脫硫系統(tǒng)改造方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉紅蕾，李廣華，王智奇

（1.山東省電力學(xué)校，山東 泰安 271000；2.中國(guó)博奇環(huán)?？萍脊煞莨荆本?100010）

1 火電廠脫硫系統(tǒng)改造的政策性要求

2011年初，國(guó)家環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（二次征求意見稿）（以下簡(jiǎn)稱新標(biāo)準(zhǔn)）。與2009年發(fā)布的一次征求意見稿（以下簡(jiǎn)稱2009年初稿）相比，其中的脫硫規(guī)定，無(wú)論是完成時(shí)間要求，還是減排力度，都有明顯提高。新標(biāo)準(zhǔn)將于2011年內(nèi)頒布，2012年1月1日起開始執(zhí)行。

2009年初稿和舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同時(shí)期的火電廠建設(shè)項(xiàng)目劃分成 3個(gè)時(shí)段［1］，涉及的時(shí)間節(jié)點(diǎn)包括1996年12月31日、2010年和2015年，分別規(guī)定了排放控制要求；而新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)役機(jī)組采用了“一刀切”的方式，僅以2012年1月1日為界劃分為現(xiàn)有及新建機(jī)組2個(gè)時(shí)段，更加簡(jiǎn)析明了：2012年1月1日前獲得環(huán)評(píng)批復(fù)的為現(xiàn)役機(jī)組，否則為新建機(jī)組。現(xiàn)役機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時(shí)間為2014年1月1日，留給現(xiàn)役機(jī)組進(jìn)行改造的時(shí)間只有2年。

新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定新建燃煤電廠二氧化硫的排放限值為100Mg/m3?，F(xiàn)有電廠分為兩類，燃煤硫分較高地區(qū)的電廠執(zhí)行400Mg/m3，其他現(xiàn)有燃煤電廠執(zhí)行200Mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)的燃煤電廠執(zhí)行50Mg/m3。對(duì)比新標(biāo)準(zhǔn)、2009年初稿和舊標(biāo)準(zhǔn)可以看出，新標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整了SO2污染物排放濃度限值，采取了更為嚴(yán)格的排放限制：

現(xiàn)役機(jī)組從舊標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的最高2 100Mg/m3降至2009年初稿的800Mg/m3后再降至新標(biāo)準(zhǔn)的200～400mg/m3；新建機(jī)組從舊標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的400mg/m3降至2009年初稿的200Mg/m3再降至新標(biāo)準(zhǔn)的50～100Mg/m3。新標(biāo)準(zhǔn)脫硫限值大幅下降，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出舊標(biāo)準(zhǔn)和2009年初稿，甚至超越歐美現(xiàn)用標(biāo)準(zhǔn)。

2 脫硫改造項(xiàng)目狀況

技改項(xiàng)目中的機(jī)組于2001年投產(chǎn)，機(jī)組容量為300MW。2007年應(yīng)國(guó)家環(huán)保要求增加脫硫系統(tǒng)，根據(jù)對(duì)煙氣脫硫裝置投運(yùn)近三年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行情況分析，其適用燃煤硫分、脫硫效率、出口二氧化硫排放濃度均難以滿足新規(guī)定的要求。近期電廠所在省環(huán)保廳和省電監(jiān)辦出臺(tái)了脫硫裝置設(shè)計(jì)燃煤硫份大于1%、綜合脫硫效率大于93%、凈煙氣二氧化硫排放濃度小于200Mg/m3的政策規(guī)定，加之燃煤電廠的電煤復(fù)雜多變，難以保證低硫煤的長(zhǎng)期供應(yīng)，這就為機(jī)組系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)的安全環(huán)保運(yùn)行帶來(lái)壓力?？紤]到國(guó)家十二五期間節(jié)能減排和環(huán)保政策的趨嚴(yán)，該機(jī)組所在的發(fā)電有限責(zé)任公司對(duì)機(jī)組脫硫裝置必須進(jìn)行增容改造，以提高系統(tǒng)脫硫效率，使整套脫硫裝置達(dá)到環(huán)保要求。

3 脫硫系統(tǒng)項(xiàng)目改造方案

3.1 脫硫系統(tǒng)改造的可研范圍

煙氣脫硫工藝增容改造方案的選擇、工藝流程及布置；

石膏脫水及貯存系統(tǒng)及布置改造方案；

儀表控制及電氣系統(tǒng)改造方案；

土建工程；

投資及經(jīng)濟(jì)分析。

3.2 主要設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)內(nèi)容深度滿足 《火力發(fā)電廠可行性研究報(bào)告內(nèi)容深度規(guī)定》［2］和《火力發(fā)電廠可行性研究報(bào)告內(nèi)容深度規(guī)定煙氣脫硫部分暫行規(guī)定》［3］的要求。

大氣污染物排放應(yīng)滿足 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［4］。

脫硫工程產(chǎn)生的廢水、廢渣、噪音等環(huán)境污染物應(yīng)滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，脫硫工程設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮防塵、防腐蝕、防噪音等措施。

脫硫工藝的選擇應(yīng)遵照 “工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、脫硫效率高、投資省、無(wú)二次污染”的原則；脫硫裝置采用一爐一塔，每套脫硫裝置的煙氣處理能力為一臺(tái)鍋爐100%BMCR工況時(shí)的煙氣量。

依據(jù)國(guó)家最新規(guī)定，火電廠脫硫系統(tǒng)不設(shè)置旁路。

脫硫煙氣入口含硫量按照設(shè)計(jì)燃煤硫分1.2%、校核燃煤硫分1.5%、出口二氧化硫濃度小于150Mg/m3。

3.3 改造條件

制備和供應(yīng)方式。工程采用石灰石粉方案，原石灰石粉制漿系統(tǒng)全部利舊，無(wú)須改造。

脫硫場(chǎng)地條件。此次機(jī)組煙氣脫硫增容改造，基本上是在原來(lái)的脫硫島內(nèi)設(shè)備布置位置進(jìn)行調(diào)整，總體來(lái)說(shuō)，脫硫場(chǎng)地對(duì)于工藝系統(tǒng)布置難度不大。新增循環(huán)泵出口管道布置相對(duì)較困難，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行改造。新增真空皮帶脫水機(jī)處理能力較大，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，要根據(jù)現(xiàn)有場(chǎng)地確定，將真空皮帶脫水機(jī)盡量做寬，做短。項(xiàng)目暫按新增工藝水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在原機(jī)組工藝水箱位置原地建設(shè)工藝水箱、工藝水泵以及除霧器沖洗水泵。

3.4 脫硫系統(tǒng)改造設(shè)想

3.4.1 脫硫工藝用水、汽、氣

脫硫裝置用水量約43M3/h，工程用壓縮空氣從主體引接，為FGD裝置提供檢修、吹掃用氣，不需要使用蒸汽。脫硫的工藝水水源由業(yè)主提供，工藝水系統(tǒng)滿足FGD裝置正常運(yùn)行和事故工況下脫硫工藝系統(tǒng)的用水。

3.4.2 廢水處理

廢水的排放量經(jīng)計(jì)算為12.8 t/h，原有的脫硫廢水系統(tǒng)的出力為13 t/h，通過(guò)對(duì)原有脫硫廢水設(shè)備選型的核算，能滿足改造后廢水量要求，且鑒于原有脫硫廢水系統(tǒng)的投運(yùn)時(shí)間較短，綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)各指標(biāo)，建議本次改造脫硫廢水不進(jìn)行增容。

改造方要求工藝專業(yè)廢水的含固量由1.2%提高至2.2%，依據(jù)以往脫硫廢水改造經(jīng)驗(yàn)，采用以下方案：在污泥輸送泵出口母管增加回路，將污泥引至皮帶脫水機(jī)的濾餅沖洗盒，使其分布在脫水石膏的上部，保證了不因污泥的粒徑過(guò)細(xì)導(dǎo)致濾布的空隙被污泥填塞。而污泥引入量?jī)H10M3/h，含固量5%～7%，對(duì)石膏品質(zhì)影響較小。 這樣既利用脫水機(jī)的出力余量，在不影響皮帶的正常運(yùn)行又解決了過(guò)量廢水污泥的處理。

3.4.3 電氣部分

由于燃煤含硫量增大，原設(shè)備容量無(wú)法滿足現(xiàn)在運(yùn)行條件所需，故對(duì)原來(lái)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改造，電氣設(shè)計(jì)范圍為相應(yīng)的脫硫電氣部分的改造。由于原有電氣設(shè)備利舊困難，故本次改造電氣設(shè)備、材料原則上均為新增。

（1）初步設(shè)計(jì)思路。

電源：脫硫項(xiàng)目6 kV電動(dòng)機(jī)及低壓脫硫變均由主廠6 kV工作段供電，脫硫保安負(fù)荷由主廠保安PC段供電。其電源與脫硫島的分界點(diǎn)在主體6 kV脫硫電源饋線柜及其380 V脫硫保安電源饋線柜出線端子處，此端子以后的供、配電設(shè)計(jì)與供貨均包含在本期脫硫改造工程中。

電纜：脫硫島區(qū)域內(nèi)的電纜、主體6 kV脫硫電源饋線柜至脫硫島的電纜及主體380 V脫硫保安電源饋線柜至脫硫島的電纜設(shè)計(jì)與供貨均包含在本期脫硫改造工程中。

電纜敷設(shè)設(shè)施和照明：電纜敷設(shè)設(shè)施如橋架、電纜溝、電纜防火設(shè)施、照明設(shè)施（道路照明）等與主體分界點(diǎn)為脫硫島區(qū)域外1M。

（2）主要電氣設(shè)備選擇及布置。

0.4 kV低壓配電裝置。0.4 kV低壓開關(guān)柜選用MNS型抽屜開關(guān)柜，380/220 V系統(tǒng)采用PC（動(dòng)力中心）、MCC（電動(dòng)機(jī)控制中心）兩級(jí)供電方式。煙氣吸收系統(tǒng)、額定功率75 kW及以上的電動(dòng)機(jī)、100 kW及以上的饋線回路和MCC電源回路由380 V動(dòng)力中心供電，漿液制備、石膏脫水及廢水處理系統(tǒng)由公用MCC段供電。

電力及控制電纜。工程6 kV電纜采用ZRC-YJV22-6/6 kV，0.4 kV動(dòng)力電纜采用ZRC-YJV22-0.6/1 kV，控制電纜選用銅芯ZRC-KVVP22-0.45/0.75 kV。

項(xiàng)目新增低壓開關(guān)柜均并接在原有脫硫380V PC段及公用MCC段上。3.4.4 儀表和控制部分改造

根據(jù)工藝專業(yè)增加1臺(tái)循環(huán)泵、增加1臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)（含排氣電動(dòng)閥），增加事故噴淋系統(tǒng)，新增1臺(tái)工藝水箱；新增2臺(tái)工藝水泵；新增2臺(tái)除霧器沖洗水泵；拆除原真空皮帶脫水機(jī)B、C及其相應(yīng)輔助設(shè)備，新增1臺(tái)處理能力較大的真空皮帶脫水機(jī) （每套皮帶脫水機(jī)含DI：16點(diǎn)；DO：2點(diǎn)；AI：2 點(diǎn)；AO：2點(diǎn)）。DCS 需增加如下 I/O 點(diǎn)：DI點(diǎn)25個(gè)，DO點(diǎn)14個(gè)，RTD點(diǎn)7個(gè)，相應(yīng)增加計(jì)算機(jī)及其控制電纜。

循環(huán)泵系統(tǒng)：增加就地隔膜壓力表1塊。

事故噴淋系統(tǒng)：增加電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1臺(tái)，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1臺(tái)，隔膜壓力液位計(jì)1臺(tái)。

氧化風(fēng)機(jī)系統(tǒng)：增加1臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

水箱系統(tǒng)：增加就地彈簧壓力表4塊。 壓力液位計(jì)1臺(tái)。

增加1套CEMS系統(tǒng)，對(duì)煙囪入口的煙氣進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，包括 SO2、O2、NOx、煙塵量、煙氣流量、壓力、溫度、濕度等。

3.4.5 土建部分改造

針對(duì)工藝新布置，土建需要新增部分設(shè)備基礎(chǔ)，改造石膏脫水樓、GGH支架結(jié)構(gòu)，擴(kuò)建漿液循環(huán)泵支架及需改造部分設(shè)備基礎(chǔ)，對(duì)改造的原有建（構(gòu)）筑物進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

1）新建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)。新增設(shè)備基礎(chǔ)采用大塊式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2）改造新建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)。

原有石膏脫水樓標(biāo)高9M真空皮帶層設(shè)備更換，按新布置的真空泵及真空皮帶布置，進(jìn)行核算。按核算結(jié)果對(duì)原有梁板進(jìn)行改造或加固處理等；原沒有荷載點(diǎn)的位置需新增鋼梁。原有石膏脫水樓標(biāo)高12.6M旋流器鋼平臺(tái)需要外擴(kuò)2.5M，按要求新增鋼柱等，按核算結(jié)果對(duì)原有梁板進(jìn)行改造或加固處理等。

原有GGH支架，按新的煙道布置，局部加高7.4M，需新增部分梁柱，按新荷載重新核算原GGH支架結(jié)構(gòu)，根據(jù)核算結(jié)果對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造或加固處理等。

漿液循環(huán)泵支架原為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)需要將泵支架按工藝要求外擴(kuò)5M，需要新增2個(gè)混凝土柱及相關(guān)梁、軌道等，基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)形式按原有不變，大小按計(jì)算確定。對(duì)新的吸收塔荷載，土建進(jìn)行了原有吸收塔樁基礎(chǔ)復(fù)核計(jì)算。經(jīng)核算原有吸收塔樁基礎(chǔ)滿足新荷載要求，不需要加固。

3.5 工藝方案設(shè)計(jì)改造

3.5.1 煙氣系統(tǒng)

增壓風(fēng)機(jī)：根據(jù)廠家反饋意見需要更換葉輪、電機(jī)，電機(jī)功率由原來(lái)的2 300 kW增到到2 800 kW。

GGH：GGH全部利舊，無(wú)須改造。

擋板門：擋板門全部利舊，無(wú)須改造。

煙道：由于吸收塔出入口接口高度抬高，所以連接吸收塔與GGH的煙道也要增高，故煙道量有所增加。

膨脹節(jié)：由于有拆除煙道，故吸收塔出入口煙道膨脹節(jié)需要更換。

增壓風(fēng)機(jī)檢修起吊：由于增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)增大，故須對(duì)原有檢修軌道以及檢修設(shè)施進(jìn)行更換。

3.5.2 吸收塔（SO2吸收）系統(tǒng)

1）保證吸收塔出入口煙道尺寸不變，原吸收塔整體抬高7.4M，吸收塔漿池區(qū)增加5.4M，增加一層噴淋層（2M），吸收塔漿池高度由原來(lái)的7.7M加高到13.1M，漿池容積增大到1 383M3。 從吸收塔底板往上加高，原循環(huán)泵入口、吸收塔攪拌器開孔、石膏排放泵入口等管口需要重新開孔。吸收塔基礎(chǔ)的承載能力滿足改造后要求。

2）原氧化空氣管設(shè)計(jì)為噴槍結(jié)構(gòu)，由于含硫量增加，吸收塔漿池增大，故如果繼續(xù)采用氧化噴槍形式，原氧化風(fēng)機(jī)壓力不能滿足單層攪拌器要求，故本次設(shè)計(jì)為氧化空氣管網(wǎng)式，同時(shí)氧化空氣管線進(jìn)行相應(yīng)改造。

3）除霧器：利用原有除霧器。

4）循環(huán)泵改造方案。

原最高層循環(huán)泵電機(jī)和減速機(jī)挪至原次高層循環(huán)泵位置，次高層循環(huán)泵參數(shù)可從5 400M3/h×15.2M提高到5 740M3/h×16.5M。

原次高層循環(huán)泵電機(jī)和減速機(jī)挪至原最低層循環(huán)泵位置，最低層循環(huán)泵參數(shù)可從5 400M3/h×13.2M提高到5 740M3/h×14.4M。

原最高層循環(huán)泵重新設(shè)計(jì)和采購(gòu)，參數(shù)為：流量 6 860M3/h，壓頭 23.7M；配套電機(jī) 800 kW；泵和電機(jī)基礎(chǔ)重做；循環(huán)泵進(jìn)出口管路接口局部調(diào)整，主管路不變；對(duì)應(yīng)噴淋層需重新設(shè)計(jì)采購(gòu)。

增加1層噴淋層，新增循環(huán)泵規(guī)格型號(hào)為：流量6 980M3/h，壓頭25.7M；配套電機(jī)900 kW。

（5）噴淋層該改造方案：利舊兩層噴淋層，更換原最高層噴淋層，增加1層噴淋層。

（6）氧化風(fēng)機(jī)：增加1臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，規(guī)格型號(hào)與原氧化風(fēng)機(jī)相同，最終配置為3臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，運(yùn)行模式為一運(yùn)一備。

（7）循環(huán)泵檢修起吊：由于循環(huán)泵規(guī)格型號(hào)增大，故須對(duì)原有檢修軌道以及檢修設(shè)施進(jìn)行更換。

3.5.3 石灰石漿液制備系統(tǒng)

全部利舊，設(shè)備容量可以滿足含硫量增加后系統(tǒng)所需容量要求。

3.5.4 石膏脫水系統(tǒng)

原石膏脫水系統(tǒng)處理能力為改造后石膏產(chǎn)量106%左右，余量過(guò)小，故本次可研方案對(duì)原石膏脫水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，改造后石膏脫水系統(tǒng)滿足另外2臺(tái)機(jī)組公用1套脫水系統(tǒng)的總?cè)萘?50%設(shè)計(jì)。

1）拆除原真空皮帶脫水機(jī)及其相應(yīng)輔助設(shè)備，新增1臺(tái)處理能力較大的真空皮帶脫水機(jī)。

2）拆除原石膏旋流器，新增1臺(tái)處理能力較大的石膏旋流器。

3）更換原兩臺(tái)廢水泵，廢水箱需要重新開孔。

4）原廢水旋流器不更換，加大入口壓力。

4 環(huán)境及社會(huì)效益預(yù)計(jì)

改造后，出口污染物濃度不超過(guò)150Mg/Nm3，二氧化硫排放量滿足 《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。另外，由于脫硫吸收塔的洗滌除塵作用，脫硫系統(tǒng)還可取得70%以上的除塵效果，保證煙囪出口煙塵濃度滿足《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。脫硫副產(chǎn)物石膏純度可達(dá)90%以上，具有綜合利用價(jià)值。脫硫廢水產(chǎn)生總量為11 t/h，廢水中的主要污染因子為鹽類、重金屬、水中懸浮物SS等，經(jīng)過(guò)廢水處理系統(tǒng)處理后各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)要求的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［5］。