强化传质脱硫增效技术在火电厂超低排放的应用

1、    强化传质脱硫增效技术在火电厂超低排放的应用    摘要：文章介绍了大唐南京电厂2#机组脱硫提效改造工程，首先通过调研及结合电厂的实际情况确定了改造方案，然后通过一系列的小试、中试及模拟试验研究确定了主要的改造参数，最后试运行的结果表明，该次脱硫提效改造超过了预期的改造目标，技术上可行、经济上合理、环境和社会效益巨大。关键词：强化传质脱硫增效技术；火电厂；超低排放；筛板；脱硫效益 ：a：x701 ：1009-2374（2015）15-0085-02 doi：10.13535/ki.11-4406/n.2015.15.0441 概述当前，中国大气问题

2、突出，为切实改善空气质量，实现环境效益、经济效益与社会效益多赢，国家对主要污染物减排工作的要求不断升级，燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，实现超低排放，为此，需要对脱硫系统进行升级改造。2 脱硫系统概况现有2×660mw燃煤汽轮发电机组。脱硫采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，一炉一塔布置，设置一套共用系统，不设烟气旁路，脱硫效率95%（设计值含硫量0.8%），设计入口so2浓度1629mg/nm3，实际运行出口so2浓度可达到50mg/nm3左右。3 脱硫系统提效改造目标及改造方案本次脱硫提效改造按燃气排放标准设计，入口so2浓度2317（6%氧）mg/nm3，投

3、运4台循环泵，达到出口so2浓度35mg/nm3的要求（高于燃气标准）。经过反复研讨，最终确定本次改造的方案为：吸收塔内增加筛板+更换喷淋层喷嘴+内部强化构件+塔外浆罐组合方案，外部各子系统进行相应增容改造。4 针对工程改造的试验研究针对大唐南京电厂脱硫系统的实际改造，浙江大学与大唐科技分别开展了对筛板的试验研究、浆液分区试验研究和cfd流场模拟实验研究。4.1 塔内增加筛板的试验研究筛板上气液接触情况研究：当烟气流速继续增大至一定值以上时，将会出现无液体流下现象。筛板孔径对阻力的影响分析：在同一开孔率（36%）、不同筛板孔径（630mm）条件下，筛板阻力特性，当烟气流速大于1.0m/s时，大

4、孔径筛板上液层比小孔径的厚，其压降也大，这是因为气流穿过大孔径后，其动量较大，可以吹起很高的泡沫层，而小孔径由于气流被分散，动量较小，泡沫层高度较小，因此其塔内压降较小。筛板开孔率对阻力的影响：孔径d=15mm、不同开孔率（16%48%）条件下烟气流速对阻力特性，开孔率在32%36%的筛板，其压降变化不大；当开孔率小于32%时，压降随开孔率减小明显增大，泛点出现得越来越早，开孔率为16%和20%的2块筛板几乎无法正常工作，分别在烟气流速为0.5m/s和1.0m/s时就出现无液体下降的严重恶化工况。喷淋量对阻力的影响：同一烟气流速条件下，随着浆液喷淋量的升高，筛板阻力逐渐增大；这是由于筛板在浆液

5、量低的情况下托不住液体，液体都沿着开孔的外侧流出，空气从孔中间穿过，阻力较小。不同烟气流速及喷淋条件下筛板阻力：同一开孔率的筛板，其阻力随烟气流速及喷淋量的增大而增大。中试试验条件完全按照实际工程中的运行条件，当满负荷运行时，塔内烟气流速为3.5m/s，四层喷淋全开时，所开发的筛板的阻力约为700pa；开三层喷淋，所开发的提效均流构件的阻力约为500pa；开两层喷淋时，所开发的筛板的阻力约为300pa。通过上述筛板试验研究，对实际工程中所用筛板的选型、孔径及开孔率提供了重要的依据。4.2 浆液分区试验研究浆液分区ph性能试验研究：在典型的实验工况下，基于ph分区控制的喷淋系统主副回路均可以形成

6、稳定的ph差值，烟气量由10m3/h到25m3/h变化，喷淋量由146l/h到292l/h变化，入口so2浓度在1500mg/nm3到4600mg/nm3变化时，可以形成0.50.97左右的稳定ph差值。随着烟气量、入口so2浓度的增加，喷淋量的降低，主副浆液池形成的ph差值增大，主要是由于随着烟气量、入口so2浓度增加，浆液在单位时间内吸收了更多的so2，致使ph差值增大。4.3 cfd流场模拟试验研究研究模型范围、计算结果及分析，根据bmcr工况烟气参数及喷淋参数情况下进行计算，主要分析了系统各个截面的速度、压力和温度分布情况，塔内增加筛板后，速度分布、压力分布及温度分布更加均匀，筛板对速

7、度、压力及温度在塔内的均布具有明显的作用。通过流场模拟的试验研究，对实际工程中喷淋层的选择、喷嘴的布置及喷嘴选型进行了优化；确定了实际工程中筛板的安装位置。5 改造后运行效果通过对塔内筛板的研究、浆液分区研究和cfd流场模拟实验，最后确定了2#机组脱硫提效改造的各主要设计参数。南京电厂2#机组2014年9月18日停机改造，2014年11月25日改造完成开始试运行，经过近3个月的运行，调取运行时的dcs历史趋势如图1所示：图1 改造后脱硫各参数趋势由图1可以看出，在负荷为487mw时，脱硫效率为96.5%，脱硫塔入口so2浓度为961mg/nm3，脱硫塔出口so2浓度为22mg/nm3，主浆液池

8、浆液ph为5.4。满足改造要求出口so2浓度35mg/nm3的要求。当机组满负荷661.5mw运行时，脱硫塔入口so2浓度1666.8mg/nm3，主浆液池浆液ph为5.54，三台循环泵（a、b和d泵）运行时，脱硫效率为99.6%，脱硫塔出口so2浓度为5.3mg/nm3，运行效果超出了预期的改造目标。5.1 不同浆液ph时的运行效果满负荷条件下，开三台循环泵（a、b和d），so2入口浓度为15001700mg/m3时，脱硫效果随主浆液池ph变化，随着主浆液池ph的逐渐升高脱硫效率逐渐增大，脱硫效率由98.8%（浆液ph为4.99）升高到99.6%（浆液ph5.54），随着主浆液池ph的逐渐升

9、高，出口so2浓度逐渐降低，出口so2浓度由20.04mg/m3（浆液ph为4.99）下降到4.7mg/m3（浆液ph5.54）。endprint5.2 开启不同循环泵时的运行效果满负荷条件下，so2入口浓度约为1620mg/m3，主浆液池ph为5.2时，开启不同循环泵组合（开启a、b、c泵及开启a、b、d）时，开启三台循环泵a、b、d的脱硫效率为99.03%高于开启三台循环泵a、b、c时的98.5%，原因为，循环泵d与塔外浆池相连，当开启循环泵d时，有效地扩大了浆池的容积，浆液停留时间延长，浆液与氧气的接触时间也延长，氧化更充分。5.3 低负荷条件下的脱硫效果低负荷（约500mw），so2入

10、口浓度约为1435mg/nm3，浆液ph在5.65左右，只开启两台循环泵（a、d）时，1#吸收塔（未改造）与2#吸收塔（改造后）运行时的脱硫效果对比时发现，经改造后，2#吸收塔的出口so2浓度为23.4mg/nm3，低于1#吸收塔的42.9mg/nm3，2#吸收塔的脱硫效果明显优于1#吸收塔，说明，2#吸收塔内的筛板不仅可在机组满负荷时提高系统的脱硫效果，在低负荷，只开两台循环泵时同样具有明显的作用。6 脱硫提效改造后效益分析经济效益方面，如果不采用筛板，而是开启四台泵进行脱硫达到同样脱硫效率，第四层喷淋的阻力大约为350pa，即筛板路线阻力大于150pa，按照引风机290万风量、机械效率82

11、%考虑，采用筛板增加风机电耗接近150kw，而减少第四层循环泵则节省了1100kw以上，改造后降低了运行电耗，节约了运行成本；另外，由于提效改造后，系统的稳定性大大提高，减少了因脱硫系统出现的问题对主机的影响，间接地减少了检修、主机额外启停炉以及停炉所造成的经济损失；同时，政府申请环保补贴，每台机组的脱硫超低补贴约为1400万元/年。环境社会效益方面，对改善地区环境空气质量起到了良好的作用，同时借着此次提效改造，大唐南京发电厂在集团内部也走在了前头。7 结语大唐南京电厂2#机组脱硫提效改造工程采用塔内增加筛板+塔外浆池的方案，经过脱硫试运行，只开三台循环泵就达到了出口so2浓度35mg/nm3的改造要求，改造后so2排放浓度、排放量均明显降低。本次2#机组脱硫系统的提效改造技术上可行、经济上合理，环境效益和社会效益巨大，为南京发电厂2015年即将开展的1号机组超低排放技术改造积累了宝贵的经验，开创了集团公司煤电机组中应用此项先进技术的先河，实现了煤电清洁化生产质的飞跃。参考文献1 环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.火电厂大气污染物排放标准（gb13223-2011）s.2011.2 国家环境保护部.关于执行大气污染物特别排放限值的公告s.2013.3 国务院.大气污染防治行动计划s.2013.4 国家发