某火電廠的 2 ×350MW 燃煤機(jī)組,其煙氣脫硫裝置采用

了石灰石 - 石膏濕法脫硫,一爐配置一塔,設(shè)計(jì)脫硫效率大于 97． 37%。 根據(jù)設(shè)計(jì)煤種含硫量 1． 34% 計(jì)算,脫硫裝置入口 SO 2 濃度為 3， 800mg/ Nm 3 (標(biāo)態(tài)、干基、6% O 2 ),吸收塔脫硫后 SO 2 排放濃度 99． 94mg/ Nm 3 (標(biāo)態(tài)、干基、6% O 2 ),已超過新標(biāo)準(zhǔn) 50mg/ Nm 3 的排放要求,脫硫裝置需進(jìn)行增容提效

改造。

二、增容提效改造技術(shù)方案

(一)原脫硫裝置概況。

1. FGD 裝置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 燃煤含硫量、脫硫裝置入口煙氣參數(shù)見表 1。2. FGD 吸收塔及煙氣系統(tǒng)。 2 × 350MW 機(jī)組單獨(dú)設(shè)置有煙氣吸收氧化系統(tǒng),一爐一塔、煙塔合一布置。 經(jīng)電除塵器除塵后的煙氣引入吸收塔,煙氣中的 SO 2 在塔內(nèi)與石灰石漿液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),脫除二氧化硫的潔凈煙氣經(jīng)除霧器除去煙氣中攜帶的水分后送入冷卻塔,通過冷卻塔排放至大氣中。 脫硫裝置煙氣系統(tǒng)的壓降由引風(fēng)機(jī)壓頭克服,每臺(tái)爐設(shè)有兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)。

吸收塔為變徑塔,直徑 15/12m,塔高 35m,煙氣在塔內(nèi)上升流速為 3． 8m/ s。 塔內(nèi)配有 4 組噴淋層,每層對(duì)應(yīng)一臺(tái)漿液循環(huán)泵,采用單元制設(shè)計(jì)。 吸收塔反應(yīng)池設(shè)有 4 臺(tái)攪拌機(jī),氧化空氣分布系統(tǒng)采用噴管式結(jié)構(gòu)。 吸收塔頂部布置有兩級(jí)除霧器,吸收塔入口煙道設(shè)有事故冷卻系統(tǒng),事故冷卻水由工藝水泵提供。3. 脫硫公用系統(tǒng)。 脫硫島吸收劑制備和供應(yīng)系統(tǒng)為兩臺(tái)機(jī)組公用,吸收劑采用外購成品石灰石粉。 石膏脫水系統(tǒng)為兩臺(tái)機(jī)組脫硫裝置公用,包括 2 套石膏旋流系統(tǒng)、2 臺(tái)真空皮帶脫水機(jī)及真空泵、濾液分離系統(tǒng)、石膏沖洗水箱和沖洗水泵系統(tǒng)等。

(二)改造方案的確定原則。 為了最大限度地利用原有脫硫系統(tǒng)和設(shè)備,盡可能減小對(duì)電廠正常生產(chǎn)運(yùn)行的影響,盡可能不影響機(jī)組發(fā)電量,脫硫改造方案繼續(xù)采用原有石灰石 - 石膏濕法煙氣脫硫工藝,在現(xiàn)有設(shè)備布置的基礎(chǔ)上進(jìn)行增容改造。在滿足最新《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223 -2011)的基礎(chǔ)上,改造目標(biāo)還應(yīng)具有一定的前瞻性,達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn),二氧化硫排放濃度控制在 35mg/ Nm 3 以下,做到污染物超低排放。在具體的工藝選擇上,需要對(duì)影響脫硫效率的液氣比、煙氣分布均勻性、吸收塔高度、吸收塔漿池容量等因素進(jìn)行分析和選擇。 針對(duì)該電廠現(xiàn)有脫硫裝置的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備出力等情況,利用現(xiàn)場的布置條件,通過綜合考慮設(shè)計(jì)方案類比、投資和運(yùn)行費(fèi)用、施工周期等方面內(nèi)容,對(duì)可選的幾種改造方案進(jìn)行論證與比較,確定適合該電廠的最佳改造方案。(三)脫硫增容改造技術(shù)方案。 在脫硫增容改造過程中,通常采用增加噴淋層來提高液氣比;吸收塔內(nèi)增加托盤和壁流環(huán),使得煙氣和吸收漿液反應(yīng)更充分;氧化空氣系統(tǒng)進(jìn)行增容改造,增加相應(yīng)的攪拌器,確保漿池中亞硫酸鈣的氧化;增加吸收塔液位高度,或者增加塔外漿液箱來增大漿池容積,以滿足石灰石溶解、亞硫酸鈣氧化和石膏結(jié)晶的要求。通過上述多種手段達(dá)到提高 SO 2 脫除效率的目的。在具體設(shè)計(jì)中可選的改造方案主要有單塔多噴淋工藝、單塔雙循環(huán)工藝、雙托盤技術(shù)、雙塔雙循環(huán)工藝。 在確定的改造原則和基礎(chǔ)參數(shù)條件下,不同改造工藝的主要差別體現(xiàn)在核心設(shè)備吸收塔上,吸收塔的改造決定整體工程量、改造投資、改造工期等的關(guān)鍵因素。單塔多噴淋工藝主要依靠提高液氣比,并輔以優(yōu)化流場

結(jié)構(gòu),從而提高 SO 2 脫除率。 通常采用抬高吸收塔的高度增加噴淋層數(shù),但若保持吸收塔直徑和煙氣入口以下部分不變,漿液池容量無法增大,脫硫效率提高有限。 為增大吸收塔反應(yīng)池容量,在增加塔高的同時(shí)還需要增大吸收塔直徑。吸收塔塔體、基礎(chǔ)都需要重新設(shè)計(jì),在施工過程中要整個(gè)拆除重新建造。單塔雙循環(huán)工藝是在塔內(nèi)設(shè)置積液盤將脫硫區(qū)分隔為上、下循環(huán)脫硫區(qū),在一個(gè)塔內(nèi)形成兩個(gè)獨(dú)立的雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)。 下循環(huán)區(qū)、下循環(huán)區(qū)中和氧化池及下循環(huán)泵共同形成下循環(huán)系統(tǒng),下循環(huán)為氧化區(qū)循環(huán),主要起預(yù)吸收、CaSO 3 氧化作用;上循環(huán)區(qū)、上循環(huán)中和氧化池及上循環(huán)泵共同形成上循環(huán)系統(tǒng),上循環(huán)為吸收區(qū)循環(huán),主要實(shí)現(xiàn) SO 2 吸收作用。該工藝需要加高吸收塔,在原吸收塔上增加噴淋層和積液盤,但不需增大原吸收塔直徑,在塔外另外建造一個(gè)漿液池,上循環(huán)漿液回流至塔外漿池。雙托盤技術(shù)就是在吸收塔內(nèi)增設(shè)托盤,煙氣以較高的流速進(jìn)入吸收塔后,通過塔內(nèi)下層托盤,與托盤上的液膜進(jìn)行氣、液相的均質(zhì)調(diào)整,在吸收區(qū)域的整個(gè)高度以上實(shí)現(xiàn)氣體與漿液的最佳接觸。 托盤本身可保持一定高度液膜,從而延長了煙氣在吸收塔中的停留時(shí)間,使煙氣中的 SO 2 被充分吸收,有效降低了液氣比,提高吸收劑的利用率。雙塔雙循環(huán)工藝是在單塔雙循環(huán)技術(shù)上發(fā)展而來,即采用兩個(gè)吸收塔,每個(gè)塔都設(shè)有噴淋層、漿液池和循環(huán)泵,兩個(gè)塔運(yùn)行相對(duì)獨(dú)立。 雙塔在布置中又分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式,串聯(lián)是全部煙氣先后進(jìn)入兩個(gè)吸收塔,進(jìn)行兩級(jí)脫硫;并聯(lián)是將原有煙氣一分為二,兩個(gè)吸收塔各處理一半的煙氣量,以此來增加液氣比,提高脫硫效率。上述幾種改造方法中雙托盤技術(shù)保持液氣比不變,增大了吸收劑的利用率,改造量相對(duì)較小,但脫硫效率提高有限。單塔多噴淋和單塔雙循環(huán)工藝都是以提高液氣比為目的,均需要增加吸收塔內(nèi)的噴淋層以及增大漿液池容積。 同時(shí)這兩種改造技術(shù)也都存在問題:一是對(duì)吸收塔進(jìn)行整體的切割改造,造成施工的工期較長,以致鍋爐停運(yùn)時(shí)間較長,公而施工難度極大、安全風(fēng)險(xiǎn)較高。 二是在增高吸收塔后,同時(shí)也需要增加吸收塔漿液循環(huán)泵的揚(yáng)程,吸收塔內(nèi)的循環(huán)泵及全部氧化風(fēng)機(jī)等原配套設(shè)備均不能被利用,形成巨大的浪費(fèi)。三是增高吸收塔或增大其直徑,吸收塔地基都需要進(jìn)行校核、改造,改造費(fèi)用較高等。相比而言,雙塔雙循環(huán)工藝能夠最大限度利用原有設(shè)備,但并聯(lián)雙塔方案對(duì)煙道的改造量較大,并且在煙氣量減

少的情況下為確保塔內(nèi)煙氣流速過低同樣需要對(duì)原吸收塔進(jìn)行局部縮頸改造。 而串聯(lián)雙塔對(duì)原有系統(tǒng)和設(shè)備基本不做改動(dòng),可以充分利用原有設(shè)備,在施工過程中等新塔及附屬設(shè)施基本建成后,只需機(jī)組短時(shí)間停機(jī),少量改造原吸收塔出口的煙道即可,煙道布置簡潔,能最大限度節(jié)省空間和成本。 因此串聯(lián)雙塔雙循環(huán)工藝最適合于該電廠的脫硫改造工作。

三、串聯(lián)雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)

(一)串聯(lián)雙塔雙循環(huán)工藝的主要問題。 串聯(lián)雙塔雙循環(huán)工藝在原有脫硫裝置基礎(chǔ)上,再新建一座吸收塔,經(jīng)過原吸收塔脫硫后的煙氣進(jìn)入新建吸收塔進(jìn)一步脫硫后再排放。串聯(lián)雙塔雙循環(huán)技術(shù)采用兩級(jí)脫硫,脫硫效率較高,但兩個(gè)塔單獨(dú)運(yùn)行,需要處理好水平衡和 PH 值控制調(diào)節(jié)問題。1. 水平衡控制。 經(jīng)過一級(jí)吸收塔洗滌后的煙氣攜帶有大量水分,其在二級(jí)塔內(nèi)再攜帶的水分大量減少;而在二級(jí)脫硫塔頂部的除霧器仍需連續(xù)沖洗,這造成兩塔水系統(tǒng)無法平衡。 運(yùn)行過程中二級(jí)塔漿液將逐漸變稀,而一級(jí)塔漿液濃度逐漸變大。 因此需要采用強(qiáng)制循環(huán)泵將漿液在兩個(gè)吸收塔之間混合置換,使兩塔的漿液濃度保持一致,保持兩塔的水平衡。

2. PH 值調(diào)節(jié)。 由于煙氣先進(jìn)入一級(jí)塔后,大部分 SO 2在此被吸收,只有少量的 SO 2 在其后的二級(jí)塔中被吸收掉。為了調(diào)節(jié)兩座吸收塔 PH 值的差值,將部分石灰石漿液直接加入二級(jí)塔內(nèi)。 兩塔之間通過漿液的置換,未反應(yīng)完全的石灰石漿液從二級(jí)塔內(nèi)經(jīng)置換管道進(jìn)入一級(jí)塔,再進(jìn)行反應(yīng),而在一級(jí)塔內(nèi)根據(jù) PH 調(diào)節(jié)值的變化來補(bǔ)充石灰石漿液。

(二)改造工藝系統(tǒng)擬定。 原有吸收塔作為一級(jí)塔,新建吸收塔作為二級(jí)塔。 單臺(tái)機(jī)組煙氣量 1， 152， 641Nm 3 / h,一級(jí)塔入口 SO 2 濃度 3， 800mg/ Nm 3 ,一級(jí)塔出口 SO 2 濃度控制在500mg/ Nm 3 以下,二級(jí)塔出口 SO 2 濃度控制在 35mg/ Nm 3 ,一級(jí)塔脫硫效率大于 86． 8%,二級(jí)塔脫硫效率大于 93%,總脫硫效率大于 99． 1%。一級(jí)塔及附屬設(shè)施不做改造,新建二級(jí)塔直徑12． 8m,塔高 27m,其中漿池高度 8m,塔內(nèi)的煙氣流速為 3． 41m/ s,漿液循環(huán)停留時(shí)間為 4． 29min,漿池內(nèi)設(shè)四臺(tái)攪拌器。 二級(jí)塔設(shè)置 3 臺(tái)漿液循環(huán)泵,每臺(tái)泵流量為 4， 800m 3 / h,每臺(tái)泵對(duì)應(yīng)一層噴淋層,每層噴淋層下方塔壁設(shè)置漿液導(dǎo)流環(huán),減少了 SO 2順?biāo)诘奶右?增加脫硫效率。 按照二級(jí)吸收塔出口霧滴含量不超過 30mg/ Nm 3 控制,二級(jí)吸收塔設(shè)置 3 級(jí)屋脊式除霧器。

兩座塔均設(shè)置漿液置換系統(tǒng),二級(jí)塔的漿液通過漿液置換泵輸送到一級(jí)塔,在一級(jí)塔中繼續(xù)氧化和排出石膏,原塔漿液同樣置換到二級(jí)塔,使兩塔漿液濃度達(dá)到平衡。 二級(jí)塔設(shè)置氧化風(fēng)系統(tǒng),不設(shè)石膏排出系統(tǒng),吸收塔石膏利用一級(jí)塔原有排出系統(tǒng)。 系統(tǒng)示意見圖 1。

脫硫島增容之后每臺(tái)機(jī)組石灰石耗量為 8． 2t/ h,兩臺(tái)機(jī)組需要量為 16． 4t/ h,原有制漿系統(tǒng)出力滿足工藝要求,因此不做改造,僅在石灰石漿液泵至原吸收塔的漿液管線上,增加二級(jí)塔的供漿管線。 同樣,提高脫硫效率對(duì)石膏脫水系統(tǒng)影響不大,系統(tǒng)出力能夠滿足要求,因此脫水系統(tǒng)不需要改造。 考慮二級(jí)塔補(bǔ)水、新增漿液管道沖洗、二級(jí)塔除霧器和濕式靜電除塵器沖洗用水,增加一座工藝水箱和三臺(tái)除霧器沖洗水泵。