強化傳質(zhì)脫硫增效技術在火電廠超低排放的應用

1、    強化傳質(zhì)脫硫增效技術在火電廠超低排放的應用    摘要：文章介紹了大唐南京電廠2#機組脫硫提效改造工程，首先通過調(diào)研及結(jié)合電廠的實際情況確定了改造方案，然后通過一系列的小試、中試及模擬試驗研究確定了主要的改造參數(shù)，最后試運行的結(jié)果表明，該次脫硫提效改造超過了預期的改造目標，技術上可行、經(jīng)濟上合理、環(huán)境和社會效益巨大。關鍵詞：強化傳質(zhì)脫硫增效技術；火電廠；超低排放；篩板；脫硫效益 ：a：x701 ：1009-2374（2015）15-0085-02 doi：10.13535/ki.11-4406/n.2015.15.0441 概述當前，中國大氣問題

2、突出，為切實改善空氣質(zhì)量，實現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益與社會效益多贏，國家對主要污染物減排工作的要求不斷升級，燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值，實現(xiàn)超低排放，為此，需要對脫硫系統(tǒng)進行升級改造。2 脫硫系統(tǒng)概況現(xiàn)有2×660mw燃煤汽輪發(fā)電機組。脫硫采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔布置，設置一套共用系統(tǒng)，不設煙氣旁路，脫硫效率95%（設計值含硫量0.8%），設計入口so2濃度1629mg/nm3，實際運行出口so2濃度可達到50mg/nm3左右。3 脫硫系統(tǒng)提效改造目標及改造方案本次脫硫提效改造按燃氣排放標準設計，入口so2濃度2317（6%氧）mg/nm3，投

3、運4臺循環(huán)泵，達到出口so2濃度35mg/nm3的要求（高于燃氣標準）。經(jīng)過反復研討，最終確定本次改造的方案為：吸收塔內(nèi)增加篩板+更換噴淋層噴嘴+內(nèi)部強化構(gòu)件+塔外漿罐組合方案，外部各子系統(tǒng)進行相應增容改造。4 針對工程改造的試驗研究針對大唐南京電廠脫硫系統(tǒng)的實際改造，浙江大學與大唐科技分別開展了對篩板的試驗研究、漿液分區(qū)試驗研究和cfd流場模擬實驗研究。4.1 塔內(nèi)增加篩板的試驗研究篩板上氣液接觸情況研究：當煙氣流速繼續(xù)增大至一定值以上時，將會出現(xiàn)無液體流下現(xiàn)象。篩板孔徑對阻力的影響分析：在同一開孔率（36%）、不同篩板孔徑（630mm）條件下，篩板阻力特性，當煙氣流速大于1.0m/s時，大

4、孔徑篩板上液層比小孔徑的厚，其壓降也大，這是因為氣流穿過大孔徑后，其動量較大，可以吹起很高的泡沫層，而小孔徑由于氣流被分散，動量較小，泡沫層高度較小，因此其塔內(nèi)壓降較小。篩板開孔率對阻力的影響：孔徑d=15mm、不同開孔率（16%48%）條件下煙氣流速對阻力特性，開孔率在32%36%的篩板，其壓降變化不大；當開孔率小于32%時，壓降隨開孔率減小明顯增大，泛點出現(xiàn)得越來越早，開孔率為16%和20%的2塊篩板幾乎無法正常工作，分別在煙氣流速為0.5m/s和1.0m/s時就出現(xiàn)無液體下降的嚴重惡化工況。噴淋量對阻力的影響：同一煙氣流速條件下，隨著漿液噴淋量的升高，篩板阻力逐漸增大；這是由于篩板在漿液

5、量低的情況下托不住液體，液體都沿著開孔的外側(cè)流出，空氣從孔中間穿過，阻力較小。不同煙氣流速及噴淋條件下篩板阻力：同一開孔率的篩板，其阻力隨煙氣流速及噴淋量的增大而增大。中試試驗條件完全按照實際工程中的運行條件，當滿負荷運行時，塔內(nèi)煙氣流速為3.5m/s，四層噴淋全開時，所開發(fā)的篩板的阻力約為700pa；開三層噴淋，所開發(fā)的提效均流構(gòu)件的阻力約為500pa；開兩層噴淋時，所開發(fā)的篩板的阻力約為300pa。通過上述篩板試驗研究，對實際工程中所用篩板的選型、孔徑及開孔率提供了重要的依據(jù)。4.2 漿液分區(qū)試驗研究漿液分區(qū)ph性能試驗研究：在典型的實驗工況下，基于ph分區(qū)控制的噴淋系統(tǒng)主副回路均可以形成

6、穩(wěn)定的ph差值，煙氣量由10m3/h到25m3/h變化，噴淋量由146l/h到292l/h變化，入口so2濃度在1500mg/nm3到4600mg/nm3變化時，可以形成0.50.97左右的穩(wěn)定ph差值。隨著煙氣量、入口so2濃度的增加，噴淋量的降低，主副漿液池形成的ph差值增大，主要是由于隨著煙氣量、入口so2濃度增加，漿液在單位時間內(nèi)吸收了更多的so2，致使ph差值增大。4.3 cfd流場模擬試驗研究研究模型范圍、計算結(jié)果及分析，根據(jù)bmcr工況煙氣參數(shù)及噴淋參數(shù)情況下進行計算，主要分析了系統(tǒng)各個截面的速度、壓力和溫度分布情況，塔內(nèi)增加篩板后，速度分布、壓力分布及溫度分布更加均勻，篩板對速

7、度、壓力及溫度在塔內(nèi)的均布具有明顯的作用。通過流場模擬的試驗研究，對實際工程中噴淋層的選擇、噴嘴的布置及噴嘴選型進行了優(yōu)化；確定了實際工程中篩板的安裝位置。5 改造后運行效果通過對塔內(nèi)篩板的研究、漿液分區(qū)研究和cfd流場模擬實驗，最后確定了2#機組脫硫提效改造的各主要設計參數(shù)。南京電廠2#機組2014年9月18日停機改造，2014年11月25日改造完成開始試運行，經(jīng)過近3個月的運行，調(diào)取運行時的dcs歷史趨勢如圖1所示：圖1 改造后脫硫各參數(shù)趨勢由圖1可以看出，在負荷為487mw時，脫硫效率為96.5%，脫硫塔入口so2濃度為961mg/nm3，脫硫塔出口so2濃度為22mg/nm3，主漿液池

8、漿液ph為5.4。滿足改造要求出口so2濃度35mg/nm3的要求。當機組滿負荷661.5mw運行時，脫硫塔入口so2濃度1666.8mg/nm3，主漿液池漿液ph為5.54，三臺循環(huán)泵（a、b和d泵）運行時，脫硫效率為99.6%，脫硫塔出口so2濃度為5.3mg/nm3，運行效果超出了預期的改造目標。5.1 不同漿液ph時的運行效果滿負荷條件下，開三臺循環(huán)泵（a、b和d），so2入口濃度為15001700mg/m3時，脫硫效果隨主漿液池ph變化，隨著主漿液池ph的逐漸升高脫硫效率逐漸增大，脫硫效率由98.8%（漿液ph為4.99）升高到99.6%（漿液ph5.54），隨著主漿液池ph的逐漸升

9、高，出口so2濃度逐漸降低，出口so2濃度由20.04mg/m3（漿液ph為4.99）下降到4.7mg/m3（漿液ph5.54）。endprint5.2 開啟不同循環(huán)泵時的運行效果滿負荷條件下，so2入口濃度約為1620mg/m3，主漿液池ph為5.2時，開啟不同循環(huán)泵組合（開啟a、b、c泵及開啟a、b、d）時，開啟三臺循環(huán)泵a、b、d的脫硫效率為99.03%高于開啟三臺循環(huán)泵a、b、c時的98.5%，原因為，循環(huán)泵d與塔外漿池相連，當開啟循環(huán)泵d時，有效地擴大了漿池的容積，漿液停留時間延長，漿液與氧氣的接觸時間也延長，氧化更充分。5.3 低負荷條件下的脫硫效果低負荷（約500mw），so2入

10、口濃度約為1435mg/nm3，漿液ph在5.65左右，只開啟兩臺循環(huán)泵（a、d）時，1#吸收塔（未改造）與2#吸收塔（改造后）運行時的脫硫效果對比時發(fā)現(xiàn)，經(jīng)改造后，2#吸收塔的出口so2濃度為23.4mg/nm3，低于1#吸收塔的42.9mg/nm3，2#吸收塔的脫硫效果明顯優(yōu)于1#吸收塔，說明，2#吸收塔內(nèi)的篩板不僅可在機組滿負荷時提高系統(tǒng)的脫硫效果，在低負荷，只開兩臺循環(huán)泵時同樣具有明顯的作用。6 脫硫提效改造后效益分析經(jīng)濟效益方面，如果不采用篩板，而是開啟四臺泵進行脫硫達到同樣脫硫效率，第四層噴淋的阻力大約為350pa，即篩板路線阻力大于150pa，按照引風機290萬風量、機械效率82

11、%考慮，采用篩板增加風機電耗接近150kw，而減少第四層循環(huán)泵則節(jié)省了1100kw以上，改造后降低了運行電耗，節(jié)約了運行成本；另外，由于提效改造后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高，減少了因脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)的問題對主機的影響，間接地減少了檢修、主機額外啟停爐以及停爐所造成的經(jīng)濟損失；同時，政府申請環(huán)保補貼，每臺機組的脫硫超低補貼約為1400萬元/年。環(huán)境社會效益方面，對改善地區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量起到了良好的作用，同時借著此次提效改造，大唐南京發(fā)電廠在集團內(nèi)部也走在了前頭。7 結(jié)語大唐南京電廠2#機組脫硫提效改造工程采用塔內(nèi)增加篩板+塔外漿池的方案，經(jīng)過脫硫試運行，只開三臺循環(huán)泵就達到了出口so2濃度35mg/nm3的改造要求，改造后so2排放濃度、排放量均明顯降低。本次2#機組脫硫系統(tǒng)的提效改造技術上可行、經(jīng)濟上合理，環(huán)境效益和社會效益巨大，為南京發(fā)電廠2015年即將開展的1號機組超低排放技術改造積累了寶貴的經(jīng)驗，開創(chuàng)了集團公司煤電機組中應用此項先進技術的先河，實現(xiàn)了煤電清潔化生產(chǎn)質(zhì)的飛躍。參考文獻1 環(huán)境保護部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.火電廠大氣污染物排放標準（gb13223-2011）s.2011.2 國家環(huán)境保護部.關于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告s.2013.3 國務院.大氣污染防治行動計劃s.2013.4 國家發(fā)