──華能國(guó)際“煙氣協(xié)同治理”技術(shù)觀察之一
編者按 “燃煤電廠超低排放”今年又一次被寫進(jìn)政府工作報(bào)告，這一國(guó)家層面倡導(dǎo)的綠色行動(dòng)吹響沖鋒的號(hào)角。
在當(dāng)前全面實(shí)施燃煤電廠超低排放之際，探索和確定科學(xué)合理的超低排放技術(shù)路線和運(yùn)作模式成為全國(guó)發(fā)電企業(yè)的重大課題。
華能國(guó)際股份有限公司聯(lián)合相關(guān)單位推出的“以低低溫干式電除塵技術(shù)和具有高效除塵功能的濕法脫硫技術(shù)為核心的燃煤電站煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線”，為火電行業(yè)超低排放工作提供了重要參照。
《中國(guó)電力報(bào)》將以《超低排放的“高深”之道》、《超低排放的“冷熱”之妙》、《超低排放的“協(xié)同”之效》等系列報(bào)道，深度解析該公司為超低排放這一國(guó)家行動(dòng)提供的綠色范式。
2015年12月30日，華能左權(quán)電廠（簡(jiǎn)稱左權(quán)電廠）適用于高灰高硫煤的超低排放改造工程成功投運(yùn)。“這是目前在燃煤電廠脫硫方面的重大創(chuàng)新，按照華能國(guó)際股份有限公司（簡(jiǎn)稱華能國(guó)際）于2013年提出的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線，該廠的脫硫裝置達(dá)到了‘高效除塵、深度脫硫’的要求。”華能國(guó)際總工程師何勇告訴《中國(guó)電力報(bào)》記者。
據(jù)了解，以“高效除塵、深度脫硫”為理念的脫硫裝置，被相關(guān)專家稱為超低排放的“高深”之道。這是華能國(guó)際與武漢凱迪電力環(huán)保有限公司（簡(jiǎn)稱武漢凱迪）聯(lián)合開發(fā)的、具有完全自主產(chǎn)權(quán)的高效漸變分級(jí)復(fù)合脫硫塔技術(shù)。
左權(quán)電廠2號(hào)66萬千瓦機(jī)組煙氣脫硫改造項(xiàng)目，在脫硫塔入口煙氣二氧化硫濃度為5440毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米、煙塵入口濃度為30毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米的條件下，以 “高效除塵、深度脫硫”為理念的“高效漸變分級(jí)復(fù)合脫硫塔技術(shù)”實(shí)現(xiàn)脫硫塔出口煙氣二氧化硫排放濃度小于30毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米、煙塵小于3毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米的排放要求。同時(shí)，該技術(shù)大大拓展了煙氣協(xié)同治理技術(shù)對(duì)煤種的適用范圍。
“高深”之源
在中西部上網(wǎng)電價(jià)較低的地域，許多燃煤電廠目前普遍采用價(jià)格較高的低硫煤，配合現(xiàn)有的超低排放技術(shù)能夠成功達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但也面臨燃煤價(jià)格偏高的經(jīng)營(yíng)壓力。
逐步使用中高硫煤成為燃煤電廠的一種選擇，這對(duì)當(dāng)前的超低排放技術(shù)提出挑戰(zhàn)。
“目前還沒有適用于中高硫煤的超低排放技術(shù)。因此，開發(fā)一套適用于中高硫煤的煙氣超低排放技術(shù)不僅可以消除現(xiàn)在正采用中高硫煤電廠的超低排放壓力，而且能對(duì)未來火電廠廣泛使用成本較低的中高硫煤超低排放提供技術(shù)保障。”武漢凱迪總經(jīng)理薛菲分析道。傳統(tǒng)單塔脫硫裝置僅能對(duì)低硫煤實(shí)現(xiàn)超低排放，尚未能處理中高硫煤實(shí)現(xiàn)超低排放。
2014年8月，為開發(fā)針對(duì)中高硫煤的超低排放技術(shù)，華能國(guó)際聯(lián)合武漢凱迪，研發(fā)適用于中高硫煤燃煤機(jī)組的單塔超低排放煙氣脫硫技術(shù)，無論從節(jié)約投資、降低運(yùn)行成本還是從提高社會(huì)及環(huán)境效益上都具有重大意義。
按照華能國(guó)際提出的漸變分級(jí)復(fù)合塔技術(shù)設(shè)想，武漢凱迪迅速成立了“高效除塵&深度脫硫”研發(fā)團(tuán)隊(duì)，力爭(zhēng)在中高硫煤燃煤煙氣超低排放領(lǐng)域自主研發(fā)一套具有實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，期待這一技術(shù)能開拓中高硫煤的適用范圍。
如何創(chuàng)新，方向在哪兒，如何利用成本較低的單塔達(dá)到雙塔的功能，一團(tuán)迷霧。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多次的討論、碰撞，憑借廣泛扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，開發(fā)了漸變分級(jí)復(fù)合脫硫工藝，并將化工領(lǐng)域的板式塔技術(shù)與漸變分級(jí)吸收理論相結(jié)合，在氣液接觸的末端研發(fā)了全新的薄膜持液層核心塔內(nèi)件，采用單獨(dú)循環(huán)的石灰石漿液作為吸收劑，利用其較高的pH值，實(shí)現(xiàn)深度脫硫。
理論有了，如何設(shè)計(jì)、如何操作？更為直接的問題擺在了團(tuán)隊(duì)的面前。通過廣泛深入的調(diào)研、查閱無數(shù)的資料文獻(xiàn)，核心技術(shù)的模樣漸漸清晰并畫在了圖紙上，但可行不可行、材質(zhì)如何選擇、流場(chǎng)如何分布、壓降多大、效率能否達(dá)到預(yù)期等疑問，沒人知道。試，只能通過試驗(yàn)來驗(yàn)證和解決疑問。華能國(guó)際主要領(lǐng)導(dǎo)拍板決策進(jìn)行冷態(tài)小試和熱態(tài)中試試驗(yàn)，并在華能陽(yáng)邏電廠搭建試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行熱態(tài)中試試驗(yàn)。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)在華能國(guó)際總工程師何勇、武漢凱迪總工程師趙紅的帶領(lǐng)下，一次一次討論，一次一次試驗(yàn)，為研發(fā)團(tuán)隊(duì)指明了方向和前行道路。通過近一年的艱苦努力，中試試驗(yàn)完美落幕，首創(chuàng)的中高硫煤?jiǎn)嗡团欧偶夹g(shù)研發(fā)成功。
2015年4月29日，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)在北京召開了對(duì)“高效漸變分級(jí)復(fù)合脫硫塔技術(shù)及中試試驗(yàn)驗(yàn)證”的技術(shù)評(píng)審會(huì)。評(píng)審委員一致認(rèn)為，該自主研發(fā)技術(shù)在入口二氧化硫濃度6000毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米以下，單塔脫硫效率實(shí)現(xiàn)大于99.45%的性能要求，出口塵含量小于3毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，同時(shí)吸收了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)脫硫技術(shù)并有所創(chuàng)新，與雙塔串聯(lián)技術(shù)比較，研發(fā)技術(shù)有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
“高深”之踐
左權(quán)電廠1號(hào)、2號(hào)2×66萬千瓦機(jī)組煙氣脫硫工程于2011年投產(chǎn)。2013年，西安熱工院對(duì)脫硫裝置脫硫效率進(jìn)行了性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：脫硫效率為94.6%；二氧化硫出口濃度為281毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米；測(cè)試結(jié)果表明，脫硫裝置經(jīng)過2年時(shí)間運(yùn)行，性能已有所降低，脫硫效率降低了0.4%，二氧化硫濃度升高了20.4毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，達(dá)不到設(shè)計(jì)能力。
根據(jù)2015年1月份該廠提供的運(yùn)行數(shù)據(jù)，脫硫裝置運(yùn)行4年以來，脫硫效率整體下降了2.8%，與設(shè)計(jì)值相比，存在較大的差距，與超低排放要求則相去甚遠(yuǎn)。由于國(guó)家及地方環(huán)保政策的提高，左權(quán)電廠現(xiàn)有脫硫裝置中無法滿足二氧化硫和煙塵達(dá)到30毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米和3毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米的排放限值要求，因此脫硫裝置的改造勢(shì)在必行。
“從機(jī)組的運(yùn)行情況看，2013年較2011年，脫硫效率有所降低，2015年較2013年，脫硫效率進(jìn)一步降低。脫硫效率持續(xù)下降的原因是由于漿液循環(huán)泵的連續(xù)運(yùn)行，葉輪發(fā)生磨損，漿液循環(huán)泵時(shí)間運(yùn)行參數(shù)偏離了原設(shè)計(jì)參數(shù)，循環(huán)泵實(shí)際流量和揚(yáng)程低于原設(shè)計(jì)參數(shù)，造成脫硫效率的下降。”武漢凱迪相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。
華能國(guó)際與武漢凱迪針對(duì)2號(hào)機(jī)組煙氣脫硫改造工程進(jìn)行研究，通過對(duì)現(xiàn)有裝置的改造，以期二氧化硫、煙塵達(dá)到超低排放要求。鑒于環(huán)保政策越來越嚴(yán)的變化趨勢(shì)，為了脫硫改造后脫硫裝置能對(duì)環(huán)保政策有一定的前瞻性和適應(yīng)性，本次脫硫裝置改造盡可能按照較高的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
“原有脫硫裝置并未專門考慮吸收塔的除塵功能，所以在脫硫改造時(shí)，必須考慮提高脫硫裝置的除塵能力。這也正好是華能國(guó)際煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線的具體體現(xiàn)。改變了過去主要由單一設(shè)備處理單一污染物，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)設(shè)備處理多種污染物。”何勇介紹道。
由于國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，國(guó)內(nèi)大部分電廠都在進(jìn)行超低排放改造，受到單塔脫硫效率的限制，目前已經(jīng)投入運(yùn)行并且能夠達(dá)到超低排放要求的項(xiàng)目，脫硫效率基本在98%~99%之間，國(guó)內(nèi)利用單塔能夠達(dá)到98%~99%脫硫效率的主要技術(shù)如下：雙托盤噴淋塔、FGDPLUS技術(shù)、單塔雙區(qū)、旋匯耦合脫硫技術(shù)、薄膜持液層托盤脫硫技術(shù)。
通過比較發(fā)現(xiàn)，雙托盤吸收塔技術(shù)、單塔雙區(qū)技術(shù)、旋匯耦合脫硫技術(shù)和FGDPLUS技術(shù)脫硫效率最高只能達(dá)到99%以下，難以滿足該項(xiàng)目99.45%的要求。只有薄膜持液層托盤脫硫技術(shù)能夠滿足該項(xiàng)目脫硫效率的要求，并且具有占地面積小、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作靈活、機(jī)組適應(yīng)性強(qiáng)、項(xiàng)目初投資低、系統(tǒng)阻力適中、除塵效率高和綜合能耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此單塔方案推薦采用薄膜持液層托盤脫硫技術(shù)。
該技術(shù)吸收塔采用單回路噴淋塔設(shè)計(jì)，為了滿足提高脫除效率及除塵要求，吸收塔設(shè)一層托盤，四層噴淋層，一層薄膜持液層。
優(yōu)化托盤設(shè)計(jì)使塔內(nèi)煙氣分布更均勻；研制新型噴嘴、改進(jìn)除霧器性能，以攔截更多含固液滴及粒徑增長(zhǎng)后的煙塵顆粒。采用石灰石—石膏就地強(qiáng)制氧化脫硫工藝。脫硫劑為石灰石(CaCO3)與水配制的懸浮漿液。在吸收塔內(nèi)煙氣中的二氧化硫與石灰石反應(yīng)后生成亞硫酸鈣，并就地強(qiáng)制氧化為石膏，石膏經(jīng)一級(jí)脫水后拋棄或經(jīng)二級(jí)脫水得到含水10%的石膏。
按照煙氣協(xié)同治理的工藝路線，左權(quán)電廠將進(jìn)行低低溫電除塵器改造，脫硫系統(tǒng)的改造將結(jié)合低低溫電除塵器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)煙氣協(xié)同治理，這個(gè)工藝路線的應(yīng)用，可有效控制煙塵的排放。該廠一期2號(hào)機(jī)組脫硫改造工程靜態(tài)投資為6500.2萬元，單位造價(jià)為98.49元/千瓦。該廠2號(hào)機(jī)組煙氣脫硫改造工程，本次改造設(shè)計(jì)煤種煤質(zhì)FGD入口二氧化硫濃度按5440毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米考慮。對(duì)左權(quán)電廠而言，二氧化硫排放量的控制至關(guān)重要。根據(jù)國(guó)家及地方的環(huán)保政策，出口二氧化硫排放濃度要小于30毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米。左權(quán)電廠改造后脫硫裝置入口二氧化硫5440毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，項(xiàng)目改造完成后，按照出口30毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米計(jì)算，2臺(tái)機(jī)組每年減少二氧化硫排放量約1402噸。
工程實(shí)施過程中，左權(quán)電廠廠長(zhǎng)于全寧帶領(lǐng)員工在晉中嚴(yán)寒冬季克服和解決了許多冬季施工問題。2015年12月30日，該廠圓滿完成了2號(hào)機(jī)組超低排放的改造任務(wù)，機(jī)組順利投運(yùn)。
“高深”之思
據(jù)華能集團(tuán)首席專家李衛(wèi)東介紹，“高效除塵、深度脫硫”技術(shù)方案工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮的措施──二氧化硫吸收系統(tǒng)采用目前世界上最成熟和可靠的工藝技術(shù)，整套脫硫裝置電耗低，運(yùn)行費(fèi)用相應(yīng)降低。該系統(tǒng)相對(duì)于串聯(lián)塔方案，采用托盤加薄膜持液層的改造方案，在實(shí)現(xiàn)同樣的脫硫除塵性能前提下，能有效減小系統(tǒng)阻力，降低液氣比，從而降低能耗，運(yùn)行檢修費(fèi)用也相對(duì)降低。
在積極推進(jìn)“高效除塵、深度脫硫”技術(shù)方案落地的過程中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)十分重視成果保護(hù)，針對(duì)核心技術(shù)申請(qǐng)專利《一種分級(jí)反應(yīng)復(fù)合脫硫塔》獲授權(quán)，另外兩項(xiàng)專利 《S形條形泡罩脫硫除塵塔盤》和《高效漸變分級(jí)復(fù)合脫硫塔》正在審查過程中。
華能國(guó)際相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，應(yīng)用了“高效除塵、深度脫硫”技術(shù)方案的電廠，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到超低排放的限值要求，符合環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策要求，具有十分深遠(yuǎn)的意義。
“高效除塵、深度脫硫”技術(shù)方案迅速得到了業(yè)內(nèi)專家及相關(guān)發(fā)電企業(yè)的青睞。薛菲對(duì)于這一技術(shù)成果的具體應(yīng)用充滿信心。“現(xiàn)在很多發(fā)電企業(yè)都來跟我們洽談這一技術(shù)路線的合作，有些已經(jīng)在實(shí)施當(dāng)中。”據(jù)薛菲介紹，這一技術(shù)方案拓寬了電力設(shè)備環(huán)保企業(yè)的發(fā)展路徑。
對(duì)于基層發(fā)電企業(yè)的負(fù)責(zé)人于全寧來講，“高效除塵、深度脫硫”技術(shù)方案的實(shí)施讓企業(yè)燃料應(yīng)用方面增加了可能性，將來多種硫分的煤種都可以合理使用，并且達(dá)到了超低排放的要求。據(jù)了解，我國(guó)煤炭資源中高硫煤占比大約30%，隨著優(yōu)質(zhì)煤的使用量日益增大，我國(guó)燃煤電廠將面對(duì)低硫煤日益減少，燃料成本上升，而合理地選擇使用中高硫煤的局面。
“發(fā)電企業(yè)能夠真正參與到環(huán)保技術(shù)的研發(fā)當(dāng)中，與環(huán)保設(shè)備企業(yè)共同攻關(guān)，共同擁有技術(shù)成果，這是電力科技在合作模式方面的創(chuàng)新實(shí)踐。”參與技術(shù)評(píng)審的中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)相關(guān)專家，對(duì)“高效除塵、深度脫硫”技術(shù)的研發(fā)模式格外關(guān)注。相關(guān)專家建議，在國(guó)家倡導(dǎo)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略的大背景下，作為實(shí)施和應(yīng)用各類創(chuàng)新技術(shù)的主體企業(yè)，發(fā)電企業(yè)自身應(yīng)該真正融入到技術(shù)研發(fā)的全產(chǎn)業(yè)鏈中，通盤謀劃技術(shù)創(chuàng)新的各個(gè)環(huán)節(jié)，積極聯(lián)合相關(guān)產(chǎn)業(yè)合作。
