烟气与浆液的传质效果，达到了增加脱硫效率的作用。相比较而言，在同时可以满足超低排放改造要求的前提下，旋汇耦合器技术方案一次性投资及运行阻力较大，运行成本大，从节能降耗的角度出发，本工程采用增加托盘的脱硫提效改造方案。

3. 超低排放改造除尘除雾工艺技术确定

锅炉烟气再进入脱硫系统前先经过布袋除尘器除尘，烟气由灰斗由下至上经过布袋。由于进入灰斗前除尘器入口三通管的烟气流速为15m/s，运行四年发现烟道磨损严重。本次改造中，将除尘器入口、变径管、三通管及入口挡板门进行了扩径改造，将烟气流速降至9m/s。同时对烟气流场进行了模拟，并根据模拟结果对烟气流场重新进行了优化，削弱了烟气对烟道的磨损，降低了除尘器部分阻力，使烟气更均匀的进入中箱体，减少烟尘的二次携带，提高除尘效果。改造后减少了烟气对设备及布袋的冲刷，降低了烟气阻力，达到了节能环保的改造效果。

仅靠脱硫前除尘是无法实现烟气超低排放中粉尘含量低于10mg/Nm³的要求的，因为脱硫后的烟气烟尘主要包括烟气中未被脱洗下来的粉尘颗粒，以及湿烟气中携带的浆液雾滴中所包含的石膏及可溶物质结晶等颗粒物，原有屋脊式除雾器在正常运行工况下除雾器出口烟气中得雾滴浓度应不大于75mg/Nm^3[2]，不能满足超低排放要求，所以需要在脱硫后增加高效除尘设施。

目前比较成熟的脱硫后高效除尘措施有湿式静电除尘技术、管束式高效除雾技术和脱硫除尘一体化技术。湿式静电除尘技术采用静电除尘原理，除尘除雾效果及适应性好，但改造内容巨大，占地面积大不适宜改造项目，且能源消耗大，经济性差。

脱硫除尘一体化及管束式除尘除雾技术都是利用液膜捕捉颗粒物的原理，塔内安装，改造内容简单，投资少，节能性好。其中脱硫除尘一体化技术是利用雾滴的转向离心力作用^[3]，使烟气在通过一层管式除尘器，及上面三层间距依次变小的屋脊式除雾器时，在波形板上形成液膜达到除雾效果。如采用此方案，吸收塔壁板需要增高4.5m～5.5m，除雾器冲洗水量比改造前略有增加。管束式除尘除雾装置安装在塔顶，烟气经过管束内的喷嘴型加速器提高烟气流速，高速上升的烟气在导向叶片的作用下旋转起来，使烟气内的液滴及颗粒物在离心力作用下汇集于在筒壁形成液膜，并不断捕获烟气中得液滴及颗粒物，通过管束内部结构设置，使烟气流速及液膜厚度能够让更小直径的烟尘颗粒去除，进而达到高效除尘除雾的效果。该方案除尘除雾效果好;且改造内容少，吸收塔仅需要增高1.5m;冲洗水量最小，运行能耗小;独特的管束式结构型式提高了除雾器的结构强度，安全性高。管束除雾器和一体化技术相比，管束式除雾器水耗略低，且改造内容更少，除尘除雾效果稳定，从项目改造节能环保、经济性等原则出发，本次工程选择管束式除尘除雾。

4. 结束语

本文从烟气除尘脱硫两方面进行了超低排放改造工艺特点及方案的比选和介绍，并基于改造原则选择了相应的改造方法，是一种改造内容少、施工周期短、运行经济性高、运行效率高的综合性方案，实际运行中全部达到超低排放要求，对锅炉烟气超低排放改造项目具有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]《煤电节能减排升级与改造行动计划》，2014年。

[2]DL/T5196-2004，火力发电厂烟气脱硫设计技术规程（9）。

[3]周志祥等。《火电厂湿法烟气脱硫技术手册》，中国电力出版社，2006年（132）。