1000MW机组脱硫改造后综合性能分析

王加勇，杨 茉，卞振江，邱淑霞

(1.上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093；2.苏州热工研究有限公司，江苏 苏州 215004)

0 引言

近年来，我国对能源的需求越来越大。与此同时，我国各地的环境污染也越来越严重，我国北方地区大面积雾霾侵袭更是引起世界关注。我国富煤缺油少气的能源特点决定了我国以煤为主的能源结构在未来几十年内不会发生根本变化，而煤炭利用主要存在着效率低、污染物排放量高、利用方式单一等缺点[1-2]。

烟气脱硫系统是为了减少燃煤发电厂SO2排放而建设的环境保护设施，具有良好的环境效益和社会效益，随着国家对环保重视地不断提高，电站锅炉出口烟气SO2排放标准越来越高，要求排放越来越低[3-4]。2014 年6月，国家发展和改革委员会下发《关于下达2014 年煤电机组环保改造示范项目的通知》对燃煤机组污染物排放进行了明确要求。为实现机组污染物“近零排放”的目标，电站对脱硫系统扩容升级改造后，改造后的性能测试结果表明，烟尘、SO2、NOx排放质量浓度达到燃气机组排放标准[5-7]。

目前对脱硫系统改造的总体评判指标来看，主要集中在脱硫系统的污染物排放是否满足要求，对经济性指标、脱硫系统产生二次污染物评价较少[8-11]。本文从工程应用实际角度，结合现场试验，对改造后脱硫系统性能评价不仅考虑脱硫效率、烟尘浓度去除率、HCl和HF浓度及去除率、除雾器后雾滴含量等环保指标，也考虑脱硫系统钙硫摩尔比、脱硫系统压力损失、石灰石消耗量、水消耗量、电耗等经济指标，并关注脱硫产物石膏品质、废水排放品质等因素，以综合指标对脱硫系统性能进行评价。

1 机组系统简介

本文所述1050MW燃煤机组锅炉为3012t/h超超临界参数变压运行螺旋圈直流炉，单炉膛塔式布置、四角切向燃烧、摆动喷嘴调温、平衡通风、全钢架悬吊结构、露天布置、采用固态排渣的锅炉。原脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，一炉一塔配置。改造后脱硫系统为：在原有四层喷淋层基础上新增一层喷淋层；原有浆液循环泵参数及对应喷淋层核查调整；原有最下两层喷淋层翻升至第四层喷淋层上方；新增一层合金托盘；原有喷淋层增加4套提效环；拆除原有2层除雾器，新增一套三层高效除雾器；烟气进出吸收塔方式改为侧进顶出；氧化风改为管网式；新增一台侧进式搅拌器。超低排放脱硫系统布置图见图1。

图1 超低排放脱硫系统布置示意

2 脱硫系统性能指标计算

根据试验期间测量和分析的脱硫系统原烟气、净烟气SO2浓度计算脱硫效率：

式中：CSO2-rawgas为折算到标准状态、6% O2下的原烟气中SO2浓度；CSO2-cleamgas为折算到标准状态、6% O2下的净烟气SO2浓度。

除雾器出口雾滴含量计算公式为：

(2)

式中：T为烟气中液滴含量，mg/m3；M1为冷凝水中Mg2+含量，mg/mL；M2为吸收塔浆液中Mg2+含量，mg/mL；V采气的烟气量，m3；K冷凝水质量，mg。

脱硫系统石灰石耗量直接统计不准确，通过取样分析计算得到：

式中：mCaCO3为石灰石耗量，kg/h；VRG为烟气体积流量(标干状态，6%O2)，m3/h；CSO2为烟气中SO2浓度(标干状态，6%O2)，mg/m3；MCaCO3、MSO2为CaCO3、SO2摩尔质量，100.09kg/kmol、64.06kg/kmol；FR为石灰石纯度；St为Ca/S摩尔比。

3 环保指标性能分析

试验在1000MW、750MW、500MW三个负荷下进行，各工况下脱硫入口烟气量为2825403.1、2419294.2、1953340.2m3/h。

3.1 脱硫效率

1000MW、750MW、500MW工况下脱硫出口SO2浓度分别为10.25、11.00、14.36mg/m3；脱硫效率分别为为99.19%、99.16%、99.79%。脱硫效率计算见表1。

表1 脱硫效率计算

项 目1000MW750MW500MW入口SO2浓度/mg·m-31271．481313．061185．80出口SO2浓度/mg·m-310．2511．0014．36脱硫效率/%99．1999．1698．79

3.2 烟尘浓度及除尘效率

在1000MW工况下脱硫系统出口粉尘浓度为17.4mg/m3，除尘效率为61.9%； 750MW工况下脱硫出口粉尘浓度18.6mg/m3，除尘效率为60.1%；500MW工况下脱硫出口粉尘浓度18.0mg/m3，除尘效率为61.2%。除尘效率计算见表2。

表2 除尘效率计算

项 目1000MW750MW500MW入口粉尘浓度/mg·m-345．546．546．3出口粉尘浓度/mg·m-317．418．618．0除尘效率/%61．999．1660．1

3.3 SO3脱除率

1000MW、750MW、500MW工况下SO3脱除率分别为99.73、99.46%、94.39%。详细计算见表3。

表3 SO3脱除率计算

项 目1000MW750MW500MW入口SO3浓度/mg·m-38．869．477．21出口SO3浓度/mg·m-30．020．050．04SO3脱除率/%99．7399．4694．39

3.4 HCl去除率

1000MW、750MW、500MW工况下HCl脱除率分别为为95.66%、97.80%、97.92%。HCl去除率计算见表4。

表4 HCl去除率计算

项 目1000MW750MW500MW入口HCl浓度/mg·m-33．705．663．68出口HCl浓度/mg·m-30．160．120．08HCl脱除率/%95．6697．8097．92

3.5 HF去除率、雾滴浓度

1000MW、750MW、500MW工况下HF脱除率分别为92.34%、97.90、97.73%。1000MW、750MW、500MW工况下脱硫出口雾滴含量分别为19.4mg/m3、19.2mg/m3、19.3mg/m3。HF去除率详细计算见表5。

表5 HF去除率计算

项 目1000MW750MW500MW入口HF浓度/mg·m-31．841．141．52出口HF浓度/mg·m-30．140．020．03HF脱除率/%92．3497．9097．73平均雾滴含量/mg·m-319．419．219．3

4 经济指标性能分析

4.1 本体阻力、脱硫系统石灰石耗量

1000MW、750MW、500MW工况下脱硫系统的压损分别为2042.2Pa、1171.5Pa、887.9Pa。1000MW、750MW、500MW工况下脱硫系统石灰石耗量分别为9.37t/h、6.97t/h、6.01t/h。脱硫系统本体阻力详细计算见表6。

表6 脱硫系统本体阻力

项 目1000MW750MW500MW进口压力/Pa2225．61228．8921．3出口压力/Pa183．457．233．3总压降/Pa2042．21171．5887．9石灰石耗量/t·h-19．376．976．01

4.2 工艺水耗量、脱硫系统电耗

根据瞬时流量计平均值统计，1000MW、750MW、500MW工况下脱硫系统工艺水耗量分别为94t/h、90t/h、87t/h。机组在1000MW、750MW、500MW工况下脱硫系统电耗分别为5410.8、4922、4600(kW·h)/h。

改造后脱硫系统经济性能指标满足要求。石膏品质满足工业使用要求、废水排放品质满足国家工业排放标准。脱硫产物满足设计要求，不会产生二次污染。

5 结语

(1)针对目前文献对脱硫性能评价指标的局限性，建立了考虑更多因素对脱硫系统性能评价标准，环保指标必须达到、能耗指标兼顾、脱硫产物满足工业要求。

(2)1000MW机组脱硫系统改造后，污染物排放满足环保要求，水耗、电耗满足经济指标要求，脱硫产物满足工业需要，废水达到排放标准。

(3)通过对1000MW机组进行脱硫系统改造后试验，从三个方面综合评价脱硫系统性能，评价更科学、合理，建议同行交流采纳。

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