燃煤火力发电厂除灰脱硫设备优化措施研究

刘生璐

（甘肃电投常乐发电有限责任公司，甘肃酒泉 735000）

0 引言

随着经济的迅速发展和社会的进步，人民生活水平的提高对能源的需求日益增加，工业生产对能源的消耗随之增长，而能源结构特点是煤炭占比大，且在目前及今后相当长的一段时间内，煤炭燃烧发电仍然是主要的电能供应方式。煤炭的燃烧带来大气污染，尤其是烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染性气体，已经造成大范围的雾霾污染，给生态环境和百姓的生活带来严峻考验。火力发电厂的除灰系统和脱硫系统是关键且重要的环境保护系统，担负着火电厂烟尘排放和二氧化硫排放是否达标的重任，而烟气脱硫能非常有效的以低成本控制二氧化硫污染物的排放。

近年来，国家对于火力发电厂污染物排放的控制越来越严格，同时煤炭价格不断攀升，这些外部环境因素对火电厂的除灰、脱硫设备的改造和运行系统的优化提出更严格、更高的要求。现有的除灰脱硫技术由于基础建设投资成本高、运行费用贵，加上除灰脱硫系统繁杂，若能将除灰脱硫加以优化改造，可以降低经济成本，改善生态环境，提高经济效益。

1 除灰脱硫设备优化方案

某火力发电厂自2017 年9 月2 台百万机组建设以来，除灰脱硫系统按照行业内高标准要求建设，已投入商业运行，设备整体运行稳定、状况良好。该系统除尘效率高达99.92%，脱硫效率≥99.2%，烟尘和二氧化硫的脱硫塔出口处的污染物排放浓度分别低于5 mg/m3和25 mg/m3，完全达到了国家规定的超净排放标准。

1.1 除尘设备优化

通过对原有的除尘系统的研究分析发现，原电除尘系统入口的烟气温度较高，高的时候达到145 ℃，低的时候也在135 ℃以上，而高温不利于除尘效率的提高。为了降低除尘系统的烟气温度，在空气预热器出口以及电除尘器进口之间的烟道中安装了低温、低压省煤器系统，降低电除尘入口烟气温度至酸露点附近（90 ℃），使烟气中大部分SO3冷凝形成酸雾，粘附在粉尘表面并被碱性物质中和，粉尘特性得到很大改善，比电阻大大降低；工程在建设初期既定方案为：每台炉配置2 台电除尘器，该电除尘器为干式卧式三室五电场，电除尘阳极板采用480 大C 形结构，阴极系统由阴极框架、阴极线、阴极砧、阴极悬挂设施及防摆装置构成。阴极采用刚性小框架，第一电场配置管状芒刺线，第二、第三、第四电场配置锯齿线，第五电场配置鱼骨针。根据灰份的特点，合理选择相适应的极板、极线的形式和极配形式，合理的极配形式能提高驱进速度，减缓反电晕的产生，提高清灰效果，电除尘本体漏风率≤1%；从而大幅提高除尘效率，从原来的95.16%提高到99.92%。

1.2 输灰系统优化

针对大部分电厂除尘系统在运行期间频繁发生输灰不畅通的现象，甚至发生管道堵塞故障，为了使输灰系统正常高效工作，工程采用2 种优化方案：①在输灰仓泵中间安装泵间双套管；②在输灰系统中增加助吹管、补气管，在助吹的气源管道上增加气动总阀，该方案可以根据机组的具体负荷情况，在适当的时间将适量的烟灰投入到助吹阀的助推系统中。这样可有效降低输灰管道堵塞进而增加机组负荷的不良反应，还可提高灰气比，减少输灰系统中的损耗。

1.3 灰斗系统优化

受脱硫系统的限制，除尘设备经常发生烟气温度远低于露点温度95.18 ℃的现象，此时容易造成烟斗积灰或塔桥，甚至造成电厂短路跳闸等故障。对电厂运行故障分析原因后，为了避免烟气短路，灰斗内装有阻流板，它的下部尽量远离排灰口。灰斗斜壁与水平面的夹角不小于60°。相邻壁交角的内侧，作成圆弧形，圆角半径为200 mm，以保证灰尘自由流动。

1.4 脱硫设备优化

工程的脱硫系统采用的是喷淋式吸收塔，烟气在塔内实现降温、SO2吸收、烟气洗涤及除雾等功能；借鉴国内1000 MW 及660 MW 机组运行经验，在烟气入口处安装2 层托盘，以达到烟气更加均匀分布的目的，这种设置可以通过增加烟气的扰动，从而提高烟气与浆液接触的时间和面积，提高脱硫效果，并增加循环泵喷头数量，新建的脱硫装置布置在烟囱两侧，减少了中间烟道的流程，能有效降低烟气阻力，托盘增加烟气扰动提高脱硫效果，喷淋塔内喷头数量的增加提高了SO2的吸收去除。吸收塔托盘层、喷淋层布置以及脱硫流程如图1 所示。

图1 吸收塔托盘层和喷淋层布置

2 系统参数优化

2.1 系统pH 值优化

借鉴其他电厂湿法脱硫系统，冷凝水的pH 值基本上小于5.0，且水量较大，酸性净烟气冷凝水对烟道的腐蚀比较严重。因此系统优化时，为了防止吸收塔内部结垢沉淀及酸蚀，要合理控制脱硫浆液的pH 值在5.0～5.6：pH 值低于5.0 容易加重系统结构腐蚀，pH 值高于5.6 又容易致使系统内部沉淀结垢。

2.2 系统浆液密度优化

脱硫系统优化过程中，对脱硫吸收塔的浆液密度进行调控，尽量降低其数值，并进行了为期一个月的监测，数据发现浆液密度的变化会影响脱硫效率，浆液密度和脱硫效率关系见表1。

表1 浆液密度和脱硫效率关系

由表1 可知，脱硫吸收塔内浆液密度在1050～1265 kg/m3波动，从浆液密度的平均值和脱硫效率之间的关系可见，随着脱硫吸收塔内浆液密度的控制和降低，脱硫效率得到有效提高。

3 改造结果及分析

3.1 检测结果

该火力发电厂投入运行以后，经过除尘和脱硫系统的装备改进和系统优化后，经过3 个月的试运行后，除尘和脱硫系统保持较好的稳定度，运行效果良好。经多次检测，其中污染物SO2和粉尘颗粒物的检测结果见表2。

3.2 改造结果

表2 数据显示：①该火力发电厂的除尘、脱硫设备经改造后其除尘、脱硫效果显著，设备运行稳定；②改造优化的设备的除尘率达到99.55%，粉尘颗粒的排放值也达到了天然气燃气轮机组粉尘颗粒的排放标准；③经优化改进后建设的系统脱硫效果显著提高，去除率达到99.2%，SO2污染物的排放值也达到了燃煤火电机组二氧化硫的排放标准。

表2 除尘、脱硫检测结果

4 结束语

该百万机组火力发电厂经过除灰、脱硫系统设备优化施工建设，主要包括：除尘设备改进、输灰系统优化、灰斗装置改进及脱硫系统设备的优化设计；并经过系统运行参数的优化，主要包括：pH 值的控制和浆液密度的调控，除灰、脱硫运行以来一直保持稳定状态，运行效果良好，除尘效果达到99.92%，脱硫效果达到99.2%，且烟尘和二氧化硫的排放浓度分别小于5 mg/m3和25 mg/m3，均达到了国家规定的标准，可为老旧设备的改良提供参考。