（国家电投集团贵州金元股份有限公司习水发电厂 贵州习水 564600）
摘要：习水电厂脱硫改造工程，在成熟的单塔技术和新型的双塔技术之间，选择了双塔技术，改造后运行效果较好，达到性能要求，为习水电厂控制燃料成本和降低脱硫运行能耗发挥了积极作用。同时该工艺为贵州在运火电机组首家应用即取得良好效果，对集团公司在运火电机组后续综合升级改造具有一定参考意义。
关键词：脱硫改造
一、项目技术背景
随着我国对火力发电厂的环保要求越来越严格，火电厂大气污染物排放标准进一步提高，火力发电机组面临的脱硫减排任务越发严峻。根据国家环境保护部《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，大多数火电厂现有的脱硫装置都不能满足新的排放要求，需要对现有的脱硫设施进行增容改造，提高脱硫效率。现有的石灰石湿法脱硫技术，都是采用单塔结构，原烟气直接进入吸收塔内进行反应。烟气中的SO2经过一次脱除后，就经过除雾器、净烟道、烟囱排放，反应后的石膏浆液直接进入旋流器、真空皮带脱水机等设备脱除水分、析出石膏晶体。该方法中烟气中的SO2 只经过一次喷淋洗涤，脱硫效率受到一定的限制，很难达到97. 5%以上的效率。另外，随着脱硫效率的增高，浆液的PH值也会增高，导致石膏结晶困难，成品石膏含水率高，难于达到合格要求，不利于综合利用。 习水电厂4×135MW机组脱硫工程就是采用上述石灰石—石膏湿法单塔工艺。塔径和喷淋层数是影响喷淋塔内阻力的重要因素，而喷淋层间距对于塔内阻力影响较小；运行参数一负荷和液气比对喷淋塔内阻力有较大影响[1],实际FGD入口SO2浓度常常超出脱硫装置的设计值，净烟气SO2浓度已不能满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，故对脱硫装置进行改造，改造设计煤种收到基含硫量Sar按4.5%考虑，原烟气中SO2浓度按12500mg/Nm3（标态、干基、6%O2）考虑，经综合比较，采用双塔双循环工艺，设计脱硫效率96.8%以上。
二、改造方案比选
针对本次改造，设计单位提出双塔和单塔两个方案。
方案一采用双塔技术。双塔由两部分组成，吸收塔采用U形方塔，由两个圆形单塔串联而成，前面一个是液柱塔（2台浆液循环泵1层液柱层），后面一个是喷淋塔（2台浆液循环泵2层喷淋层），两塔中间浆池连通，整个外形上看起来像个“凹”字，又称U型塔，烟气从吸收塔入口首先进入液柱区，经液柱区去除掉大部分SO2后，再经喷淋区去除掉残余的SO2后，最后经吸收塔顶部的三级除雾器除去雾滴后通过烟囱排入大气。此种双塔方案为贵州省在运火电机组初次采用，其前后塔按不同的PH控制，特别是前塔液柱向上喷淋，与烟气接触时间更充分，脱硫效率更高，因效率高，浆液循环流量较小，四台循泵电机功率分别为800kW、800kW、900kW、800kW，性能价格比高，对燃煤硫份有很好的适应性等特点。它的主要原理是利用石灰石(CaO)前后两次与烟气中的二氧化硫(SO2)反应，同时辅以氧化空气，将二氧化硫(SO2)捕捉并最终生成石膏(CaSO4. 2H20),两次的二氧化硫(SO2)去除率叠加，从而达到一个很高的脱硫效率，实现二氧化硫的减排和净化空气的目的。脱硫装置中的两个循环吸收塔相对独立，两个循环吸收塔中的循环过程的控制也是是独立的，避免了参数之间的相互制约。
方案二采用单塔技术。单塔采用常规圆形喷淋塔，在吸收塔内，烟气自下向上流动，与从塔上部喷淋而下的石灰石浆液（4台浆液循环泵4层液柱层）充分接触，烟气中的SO2被去除，最后经吸收塔顶部的两级除雾器除去雾滴后通过烟囱排入大气。单塔方案浆液循环流量较大，四台循泵电机功率分别为800kW、800kW、1120kW、1250kW。
方案的选择：按照机组BMCR工况负荷，原烟气SO2浓度12500 mg/Nm3，净烟气SO2浓度不大于400 mg/Nm3的设计条件，4台机组配置建设2个脱硫塔。两种方案投资和运行成本如下：
从投运以来，系统运行稳定，脱硫效率超过设计要求，2套脱硫系统均能在机组满负荷，原烟气SO2浓度超过12500mg/m3工况下，净烟气排放SO2浓度低于环保标准，实际在设计出力下可只运行三台泵，并达到97.7%的超高脱硫效率，而这是单塔工艺不可能实现的脱硫效率极限，石膏中CaCO3含量远小3%的行业标准，石灰石利用率提高。按2015年1月和2015年12月份两月发电量相差不大，改造前和改造后数据对比，其中2015年1月份习水电厂脱硫系统减排SO2 3411吨，耗电688.096万kWh，能耗指标为1270kWh/吨SO2，2015年12月份脱硫系统减排SO2 10043吨，耗电731.7万kWh，能耗指标为728kWh/吨SO2，下降42.5%,增强了机组的带负荷能力和燃用高硫份煤种的能力，为有效消化习水地区高硫煤，减少采购低硫煤奠定了基础，对进一步控制习电燃料成本创造了有利条件，同时从装置本身也实现了节能减排。从能耗和燃料成本方面进行经济效益测算如下：
1、能耗测算：
双塔方案设计循泵4台，功率3300kWh，实际运行由于循环效率高，设计工况下只运行3台循泵，功率2500kWh，双塔设计循泵总功率3970kWh，按经验计算必须四层全部运行，每年两个脱硫塔按4000小时计算利用小时，按0.3元电价计算如下：
（3970-2500）×4000×2×0.3=352.8万元
2、燃料成本测算
习水电厂本次改造设计硫份4.5%，但目前实际运行情况看，保守估计可将全年进煤提升到5.0%，按2016年发电预算采购110万吨电煤测算，将减少低硫煤采购量12.5万吨，节约燃料成本743万元。
3、减少后期改造投资
采用双塔工艺，为国家目前主推的火电综合升级改造工艺之一，在习水电厂未来的2×350MW上大压小升级改造项目中或超净排放改造中，该工艺能不经改造直接达到SO2超净排放标准，减少采用单塔工艺时的后期再次改造费用至少约3000万元。
四、运行注意事项
从项目投运后，由于工艺技术先进，为贵州在运火电机组首家应用，人员培训没有实训条件，培训资料不够丰富，相关运行人员对工艺中的关键控制指标还需不断摸索和总结并不断完善。主要注意以下几点：
1、该工艺对吸收塔浆液PH值较敏感，PH值的波动对脱硫效率的影响极大，目前由于系统刚投运，习水电厂还需不断摸索不同浆液PH控制值下的脱硫效率、能耗、石灰石利用率、石膏品质的关系，找到最佳组合控制指标。
2、由于吸收塔分前塔和后塔，要对两个脱硫塔的浆液指标分别监控和化验，合理分配两个脱硫塔的浆液补浆量、PH值控制，氧化内量的分配等，不能像传统单塔方式，用某一个塔的指标来代替整个系统的浆液指标控制。
3、加强运行巡视和操作效果观察，加强设备维护，保证各系统设备在最佳出力运行，避免排放超标和机组被迫降负荷事件的发生。
[1]周勇,双塔串联石灰石—石膏湿法脱硫的研究与应用[J]，山东大学，2014
论文作者:刘志刚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/22
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