脱硫装置超低排放改造单双塔技术路线对比分析

积极推进燃煤机组实现超低排放，积极推进在役燃煤机组实施大气污染物超低排放技术改造，力争所有燃煤机组实现大气污染物超低排放。本文针对三种脱硫装置超低排放改造方案的优缺点展开了充分对比，主要对系统阻力方面和能耗方面、粉尘协同治理方面、运行方式灵活性方面及经济性方面进行了对比分析，为现有脱硫装置改造提供参考意见。

脱硫装置超低排放改造单双塔技术路线对比分析

华能沁北发电责任公司 吴 伟、路 平；华能河南分公司 文新委、于春雁；焦作电厂 张艳平/文

一、引言

为贯彻中央财经领导小组第六次会议和国家能源委员会第一次会议精神，落实《国务院办公厅关于印发能源发展战略行动计划（2014—2020年）的通知》（国办发〔2014〕31号）要求，加快推动能源生产和消费革命，进一步提升煤电高效清洁发展水平，国家发改委、环保部、能源局联合下发了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》（发改能源〔2014〕2093号）。各省市及政府部门也制定了相关文件，文件条款中要求：加快治理重点污染源，严控颗粒物排放，重点区域粉尘执行烟尘排放特别限值；积极推进燃煤机组实现超低排放，积极推进在役燃煤机组实施大气污染物超低排放技术改造，力争所有燃煤机组实现大气污染物超低排放。改造后排放目标值（基准氧含量6%条件下）为二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化物50mg/Nm3，烟尘10mg/Nm3（个别省份要求5mg/Nm3）。

鉴于以上情况，根据上级文件有关规定，燃煤电厂均已经开展了超低排放环保改造各项准备工作。其中现有脱硫装置再一次改造可行性研究报告中的技术路线选择尤为重要。

二、现有脱硫装置超低排放改造的主要技术路线

经过近年来脱硫装置的技术革新，脱硫装置的技术日趋成熟，并已经结合了协同除尘技术，使脱硫、除尘功能一体化。目前针对于燃煤含硫量为2.0%以下的煤质，脱硫装置改造主要有三种技术路线：一是原塔改造，主要对现有喷淋层、除雾器、托盘及塔体进行改造以满足要求，当然也存在部分新兴技术如旋回耦合技术，但基本大同小异；二是采用串联一座新吸收塔的形式进行改造，原有吸收塔不做改造，只需新建一座吸收塔，同时满足系统治理要求即可；三是废弃现有吸收塔，重新按照协同治理要求新建一座吸收塔，从而满足改造要求。下面即对目前几种技术路线在系统阻力、电耗、吸收塔运行方式、粉尘治理及经济性方面进行对比分析。

三、系统阻力方面和电耗比较

根据流体力学关于气体管路系统阻力的计算公式：P=1/2×K×ρv2，其中K主要是与管路系统长度有关的系数，ρ为管路系统内介质密度，v为管路系统气体流速，根据上述公式可以得知系统阻力主要与气体流速的平方成正比，与管路系统介质密度成正比。因此可以得出采用串联吸收塔系统阻力要低于单塔改造的系统阻力。主要依据之一为烟气流速影响：原有脱硫装置吸收塔直径一般设计较小，设计烟气流速较高，基本接近4m/s，而新建串联吸收塔可以完全按照设计导则进行设计吸收区直径，降低烟气流速至3.5m/s左右，因此阻力下降明显；主要依据之二为系统介质密度影响：如原塔改造必须在现有吸收塔内部增加喷淋层，增加喷淋层的结果是造成气体流经吸收塔内的介质密度大幅增加（主要是单位截面积上通过的浆液循环量大幅增加造成介质密度直线上升），因此系统阻力明显上升，而新建串联吸收塔单位截面积内的浆液喷淋量没有变化所以这部分阻力变化较小，只与K的系数有关。另外由于原塔改造新增浆液循环泵的扬程增加较高，因此吸收塔浆液循环泵的电耗增加明显。

同时笔者还进行了某600MW机组现有脱硫装置采用不同方案后的系统阻力和新增电耗情况进行了对比分析，改造后系统新增阻力和新增电耗变化情况见表1。

表1 改造后系统新增阻力和新增电耗变化情况

综合上表脱硫装置新增阻力和新增设备电耗情况比较，新建塔改造系统的能耗是最低的，但受制于原有设备折旧问题大部分机组不采用此种改造方案，对于串塔改造和原塔改造的能耗对比可以明显看出串联吸收塔能耗较低。在实际运行过程中硫份可能急剧变化，这样串塔改造方案的节能空间将能够大幅体现，如在硫份由2.0%降至1.0%时串塔改造方案电耗可能下降一半，而原单塔改造方案节能空间有限，最多只能停运两台浆液循环泵，电耗下降有限。

华能集团某300MW机组实施串塔改造后进行了性能测试，机组在300MW负荷下5天平均每小时电耗为3104kWh。机组在300MW负荷下，脱硫系统正常运行时，在引风机出口，烟囱入口阻力段使用电子微压计测量压力，同时测量各点大气压，测试得出烟气脱硫系统压降为2299Pa，低于3200Pa的压降保证值。测试结果表明该电厂实施串塔改造后能耗在可控范围内，实际阻力损失远低于设计水平。

华能某600MW机组实施串塔改造后进行了性能测试，在机组负荷为600MW时，脱硫系统总电能消耗为5697.0kW，在机组负荷为480MW时，脱硫系统总电能消耗为4715.0kW，在机组负荷为360MW时，脱硫系统总电能消耗为4554.2kW。在机组负荷为600MW时，脱硫系统一级吸收塔的压力损失平均值为716.5Pa，系统总压力降为1888.0Pa；在机组负荷为480MW时，脱硫系统一级吸收塔的压力损失平均值为787.2Pa，系统总压力降为1629.8Pa；在机组负荷为360MW时，脱硫系统一级吸收塔的压力损失平均值为540.0Pa，系统总压力降为994.9Pa。测试结果表明该电厂实施串塔改造后能耗在可控范围内，实际阻力损失远低于设计水平。

四、运行方式和粉尘治理方面的对比分析

运行方式灵活性方面串联吸收塔有决定性优势，在高、低硫份切换过程中的可以根据具体设备和硫份情况随机停运两级吸收塔的任何吸收塔浆液循环泵。

在吸收塔pH值控制方面，串塔工艺优势更为明显，在二级塔控制高的pH值利于吸收反应进行，在一级塔控制低的pH值利于氧化反应进行。这样对于高的脱硫效率和良好的石膏品质均为极为有利。

串联吸收塔在吸收塔浆液氯离子控制方面，一级吸收塔浆液氯离子可以按照20000mg/Nm3控制，二级塔按照5000mg/Nm3控制，对于系统脱硫效率、粉尘以及石膏氧化均有优势。合理利用二级塔的补水控制二级塔的浆液品质，二级塔除雾器水冲洗可以采用工业水或工艺水，二级吸收塔的石灰石浆液可以采用高品质的水制浆补充，这些措施均可以提高二级吸收塔的浆液品质，最终有利于粉尘协同治理理念的粉尘去除。由于串联吸收塔可以控制二级吸收塔的氯离子含量在较低水平，浆液密度可以控制较低水平，因此在浆液携带方面可以进行最优控制。部分电厂实施废水零排放后，化学废水回用脱硫系统后造成现有脱硫吸收塔浆液含盐量大幅上升，现有吸收塔浆液澄清后的含盐量达到了100g/L以上，相当于10%的含盐量。如采用串塔方案后将对于粉尘排放和废水零排放工作均有正面影响。

由于二级吸收塔在设计方面可以完全参照设计导则进行设计，各项尺寸均能满足协同治理技术路线技术要求，因此在粉尘达标方面具有最大优势。

五、不同工艺路线平面布置方案比较

对于原有吸收塔改造不存在布置方面的变化，只能根据现有位置进行改造，能够采取的措施为烟道的流场优化，以尽可能降低系统阻力为目标。

对于新建一座吸收塔的平面布置可以灵活布置，依据风机和烟囱的位置选择最合理的布置形式。

串联吸收塔方案的布置方案存在两种形式，一种形式为老塔作为一级塔，新建塔作为二级塔。一种形式为新建塔作为一级塔，老塔作为二级塔。无论哪种布置形式均受现场场地的制约，因此布置起来需要因地制宜。需要综合考虑各种因素最终决定如何布置，但关于新建塔作为一级塔还是作为二级吸收塔还需从布置形式和经济性方面仔细分析。如老塔作为二级吸收塔，按照脱硫装置设计导则要求应对老塔进行改造，主要改造内容为喷淋层、喷嘴、除雾器、增加托盘及吸收塔部分区域高度的抬升，这样势必增加改造费用。如新建塔作为二级塔则老塔不需要改造，只需要对新建塔按照导则要求设计即可，可以节约大量改造费用。还应考虑系统烟道是否易于布置，系统阻力变化情况，以及是否影响现场的美观。

六、经济性方面的对比分析

采用新建一座吸收塔的改造方案，设备折旧费用较高，一次性投资较大，停机工期较长，但从能耗角度来说经济性较好，远期经济性较优良。

采用原有吸收塔的改造方案，设备折旧费用较低，一次性投资较低，停机工期略长，但从能耗角度来说经济性较差，远期经济性较差。

采用串联一座新吸收塔的改造方案，设备折旧费用较低，一次性投资略高，停机工期较短，能耗角度来说经济性较好，远期经济性较好。

七、结论

现有脱硫装置进行超低排放改造在技术路线选择方面有多种选择，各厂应该根据各机组的实际情况结合能耗、运行方式、粉尘协同治理以及经济性方面综合考虑技术方案的选择。如存在原有吸收塔不能拆除并且场地允许的情况建议采用串联吸收塔的改造方案。

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2016.10.12

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