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摘要：介绍了火电厂超低排放的概念，对于已建成的脱硫系统，介绍分析了几种超低排放改造方案，并对相应的方法进行了优缺点分析说明，为石灰石－石膏湿法脱硫系统的改造提供了参考。
关键词：湿法脱硫；超低排放；改造
1 引言
众所周知，目前我国大多数发电厂通过燃烧煤发电，然而在燃烧煤的过程中会产生大量烟气，烟气中主要包含二氧化硫、氮氧化物等有毒气体，对空气造成严重污染。为了进一步减少大气中的污染物，超低排放应运而生。
超低排放，是指火电厂燃煤锅炉在发电运行、末端治理等过程中，采用多种污染物高效协同脱除集成系统技术，使其大气污染物排放浓度基本符合燃气机组排放限值，即烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度（基准含氧量6%）分别不超过10 mg/m³、35 mg/m³、50 mg/m³，比《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中规定的燃煤锅炉重点地区特别排放限值分别下降50%、30%和50%，是燃煤发电机组清洁生产水平的新标杆。2015年3月，十二届全国人大三次会议《政府工作报告》明确要求推动燃煤电厂超低排放改造；2015年12月，国务院常务会议决定，在2020年之前对燃煤电厂全面实施超低排放和节能改造。
石灰石－石膏湿法烟气脱硫技术（WFGD）是目前国内火力发电厂应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火电厂的烟气脱硫装置约90％也采用此技术。由于我国火电厂在2010年前后均已完成加装脱硫装置，但原来的排放指标达不到超低排放的要求，因此在2015年前后都纷纷进行了超低排放改造。
2 脱硫超低排放改造方案介绍
石灰石－石膏湿法烟气脱硫技术的基本原理是利用石灰石浆液与烟气中SO2进行气液吸收反应，最终实现烟气脱硫的方法。其工艺流程是烟气进入脱硫喷淋塔后，与喷淋层雾化后的石灰石浆液滴接触反应，石灰石浆液液滴吸收烟气中的SO2，生成亚硫酸钙，氧化风机打出的氧化风将亚硫酸钙氧化，生成石膏，从而实现烟气脱硫。
湿式石灰石－石膏法烟气脱硫工艺中会发生一系列的物理化学作用，主要的过程可分为以下三个步骤：SO2的溶解吸收过程、中和反应过程以及氧化反应过程，最终生成石膏，完成整套烟气脱硫工艺。
由于国家大气污染物排放标准在近年来不断地严格，特别是2015年出台了超低排放的要求，同时还有燃煤硫分偏离设计值以及部分WFGD装置存在设计能力不足等原因，多数已建电厂的湿法烟气脱硫工艺已无法满足目前的排放要求，则需要对旧工艺进行改造升级。一方面需要增加吸收SO2的容量，另一方面要进一步提高脱硫效率，以达到要求。基于上述原因，脱硫工程技术人员开发出了多种可适应当前形势的石灰石－石膏湿法烟气脱硫改造工艺，本文将对湿法烟气脱硫改造工艺进行介绍分析。
影响烟气脱硫系统脱硫效率的因素很多，包括烟气参数、吸收塔结构设计、运行参数控制、吸收剂品质等。在吸收塔结构设计上影响脱硫效率的因素主要包括塔内烟气流速、烟气停留时间、液气比、喷嘴雾化效果、喷淋覆盖率等。通过优化吸收塔设计，如适当降低塔内烟气流速，延长塔内烟气停留时间， 增加循环浆液流量， 提高液气比， 增加喷淋覆盖率等手段， 可以提高吸收塔脱硫效率， 满足超低排放要求。
对于已建成的脱硫系统，当排放要求更加严格时，即出口二氧化硫浓度超过限值时，根据传统的脱硫理论，则需要提高液气比来提高系统出力。在提高液气比的同时，为了保证吸收塔正常运行以及石膏的正常结晶，需要对原有浆液池、吸收区均进行扩容改造。
目前国内使用的对脱硫系统改造一般有以下几种方案。
1） 增加辅助浆液池
在原吸收塔旁设置辅助浆液池，与原塔相连，在辅助浆液池布置新增加的浆液循环泵，在原塔吸收区增加喷淋层，达到浆液池的扩容及增加液汽比的目的。
该方案的主要优点是对吸收塔的荷载增加较少，能保证原塔体安全性，使用辅助浆液池作为原塔浆液池的补充，能为吸收塔内生成的CaSO3提供足够的氧化与结晶空间。
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其主要缺点是：为了达到扩充浆液池的目的，两池必须联通，辅浆液池与原塔相距较近，施工难度较大，一般脱硫场地难以布置。
2） 吸收塔增高
对原有吸收塔进行加高处理，增加浆液池容积同时增加喷淋吸收区高度，该方案是目前应用较多的方法。
脱硫塔增高改造法是在吸收塔原有喷淋层之上增设一层(或多层)喷淋层，相对应的需要将吸收塔塔体加高，同时也将吸收塔净烟气出口烟道相应提高，并对加高部分烟道做防腐处理。其增效的原理有三点，一是增加了喷淋层，大大提高了液气比；二是由于塔体的增高，使烟气在吸收塔内的停留时间加大，反应时间延长，有利于脱硫反应的进行。
该方案优点是改造后吸收塔为整体，不需要考虑场地布置问题，工艺上成熟可靠。
缺点主要有：同时需要对浆液池和吸收区加高，塔体载荷增加量太大，原有吸收塔基础是否能承受新增加的垂直及水平载荷需要进行核算；施工难度大，需要将塔体割开后再进行新塔体的制作，与原塔难以连接，施工过程中容易造成原塔防腐层的着火燃烧，危险性比较大；改造过程中难以保证原塔与新增加塔体的精确对接，对接部位应力集中，影响塔体的稳定性；施工周期较长，需要原塔停止运行后才能施工，核心工期在3个月以上；吸收塔原烟道及净烟道均需要进行加高、加固处理。
3） 吸收塔串联
新建吸收塔与原塔进行串连组成完整的脱硫系统。
该方案优点是适合处理高含硫量条件下的烟气，能获得较高的脱硫效率，能保证脱硫FGD系统出口SO2更低的排放浓度。
其缺点有：改造工期较长，需新建吸收塔，原有烟道需要进行改造，核心工期在4个月以上，停运FGD系统时间依现场实际布置条件而定；进入第二个吸收塔的烟气处于饱和状态，水平衡状态难以维持，通过两塔之间加设联络管可以在一定程度上解决水平衡问题，施工难度较大。
4） 吸收塔并联
新建吸收塔与原塔进行并联组成完整的脱硫系统。
该发难的优点是改造后FGD系统运行方式灵活，低负荷条件下可以一塔运行，两塔可以互为备用，系统的稳定性和可靠性有很大的提高。
其缺点是：需要新增加增压风机，对FGD场地要求高，布置难度较大。
5） 改用活性强的吸收剂
原有脱硫装置不变，改用活性较强的吸收剂，如生石灰（CaO）。
该方案的优点是生石灰作为吸收剂，其活性非常强，可以有效的降低液汽比，对系统节能效果明显。
其主要缺点是：生石灰活性非常强，在吸收塔内无法无法形成稳定的缓冲液，塔内PH值波动较大；由于生石灰与烟气中SO2反应过于迅速，塔内PH值分布不均匀，生成的CaSO3难以完全氧化，结晶区域也不够，容易在吸收塔内结垢；并且运行成本太高。
3 结语
石灰石湿法脱硫系统的超低排放改造属于一个系统工程。改造工期长，改造过程中不确定因素过多，投资额较大，以上介绍的几种改造方案均有各自优缺点，选择哪种方案需要根据现场的场地、实际煤种与设计煤种间的变化等实际情况而定。
参考文献:
[1] 姚胜威．脱硫超低排放技术在电厂中的应用探讨[J]．机电信息，2016，15：84-85.
[2] 洪燕，李紫龙． 超低排放技术在我国燃煤电厂的应用[J]．中国资源综合利用，2016，01：62-63.
作者简介：杨秀杰（1982-），男（满族），河北人，高级工程师，硕士，主要从事电力环保、化工等行业非标设备设计工作。
论文作者:杨秀杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
标签：吸收塔论文; 烟气论文; 浆液论文; 超低论文; 湿法论文; 石灰石论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第31期论文;