脱硫超低排放技术改造及经济性分析

张 伟，陈 民，邢 浩，郑 楠

（华电漯河发电有限公司，河南 漯河 462300）

脱硫超低排放技术改造及经济性分析

张 伟，陈 民，邢 浩，郑 楠

（华电漯河发电有限公司，河南 漯河 462300）

随着环保标准不断提高，单塔单循环湿法脱硫技术已无法满足低能耗、高效率的脱硫要求，故对脱硫系统进行增容改造。文中介绍了华电漯河发电有限公司机组脱硫改造的必要性，阐述了双塔双循环技术的基本原理，通过对2号机组脱硫系统改造，实践证明双塔双循环改造能够有效降低燃煤火电厂出口SO2浓度。利用经济分析学原理，建立了以投资回收年限为目标函数的数学模型，通过工程实例进行分析，为改造实施提供依据。

双塔双循环；脱硫改造；超低排放；运行实践；经济性分析

华电漯河发电有限公司（简称漯河发电公司）1、2号机组为2×330 MW亚临界热电联产燃煤机组，脱硫装置采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺，“一炉一塔” 配置，烟气处理能力为相应锅炉BMCR工况时的100%烟气量，设计脱硫效率≥95%，不设置GGH，设有增压风机，分别于2009年12月和2010年5月与机组同步投运。石灰石浆液制备及输送系统、工艺水系统、废水处理系统、石膏脱水系统为两套FGD脱硫装置公用。

1 脱硫系统超低排放改造

1.1 改造必要性

根据国家发改委、环保部和国家能源局联合下发的2014—2020年的 《煤电节能减排升级与改造行动计划》和河南地方颁布的 《河南省发展和改革委员会关于烟气超低排放燃煤机组基础电量奖励通知》的要求，氮氧化物、SO2、烟尘排放浓度不高于50、35、5 mg/Nm3（标干，6%O2）。漯河发电公司2号机组脱硫系统设计燃煤硫分2.5%、烟气量为1 128 100 m3/h，入口烟气 SO2浓度5 858 mg/m3，要保证出口SO2浓度小于35 mg/m3，就必须使脱硫效率大于99.40%，已超出原单塔单循环湿法脱硫技术的设计效率，因此对漯河发电公司环保设施进行升级改造，以满足最新排放标准要求。

1.2 改造方案选择

石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术是目前世界上最成熟、可靠性最高、应用最广的烟气脱硫技术，我国90%以上的燃煤电厂均采用该工艺。为实现超低排放标准，主要有两种改造方式：单塔增效改造和增设新塔改造。若采用单塔双循环方案，需要对原吸收塔继续抬高，增加一层受液盘和三层喷淋层，需要截塔加高约15 m。现四层喷淋层作为第一个循环，新增三层喷淋层作为第二个循环，同时，第二个循环需要增加塔外循环浆池。改造后吸收塔高度将超过50 m，现有吸收塔荷载也无法满足改造需要，必须进行加固，改造困难较大，且仍需设置塔外浆池，占地面积较大；若采用增设新塔，串联塔方案，可以利用原吸收塔作为一级塔，在原事故浆液箱新建二级串联塔。在超低排放改造过程中要充分考虑工期、燃煤硫分、脱硫效率、设备利旧率等问题，漯河发电公司2号机组最终确定采用双塔双循环工艺，以实现脱硫效率大于99.40%，缩短工期和节约成本。

1.3 双塔双循环工艺原理及流程

双塔双循环［1］工艺是对原脱硫系统进行升级改造，在原脱硫吸收塔后新增一座吸收塔，原一级预洗涤塔与新增脱硫二级吸收塔串联，烟气经过2个脱硫塔进行脱硫。一级脱硫塔的浆液控制较低的pH值，有利于石膏的氧化，降低氧化风机电耗；二级塔的浆液pH值较高，有利于SO2吸收，具有较高的脱硫效率，工艺流程如图1所示。2个脱硫循环过程的控制是独立的，避免了设备、参数、浆液条件之间的相互制约，使反应过程更加优化，以快速适应煤种变化和负荷变化［2］。

图1 双塔双循环工艺流程

1.4 改造主要内容

1.4.1 脱硫烟气系统

漯河发电公司2号机组脱硫超低排放改造拆除2号增压风机及附属设施，拆除增压风机旁路及部分原烟气烟道，取消FGD入口挡板门，拆除原挡板门密封风机系统，拆除净烟道除雾器及相应的冲洗水管道，同时拆除原净烟气水平段烟道。

原烟气自引风机联络烟道中部，通过一级塔入口水平烟道进入现有一级塔，现有一级塔帽烟气出口逆时针转向200°，出口烟气通过联络烟道进入二级吸收塔，二级吸收塔出口烟道连入现有净烟道垂直段膨胀节处，同时对主烟囱进行防腐改造［3］。

1.4.2 吸收塔系统

此次改造新增一座脱硫二级吸收塔，布置在原事故浆液箱位置，新增二级塔塔体设计基本与喷淋塔相同，采用无变径设计，吸收段设置两层喷淋，上部设置三级高效除雾器。塔体直径13 m，浆池容积为955 m3，保证浆液循环泵运行液位和操作裕量，同时设置三级材质为FRP的高效优质屋脊式除雾器，使用进口Munters产品。确保二级塔出口雾滴含量不高于20 mg/Nm3，除雾器下方配备两级喷淋层，对应布置2E、2F 2台浆液循环泵，循环泵选用襄阳五二五泵业产品，喷淋层下方布置一层材质为2205双相不锈钢多孔合金托盘，使塔风烟气分布均匀，在托盘上方形成湍流，与液滴充分接触，以提高传质效果。

二级收塔在原事故浆液泵处设置2C、2D 2台石膏浆液排出泵（1运1备），把二级吸收塔的浆液送至一级吸收塔，同时新增二级吸收塔至事故浆液箱管路。在一、二级塔之间设置浆液密度调整旋流器，以控制二级塔石膏浆液的密度，石膏浆液从二级塔石膏排出泵输送到旋流站进行分离，底流含固体颗粒量较高的浆液引至二级吸收塔，溢流含固量较低的浆液进入一级吸收塔，并设置旁路管道，便于检修维护。

在二级塔标高1.1 m处新增4台进口德国MUT侧进式搅拌器，达到防止浆液池中浆液沉淀结块，与氧化喷枪式氧化风管配合，满足氧化空气最佳分布和浆液充分氧化的目的［4］。

1.4.3 脱硫氧化系统

保留原2B氧化风机，将2A氧化风机更换为双级串联长沙罗茨风机，2台氧化风机互为备用。在一级塔氧化风母管处取氧化风引至二级塔搅拌器处。

1.4.4 电气热控系统

电气、热控系统配合机务设备进行同步改造。

2 改造效果

漯河发电公司2号机组脱硫超低排放改造采用双塔双循环脱硫工艺，2016年6月7日11：00—6月14日11：00顺利通过168 h试运行，期间各项参数稳定，达到脱硫提效改造的目标要求，相关参数如表1所示。

由表1可见，该机组脱硫系统经双塔串联增容改造后，串联吸收塔在一级吸收塔脱硫效率90%的基础上，通过二级吸收塔可将脱硫效率提高至稳定的99.56%～99.87%，SO2排放浓度不超过35 mg/Nm3，达到预期改造效果。

表1 2016年漯河发电公司2号机组脱硫系统运行记录

3 经济性评价

3.1 分析方法

通过计算脱硫超低排放双塔双循环改造初投资T和因上网电价不同所产生的年差额收益ΔS，进一步计算初投资回收年限n［5-7］。

3.1.1 初投资T的计算方法

初投资包括建筑工程费、设备购置费、安装工程费、控制系统及配套土建设施及其安装调试费用等。

3.1.2 年差额收益ΔS的计算方法

脱硫超低排放改造后的年差额收益ΔS可通过改造前后年差额售电收入、年差额发电成本、维护费用差额计算得出。

对于年差额售电收入，设年差额售电收入为ΔR，则：

式中：ΔR为脱硫改造前后的年差额售电收入，万元；Sd为年售电量，kWh；ΔSP为上网差额电价，万元/kWh。

年差额发电成本包括材料费、用水费、用电费等。设年差额发电成本为ΔC，则：

式中：ΔC为脱硫改造后年差额发电成本，万元；ΔCm为年增加的材料费用，万元；ΔCn为年增加的用水费用，万元；ΔCp为年增加的用电费用，万元。

设运行维护费用差额为ΔW，则

3.1.3 初投资回收年限n的计算方法

通过2个方案的初投资差额和年差额收益，进一步计算初投资差额回收年限，以反映其经济性差异。由资金时间价值动态理论，得：式中：ΔS为脱硫超低排放改造后的年差额收益，万元；T为2号机脱硫超低排放双塔双循环改造初投资，万元；i为基准收益率；n为差额回收年限，年；（A/P，i，n） 为等额分付资金回收系数［7］；P为初投资；A为在所求的n年内偿还初期投资P的等额系列支付额。

由上式，整理得：

3.2 工程计算

以漯河发电公司2号机组脱硫超低排放改造为例，采用上述经济性评价方法和步骤，对脱硫超低排放改造进行投资回收年限分析。

3.2.1 初投资计算

根据可行性研究报告，初投资计算过程如表2所示，由此可得2号机组脱硫超低排放双塔双循环改造初投资T为4 336.5万元。

表2 初投资计算

3.2.2 年差额收益计算

年差额收益计算见表3。根据 《河南省发展和改革委员会关于烟气超低排放燃煤机组基础电量奖励通知》，上网差额电价ΔSP为0.01元/kWh，由式（1）—（3）可得漯河发电公司2号机脱硫超低排放改造后的年差额收益ΔS为958万元。

表3 年差额收益计算

3.2.3 初投资回收年限计算

电厂基准收益率为8%，将上述数据代入式（5），得出投资回收年限n＝5.84年，即2号机组因脱硫超低排放改造投资费用在5.84年即可回收［8］。

4 结束语

漯河发电公司2号机组脱硫超低排放改造后，通过168 h连续运行及之后的运行实践来看，此次双塔双循环改造能够有效降低燃煤火电厂出口SO2浓度，并且运行方式较简单，设备可靠性高，脱硫装置效率稳定在99%以上。

通过对2号机组超低排放改造的经济性分析和投资回收年限的计算，为改造实施可行性研究提供了经济基础和依据。该方法不仅适用于超低排放改造的经济性计算，对其他设备的经济性分析也提供一定参考。

［1］戴铁华，李 彦，胡昌斌，等.大型燃煤电厂大气污染物近零排放技术方案 ［J］.湖南电力，2014，34（6）：47 -50.

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Transformation and Economic Analysis of Ultra⁃low Emission Technology

ZHANG Wei，CHEN Min，XING Hao，ZHENG Nan
（Huadian Luohe Power Generation Co.，Ltd.，Luohe，Henan 462300，China）

With the continuous improvement of environmental standards，the single tower single cycle can't meet the requirements of low energy consumption and high efficiency，so it is necessary to carry out capacity expansion of desulfurization system.This paper in⁃troduces the necessary of enhancing the efficiency for desulfurization transformation in Huadian Luohe Power Generation Limited Com⁃pany.The basic principle of the twin towers double cycle technology is elucidated.The results show that the towers and double loop transformation can effectively reduce the concentration of SO2through desulfurization system transformation of unit 2.Based on the prin⁃ciple of economic analysis，the mathematical model is built for target function of the investment payback period，which provides the e⁃conomic basis for the feasibility of transformation.

twin towers double cycle；desulfurization transformation；ultra⁃low emission；operation practice；economic analysis

X773

A

1004-7913（2017）03-0028-04

张 伟（1971），男，学士，高级工程师，主要从事火力发电厂的运行、维护、技术改造、经营管理工作。

2016-12-03）