火电厂超低排放后脱硫系统提效的技术应用

火电厂超低排放后脱硫系统提效的技术应用

柴国江 段晓磊 礼想 赵士杰

河北华电石家庄裕华热电有限公司

摘要：随着火电机组超低排放的实施完成，脱硫系统的脱硫效率大幅提升，基本达到99%，原厂地空间和炉后环保设施空间大幅降低，无空间新增设施，但环保要求尤其是季节性地方环保高标准限值，脱硫效率几乎要求达到100%，在FGD和Ca/S比一定的情况下，增加吸收塔内部结构进而提高SO2吸收率，提高脱硫效率是符合环保标准的必由之路。

关键字：超低排放  高标准限值  脱硫效率  内部结构     

1.背景

华电石家庄裕华热电2×300MW热电联产燃煤机组，投产时脱硫系统采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，一炉一塔布置，2014年进行了脱硫系统改造，取消GGH，串联二级吸收塔，脱硫效率达到99%。脱硫岛内环保设施不断增加，场地内布置紧凑，无空间新增大型设备设施，随着地方环保要求的逐步提高，从总量和限值双重压减，二氧化硫排放限值最低达到10mg/m3以下，甚至更低，脱硫效率不断提高，达到99.8%以上。

2.脱硫技术应用分析

裕华热电2台300MW燃煤机组脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，一炉双塔配置，公用系统一套。锅炉出口配置四室五电场静电除尘器，机组取消GGH，同时防止空预器堵塞，脱硫系统入口烟温达到140℃以上（改造后设计134℃）。二氧化硫浓度5000mg/m3。

2.1 烟气成分对脱硫效率的影响

两台机组运行稳定，掺配煤种主要是山西，部分蒙煤，煤种比较固定。锅炉出口设置四室五电场静电除尘器，大幅降低烟气中的灰尘。烟气中的F-会与金属离子形成络化物，覆盖在石灰石颗粒表面，影响其消溶率进而影响脱硫效率。

烟气中的HCl主要溶于浆液后，对石灰石的消溶特性有明显的抑制作用。溶于浆液产生的Cl-与浆液中的Ca2+生成CaCl2，同离子效应导致液相的离子强度增大，进而阻止了石灰石的消溶率，同时降低脱硫剂的碱度，影响H+的活性。

两台机组煤种的变化不大，烟气成分变化不大，为保证锅炉设计煤种及经济性，无法调整燃用煤中，故无法通过调整煤种提高脱硫效率，同时静电除尘设施的改造空间也不大，通过调整除尘效率对烟气成分的影响也不大。目前采取的措施就是降低吸收塔，进而提高脱硫效率但是根据Cl-浓度对消溶率影响趋势及厂区的消纳能力，吸收塔Cl-最低浓度已达极限。

2.2 烟气温度及烟气含氧量对脱硫效率的影响

两台机组脱硝采用低氮燃烧器+SCR技术路线，催化剂为蜂窝式结构，还原剂为液氨。近期环保形势的严峻，对氮氧化物的排放浓度也大幅降低，最低要求低于13mg/m3，由于喷氨量的增加易造成氨逃逸，容易在空预器冷端形成NH4HSO4，造成空预器的堵塞，故锅炉专业在防止空预器堵塞时，会投入暖风器，提高排烟温度在150～160℃左右，进而造成脱硫系统入口温度提高，因脱硫反应是一种放热的化学反应，故温度升高不利于脱除二氧化硫化学反应的进行，烟温升高降低脱硫效率。

两台机组经过低氮燃烧器改造后，空预器的堵塞，漏风率较大等情况，锅炉燃烧后反应的锅炉含氧量最低达到2.5%，故入口烟气含氧量的降低也影响脱硫效率。

2.3 浆液pH值及添加剂对脱硫效率的影响

湿法脱硫工艺中PH值是影响脱硫系统的重要参数。按照二氧化硫在脱硫系统中的反应，必须提高HSO- 3的产生，根据SO2的吸收与pH值的关系，pH在5～6之间时，进入水中的SO2主要以HSO- 3离子的形式存在，同时根据pH值对HSO- 3氧化的影响，主要是在pH值4.5时氧化速率最大，但是正常浆液在5～6，故需提高氧化风量，加快其氧化效果。

pH值升高有利于液相传质系数增大，有助于二氧化硫的速率，但是较高时（高于6.2）会增加亚硫酸钙的产生，该物质易达到过饱和而结晶在塔壁和部件表面，形成结垢，同时pH值低于6后，SO2的吸收速率下降幅度减缓。故可通过适当提高pH值提高脱硫效率，目前一级塔维持在5.4～5.6运行，通过试验效果较好。

在液气比一定的情况下，通过增加添加剂，主要是碱，对脱硫效率的提高有一定的作用，尤其是在浆液中毒初期或者二氧化硫浓度较高于峰值的情况下，效果显著。

2.4 液气比L/G对脱硫效率的影响

两台机组在经过超低排放改造后，脱硫系统设计主要原则是通过增大液气比L/G进而提高脱硫效率、通过提高氧硫比保证脱硫效率、增加浆液池提高浆液停留时间，结合单塔取消GGH脱硫效率不超97%的情况，故采取的措施主要是串联二级吸收塔，进而降低二氧化硫的排放浓度。一级吸收塔的液气比L/G为17.34L/m3。按照液气比L/G对脱硫效率的影响，该值已达到最大。故通过增加液气比L/G对脱硫效率影响效果不大。

图4：液气比L/G对脱硫效率的影响

2.5 Ca/S比对脱硫效率的影响

通过上述分析，结合Ca/S比的定义，其值增大，即注入浆液数量增大，pH值会相应升高，增大中和反应速率和反应的表面积，提高SO

2的吸收量，进而可提高脱硫效率，但是HSO- 3氧化效果降低会造成石灰石的溶解度，会造成其过饱和凝聚，降低脱硫效率，故吸收塔Ca/S比在1.02～1.05（脱硫提效改造后为1.03），目前观察可适当提高其值，不超过1.07。

3.脱硫提效技术应用

通过上述分析，在入口烟温升高、烟气含氧量降低、液气比和Ca/S最大、入口二氧化硫浓度升高的情况下，实际工况较设计工况有大幅改变，为进一步提高脱硫效率，目前采取技术措施必须立足强化石灰石-石膏湿法烟气脱硫反应的传热传质这个关键核心，增大氧化反应接触面和延长反应时间两个环节的耦合作用入手，进而提高脱硫效率。

裕华热电就目前超低排放改造后脱硫设施情况，就工况变化，结合场地约束、塔内喷淋空白区等问题，一级吸收塔以增大氧化反应接触面为主，采用多相流强化旋切扰流技术增强其脱硫消纳能力，解决SO2浓度过高造成的脱硫效率降低，进而实现拓宽一级塔的入口二氧化硫浓度范围；二级吸收塔以延长反应时间为主，重点采用大平面持液驻留技术增强二级塔的深度脱硫能力，实现降低二级塔的出口二氧化硫浓度，故2023年1号机组一、二级吸收塔增加旋流耦合装置，同时提高二氧化硫的氧化效果，增加脱硫氧化风系统和改善吸收塔石膏结晶区域，增加石膏结晶速率。

4.脱硫提效后改造效果

通过改造后脱硫入口SO2浓度保持设计值不变,燃煤硫分≤2.0，脱硫出口SO2浓度由50mg/m3降低至20mg/m3，最低降至10mg/m3，并通过长时间的满负荷运行，浆液未发生中毒现象，脱硫效率由99.00%提高至99.8%。同时通过本次改造新增的旋流式脱硫增效器与合金托盘分别替代一层喷淋层，大大提高传质效果，提高了吸收塔的反应效果，降低了吸收塔的液气比L/G，可停运两台浆液循环泵，分别为一级塔D浆液循环泵额定功率800kw；二级塔G浆液循环泵额定功率560KW。

5.结束语

通过对石灰石-石膏湿法脱硫工艺技术的分析，在超低排放的情况下，更精准分析各个技术参数是至关重要的，单一如L/G指标无法满足现有环保更高的排放要求，毕竟存在流场分布不均、喷淋空白区等，必须通过吸收塔内反应接触面、流场分布、氧化区间增加等改造进而进一步提高近乎100%的脱硫效率，同时后续需结合现有工况，深入分析pH值、Ca/S比、Cl-对脱硫系统的影响，深化指标分析，做好运行指导工作。

参考文献：

【1】 阎维平 刘忠 王春波 纪立国，电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制，2005.10

【2】 河北华电石家庄裕华热电有限公司1、2号机组脱硫提效改造工程可行性研究报告，2013.10