火力发电厂脱硫超低排放改造技术

近几年来，国家越来越重视绿色发展，环保节能已经成为电力发展方向的重要依据，为促进产业结构的优化升级，响应国家绿色发展的号召，我国已经关闭大批发电效率低、污染严重的火力发电厂，致力于打造符合我国发展理念的火力发电厂。因此，对于火力发电厂脱硫超低排放改造技术的研究势在必行，研究出利于脱硫超低排放的改造技术对于绿色发展、提高空气质量具有重要意义。

1 火力发电的发展现状

我国火力发电结构中，大型火力发电机组所占比例较小，且机组的品种单一，燃机和柴油发电机所占比例为5%～6%，其他大部分都是常规火电机组，国内生产的火电机组调峰运转能力比较差。在我国已有的火力发电机组中，单机容量达到30 万kW 及以上的火电机组已经超过整体容量的60%，大型、高效、环保的火电机组不断增加，59 台高达100 万kW 的超临界火电机组已经投产、在建，不仅能满足人们的需求，而且还大大减少煤炭的燃烧，进一步实现绿色发展。

目前我国淘汰了6674 万kW 的小火电机组，可以节约7580多万t 原煤，减少1.54 亿t 二氧化碳、131t 二氧化硫的排放。原有火力发电所用的锅炉不断被淘汰、更新，促进了我国火力发电中锅炉不断向更大容量、高标准方向发展。我国近些年来还积极推进洁净煤技术的发展，将煤炭气化成燃气、蒸汽，研究碳捕集与封存技术，不断完善清洁煤的IGCC、循环流化床等技术，更加广泛适用于火力发电中。

2 火力发电的工作原理及设备概述

火力发电是由燃烧供给系统、发电系统、汽水系统、控制系统等组成。燃烧供给系统包括粗细分离、排粉、给粉等组成，但组成的核心是锅炉，该系统为加热水提供源源不断的热量；发电系统包括发电机变压器升压站等，通过副励磁机、主励磁机、发电机三者的协同合作，实现将动能转化为电能；汽水系统是由凝汽器、高低压加热器、汽水循环系统、化学水处理等组成；控制系统主要负责控制火力发电各系统的工作情况。

3 火力发电厂脱硫超低排放存在的问题

3.1 技术与设备的欠缺

目前，我国火力发电厂所使用的脱硫减排设备大多数是依靠国外进口，并且价格昂贵。正因为国内的许多火力发电厂无法支付昂贵的脱硫设备费用，因此所使用的设备老化，脱硫效率受到严重影响。另外，国外进口的设备与我国火力发电厂的具体情况不能完全匹配，因而不能很好地满足国内需求。

3.2 资金欠缺、场地限制

我国火力发电厂中的脱硫设备大多数都比较老化，急需更换和翻新，但火力发电厂的资金欠缺和场地限制阻碍了脱硫设备的革新，因此大多数的火力发电厂依然不能达到脱硫减排的目标。

3.3 缺乏自主创新

在脱硫设备上，我国主要是通过向德国、美国等发达国家进口，而国内在脱硫设备的研制上，缺乏自主创新的意识和能力，未能研制出适用于我国火力发电厂的脱硫设备，无论是技术体系还是脱硫的产业链都存在较多问题。

4 火力发电厂脱硫超低排放改造技术

4.1 脱硫技术的改造

以陕西煤业化工集团神木电化发展有限公司为例，公司有2×480t/h 的循环流化床锅炉，主要是通过炉内喷钙来实现脱硫处理，经过脱硫处理后的二氧化硫排放量为400mg/m3，而国家规定的火力发电厂排放标准为在基准含氧量为6%条件下，二氧化硫的排放量排放浓度不高于35mg/m3，由此证明，现有的脱硫技术不能将二氧化硫的浓度，控制在火力发电厂的排放标准下。为改变这一现状，公司对火力发电厂脱硫技术进行了一系列的改造。公司于2016 年将循环流化床锅炉的脱硫设施改造为炉后湿法脱硫，同时配套电石生产业务。由于在电石生产过程中会产生较多的氧化钙粉末废弃物，公司将生产过程中产生的氧化钙粉末废弃物作为原材料，将2×480t/h 循环流化床锅炉的湿法脱硫设计为单塔单循环石灰-石膏法。脱硫过程和具体的技术改造如下：

火力发电过程中产生的烟气进入吸收塔后，烟气向上流动，并且被向下流动的循环浆液以逆流的方式进行洗涤。循环浆液通过喷浆层设置的喷嘴喷入吸收塔中，实现对二氧化硫、三氧化硫、氯化氢、氟化氢的处理，生成的副产物则被空气氧化成石膏，进而消耗作为吸收剂的石灰石，循环浆液则通过浆液循环泵的作用，将循环浆液向上输送到喷淋层中，并通过喷嘴进行雾化，让气体和液体得以充分接触。

其中，为了脱硫浆液能均匀地雾化成小液滴并充分与烟气进行脱硫反应，提高脱硫效率，因此特地设计了四层喷淋层。另外，对浆液雾滴的处理，主要选用的除雾器是三级屋脊式除雾器，与二级除雾器相比，三级屋脊式除雾器对除去清洁烟气中携带的浆液雾滴效果更佳，并在原有的除雾器基础上增设冲洗水，冲洗水能根据提前设定好的时间进行自动冲洗，这一改造不仅能够防止除雾器出现堵塞的情况，同时冲洗水还能作为补充水，可进一步稳定吸收塔的液位。此外，为了克服纯石灰-石膏法在制浆过程中氧化钙与水发生放热反应，改进原来的搅拌器数量，通过3 台测试搅拌器的运行进一步控制沉积。另外，为了避免浆液的PH 值的波动对产出石膏的质量、脱硫效率以及除氧器的堵塞情况造成影响，在脱硫过程中，尽可能地将PH 值控制在4.6～5.8 的范围内。经过改造后的脱硫技术，脱硫效率大大地提高，脱硝效率也高达99.5%以上，所生成的石膏纯度不小于90%，且含水率可以控制在10%以内。

4.2 超低排放技术改造

陕西煤业化工集团神木电化发展有限公司在进行火力发电过程中，存在床温高、排放的氮氧化物浓度大等问题。为了减少排放量，达到国家规定的火力发电厂排放标准，做出了以下改造：

对二次进风量进行控制，并改造二出风口的进风角度，进一步提高二次风在炉膛的穿透能力。为了提高烟气的流速，加快旋风分离器的分离效率，因此需要对旋风分离器入口缩径进行改造。改造后的系统能将引风机出口处烟气再次引入到一次风机入口，不仅能提高一次风机的含氧量，同时能实现对烟气的进行多次处理，更好地吸收烟气内的有害气体。此外，为了能降低炉内的床温，改造后的系统将除灰通过输送系统再次引入炉中，并在水冷壁的鳍片上增设吸热钢，进而提高水冷壁的吸热量，以达到降低炉内床温的目的。

为了更好地降低氮氧化物等有害气体的排放，对原有的SNCR 系统进行了升级改造。将原有的喷枪顺序布置改为错列布置，增大还原剂的覆盖范围，进一步加快反应速率，进而提高了脱硝效率。为了更好地配合旋风分离器入口的喷枪，在旋风分离器出口左右两侧增加四支喷枪。改造完成后，将飞灰再循环系统和烟气再循环系统陆续投入使用，并取得了不错的成效。其中，原始氮氧化物由270mg/m3降为120mg/m3，床温由原来的980～1050℃降为小于950℃，过热器尾部含氧量由原来的5%降为3%，并且锅炉的效率基本上不受影响。此外，使用改造升级后的SNCR 系统，氮氧化物可以稳定地控制在50mg/m3，达到国家排放标准。

4.3 除尘技术的改造

为了实现超低排放，达到更好的除尘效果，可在原有的除尘基础上，增加湿式电除尘技术，这样能有效地对含有湿气的烟尘进行处理。在湿式静电除尘中，不仅操作条件十分稳定，而且废气温度低、水分含量较高，粉尘的电阻率有所下降，因此在很大程度上能减少前期电除尘的投资和运行成本。此外，还需对除尘技术进行改造：①对烟气的出口烟道进行改造，在原有基础上，将脱硫塔的高度增高，并在脱硫塔喷淋层的上方增加束管除尘装置，提高对烟气的除尘效率。另外，为了增加气流的离心运动速度，还需在分离器之间安装导向环、汇合环、增速器，让气流能够处于合适的分配状态，进而实现对气流出口和制液膜厚度的控制。②在四层脱硫喷淋系统的基础上，以脱硫塔的入口高度为依据，适当增加旋汇耦合装置，同时，在喷淋层下增加脱硫提效环的数量。③并对辅助设备进行相应的改造，提高内部冲洗系统的冲洗效果，增加在线监测系统，实现实时监控，保证除尘的效果。

5 结语

为了让火力发电厂的排放量更好地满足绿色发展的需求，需进一步加快我国火力发电厂向绿色发展的步伐，各个发电厂仍需努力探索出更加有利于生态发展的脱硫除尘技术。文中火力发电厂在此次改造中，主要是从脱硫技术和降低排放技术的细节上入手，抓住技术核心进行相应的改造，因此所改造的范围小，花费的时间和资金较少，但是取得的效果比较明显，能够满足国家制定的火力发电厂排放标准，为想要实现脱硫超低排放要求的火力发电厂改造提供参考。