──華能國際“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)政府工作報告，這一國家層面倡導(dǎo)的綠色行動吹響沖鋒的號角。
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(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(quán)電廠（簡稱左權(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(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(guān)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(quán)的高效漸變分級復(fù)合脫硫塔技術(shù)。
左權(quán)電廠2號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，該技術(shù)大大拓展了煙氣協(xié)同治理技術(shù)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(shù)能夠成功達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，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(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)針對中高硫煤的超低排放技術(shù)，華能國際聯(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(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，開發(fā)了漸變分級復(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、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)，并在華能陽邏電廠搭建試驗(yàn)平臺，進(jìn)行熱態(tài)中試試驗(yàn)。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)在華能國際總工程師何勇、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)的中高硫煤單塔超低排放技術(shù)研發(fā)成功。
2015年4月29日，中國電機(jī)工程學(xué)會在北京召開了對“高效漸變分級復(fù)合脫硫塔技術(shù)及中試試驗(yàn)驗(yàn)證”的技術(shù)評審會。評審委員一致認(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，同時吸收了國內(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。
“高深”之踐
左權(quán)電廠1號、2號2×66萬千瓦機(jī)組煙氣脫硫工程于2011年投產(chǎn)。2013年，西安熱工院對脫硫裝置脫硫效率進(jìn)行了性能測試，測試結(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；測試結(jié)果表明，脫硫裝置經(jīng)過2年時間運(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)泵時間運(yùn)行參數(shù)偏離了原設(shè)計參數(shù)，循環(huán)泵實(shí)際流量和揚(yáng)程低于原設(shè)計參數(shù)，造成脫硫效率的下降。”武漢凱迪相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。
華能國際與武漢凱迪針對2號機(jī)組煙氣脫硫改造工程進(jìn)行研究，通過對現(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，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(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，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(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)了多個設(shè)備處理多種污染物。”何勇介紹道。
由于國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，國內(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，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(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，這個工藝路線的應(yīng)用，可有效控制煙塵的排放。該廠一期2號機(jī)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(jī)組煙氣脫硫改造工程，本次改造設(shè)計煤種煤質(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)立方米計算，2臺機(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)，針對核心技術(shù)申請專利《一種分級反應(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《高效漸變分級復(fù)合脫硫塔》正在審查過程中。
華能國際相關(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(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)評審的中國電機(jī)工程學(xué)會相關(guān)專家，對“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，在國家倡導(dǎo)創(chuàng)新驅(qū)動戰(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)新的各個環(huán)節(jié)，積極聯(lián)合相關(guān)產(chǎn)業(yè)合作。
