基于火电厂烟气脱硫脱硝技术的应用与节能环保研究
时间：2023-06-16 13:05:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
李明凤
（国能河北衡丰发电有限责任公司，河北 衡水 053000）
石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺主要包括吸收剂制备系统、烟气系统、吸收反应系统、石膏脱水系统和电气控制系统，其中吸收反应系统是脱硫工程的核心[1]。
本改造工程对原脱硫系统采用的石灰石-石膏湿法进行改造，改造了烟气系统、SO2吸收氧化系统、石灰石浆液制备供应系统、石膏脱水系统等，其余则尽可能利用现有系统。
2.1 吸收塔系统
吸收塔是整个脱硫装置的核心。原吸收塔已不能适应执行新标准后的运行工况，需要对吸收系统进行增容改造，原有脱硫系统每台机组有4台循环泵，每台循环泵流量为5 100 m3/h，已改造过的脱硫塔增加2层喷淋，增设2台循环泵，泵流量为5 100 m3/h，以满足200 mg/Nm3的排放标准（对应效率为96%）。
本工程要求吸收塔脱硫效率不低于99%，目前可行的脱硫改造方案主要有双塔双循环方案和单塔双循环方案两种。由于现有脱硫装置的改造时间较近（2013年完成），且根据性能分析，脱硫装置运行情况良好，已增设的2台循环泵考虑在新塔中利旧使用[2]。
2.1.1 双塔双循环改造方案
双塔双循环改造一级塔必须要确保pH值处于较低状态，才能满足石膏有效氧化的需要，而二级塔的pH值需要控制在较高状态，这对于更好吸收二氧化硫有重要作用。在改造中，要确保场地空间比较大，而且在施工建设中还需要进行临时烟道等的设置，需要配套做好停炉工作。
2.1.2 单塔双循环改造方案
单塔双循环技术需对原有的吸收塔进行改造，实际需要的场地空间较为有限，也需要配套做好停炉工作，由于采用单塔双循环改造方案需要停机时间较长，电厂停炉时间不能满足其工期要求，因此本次改造不考虑使用该方案[3]。
2.2 引风机
本工程为适应《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）[4]中的污染物排放要求，并结合除尘以及脱硫增容改造，合并考虑对引风机进行改造。本次脱硫改造需拆除增压风机，因此需采用“引增合一”方式进行设置，通过改造引风机克服风机后至烟囱出口的系统阻力。
除尘改造方案为在原塔后增设湿式静电除尘器，增加系统阻力约500 Pa；
本次脱硫改造新增一级吸收塔，新增一级吸收塔会使脱硫系统增加烟气阻力约1 400 Pa，但脱硫取消GGH后，烟气系统阻力降低1 000 Pa；
原塔拆除2层喷淋后，阻力约减少500 Pa。
由于系统改造增加阻力较大，现有系统阻力主要根据脱硝改造时对烟气系统阻力的测试值确定，本文建议引风机改造前对现有系统进行完整的阻力分布测试。目前，工程对引风机改造方案已进行了专题研究，拟拆除现有静叶可调引风机和对应变频器，改为双级动叶可调引风机，引风机改造投资列入本次改造总投资。
3.1 以SCR脱硝为例
目前脱硝主要采用SCR脱硝（4层催化剂），为满足氮氧化物≤30 mg/m3的深度减排排放限值，结合电厂实际情况，工程提出以下脱硝改造方案。
3.1.1 方案一：喷氨优化+新增SNCR
增加SNCR脱硝，采用尿素为还原剂，合理布置喷枪，同时在喷枪层下端布置测温系统，控制反应温度区间。SCR脱硝仍采用原有4层催化剂脱硝，还原剂为液氨。
3.1.2 方案二：喷氨优化+新增臭氧低温氧化
SCR脱硝仍采用原有4层催化剂脱硝，还原剂为液氨。新增臭氧低温氧化脱硝，利用O3将烟气中难溶于水的NO转化为易溶解脱除的NO2，随后与脱硫塔内钙基吸收剂发生中和反应完成脱硝。
本工程改造后设计脱硝效率按97.3%考虑。经计算，采用设计煤种时，NOx排放浓度为24.3 mg/Nm3，排放量为279 t/a。满足NOx排放浓度不高于30 mg/Nm3的限值要求。
3.2 环境效益和社会效益
锅炉采取改造措施治理NOx污染排放，符合国家“十三五”规划的减排要求和环保部的《火电厂氮氧化物防治技术政策》。2011年12月1日试行的脱硝电价政策，也为改造项目注入了强劲动力[5]。
3.2.1 环境效益
3.2.1.1 NOx排放
本工程对机组进行脱硝改造后，NOx的排放浓度为24.3 mg/Nm3，设计煤种年排放量为279 t，NOx的排放浓度能满足深度减排排放标准的要求，且与原有工程相比，其设计煤种NOx的排放量每年可减少约294 t，大大减少了对大气的污染。见表1。
表1 电厂技改前后污染物排放对比表
3.2.1.2 脱硝废水排放
方案一中无脱硝废水排放；
方案二中臭氧反应后生成的NOx与石灰石浆液生成一定量的硝酸盐，硝酸盐的比例大约占整体脱硫副产物的1%～2%左右，含有硝酸盐的液体同石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统，作为脱除液体溢流后进入滤液箱，最终返回到脱硫塔或当氯离子超标时随脱硫废水排出脱硫系统。从已运行的项目中脱硫废水的检测结果可知，亚硝酸根经过脱硫氧化风氧化后都转换成硝酸根（相差近两个数量级），同时脱硫废水中硝酸根的离子浓度与氯离子浓度相当。硝酸钙的溶解度非常大，不会沉淀析出，对石膏品质无影响，脱硫废水还是按照氯离子浓度标准排放。
3.2.1.3 脱硝粉尘、噪声
烟气脱硝设施在具体实践应用中不会出现粉尘，而且不会带来噪音，符合国家及行业规定的噪音控制标准[6]。
3.2.2 社会效益
该工程进行系列改造升级会带来较大的环境效益及经济收益。通过对电厂进行深度减排工程，能够有效控制严重的氮氧化物污染问题，对所在区域大气环境质量的改善有重要意义，对于维护居民身体健康、发展当地高质量旅游事业等都有深刻影响。能够使企业与周围地区人民群众的关系更加和谐，深层次推进各项工作的高质量落实；
能够让企业在现代市场经济大环境下塑造良好的对外形象，有力提升企业的整体竞争能力；
能够使电厂获得更加良好的影响力及信誉度，从而为企业营造更加健康有序的发展环境，带来更加明显的社会效益。
4.1 主要污染源
4.1.1 脱硫渣
石灰石-石膏湿法脱硫系统脱硫渣为石膏，按石灰石中CaCO3纯度90%计，脱硫产生的脱硫石膏的纯度（即CaSO4·2H2O的含量）为90%，脱硫石膏呈弱碱性（pH值7～8）[7]。
4.1.2 粉尘
在对吸收剂进行储存等基本操作环节中，很容易出现生石灰飞扬或者轻微泄漏的情况，对一线工作人员的身体健康造成潜在危害，长时间处于这样的特殊环境中会增加患尘肺病的概率，这也是现代文明生产所不允许的。
4.1.3 噪声
在脱硫系统应用中，由于涉及到相应的机械设备，不可避免地会产生一定噪音，给周围地区居民的正常生产及生活带来危害，也会给一线工作人员身体健康带来影响。导致这种噪音污染出现的原因较为复杂，常见的有空压机、增压风机等产生的噪音。
4.2 主要污染物治理措施
在相关系统完成改造后，通过脱硫系统的有效运行，能够有效控制二氧化硫的实际排放量，改善周边环境，但也会带来一些轻微的污染，为了将脱硫灰可能带来的负面影响降到最低，工作人员需要有针对性地做好环境保护的设计工作。具体措施如下。
4.2.1 脱硫渣
石灰石-石膏湿法脱硫系统的脱硫副产物石膏以综合利用为主。
4.2.2 粉尘
厂内制浆车间加设除尘系统。
4.2.3 噪声
一些转动机械设备在实际运行中往往会产生非常大的噪音污染，为此在最初进行设备设计及后续订货过程中，企业必须向供应商提出噪音控制标准要求，并围绕相关技术标准签订专门协议，确保机械运行噪音等级符合基本劳动标准要求，对于运行中的成本开支也需要进行严格控制。本期脱硫改造工程主要噪声设备控制水平见表2。
表2 本期脱硫改造工程主要噪声设备控制水平
4.3 节能环保研究
为了对资源进行更为有效的利用，减少对资源的粗放型消耗，脱硫工程工艺方案在实际设计应用上，更加突出工艺流程的合理性，能够让不同环节、不同类型的设备在实践应用上消耗能源最少，且能保证最佳的利用成效，以最终实现对不同层面资源的有效回收利用。
4.3.1 节约能源
改造工程优化了既定系统设计内容、烟道及脱硫装置等，确保配置更加合理，并有效降低能耗；
合理选择辅机型号，充分控制变压器损耗，提高风机的基本效率；
从计量及监测仪表等角度完善工艺系统，及时向操作人员提供运行中的数据信息，确保机组在运行上更加经济安全；
选择更为先进的DCS控制系统，使用计算机进行启停控制，做好数据处理并实现参数的动态调整，让系统在运行上更加经济安全；
合理选择保温材料及保温结构，将管道及相关设备的热量损失降到最低；
使用的原材料尽量节约，就近选择，有效控制运输成本；
综合有效利用脱硫产生的副产物；
采用变频装置，应对负荷变化的要求，降低电能损耗。
4.3.2 节约用水
脱硫系统必须要强化水务管理，全厂要从整体层面进行规划设计，在用水上坚持做到统一调度管控，才能确保不同层面应用需求平衡，实现水资源的重复循环利用，将电厂实际消耗的水量控制在最低水平。
综上所述，本文围绕某火电厂改造工程，对脱硫脱硝技术应用进行了不同层面的分析，深刻揭示了相关技术应用的复杂性、特殊型，并从生态效益、社会效益等方面进行了节能环保研究，对于加快火电厂的现代化及节能型、环保型建设都具有重要意义。
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