0 引言
燃煤電站大氣污染物脫除與協(xié)同控制是當(dāng)前能源環(huán)境領(lǐng)域的戰(zhàn)略性前沿課題之一，也是研究的熱點和難點，燃煤電廠產(chǎn)生的煙塵、SOX、NOx等污染物是造成我國屢次發(fā)生大面積重度霧霾天氣的重要原因之一。在該背景下，2014年9月，國家*、環(huán)保部和*聯(lián)合下發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》的通知，要求到2020年，現(xiàn)役600MW及以上燃煤機(jī)組改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到超低排放限值，即SO2<35 mg/Nm3,NOX<50 mg/Nm3，粉塵<5mg/Nm3。利電積極響應(yīng)減排號召，在2015年#8機(jī)組大修過程中進(jìn)行了超低排放改造，本文對脫硫改造的技術(shù)路線、改造后的實際效果及存在的問題進(jìn)行了總結(jié)與分析，以期望能確定*下燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫“超低排放”技術(shù)路線，在公司其它幾臺機(jī)組上盡快實施。
1脫硫改造技術(shù)方案的選擇
#8機(jī)組脫硫裝置為一爐一塔配置，吸收塔型式為逆流噴淋空塔，采用德國魯奇·能捷斯·比曉夫公司的石灰石-石膏濕法脫硫全套核心技術(shù)，配有三層噴淋層，設(shè)計脫硫效率95%，入口SO2濃度低于1572 mg/Nm3時，出口SO2濃度不高于79 mg/Nm3，達(dá)不到超低排放的要求，需進(jìn)行脫硫提效改造。
現(xiàn)有燃煤電廠采用了不同的脫硫超低排放改造技術(shù)路線，在脫硫超低排放改造后均可達(dá)到SO2濃度低于35mg/Nm3的排放水平[2]。目前主流的脫硫提效改造方式有單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)、單塔分區(qū)、單塔單循環(huán)（增加托盤強(qiáng)化傳質(zhì)）技術(shù)、旋匯耦合（旋流霧化）等技術(shù)。其中單塔雙循環(huán)和雙塔雙循環(huán)技術(shù)對脫硫效率提升作用較明顯，且能適應(yīng)較高的燃煤硫份，但改造過程中均要增加副塔或漿池，適用于場地充裕，含硫量較高的增容改造項目。文獻(xiàn)[3]中所介紹的單塔單循環(huán)（強(qiáng)化傳質(zhì)）技術(shù)相對于單塔雙循環(huán)和雙塔雙循環(huán)改造，較易于實施，且改造后的效果也很好，但是塔內(nèi)增加托盤后，煙氣阻力增加很多，#8機(jī)組已進(jìn)行引增合一改造，如脫硫提效再增加較多阻力，引風(fēng)機(jī)的壓頭不足，如重新?lián)Q型，造價較高，在本工程上不太合適。旋匯耦合技術(shù)目前在大機(jī)組上實際應(yīng)用不多，有一定的技術(shù)風(fēng)險。綜上并結(jié)合#8脫硫裝置原有比曉夫濕法核心技術(shù)，zui終選擇了單塔分區(qū)提效方式，增加2層漿液循環(huán)噴淋量，抬升吸收塔、提高吸收塔漿池容積和擴(kuò)容氧化風(fēng)的方式來進(jìn)行脫硫提效改造，力求在改動zui小的情況下達(dá)到zui家的脫硫效果。
2“石膏雨”治理技術(shù)方案的選擇
#8爐脫硫裝置投運以來，由于采用濕煙氣直接外排方式，在環(huán)境溫度低，濕煙囪內(nèi)煙氣在一定范圍內(nèi)會凝結(jié)降落，俗稱“石膏雨”，給居民及廠區(qū)的環(huán)境帶來一定的影響，2012年9月實施熱二次風(fēng)加熱凈煙氣的方案使問題得以解決。但超低排放要求凈煙氣粉塵<5 mg/Nm3，原有的熱二次風(fēng)加熱凈煙氣的方案已經(jīng)滿足不了這一*zui嚴(yán)粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)。此外排口處的SO2想要達(dá)到<35 mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)，要求脫硫原、凈煙氣側(cè)的泄漏率接近0，對于常規(guī)的回轉(zhuǎn)式煙氣-煙氣再熱器難以滿足此要求?？紤]加熱凈煙氣消除“石膏雨”的同時還能夠zui大限度的利用排煙余熱，在治理“石膏雨”的技術(shù)路線上選擇了增設(shè)中間熱媒體煙氣換熱器MGGH（mediagas-gas heater），利用熱媒水吸收排煙余熱來加熱凈煙氣。在吸收塔入口增設(shè)一臺煙氣冷卻器，濕式電除塵器出口增設(shè)一臺煙氣再熱器，為防止低溫腐蝕，材料選擇上非常慎重，入口段選擇了耐酸腐蝕的ND鋼，這種材料在一期脫硫煙冷器項目上已有近三年的成功運行經(jīng)驗，加熱器的低溫段選用耐腐蝕的包塑管材料，確保將脫硫出口的濕煙氣加熱至65℃以上時再進(jìn)入加熱器高溫段，高溫段材質(zhì)為耐酸腐蝕的ND鋼，運行中控制煙氣冷卻器入口水溫不低于70℃，這樣能夠zui大限度的減少管材低溫腐蝕現(xiàn)象。
MGGH系統(tǒng)熱媒水為半開式循環(huán)，夏季高負(fù)荷煙氣冷卻器有多余的熱量時，回收煙氣余熱至#3低加，減少#3低加的抽汽量，達(dá)到降低汽機(jī)熱耗的目的。
3脫硫超低排放改造的應(yīng)用效果
脫硫系統(tǒng)監(jiān)測驗收及性能試驗數(shù)據(jù)
(1) 2015年7月14~15日，江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心對#8爐脫硫提效改造進(jìn)行了監(jiān)測驗收，測試數(shù)據(jù)表明，在機(jī)組額定負(fù)荷工況下，入口SO2濃度為1061～1102 mg/Nm3，出口SO2濃度為4~12 mg/Nm3，脫硫效率為99.0~99.7%之間，達(dá)到了超低排放要求。
(2) 為近一步驗證脫硫提效改造后的效果，2015年8月18~19日，安排了更高燃煤硫份的性能試驗，所有工況點的試驗結(jié)果均滿足超低排放要求，具體試驗數(shù)據(jù)見表1。
表1 #8爐脫硫超低排放改造后性能試驗數(shù)據(jù)
時間 | 負(fù)荷 | 原煙氣SO2濃度 | 循環(huán)泵臺數(shù) | pH值 | 凈煙氣SO2濃度 | 脫硫效率 |
MW | mg/Nm3 | / | / | mg/Nm3 | % |
8.18 | 10:00 | 628.5 | 1778.0 | 4 | 5.94 | 18.28 | 98.6 |
12:00 | 630.9 | 1788.4 | 4 | 6.02 | 15.37 | 98.9 |
14:00 | 627.4 | 1886.0 | 4 | 6.02 | 15.26 | 98.9 |
8.19 | 16:00 | 628.2 | 1801.1 | 4 | 6.02 | 16.97 | 99.1 |
10:00 | 632.3 | 1944.4 | 4 | 5.97 | 16.02 | 99.1 |
12:00 | 629.3 | 1929.1 | 4 | 6.01 | 21.48 | 98.9 |
14:00 | 628.6 | 2015.3 | 4 | 5.99 | 14.20 | 99.2 |
| | 16:00 | 630.0 | 2071 | 4 | 6.00 | 17.4 | 99.0 |
3.2 MGGH系統(tǒng)應(yīng)用效果
3.2.1 *消滅了“石膏雨”現(xiàn)象
原濕法脫硫后，雖然排口煙氣污染物已大幅降低，但由于出口煙氣為濕飽和狀態(tài)，在環(huán)境溫度低時會出現(xiàn)大量“冒白煙”現(xiàn)象，一些非行業(yè)內(nèi)人士經(jīng)常配上火電廠濕煙囪圖來說明燃煤電廠污染大，雖有專業(yè)性解釋，但公眾難免會產(chǎn)生誤解。這次#8機(jī)組增加MGGH系統(tǒng)后，吸收排煙余熱將凈煙氣加熱到80℃左右，原先煙囪冒白煙的現(xiàn)象消失，從視覺上*消除了污染源，目視煙囪排口真正“干干凈凈”，煙囪周圍也不會落下液滴，*消滅了“石膏雨”這個環(huán)保衍生品。
3.2.2機(jī)組高負(fù)荷時回收了排煙余熱至凝水系統(tǒng)
排煙熱損失一直是機(jī)組熱損失中zui大的一項，增加MGGH系統(tǒng)后，充分吸收了煙氣余熱，當(dāng)機(jī)組排煙溫度較高，凈煙氣溫度高于設(shè)定溫度時，就可以充分利用排煙余熱來加熱凝結(jié)水。實際運行數(shù)據(jù)表明，機(jī)組負(fù)荷500MW以上時，MGGH系統(tǒng)能夠?qū)?/span>#2低加出口凝水提高溫度約20℃后返回至#3低加，zui大回水量98t/h，這樣可以減少#3低加的抽汽量，減排的同時達(dá)到了節(jié)能的目的。
4改造后系統(tǒng)運行中存在的問題及解決對策
4.1吸收塔漿液大量起泡溢流
爐脫硫裝置進(jìn)行超低排放改造運行一個多月后，運行人員發(fā)現(xiàn)吸收塔內(nèi)出現(xiàn)大量泡沫，伴隨大量漿液從溢流管中溢出，吸收塔顯示液位低于正常運行液位近3m，判斷塔內(nèi)存在大量泡沫后產(chǎn)生虛假液位。脫硫裝置自投產(chǎn)以來，吸收塔內(nèi)未出現(xiàn)如此多的泡沫，如不及時處理，漿液會倒入原煙道，大量泡沫也會對循環(huán)漿液泵運行產(chǎn)生威脅，嚴(yán)重時會使脫硫裝置被迫停運。采用常規(guī)的減少循環(huán)漿液噴淋量等措施效果不明顯，只能向吸收塔內(nèi)大量添加消泡劑，置換漿液并補(bǔ)充大量新鮮工藝水。
分析吸收塔內(nèi)漿液大量起泡的原因主要應(yīng)研究影響泡沫穩(wěn)定性的因素，進(jìn)入脫硫吸收塔的物質(zhì)主要有煙氣、石灰石、工藝水以及其它系統(tǒng)補(bǔ)水。問題發(fā)生后，我們對這幾個主要影響因素進(jìn)行了逐一分析。
(1) #8機(jī)組目前正常運行中，未有投油以及燃燒不充分等現(xiàn)象。查看#8爐吸收塔漿液近期常規(guī)測試項目，運行中控制的幾個主要指標(biāo)均正常，石膏的純度也很高，且石膏二級脫水系統(tǒng)運行也很正常，說明#8爐塔內(nèi)漿液的主要成分沒有發(fā)生變化。異常發(fā)生后取樣的 #8爐吸收塔漿液指標(biāo)也正常。
表2 #8爐吸收塔漿液測試數(shù)據(jù)
項目 | 單位 | 8.25日 | 8.17日 | 控制標(biāo)準(zhǔn) |
CaCO3 | % | 1.36 | 1.954 | ﹤3 |
CaSO4·2H2O | % | 97.73 | 96.99 | ﹥90 |
CaSO3 | % | 0.289 | 0.294 | ﹤1 |
cl- | mg/l | 3545.86 | 3486.86 | ﹤8000 |
pH | / | 5.95 | 5.97 | 5.0~6.0 |
(2) 石灰石的成分影響起泡的主要因素是石灰石中MgO的含量。2012年12月，曾出現(xiàn)所以運行吸收塔液位計顯示液位離溢流口還有1m多時就發(fā)生大量溢流現(xiàn)象，后查明原因為MgO含量高達(dá)6.68%[7]。MgO含量過高，不僅影響結(jié)晶和脫水，而且會與塔內(nèi)SO42-廣反應(yīng)產(chǎn)生大量泡沫，查看近期采購的石灰石中MgO含量均比較正常，另外石灰石為全廠公用，目前在運行的其它各臺機(jī)組吸收塔漿液均比較正常，未發(fā)生大量起泡現(xiàn)象，應(yīng)不是由于石灰石的影響。
(3) 吸收塔水質(zhì)控制主要是對工藝水品質(zhì)的控制和對脫硫廢水處理系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)。在工藝水方面，若吸收塔補(bǔ)充的工藝水質(zhì)達(dá)不到設(shè)計要求，COD等含量超標(biāo)嚴(yán)重，運行中脫水系統(tǒng)或廢水處理系統(tǒng)未能正常投入，將使吸收塔漿液品質(zhì)惡化，同樣易發(fā)生起泡現(xiàn)象。脫硫工藝水水質(zhì)近期沒有明顯變化，化學(xué)RO濃排水排入脫硫系統(tǒng)已經(jīng)有較長時間，未發(fā)生過此類現(xiàn)象，另外工藝水系統(tǒng)也為全廠公用，其它各臺在運行機(jī)組均比較正常。查看脫硫廢水排放情況，#8爐排放量基本正常，這點從cl-濃度上可以體現(xiàn)，所以應(yīng)不是由于工藝水補(bǔ)水和廢水排放不正常造成的影響。
(4) 為達(dá)到“超低排放”限值要求，#8爐增加了濕式電除塵器，濕式電除塵器的優(yōu)點在于，以霧化水作為沖洗介質(zhì)，可以防止二次揚塵的發(fā)生，避免粘性較強(qiáng)粉塵在電極上發(fā)生粘掛，受粉塵顆粒度影響較小，對PM2.5控制明顯，可以同步進(jìn)行氮氧化物、硫化物、重金屬的脫除。其沖洗水直接進(jìn)入吸收塔地坑，由吸收塔地坑泵返回吸收塔內(nèi)使用。這部分沖洗水中含有一些超細(xì)粉塵以及脫硫除霧器難以去除的液滴。是否是因為這些雜質(zhì)進(jìn)入吸收塔內(nèi)產(chǎn)生泡沫，我們進(jìn)行了以下2個試驗：
a、濕電沖洗水的起泡特性
將取樣的濕電沖洗水充分?jǐn)噭雍湍M從管道中噴淋下來的兩種情況，發(fā)現(xiàn)量杯上層有很多細(xì)小的泡沫，
b、將濕電沖洗水加入正常的#7爐吸收塔漿液后，查看起泡特性
將正常的#7爐吸收塔漿液取出，充分?jǐn)噭樱瑵{液表明并沒有多少泡沫（圖6），將這部分漿液加入部分#8爐濕電沖洗水后，再次進(jìn)行同樣的充分?jǐn)噭樱l(fā)現(xiàn)漿液表明會產(chǎn)生泡沫。
從上述兩個試驗中我們可以定性的看出，#8爐濕電沖洗后排出的水有一定的起泡特性，如果加入脫硫吸收塔后，在大流量漿液逆流噴淋、氧化風(fēng)鼓入的情況下，起泡特性還會進(jìn)一步的加強(qiáng)。#8爐濕電沖洗水中含有一些細(xì)小的粉塵和其它雜質(zhì)，這些惰性物質(zhì)在吸收塔內(nèi)不斷富集，在不斷逆流噴淋的循環(huán)漿液和氧化風(fēng)的作用下，使吸收塔內(nèi)本來就有的氣泡液膜穩(wěn)定性增強(qiáng)，導(dǎo)致這些泡沫不容易破滅，全部從溢流管中溢出。大量泡沫產(chǎn)生后，使吸收塔內(nèi)產(chǎn)生了虛假液位，所以在吸收塔顯示液位比正常值低近3m的情況下，還會有大量漿液溢出。此后將濕電沖洗水切除#8爐吸收塔一周后，吸收塔內(nèi)起泡現(xiàn)象逐漸好轉(zhuǎn)。為驗證，一周左右后又將濕電沖洗水切回#8爐吸收塔，在切回的第5天后，吸收塔內(nèi)又出現(xiàn)起泡現(xiàn)象。
隨后，我們對漿液起泡物取樣送檢，分析結(jié)果見表3：
表3 起泡漿液化學(xué)分析數(shù)據(jù)
組分 | Fe2O3 | Al2O3 | ZnO | MnO | SiO2 | CaO | MgO |
含量 | 1.55 | 6.44 | 0.01 | 0.13 | 9.00 | 31.7 | 0.46 |
組分 | P2O5 | SO3 | Cr2O3 | TiO2 | Na2O | F2O | F |
含量 | 0.10 | 25.9 | 0.03 | 0.24 | 0.09 | 0.45 | 23.6 |
化學(xué)分析中F含量很高，分析應(yīng)該為煙氣中的粉塵攜帶。
應(yīng)對措施：
(1) 盡量提高干電的除塵效率，降低進(jìn)入吸收塔以及濕電的入口粉塵，讓盡量多的粉塵在干電中被收集。n
(2) 對濕電沖洗水的濁度、化學(xué)特性繼續(xù)跟蹤，為后續(xù)進(jìn)一步處理后回收收集相關(guān)數(shù)據(jù)。
(3) 運行加強(qiáng)對#8爐吸收塔液位的監(jiān)控和就地檢查，發(fā)現(xiàn)泡沫量多時，及時添加消泡劑；在出口SO2濃度不超標(biāo)的情況，減少循環(huán)漿泵運行臺數(shù)，降低塔內(nèi)噴淋量。
(4) 保證#8爐脫硫廢水的正常排放。
4.2新增MGGH系統(tǒng)后對脫硫水平衡的影響
MGGH投運后，煙氣冷卻器吸收了排煙余熱，使進(jìn)入吸收塔內(nèi)煙氣溫度大幅降低。脫硫裝置吸收塔內(nèi)為絕熱蒸發(fā)換熱過程，煙氣在漿液噴淋洗滌過程中保持焓值始終是不變的，煙氣中的含濕量是不斷增加的，直至濕煙氣變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，吸收塔出口濕煙氣溫度隨入口煙氣溫度變化的值很小，可以認(rèn)為其恒定，要滿足煙囪排放口溫度達(dá)到80℃，或者設(shè)定75℃后將多余熱量回收至低加，不考慮投入輔汽后的熱量平衡，則煙冷器入口段溫降無論在哪種工況下，基本需保持在30℃左右。
（1）計算MGGH投運后吸收塔內(nèi)耗水量的減少
根據(jù)已知的理論計算公式，吸收塔入口煙氣溫度每降低5℃，吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水量會減少2.62kg/1000Nm3干煙氣[2]，將干煙氣流量和溫降值帶入，則耗水量變化值見表4：
表4:典型工況下MGGH投運后吸收塔蒸發(fā)水量減少
序號 | 項目 | 單位 | BMCR | BRL | 75%THA | 50%THA |
1 | 干煙氣流量 | 萬Nm3/h | 190.19 | 183.16 | 150.49 | 107.53 |
2 | 入口煙氣溫降值 | ℃ | 30 | 28.6 | 28.1 | 29.6 |
3 | 吸收塔內(nèi)耗水量減少 | t/h | 29.9 | 27.4 | 24.2 | 18.2 |
（2）濕電沖洗水進(jìn)入吸收塔量計算
濕式電除塵利用工藝水對煙氣極板極線進(jìn)行沖洗，沖洗后的廢水全部進(jìn)入吸收塔地坑，由地坑泵打入吸收塔，其沖洗水量比較固定，與機(jī)組負(fù)荷、煙氣量關(guān)系不大。通過關(guān)閉濕電沖洗水箱補(bǔ)水門，利用水箱液位降低值的方法計算得出：在7.6小時的循環(huán)沖洗時間內(nèi)，水箱液位降低1.3m，計算出沖洗水量為3.4t/h，這部分沖洗水在濕電內(nèi)幾乎不消耗，全部回收至吸收塔。
（3）吸收塔總計耗水量減少量
#8爐進(jìn)行超凈排放改造后，MGGH使脫硫裝置耗水量減少，濕電沖洗后產(chǎn)生的廢水全部進(jìn)入吸收塔，這兩部分合計使脫硫裝置耗水量減少值如表5：
表5：#8爐超凈排放改造后系統(tǒng)水平衡變化表
序號 | 項目 | 單位 | BMCR | BRL | 75%THA | 50%THA |
1 | MGGH使脫硫耗水減少量 | t/h | 29.9 | 27.4 | 24.2 | 18.2 |
2 | 濕電沖洗進(jìn)入脫硫的水量 | t/h | 3.4 | 3.4 | 3.4 | 3.4 |
3 | 總計耗水減少量 | t/h | 33.3 | 30.8 | 27.6 | 21.6 |
| | | | | | | | |
吸收塔耗水量大幅減少后，給吸收塔液位控制帶來困難，特別是低負(fù)荷時。另外對于后續(xù)全廠廢水*工程的實施也帶來不利影響，因為脫硫是*能夠消耗低品位水源的一個“大容器”，增加MGGH系統(tǒng)后，依靠吸收塔來消耗低品位水源的量將大幅減少。
應(yīng)對措施：
(1) 減少系統(tǒng)沖洗水內(nèi)漏量，特別是除霧器沖洗，除霧器沖洗門運行中有內(nèi)漏難以判斷，且沖洗門眾多，建議增加電動進(jìn)水總門，在除霧器沖洗間隔內(nèi)關(guān)閉電動總門。
(2) 利用事故漿罐緩沖容量，機(jī)組低負(fù)荷時收集多余系統(tǒng)水，高負(fù)荷時返回利用。
(3) 優(yōu)化除霧器沖洗程序，根據(jù)實際情況，調(diào)整每層的沖洗間隔，下層適當(dāng)多沖洗，上層減少沖洗，文獻(xiàn)[6]中曾嘗試對吸收塔除霧器的噴嘴流量進(jìn)行調(diào)小，也起到了不錯的效果。
(4) 工藝?yán)鋮s、沖洗用水需根據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整。
5 結(jié)論
超低排放改造采用的一系列新設(shè)備和新技術(shù)目前行業(yè)內(nèi)均無長時間運行經(jīng)驗，且技術(shù)種類五花八門，對這些新系統(tǒng)運行中應(yīng)多總結(jié)經(jīng)驗，逐步摸索*運行方式；另外應(yīng)及時解決運行中出現(xiàn)的一系列新問題，為后續(xù)的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計提供實際運行數(shù)據(jù)支持，zui終能使超低排放改造新增加的設(shè)備始終運行在zui家性能狀態(tài)點，達(dá)到真正“近*”的目標(biāo)，為大氣污染物減排作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
