[技术]超低排放技术在中高硫煤电厂的应用实例

图文来源：北极星节能环保网

文章摘要

本文介绍了山西三种引领行业技术前沿，针对中高硫高尘的特点，采用不同方案实现两台600MW机组的超低排放改造工程实例，脱硫效率高达99.5%。根据国家发展改革委、环境保护部、国家能源局2014年 9月 12 日下发的关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020 年)》的通知要求，各大电厂开始了超低排放的改造工作。脱硝路线基本一致，但脱硫和除尘技术出现了不同的流派。S1.5% 鲜有报道，需要99%以上的脱硫效率，更高的PM2.5脱除能力。

一、单塔一体化脱硫除尘深度净化技术

某国产燃煤亚临界空冷发电机组(#1、#2机组)，超低改造前烟气脱硫采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺。每台炉设置一座吸收塔，全烟气脱硫，增压风机与引风机合并设置，吸收塔内安装旋汇耦合器，设四层喷淋。改造前系统按烟气进口含硫量7400mg/Nm3设计，脱硫效率≥95%。除尘采用双室五电场，采用三相电源，除尘效率不低于99.83%。

1.1 脱硫提效改造

原喷淋层主管，对喷淋层末端支管和各层喷嘴进行改造，更换为高压头喷嘴;增加一层喷淋层及对应增加一台循环泵。新增循环泵采用变频控制;

新增一台高速离心氧化风机，增加曝气管采用主管侧面开孔、末端开放式端口的形式(液体密封)，以避免扩散管结垢，保证设备正常运行。曝气管的运用可提高氧的利用率，降低设备运行所需的动力。

自清洗式氧化曝气管系统的主要特点为：氧化空气分布均匀，氧化性能高，保证石膏的生成效果和质量;系统整体结构简单、压降小，方便检修和清洗;能保证氧化反应的彻底进行;氧化空气分布装置设计独特，具有自清洗功能，可有效防止分布管的堵塞。

1.2除尘改造(管式除雾器)

管式除雾器是除雾除尘设备，应用于湿法脱硫塔饱和净烟气携带的雾滴和尘的脱除净化。其工作原理是利用凝聚、捕悉和湮灭的原理，在烟气高速湍流、剧烈混合、旋转运动的过程中，将烟气中携带的雾滴和粉尘颗粒脱除。凝聚是指烟气中夹杂的细小的液体颗粒相互之间碰撞而凝聚成较大的颗粒后沉降下来;捕悉是指细小的液体颗粒跟随气体与湍流器中的持液层充分接触后，被液体捕悉实现分离;湮灭是指细小的液体颗粒与被抛洒至湍流器的表面时，形成附着液膜从而在烟气中脱离出来;这三种运动过程同时将夹杂在液滴其中的尘除去。

旋流管式除尘器即是一种具有凝聚、捕悉、湮灭作用的装置。首先，流经除尘器的气流高速湍动，促进烟气中大量细小雾滴与尘颗粒的互相碰撞，凝聚为较大颗粒;其次，导流叶片形成的高速气流，形成极高的切向速度，将液滴、细尘高速甩脱向壁面，与壁面的液膜接触后被截留，实现捕悉分离;最后，高速旋转的壁面液膜可保证同向运动的雾滴接触后湮灭，不产生二次雾滴;为保证除尘效果，装置内设置了二层导流叶片，强化了湍流效果，延长了气体停留时间，提高了除尘器对粉尘颗粒的分离效果。

1.3技术特点

常规屋脊式除雾器由于捕捉原理的制约，无法捕悉粒径小于15μm的细小液滴，而目前控制脱硫塔出口5mg/Nm3的尘排放浓度就是控制对细小粉尘和细小石膏浆液液滴的脱除。

管式除雾器的优势如下：布置于脱硫塔内顶部，代替原除雾器，故初投资省，运行费用低;占用空间小，利于新建和改造项目的总平面布置;在现有吸收塔入口条件下，吸收塔除尘器出口粉尘排放浓度小于5mg/Nm3。运行阻力低，除尘器运行阻力≤350Pa。

此技术适合中高硫煤电厂，工期短，投资维护费用低，具有节水效果，已有应用实例。

二、高效渐变分级复合脱硫塔

某国产燃煤超临界空冷发电机组2×660MW机组工程脱硫系统采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺(WFGD)，在设计煤种含硫2.0%、不设增压风机，一炉一塔，吸收塔采用钢制喷淋空塔吸收塔本体的内表面采用玻璃鳞片防腐。每个吸收塔设2级除雾器,配有4台循环泵、4层喷淋系统。并且为充分、迅速氧化吸收塔浆池内的亚硫酸钙，设置氧化空气系统(每套FGD设2台离心风机，单台为100%容量，1运1备)。搅拌系统为1层6台侧进式搅拌器，用于扩散氧化空气，使亚硫酸钙得到充分氧化，并防止浆液中固体沉淀、结垢和堵塞。电除尘采用脉冲电源，四室五电场。

传统石灰石-石膏法单塔脱硫，通过提高PH值而加大对SO2的吸收又难以保证SO32-的正常氧化。从吸收角度而言，为实现较低的排放浓度，必须加大吸收剂用量，而气液传质推动力随着烟气中SO2浓度降低而降低。在不改变平衡条件的情况下，加大浆液循环量，提高液气比的效果极为有限。

2.1分级脱硫原理

原烟气(高硫煤)进过托盘均布烟气的同时降低烟气流速，气液充分接触，起到预脱硫的作用，进过四层喷淋后(合适阻力、液气比、较低PH)，脱除大部分的二氧化硫，经过管式除雾器去除大液滴，低负荷二氧化硫经过持液层新型高效传质内件(低阻力、低液气比、较高PH)，满足二氧化硫浓度小于30mg/m3

的净烟气，(兼顾SO2脱除和SO32- 氧化)。石灰石浆液通过72个喷嘴直接与烟气接触，喷入持液层，一部分浆液进入吸收塔下部浆液池，在浆液池和持液层均设有氧化风管网，保证连续反应的进行。

2.2分级除尘原理

含尘烟气通过托盘惯性力作用捕集大颗粒的粉尘()，在喷淋区烟气与小液滴逆流接触，惯性碰撞、拦截、扩散、凝聚等作用捕集一部分粉尘，通过持液层鼓泡洗涤烟尘和雾滴，去除细颗粒粉尘、经过水平烟道一套三级高性能烟道除雾器撞击分离，捕集剩余的石膏液滴和细微粉尘，实现排放粉尘含量小于5mg/m3。

2.3技术特点

改造工期短，不新增占地，单塔脱硫效率高，除尘效率高，工程造价及电耗低运行费用均有明显的优势。高效渐变复合脱硫塔在运行节能中，实现了操作简单，调节手段灵活等优势。主要通过浆液循环泵的运行流量，浆池浆液的PH值及持液层差压、浓度、PH值来控制SO2排放浓度来实现。吸收塔浆池浆液PH值5.0—5.63，保证浆液的最大脱硫效率;持液层浆液PH值维持5.8—6.0以上，根据机组负荷及入口SO2浓度来调整持液层差压，净烟气SO2浓度在排放限值内，实现停运浆液循环泵达到节能目的。

三、单塔四区双循环脱硫加峰窝式电除雾器技术

自引风机来的全部烟气先经过电袋复合除尘器进行除尘。电袋复合式除尘器是一种新型高效组合式除尘器。在电袋复合除尘器中，先由电场捕集烟气中大部分粉尘，再由布袋收集剩余细微粉尘。电袋复合除尘器有机结合了电除尘器与布袋除尘器的除尘优点，前级电场的预除尘作用和荷电作用为提高电袋复合除尘器的性能起到了重要作用。

电袋复合除尘器工作原理为：含尘烟气从电除尘器的进风口进入电场，在电场作用下，带电粉尘向收尘极 沉积，通过电场的烟气约有 60～70%的粉尘被收集下来，然后烟气通过电场出风口，一部分烟气经多孔型板水平进入袋除尘器中部和大部分烟气转向下部进入袋除尘器底部并向上进入滤袋每个室。烟气进入滤袋后粉尘被阻留在滤袋外表面，净烟气从清洁室再通过提升阀，从除尘器出口排出经烟囱排放。当滤袋表面积聚粉尘达到一定厚度，除尘器阻力增加，可启动脉冲喷吹系统，让压 缩空气气流经脉冲喷吹管喷入滤袋，使滤袋瞬间发生膨胀，使滤袋表面粉尘剥落到灰斗，达到清灰目的。

由于电袋复合式除尘器除尘效率不受粉尘的比电阻及粒径影响，所以其主要技术特点是除尘效率高，烟气经电袋复合式除尘器除尘后烟尘浓度小于20mg/Nm3。

除尘后浓度小于20mg/Nm3原烟气经吸收塔中部进入吸收塔，在单塔四区双循环脱硫工艺下，原烟气经吸收塔洗涤后SO2浓度能够降至35mg/Nm3以下，从而实现二氧化硫的超洁净排放。

单塔四区双循环脱硫工艺如下：将吸收塔浆池区通过池分离器分为“氧化区”和“结晶区”，将吸收塔SO2吸收区通过中置多孔性分布器分为“一级循环”和“二级循环”，形成浆液 pH 的分区以及喷淋区域一、二级的“双循环”串联分区，从而加强烟气中 SO2的化学反应的传质效果，达到 SO2的高效脱除。

单塔四区双循环脱硫工艺主要特点设置池分离器和多孔性分布器：

通过在吸收塔浆池设置池分离器，使常规的单回路系统达到了双回路循环系统的优点。池分离器上部为喷淋层吸附 SO2落下的浆液，pH 较低，在此区域鼓入氧化空气有利于石膏的氧化，同时池分离器下方为石膏的结晶区和石灰石浆液的注入区，浆液 pH 值较高，底部的高 pH 浆液可通过浆液循环泵打入喷淋层，由于浆液的 pH 值相对较高，因此可以使SO2的吸收能够高效进行。同时池分离器下部设置浆液调节旋流装置可以进一步提高池分离器上下的pH差值，进而提高SO2的吸收和氧化速率。

多孔性分离器中置于喷淋层，多孔分布器的增加，一方面能够加强气液的湍流强度，使化学反应更快速更充分，另一方面是能将喷淋层进行分区，最大限度的避免喷淋层的相互影响，实际上就达到了一、二级“双循环”脱硫的效果，从而实现SO2 吸收的分区，达到高效脱除SO2的目的，保证SO2的排放浓度小于35mg/Nm3。单塔四区双循环脱硫技术不仅适用于燃烧高硫煤的机组，也适用设计燃煤硫份低的机组，只需取消设置多孔性分离器即可。

脱硫后的烟气继续向上流动，经一级管式除雾器和两级屋脊除雾器除雾后，进入布置在吸收塔顶部的湿式电除尘器，湿式静电除尘器能够保证经电袋复合除尘后烟尘浓度小于20mg/Nm3的烟气经处理后浓度降至5mg/Nm3以下，而且能够有效降低电厂PM2.5微细粉尘和浆液雾滴等粒子的排放量，实现烟气的超洁净排放。

湿式静电除尘器的工作原理与传统电除尘器相似，依靠的都是静电力。湿式静电除尘器处理的是经脱硫洗涤后的湿态烟气，湿态烟气中的PM2.5微细粉尘与石膏浆液等粒子的荷电性能远好于电除尘的“干灰”，因此湿式除尘器具有更高的电场风速、更短的烟气停留时间及更小的比收尘面积。具体过程为电晕极通过高压电晕放电，使得烟气中的雾滴与粉尘荷电，在电场力与电风的共同作用下，雾滴、粉尘会与烟气高效分离到达收尘极表面进而被捕集，再通过自动喷淋装置使用水冲洗的方式把收尘极表面的粉尘清洗下来，因为没有阴阳极振打装置，避免了二次扬尘，清洗水排出湿式电除尘器外，从而实现烟气的超洁净排放。

烟气经单塔四区双循环脱硫系统与电袋复合除尘+湿式静电除尘处理后，实现了SO2排放浓度小于35mg/Nm3、粉尘浓度小于5mg/Nm3的超级净排放。

四、 结论

以上三种技术均通过合理的搭配适用于中高硫煤、高的电厂的达到超低排放的要求。有别与传统技术，调节灵敏，完全适应环保对小时均值的考核，改造周期短，占地面积小，改造周期短，通过去除旋汇耦合器、托盘、多孔性分布器即可应用于低硫煤电厂。