大型火電機(jī)組石灰石石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及選型

1、大型火電機(jī)組石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選型 邱世平韓月榮 河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院，河北石家莊050031 ) 摘要：本文主要介紹了華北某電廠2X600MW燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐尾部煙氣脫硫裝置的工藝設(shè)計(jì)技術(shù)條件及 設(shè)計(jì)原則、設(shè)備選型、工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及工藝設(shè)備布置、脫硫裝置的投運(yùn)情況和運(yùn)行效果等，可為大 型火電機(jī)組煙氣脫硫工程的設(shè)計(jì)和國產(chǎn)化提供參考。 關(guān)鍵詞煙氣脫硫；火電廠；設(shè)計(jì)；選型 0工程簡況 華北某發(fā)電廠2X600MW 一期工程作為該省電力建設(shè)的重點(diǎn)工程，該工程于2001年9月開工建設(shè)。隨著 我國近年來環(huán)境的持續(xù)惡化，國家對建設(shè)工程提岀的環(huán)境要求不斷提高，環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，尤其是火

2、電 廠的脫硫工程，已成為新建工程中與主體工程配套的必不可少的環(huán)保措施之一。為此投資方?jīng)Q定利用一期 工程節(jié)約的資金同步建設(shè)配套脫硫設(shè)施。使工程能滿足環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)的要求，滿足國家環(huán)境保護(hù)十五”計(jì)劃 的要求，也為二期工程的立項(xiàng)創(chuàng)造條件，騰出環(huán)?？偭靠臻g。一期工程二臺(tái)機(jī)組分別于2004年的3月和 9月投產(chǎn)發(fā)電，作為該工程配套建設(shè)的煙氣脫硫工程也于2004年的12月和2005年2月建成投產(chǎn)。 1主體工程簡況 1.1鍋爐簡況 鍋爐采用上海鍋爐廠有限公司制造的四角切向燃燒、亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、 露天布置、全鋼架結(jié)構(gòu)、自然循環(huán)汽包爐。鍋爐的制粉系統(tǒng)采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式系統(tǒng)。

3、1.2煤質(zhì)情況 工程燃用神府東勝煙煤，屬優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤，設(shè)計(jì)煤種含硫量較低，僅為0.4%，為了適應(yīng)燃煤含硫量的變 化，也為脫硫系統(tǒng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚慈济汉蛄?.7%設(shè)計(jì)脫硫系統(tǒng)的容量。 1.3該電廠脫硫的必要性 電廠廠址位于華北平原地區(qū)，根據(jù)國務(wù)院1998年5號文國務(wù)院關(guān)于酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū) 有關(guān)問題的批復(fù)，電廠所處地區(qū)屬于二氧化硫污染控制區(qū)。 2003年國家公布了新的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13223-2003 ，重新劃分了火電廠所屬時(shí)段， 二氧化硫排放濃度要求更加嚴(yán)格。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的劃分，定州電廠屬于第2時(shí)段。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了從 2018年 1月1日起，位于第2時(shí)段的火電廠執(zhí)行第

4、3時(shí)段的排放標(biāo)準(zhǔn)。因此該電廠同時(shí)參考第3時(shí)段的標(biāo)準(zhǔn)。從 表1可以看岀該電廠大氣污染物排放不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此配套建設(shè)煙氣脫硫是完全必要的。 表1 標(biāo)準(zhǔn) 時(shí)段 工程 單位 實(shí)際排放 允許排放 是否達(dá)標(biāo) 火電廠大氣污 染物排放標(biāo)準(zhǔn) 第2時(shí)段 :排放濃度 mg/Nm 3 892.33 800 否 第3時(shí)段 :排放濃度 mg/Nm 3 892.33 400 否 2煙氣脫硫主要工藝系統(tǒng)及設(shè)備選型 脫硫島的建設(shè)采用總承包方式，由北京博奇電力科技公司總承包，采用日本川崎重工業(yè)株式會(huì)社的石灰石 -石膏濕法煙氣脫硫工藝，由河北電力設(shè)計(jì)院分包詳細(xì)設(shè)計(jì)。 2.1 FGD入口煙氣參數(shù) 煙氣成分見表2 表2 煙

5、氣成分 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，濕基，實(shí)際 OT CO 2 Vol% 12.71 12.39 02 Vol% 5.48 5.43 N2 Vol% 74.12 73.54 S02 Vol% 0.056 0.062 H20 Vol% 7.63 8.57 煙氣量 標(biāo)態(tài)，干基 實(shí)際02 Nm3/h 1948422 1916598 BMCR Nm 3/h 1783983 1736188 ECR 標(biāo)態(tài)，濕基 實(shí)際。2 Nm 3/h 2130613 2117921 BMCR Nm 3/h 1950142 1917709 ECR 實(shí)際煙氣體積 Nm 3/h 3113973 3126455 BMCR Nm 3/h 28287

6、77 2781732 ECR 2.2主要技術(shù)原則 1）脫硫工藝采用濕式石灰石 一石膏法煙氣脫硫裝置FGD ）。 2） 每套脫硫裝置的煙氣處理能力為一臺(tái)鍋爐B-MCR工況時(shí)的煙氣量，脫硫效率按 95%設(shè)計(jì)。 3）脫硫系統(tǒng)設(shè)置100%煙氣旁路，以保證脫硫裝置在任何情況下不影響發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。 4）吸收劑制備、石膏處理等輔助系統(tǒng)按兩臺(tái)脫硫裝置公用設(shè)置。 5）吸收劑制漿方式采用濕式球磨機(jī)制漿。 6）脫硫副產(chǎn)品一石膏脫水后含濕量 10%為綜合利用提供條件。 7）脫硫設(shè)備年利用小時(shí)按 5200小時(shí)考慮。 8）FGD系統(tǒng)可用率 95% 9） FGD裝置服務(wù)壽命為30年。 2.3脫硫系統(tǒng)構(gòu)成 煙氣脫硫系統(tǒng)

7、（FGD處理煙氣量為二臺(tái)機(jī)組 100%的煙氣量，整套系統(tǒng)由以下子系統(tǒng)組成： 1）吸收塔系統(tǒng) 2 ）煙氣系統(tǒng)（包括煙氣再熱系統(tǒng)和增壓風(fēng)機(jī) 3）石膏脫水系統(tǒng) 包括真空皮帶脫水系統(tǒng)和石膏儲(chǔ)倉系統(tǒng)） 4 ）石灰石制備系統(tǒng)（包括石灰石接收和儲(chǔ)存系統(tǒng)、石灰石磨制系統(tǒng)、石灰石供漿系統(tǒng) 5）公用系統(tǒng) 6）排放系統(tǒng) 7）廢水處理系統(tǒng) 2.3.1吸收塔系統(tǒng) 吸收塔為逆流噴霧塔。煙氣由一側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入吸收塔，吸收塔內(nèi)部設(shè)有煙氣隔板，煙氣在上升區(qū)與霧狀漿 液逆流接觸，處理后的煙氣在吸收塔頂部翻轉(zhuǎn)向下，從位于吸收塔煙氣入口同一水平位置的煙氣岀口排至 煙氣再熱系統(tǒng)。 吸收塔內(nèi)上流區(qū)煙氣流速為 4.2m/s，下流區(qū)煙氣流速為

8、10m/s。在上流區(qū)配有3組噴淋層，噴嘴采用螺 旋噴嘴，所噴岀的三重環(huán)狀液膜氣液接觸效率高，能達(dá)到高吸收性能，單個(gè)噴嘴的噴霧量大，需要布置的 數(shù)量少，材質(zhì)為陶瓷，耐腐蝕、耐磨損，不會(huì)堵塞。每個(gè)吸收塔配置 3 臺(tái)循環(huán)泵，每臺(tái)泵對應(yīng)一組噴嘴。 在煙氣的流動(dòng)過程中，煙氣與噴嘴噴出的再循環(huán)漿液進(jìn)行有效的接觸。吸收了SO 2的再循環(huán)漿液落入吸 收塔反應(yīng)池。反應(yīng)池裝有 6 臺(tái)攪拌機(jī)。氧化風(fēng)機(jī)將氧化空氣鼓入反應(yīng)池中。氧化系統(tǒng)采用噴管式系統(tǒng)，氧 化空氣被注入到攪拌機(jī)槳葉的壓力側(cè)。一部分HSO 3-在吸收塔噴淋區(qū)被煙氣中的氧氣氧化，另一部分的 HSO 3-在反應(yīng)池中被氧化空氣完全氧化。 吸收劑 石灰石）漿液被引

9、入吸收塔內(nèi)中和氫離子，使吸收液保持一定的pH 值。中和后的漿液在吸收塔 內(nèi)循環(huán)。 吸收塔排放泵連續(xù)地把吸收劑漿液從吸收塔打到石膏脫水系統(tǒng)。循環(huán)漿液的濃度大約為 25% ，比其他濕 法脫硫系統(tǒng)的漿液濃度要高 5%10% ，投運(yùn)后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，從而降低了系統(tǒng)投資。排漿流速由控制閥 控制。 脫硫后的煙氣通過除霧器來減少攜帶的水滴，除霧器出口的水滴攜帶量不大于 75mg/Nm 3。兩級除霧器安 裝在吸收塔的出口水平煙道上，便于運(yùn)行維護(hù)和檢修。除霧器由阻燃聚丙烯材料制成。為防止設(shè)備停用后 噴嘴堵塞，除霧器裝設(shè)有工藝水沖洗系統(tǒng)。通過水平布置除霧器降低了吸收塔的高度，同時(shí)除霧效果也比 垂直布置好。 在吸收塔

10、入口煙道裝有事故冷卻系統(tǒng)，事故冷卻水由工藝水泵提供。當(dāng)吸收塔入口煙道由于吸收塔上游設(shè) 備意外事故而溫升過高或所有的吸收塔循環(huán)泵切除時(shí)本系統(tǒng)啟動(dòng)。 2.3.2 煙氣系統(tǒng) 鍋爐出來的煙氣經(jīng)過電氣除塵器除塵后，依次經(jīng)過引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入氣氣換熱器 GGH ）的冷 卻側(cè)降溫，然后進(jìn)入吸收塔系統(tǒng)除去SO 2，再經(jīng)過氣氣換熱器 GGH ）的加熱側(cè)升溫后，通過煙囪排入大 氣。 1）煙道 煙道包括必要的煙氣通道、沖洗和排放漏斗、膨脹節(jié)、法蘭、導(dǎo)流板、墊片/螺栓材料及附件。 在 MCR 工況下，煙道內(nèi)任意位置的煙氣流速不大于15m/s 。煙道還留有適當(dāng)?shù)娜咏涌?、?shí)驗(yàn)口和人 孔。 煙道設(shè)有旁路系統(tǒng)。進(jìn)出

11、口擋板門為雙擋板型式，在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開。旁路擋板門也為雙擋板型式， 在吸收塔系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)關(guān)閉。當(dāng)吸收塔系統(tǒng)停運(yùn)、事故或維修時(shí)，入口擋板和出口擋板關(guān)閉，旁路擋板全 開，煙氣通過旁路煙道經(jīng)煙囪排放。 2）增壓風(fēng)機(jī) 增壓風(fēng)機(jī)布置在氣氣換熱器 GGH ）的上游、運(yùn)行在干工況下。其型式為動(dòng)葉可調(diào)軸流式，帶液壓動(dòng)葉可 調(diào)控制器。增壓風(fēng)機(jī)包括電機(jī)、控制油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)和密封空氣系統(tǒng)?？勺兊娜~片間距控制流量及壓 力。 FGD 系統(tǒng)入口煙道壓力為 200Pa ，出口煙道壓力在 FGD 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)為 700Pa ，F(xiàn)GD 系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)為 200Pa ，因此增壓風(fēng)機(jī)的壓頭考慮了 FGD 系統(tǒng)煙道的壓降和運(yùn)行時(shí)進(jìn)出

12、口 500Pa 的壓差的要求。 3 ）煙氣再熱系統(tǒng) 每臺(tái)機(jī)組配置一立軸、回轉(zhuǎn)再生式氣氣再熱器 GGH ）。在 MCR 工況下， GGH 能夠?qū)魺煔饧訜嶂?80C以上進(jìn)入煙囪排房，而不需要補(bǔ)充其他熱源。在MCR工況下，GGH最大泄露量少于1%煙氣量。為 了清潔和保證 GGH 的煙氣壓降滿足要求，系統(tǒng)配備了壓縮空氣吹掃系統(tǒng)。 GGH 的在線沖洗水泵在 GGH 壓降高于正常值投運(yùn)， GGH 的離線沖洗水泵在 FGD 定期檢修時(shí)投運(yùn)。 2.3.3 石膏脫水系統(tǒng) 石膏漿液由吸收塔排放泵從吸收塔輸送到石膏脫水系統(tǒng)。石膏漿液濃度大約為25wt% 。 石膏脫水系統(tǒng)為兩爐V2X600MW ）公用。 1 ）石膏

13、旋流站 石膏漿液輸送到安裝在石膏脫水車間頂部的石膏旋流站，濃縮到濃度大約55% 的底流漿液自流到真空皮 帶脫水機(jī)，上溢漿液經(jīng)緩沖箱自流到廢水旋流站。廢水旋流站的溢流通過廢水泵送至廢水處理系統(tǒng)，底流 至濾水箱。 2 ）真空皮帶脫水機(jī) 真空皮帶脫水機(jī)和真空系統(tǒng)按2X75%容量設(shè)置。石膏旋流站底流漿液自流輸送到真空皮帶脫水機(jī)，由真 空系統(tǒng)脫水到含90%固體和10%的水分，脫水石膏經(jīng)沖洗降低其中的Cl-濃度。濾液經(jīng)濾水回收箱進(jìn)入濾 水箱。脫水石膏由石膏輸送機(jī)落入石膏倉，然后由螺旋卸料裝置卸至汽車運(yùn)輸。 2.3.4石灰石制備系統(tǒng) 石灰石制備系統(tǒng)為兩臺(tái)爐 V2X600MW ）共用。 1）石灰石接收儲(chǔ)存系統(tǒng)

14、 石灰石塊用汽車運(yùn)輸進(jìn)廠，卸進(jìn)石灰石卸料斗。石灰石塊的粒徑不大于100mm。卸料斗中的石灰石塊由 輸送給料設(shè)備送至石灰石破碎機(jī)破碎成小塊，然后再輸送至石灰石倉儲(chǔ)存。 石灰石倉的容積相當(dāng)于兩臺(tái)爐 V2X600MW ） BMCR工況下4天的石灰石消耗量。 2 ）石灰石研磨系統(tǒng) 配置兩套石灰石研磨制漿系統(tǒng)。每套的容量相當(dāng)于兩臺(tái)鍋爐在BMCR運(yùn)行工況時(shí)滿負(fù)荷石灰石耗量的 75%。磨制后的石灰石粒度為 905通過250目篩。 石灰石在濕式球磨機(jī)內(nèi)磨碎后自流到磨機(jī)漿液箱，然后由磨機(jī)漿液泵輸送到石灰石漿液旋流站。含有大顆 粒物料的石灰石漿液從旋流站底流漿液再循環(huán)回到濕式球磨機(jī)入口，上溢漿液排到石灰石漿液箱，

15、制成的 漿液濃度約為30%。 3）石灰石漿液供給系統(tǒng) 本系統(tǒng)共配有一座石灰石漿液箱和四臺(tái)石灰石漿液泵，每座吸收塔配有一條石灰石漿液輸送管，石灰石漿 液通過管道輸送到吸收塔。每條輸送管上分支岀一條再循環(huán)管回到石灰石漿液箱，以防止?jié){液在管道內(nèi)沉 淀。 2.3.5公用系統(tǒng) 公用系統(tǒng)包括工藝水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)。 1）工藝水系統(tǒng) 工藝水水源由電廠主系統(tǒng)提供，并輸送到FGD的工藝水箱中。 工藝水由工藝水泵從工藝水箱輸送到各用水點(diǎn)，例如吸收塔、吸收塔入口煙道沖洗水、真空泵密封水等。 除霧器也用工藝水沖洗，由每臺(tái)機(jī)組的除霧器沖洗水泵自動(dòng)地、間斷地輸送到除霧器。 2）冷卻水系統(tǒng) 冷卻水由電廠主系統(tǒng)

16、提供至各設(shè)備。冷卻水被輸送到增壓風(fēng)機(jī)、氧化風(fēng)機(jī)、濕式球磨機(jī)和空壓機(jī)處以帶走 產(chǎn)生的熱量，最后返回電廠主系統(tǒng)。 3）壓縮空氣系統(tǒng) 壓縮空氣系統(tǒng)包括2臺(tái)空壓機(jī) 一運(yùn)一備）、一只儲(chǔ)氣罐。壓縮空氣用作GGH吹灰用氣。 2.3.6排放系統(tǒng) 排放系統(tǒng)設(shè)有1只事故漿液箱、2個(gè)吸收塔排水坑 每臺(tái)機(jī)組1個(gè)）、1個(gè)石灰石制備系統(tǒng)排水坑和1個(gè) 石膏脫水系統(tǒng)排水坑。 當(dāng)需要排空吸收塔進(jìn)行檢修時(shí)，塔內(nèi)的漿液主要由吸收塔排放泵排至事故漿液箱。當(dāng)液位降至泵的入口水 平時(shí)，漿液依靠重力自流入吸收塔排水坑，再由吸收塔排水坑泵打入事故漿液箱。 3.3.7廢水處理系統(tǒng) 兩爐V2X600MW ）脫硫廢水水量為 9.1m 3/h。廢水

17、水質(zhì)見表 3 表3 1 pH值 - 5.5-7.0 2 COD mg/l 100 3 懸浮顆粒 mg/l 12000 4 S0 42- mg/l 16500 5 Fe取決于飛灰分析） mg/l 35 6 F mg/l 50 7 CI mg/l 20000 8 NH4 + 取決于FGD入口 NH3量） mg/l 2,pH值調(diào)整到9-9.7，這樣可以使部分重金屬沉淀下來。在沉降箱內(nèi)，通過 增加廢水的pH值，添加FeClSO 4，重金屬完全地沉降下來。在絮凝箱內(nèi)，為使沉淀更加容易，添加絮凝 劑。廢水中的懸浮物在澄清器中得以分離岀來，然后輸送到污泥貯存箱，漿液濃度約為10%，然后由污 泥高壓泵送至壓濾

18、機(jī)。 在出水箱應(yīng)對pH值進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。如果 pH值滿足要求，處理后的水直接排入水溝。如果pH值超標(biāo)， 則通過添加HCI將pH值調(diào)整到9.0以下。 3主要性能保證 1 ） SO 2脫除率 保證在鍋爐BMCR負(fù)荷和確保的石灰石消耗的條件下，F(xiàn)GD裝置在驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)期間 在所有運(yùn)行工況下連 續(xù)運(yùn)行14天），F(xiàn)GD裝置SO 2脫除率不低于95%。 2 ）煙囪入口煙氣溫度在 FGD裝置入口煙溫大于或等于設(shè)計(jì)溫度126 C條件下不低于80 Co 3 3）除霧器出口煙氣攜帶的水滴含量應(yīng)低于75mg/Nm 濕基）。 4）石灰石消耗 保證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收期間FGD按設(shè)計(jì)條件運(yùn)行，在確保 SO2脫除率的條件下，14天連續(xù)運(yùn)行

19、期間石灰石的平均 耗量不超過10.7t/h o 5）電耗 保證在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收期間，F(xiàn)GD按設(shè)計(jì)條件運(yùn)行，在 6kV電源分配盤的饋線處測量時(shí)，F(xiàn)GD系統(tǒng)的電耗在保 證SO 2脫除率的條件下，裝置連續(xù)運(yùn)行14天的平均值不超過12190kW.h / h。 6）水耗 145t/h 按設(shè)計(jì)條件中提供的水質(zhì)， FGD 按設(shè)計(jì)條件運(yùn)行，保證最大工藝水耗量不超過 7 ）煙囪前的污染物排放極限 在標(biāo)態(tài)，干基， 6%O 2的設(shè)計(jì)條件下： 3 79 mg/Nm 12 mg/Nm 3 3 SO2 粉塵 F 以 HF 計(jì)） 5 mg/Nm 3 Cl 以 HCl 計(jì)） 10 mg/Nm 3 4FGD 裝置的布置 一期工程的煙

20、囪后部預(yù)留了約 80X160m 2的脫硫場地，兩套脫硫裝置布置在脫硫場地內(nèi)，基本按煙囪中心 線對稱布置；石灰石漿液制備系統(tǒng)設(shè)備和石膏脫水與儲(chǔ)存系統(tǒng)為二臺(tái)機(jī)組一套，分別布置在整個(gè)脫硫場地 后部，與主廠房區(qū)域的環(huán)行道路緊鄰，便于脫硫劑石灰石和脫硫副產(chǎn)物石膏的運(yùn)輸；脫硫電氣控制樓與主 體發(fā)電工程電除塵配電室集中布置在鍋爐尾部場地的兩臺(tái)電除塵器之間，這樣就減少了脫硫場地的占地面 積。整個(gè)脫硫裝置的布置緊湊，流程合理，形成一個(gè)相對完整和獨(dú)立的區(qū)域，這樣無論是現(xiàn)場施工期間還 是將來的運(yùn)行管理都比較方便，也滿足了保證機(jī)組安全運(yùn)行的要求。 5 結(jié)語 本工程是國內(nèi)較早在 600MW 等級的燃煤火電機(jī)組上安裝煙氣

21、脫硫裝置的發(fā)電機(jī)組，主要設(shè)備采用進(jìn)口。 工程的建設(shè)采用的是國內(nèi)脫硫公司總承包的方式，河北電力設(shè)計(jì)院分包了一部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)。經(jīng)過投產(chǎn)后 的運(yùn)行實(shí)踐考驗(yàn)，整個(gè)工程的實(shí)施是比較成功的，每年可減排二氧化硫3 萬多噸，減少了電廠建設(shè)給當(dāng)?shù)?環(huán)境造成的危害，也為工程本身的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件。 據(jù)現(xiàn)場調(diào)查了解，整套脫硫裝置自投產(chǎn)后一直與電廠同步運(yùn)行，運(yùn)行狀況良好。由于運(yùn)行時(shí)間較短，還沒 有發(fā)現(xiàn)影響裝置運(yùn)行的問題。但還是暴露了一些需要在今后的脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中需進(jìn)一步提高完善的 問題。 2 號機(jī)組在 2005 年 2 月 3 日發(fā)生過一次停機(jī)事故，主要原因是由于脫硫增壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)與鍋爐負(fù)壓調(diào) 節(jié)不匹配，導(dǎo)致鍋爐負(fù)壓調(diào)節(jié)品質(zhì)發(fā)散，造成在鍋爐負(fù)壓輕微擾動(dòng)的情況下調(diào)節(jié)急劇惡化，最終達(dá)到負(fù)壓 保護(hù)動(dòng)作值。事后經(jīng)有關(guān)單位研究確定將增壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)