火电厂湿法烟气脱硫系统技术改造实践

郭静静 陈 帅 王 匡

(1.榆林职业技术学院，2.榆林经济开发区汇通热电有限公司)

截至 2021年底，煤电装机达到11.1亿kW，占总装机容量的46.7%。煤电仍然是我国电力供应的主要来源，也是保障我国电力安全稳定供应的基础[1]。《火电厂大气污染物排放标准》中规定，大气中SO2排放限值为35 mg/m3(标态、干基、6%O2)[2]。近年来，大部分火电厂都对脱硫系统进行了技术改造，以满足SO2排放要求[3-6]。

1 湿法烟气脱硫系统工艺概况

某燃煤电厂装机容量为2×600 MW，采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺，一炉一塔，吸收塔设置2级屋脊式除雾器、3层浆液喷淋。入口烟气流量2 393 000 m3/h(标态，湿基实际氧)，原吸收塔直径为16 m，塔内设计3层喷淋层，每层喷淋层布置156个喷嘴，喷淋层间距为1.8 m，最上层喷淋层中心线至出口烟道下沿5.5 m，出口烟道采取侧出方式。循环泵流量为6 300 m3/h，液气比为7.9 L/m3(入口，标态湿基实际氧)。

燃煤入炉煤质比较稳定，硫分含量较低，基本维持在0.21%～0.25%。表1为现役脱硫系统运行参数。当入口SO2浓度低于390 mg/m3时，出口SO2浓度低于35 mg/m3，可基本满足SO2超低排放标准要求；当脱硫系统入口SO2浓度超过390 mg/m3时，出口SO2浓度超出35 mg/m3；个别工况下，入口SO2的浓度接近700 mg/m3，更无法满足SO2超低排放要求。以现有脱硫系统设计条件核算煤质硫分须控制在0.18%以内，才能稳定实现超低排放，因此需对现有脱硫系统进行改造。

表1 现役脱硫系统运行参数

脱硫系统改造基于原有石灰石—石膏湿法脱硫工艺进行，在原有燃煤煤质条件下，需考虑电厂设置的GGH漏风(最高2.4%)对SO2排放浓度的影响，设定入口SO2浓度700 mg/m3，脱硫效率不低于95%，确保增容改造后满足SO2排放浓度<35 mg/m3的要求。

2 技术方案的改造

2.1 改造技术条件分析

(1)吸收剂供应

电厂脱硫吸收剂为外购石灰石颗粒，粒径≤20 mm，采用湿式球磨机制浆系统。电厂2×600 MW机组脱硫系统改造后，按年运行5 500 h计，石灰石耗量为2.761×104t/a。原脱硫石灰石供应商可供给足量品质合格的石灰石。

(2)供水条件

脱硫系统工艺水采用辅机冷却水的排污水和锅炉补给水的排水，脱硫系统设备冷却水采用电厂工业水。所以，原来脱硫系统供水满足改造后系统供水要求。

(3)供气/汽条件

脱硫改造引起的压缩空气量变化很小，仍按原压缩空气系统设计方案考虑，脱硫系统改造无蒸汽消耗。

(4)入口烟气参数

改造过程将入口烟气参数设定为：SO2浓度(干态，6%O2)700 mg/m3，温度136.9 ℃。设定值不仅在仪表监测量程范围内，而且满足最不利工况。

2.2 脱硫系统改造方案

结合现有脱硫系统运行和现场布置情况，采用喷淋层改造+高效除尘除雾装置改造方案。

(1)脱硫系统喷淋层改造

通过压力换流量来增大循环浆液量、设置浆液再循环装置和喷淋层浆液喷嘴差异化布置，完成喷淋层改造。

经过核算，在塔内不设置增效构件的条件下，现有液气比略低于改造要求，因此采用循环泵压力换流量的思路，达到增大循环浆液量的目的，拆除现有的A泵的减速机(最下层)，将现有的C循环泵的减速机(最上层)移位安装在现在的A泵位置，对最高层浆液循环泵B、C的减速机进行重新选型。

部分喷淋浆液喷射到吸收塔边壁，然后沿着吸收塔壁流到吸收塔持浆池，该部分喷淋浆液没有参与脱硫反应。作用于该部分喷淋浆液的循环泵出力没有起到应有的作用，增加了脱硫系统的运行电耗。

在吸收塔内增设浆液再循环装置，即在每一喷淋层下方的塔壁上设置一圈环形浆液收集装置[6]。浆液流动至环形浆液收集装置后重新汇聚，并将浆液导入到吸收塔烟气中，使得浆液再与烟气接触，增加了汽液接触时间。根据原吸收塔的参数及喷淋量，增加两层浆液再循环装置，分别布置在第一层与第二层喷淋之间、第二层与第三层喷淋之间。

针对吸收塔内烟气流场中心区域流速高、贴壁区域流速低的情况，喷淋层浆液喷嘴采用差异化布置，即在烟气流速较高处增加喷淋喷嘴数量，在烟气流速较低处减少喷嘴数量。这样使得原高流速区的烟气流速降低，低流速区的烟气流速增加，达到吸收塔内的流速相对均匀，同时提高了浆液的利用率，保证了系统的脱硫性能。第一层喷淋(最下层)的喷嘴采用差异化布置，使得进入吸收塔的烟气能够相对均匀流动，浆液与烟气均匀混合吸收，烟气温度尽快降至饱和温度；对第二层喷淋(中间层)更换部分喷嘴，采用40～75 m3/h的空心锥喷嘴，同时增加喷嘴个数，提高浆液量，消除在原喷嘴布置时出现的烟气空洞；对第三层喷淋(顶层)增加中心区域的喷嘴数。

(2)高效除尘除雾装置改造

将现有的普通除雾器更换为高效除尘除雾装置，同时在喷淋层和除尘除雾装置支架上加装气流均布及预捕集装置。利用现有除雾器支撑梁，采用屋脊式高效除雾除尘装置，并对吸收塔边壁的封堵进行改造，即在吸收塔壁处割除原有的烟气封堵板，重新按照屋脊式布置设计烟气封堵板，并对其进行玻璃鳞片防腐。

为了提高高效除雾除尘装置对细微颗粒的捕集和收集作用，将两层高效除雾除尘装置布置改造为三层布置，同时充分利用原有除雾除尘装置的支撑梁。采用屋脊式高效除雾除尘装置后，高效除雾除尘装置叶片距离吸收塔出口烟道较短，为了保证烟气流场的合理及均匀，采用异型模块，将高效除雾除尘装置的夹角设计为150°～155°。

叶片是高效除雾除尘装置最重要的基本元件，传统的除雾除尘装置叶片为入口段与烟气流向同向的结构方式，去除烟气中浆液能力较差，特别对较小粒径浆液液滴去除能力更差，其结构如图1所示。

图1 传统除雾器叶片形式

该次改造采用高效除雾除尘装置叶片形式见图2。即入口段与烟气流向成一定角度，相当于增加了折流段，实现初步截留液滴，并且距离高效除雾除尘装置前的冲洗装置很近，折流段处的污垢容易被清洗。由于液滴捕集大多在折流段完成，因此后折流段的负荷大为减轻，不需要同前折流段一样的大角度。同时，为了增加高效除雾除尘装置后的冲洗效果，也要求该段叶片角度稍小，以利于冲洗水进入。

图2 高效除尘除雾装置叶片形式

3 结论

通过实施喷淋层改造+高效除尘除雾装置改造，可实现脱硫出口净烟气中SO2排放浓度小于35 mg/m3，烟尘浓度小于10 mg/m3，烟气携带的雾滴含量小于20 mg/m3。其优点是对现有系统改造量最小，增加的烟气阻力仅为150 Pa。