──華能國際“煙氣協(xié)同治理”技術觀察之一
編者按 “燃煤電廠超低排放”今年又一次被寫進政府工作報告，這一國家層面倡導的綠色行動吹響沖鋒的號角。
在當前全面實施燃煤電廠超低排放之際，探索和確定科學合理的超低排放技術路線和運作模式成為全國發(fā)電企業(yè)的重大課題。
華能國際股份有限公司聯(lián)合相關單位推出的“以低低溫干式電除塵技術和具有高效除塵功能的濕法脫硫技術為核心的燃煤電站煙氣協(xié)同治理技術路線”，為火電行業(yè)超低排放工作提供了重要參照。
《中國電力報》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》等系列報道，深度解析該公司為超低排放這一國家行動提供的綠色范式。
2015年12月30日，華能左權電廠（簡稱左權電廠）適用于高灰高硫煤的超低排放改造工程成功投運。“這是目前在燃煤電廠脫硫方面的重大創(chuàng)新，按照華能國際股份有限公司（簡稱華能國際）于2013年提出的煙氣協(xié)同治理技術路線，該廠的脫硫裝置達到了‘高效除塵、深度脫硫’的要求。”華能國際總工程師何勇告訴《中國電力報》記者。
據(jù)了解，以“高效除塵、深度脫硫”為理念的脫硫裝置，被相關專家稱為超低排放的“高深”之道。這是華能國際與武漢凱迪電力環(huán)保有限公司（簡稱武漢凱迪）聯(lián)合開發(fā)的、具有完全自主產(chǎn)權的高效漸變分級復合脫硫塔技術。
左權電廠2號66萬千瓦機組煙氣脫硫改造項目，在脫硫塔入口煙氣二氧化硫濃度為5440毫克/標準立方米、煙塵入口濃度為30毫克/標準立方米的條件下，以 “高效除塵、深度脫硫”為理念的“高效漸變分級復合脫硫塔技術”實現(xiàn)脫硫塔出口煙氣二氧化硫排放濃度小于30毫克/標準立方米、煙塵小于3毫克/標準立方米的排放要求。同時，該技術大大拓展了煙氣協(xié)同治理技術對煤種的適用范圍。
“高深”之源
在中西部上網(wǎng)電價較低的地域，許多燃煤電廠目前普遍采用價格較高的低硫煤，配合現(xiàn)有的超低排放技術能夠成功達到排放標準，但也面臨燃煤價格偏高的經(jīng)營壓力。
逐步使用中高硫煤成為燃煤電廠的一種選擇，這對當前的超低排放技術提出挑戰(zhàn)。
“目前還沒有適用于中高硫煤的超低排放技術。因此，開發(fā)一套適用于中高硫煤的煙氣超低排放技術不僅可以消除現(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低硫煤實現(xiàn)超低排放，尚未能處理中高硫煤實現(xiàn)超低排放。
2014年8月，為開發(fā)針對中高硫煤的超低排放技術，華能國際聯(lián)合武漢凱迪，研發(fā)適用于中高硫煤燃煤機組的單塔超低排放煙氣脫硫技術，無論從節(jié)約投資、降低運行成本還是從提高社會及環(huán)境效益上都具有重大意義。
按照華能國際提出的漸變分級復合塔技術設想，武漢凱迪迅速成立了“高效除塵&深度脫硫”研發(fā)團隊，力爭在中高硫煤燃煤煙氣超低排放領域自主研發(fā)一套具有實際工業(yè)化應用的創(chuàng)新技術，填補國內空白，期待這一技術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到雙塔的功能，一團迷霧。團隊經(jīng)過多次的討論、碰撞，憑借廣泛扎實的基礎知識，開發(fā)了漸變分級復合脫硫工藝，并將化工領域的板式塔技術與漸變分級吸收理論相結合，在氣液接觸的末端研發(fā)了全新的薄膜持液層核心塔內件，采用單獨循環(huán)的石灰石漿液作為吸收劑，利用其較高的pH值，實現(xiàn)深度脫硫。
理論有了，如何設計、如何操作？更為直接的問題擺在了團隊的面前。通過廣泛深入的調研、查閱無數(shù)的資料文獻，核心技術的模樣漸漸清晰并畫在了圖紙上，但可行不可行、材質如何選擇、流場如何分布、壓降多大、效率能否達到預期等疑問，沒人知道。試，只能通過試驗來驗證和解決疑問。華能國際主要領導拍板決策進行冷態(tài)小試和熱態(tài)中試試驗，并在華能陽邏電廠搭建試驗平臺，進行熱態(tài)中試試驗。
研發(fā)團隊在華能國際總工程師何勇、武漢凱迪總工程師趙紅的帶領下，一次一次討論，一次一次試驗，為研發(fā)團隊指明了方向和前行道路。通過近一年的艱苦努力，中試試驗完美落幕，首創(chuàng)的中高硫煤單塔超低排放技術研發(fā)成功。
2015年4月29日，中國電機工程學會在北京召開了對“高效漸變分級復合脫硫塔技術及中試試驗驗證”的技術評審會。評審委員一致認為，該自主研發(fā)技術在入口二氧化硫濃度6000毫克/標準立方米以下，單塔脫硫效率實現(xiàn)大于99.45%的性能要求，出口塵含量小于3毫克/標準立方米，同時吸收了國內外先進脫硫技術并有所創(chuàng)新，與雙塔串聯(lián)技術比較，研發(fā)技術有顯著的技術經(jīng)濟優(yōu)勢。
“高深”之踐
左權電廠1號、2號2×66萬千瓦機組煙氣脫硫工程于2011年投產(chǎn)。2013年，西安熱工院對脫硫裝置脫硫效率進行了性能測試，測試結果如下：脫硫效率為94.6%；二氧化硫出口濃度為281毫克/標準立方米；測試結果表明，脫硫裝置經(jīng)過2年時間運行，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/標準立方米，達不到設計能力。
根據(jù)2015年1月份該廠提供的運行數(shù)據(jù)，脫硫裝置運行4年以來，脫硫效率整體下降了2.8%，與設計值相比，存在較大的差距，與超低排放要求則相去甚遠。由于國家及地方環(huán)保政策的提高，左權電廠現(xiàn)有脫硫裝置中無法滿足二氧化硫和煙塵達到30毫克/標準立方米和3毫克/標準立方米的排放限值要求，因此脫硫裝置的改造勢在必行。
“從機組的運行情況看，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)運行，葉輪發(fā)生磨損，漿液循環(huán)泵時間運行參數(shù)偏離了原設計參數(shù)，循環(huán)泵實際流量和揚程低于原設計參數(shù)，造成脫硫效率的下降。”武漢凱迪相關負責人表示。
華能國際與武漢凱迪針對2號機組煙氣脫硫改造工程進行研究，通過對現(xiàn)有裝置的改造，以期二氧化硫、煙塵達到超低排放要求。鑒于環(huán)保政策越來越嚴的變化趨勢，為了脫硫改造后脫硫裝置能對環(huán)保政策有一定的前瞻性和適應性，本次脫硫裝置改造盡可能按照較高的標準執(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，必須考慮提高脫硫裝置的除塵能力。這也正好是華能國際煙氣協(xié)同治理技術路線的具體體現(xiàn)。改變了過去主要由單一設備處理單一污染物，實現(xiàn)了多個設備處理多種污染物。”何勇介紹道。
由于國家環(huán)保標準的提高，國內大部分電廠都在進行超低排放改造，受到單塔脫硫效率的限制，目前已經(jīng)投入運行并且能夠達到超低排放要求的項目，脫硫效率基本在98%~99%之間，國內利用單塔能夠達到98%~99%脫硫效率的主要技術如下：雙托盤噴淋塔、FGDPLUS技術、單塔雙區(qū)、旋匯耦合脫硫技術、薄膜持液層托盤脫硫技術。
通過比較發(fā)現(xiàn)，雙托盤吸收塔技術、單塔雙區(qū)技術、旋匯耦合脫硫技術和FGDPLUS技術脫硫效率最高只能達到99%以下，難以滿足該項目99.45%的要求。只有薄膜持液層托盤脫硫技術能夠滿足該項目脫硫效率的要求，并且具有占地面積小、系統(tǒng)簡單、操作靈活、機組適應性強、項目初投資低、系統(tǒng)阻力適中、除塵效率高和綜合能耗低等優(yōu)點，因此單塔方案推薦采用薄膜持液層托盤脫硫技術。
該技術吸收塔采用單回路噴淋塔設計，為了滿足提高脫除效率及除塵要求，吸收塔設一層托盤，四層噴淋層，一層薄膜持液層。
優(yōu)化托盤設計使塔內煙氣分布更均勻；研制新型噴嘴、改進除霧器性能，以攔截更多含固液滴及粒徑增長后的煙塵顆粒。采用石灰石—石膏就地強制氧化脫硫工藝。脫硫劑為石灰石(CaCO3)與水配制的懸浮漿液。在吸收塔內煙氣中的二氧化硫與石灰石反應后生成亞硫酸鈣，并就地強制氧化為石膏，石膏經(jīng)一級脫水后拋棄或經(jīng)二級脫水得到含水10%的石膏。
按照煙氣協(xié)同治理的工藝路線，左權電廠將進行低低溫電除塵器改造，脫硫系統(tǒng)的改造將結合低低溫電除塵器的應用，實現(xiàn)煙氣協(xié)同治理，這個工藝路線的應用，可有效控制煙塵的排放。該廠一期2號機組脫硫改造工程靜態(tài)投資為6500.2萬元，單位造價為98.49元/千瓦。該廠2號機組煙氣脫硫改造工程，本次改造設計煤種煤質FGD入口二氧化硫濃度按5440毫克/標準立方米考慮。對左權電廠而言，二氧化硫排放量的控制至關重要。根據(jù)國家及地方的環(huán)保政策，出口二氧化硫排放濃度要小于30毫克/標準立方米。左權電廠改造后脫硫裝置入口二氧化硫5440毫克/標準立方米，項目改造完成后，按照出口30毫克/標準立方米計算，2臺機組每年減少二氧化硫排放量約1402噸。
工程實施過程中，左權電廠廠長于全寧帶領員工在晉中嚴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號機組超低排放的改造任務，機組順利投運。
“高深”之思
據(jù)華能集團首席專家李衛(wèi)東介紹，“高效除塵、深度脫硫”技術方案工藝系統(tǒng)設計中考慮的措施──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，整套脫硫裝置電耗低，運行費用相應降低。該系統(tǒng)相對于串聯(lián)塔方案，采用托盤加薄膜持液層的改造方案，在實現(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，運行檢修費用也相對降低。
在積極推進“高效除塵、深度脫硫”技術方案落地的過程中，研發(fā)團隊十分重視成果保護，針對核心技術申請專利《一種分級反應復合脫硫塔》獲授權，另外兩項專利 《S形條形泡罩脫硫除塵塔盤》和《高效漸變分級復合脫硫塔》正在審查過程中。
華能國際相關負責人介紹，應用了“高效除塵、深度脫硫”技術方案的電廠，各項指標均達到超低排放的限值要求，符合環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策要求，具有十分深遠的意義。
“高效除塵、深度脫硫”技術方案迅速得到了業(yè)內專家及相關發(fā)電企業(yè)的青睞。薛菲對于這一技術成果的具體應用充滿信心。“現(xiàn)在很多發(fā)電企業(yè)都來跟我們洽談這一技術路線的合作，有些已經(jīng)在實施當中。”據(jù)薛菲介紹，這一技術方案拓寬了電力設備環(huán)保企業(yè)的發(fā)展路徑。
對于基層發(fā)電企業(yè)的負責人于全寧來講，“高效除塵、深度脫硫”技術方案的實施讓企業(yè)燃料應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，并且達到了超低排放的要求。據(jù)了解，我國煤炭資源中高硫煤占比大約30%，隨著優(yōu)質煤的使用量日益增大，我國燃煤電廠將面對低硫煤日益減少，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)保技術的研發(fā)當中，與環(huán)保設備企業(yè)共同攻關，共同擁有技術成果，這是電力科技在合作模式方面的創(chuàng)新實踐。”參與技術評審的中國電機工程學會相關專家，對“高效除塵、深度脫硫”技術的研發(fā)模式格外關注。相關專家建議，在國家倡導創(chuàng)新驅動戰(zhàn)略的大背景下，作為實施和應用各類創(chuàng)新技術的主體企業(yè)，發(fā)電企業(yè)自身應該真正融入到技術研發(fā)的全產(chǎn)業(yè)鏈中，通盤謀劃技術創(chuàng)新的各個環(huán)節(jié)，積極聯(lián)合相關產(chǎn)業(yè)合作。
