取消旁路后濕法脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案探討

韋 飛，惠潤(rùn)堂，楊愛勇

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210031)

1 現(xiàn)有火電機(jī)組脫硫狀況

濕法煙氣脫硫技術(shù)在現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用最為廣泛，占脫硫總裝機(jī)容量的85%左右，而其中石灰石－石膏濕法脫硫工藝是目前世界上較成熟、運(yùn)行狀況較穩(wěn)定的脫硫技術(shù)。據(jù)調(diào)查研究，截止到2012年9月底，某發(fā)電集團(tuán)公司采用石灰石－石膏濕法脫硫技術(shù)的機(jī)組占火電機(jī)組總?cè)萘?4.1%。

近年來，在我國(guó)電煤供需矛盾突出的情況下，部分電煤質(zhì)量下降嚴(yán)重，一些電廠實(shí)際燃用煤種已與原設(shè)計(jì)煤種有較大差異。據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，有部分濕法脫硫裝置不能正常運(yùn)行，投運(yùn)率較低。

2 環(huán)保政策的新要求

目前濕法脫硫裝置中出于脫硫系統(tǒng)故障時(shí)保護(hù)主機(jī)設(shè)備及不停機(jī)檢修維護(hù)脫硫系統(tǒng)的考慮，設(shè)有旁路煙道系統(tǒng)，包括旁路煙道、旁路擋板門及密封裝置等。但根據(jù)環(huán)保部2010年6月17日下發(fā)通知《關(guān)于火電企業(yè)脫硫設(shè)施旁路煙道擋板實(shí)施鉛封的通知》(環(huán)辦［2010］91號(hào))要求:“各級(jí)環(huán)保部門和各電力集團(tuán)公司要積極鼓勵(lì)火電企業(yè)逐步拆除已建脫硫設(shè)施的旁路煙道，……。對(duì)暫時(shí)保留旁路煙道的，所有旁路擋板必須實(shí)行鉛封。旁路擋板鉛封后，各火電企業(yè)不得擅自啟封。要求所有新建燃煤機(jī)組不得設(shè)置脫硫旁路煙道”。其中根據(jù)江蘇省環(huán)保廳(蘇環(huán)函［2010］247號(hào)文)的通知及指示精神，要求燃煤電力企業(yè)應(yīng)在2013年前完成煙氣旁路拆除工作。因此，燃煤電廠脫硫系統(tǒng)旁路煙道的取消工作勢(shì)在必行。

3 取消旁路煙道對(duì)脫硫裝置的影響

取消煙氣旁路煙道后，鍋爐、電除塵器、引風(fēng)機(jī)和脫硫裝置成為串聯(lián)的系統(tǒng)。脫硫裝置必須與主機(jī)設(shè)備按照同樣的標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行運(yùn)行和維護(hù)，才能保證全廠生產(chǎn)設(shè)備的利用率和發(fā)電小時(shí)數(shù)。由于取消旁路煙道后對(duì)脫硫裝置的運(yùn)行可靠性要求更高，因此，脫硫裝置的設(shè)備性能、關(guān)鍵設(shè)備的備用等方面要求進(jìn)一步完善，以保證脫硫裝置能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。從運(yùn)行來看，取消旁路煙道將脫硫裝置和主機(jī)鍋爐、除塵器形成串聯(lián)的系統(tǒng)，簡(jiǎn)化環(huán)境監(jiān)控的難度，同時(shí)也強(qiáng)制電廠將脫硫裝置的運(yùn)行水平提升到和主機(jī)組同樣的水平，運(yùn)行過程中需將脫硫信號(hào)傳遞至主機(jī)控制。

在管理方面，將脫硫裝置納入主設(shè)備的管理范疇，使脫硫系統(tǒng)的管理水平與主機(jī)組一致。同時(shí)電廠燃料部門應(yīng)加強(qiáng)燃煤硫分的控制，使入爐煤硫分在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，確保脫硫裝置的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

4 取消旁路煙道設(shè)計(jì)時(shí)注意的幾個(gè)問題

山西某電廠脫硫裝置是一套較高硫分及較高脫硫效率的石灰石－石膏濕法脫硫裝置，以下結(jié)合該項(xiàng)目在無旁路脫硫裝置的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)提高脫硫運(yùn)行可靠性方面所采取的措施，探討提高無旁路脫硫塔可靠性的方法。

山西某2×135 MW 機(jī)組煙氣脫硫裝置改造項(xiàng)目，設(shè)計(jì)燃煤硫分2.0%，校核燃煤硫分2.4%，F(xiàn)GD入口SO2濃度按5804 mg/m3。采用一爐一塔方案，F(xiàn)GD 出口SO2濃度不超過200 mg/m3，脫硫效率97%。煙氣脫硫系統(tǒng)不設(shè)置GGH，引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并設(shè)置，根據(jù)環(huán)保要求取消旁路系統(tǒng)。

常規(guī)石灰石－石膏法脫硫工藝技術(shù)脫硫效率基本為95%左右，要實(shí)現(xiàn)97%的脫硫效率則要求較高的液氣比等設(shè)計(jì)參數(shù)，由于取消旁路煙道，勢(shì)必要提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性，保證脫硫投運(yùn)率，以滿足主機(jī)運(yùn)行要求。

4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

4.1.1 液氣比的選擇

液氣比L/G 是脫硫設(shè)計(jì)中決定脫硫效率的最重要參數(shù)之一，液氣比L/G 增加時(shí)，漿液比表面積增加，吸收SO2的堿度也增加，增強(qiáng)了氣液傳質(zhì)能力。因此，對(duì)于較高含硫量、要求較高脫硫效率的吸收塔設(shè)計(jì)，要提高吸收塔的脫硫效率，提高液氣比是一個(gè)重要的技術(shù)手段。

但漿液液氣比并不可能無限制的提升，液氣比超過一定值之后，脫硫效率的提升將很緩慢，根據(jù)本工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在相同燃煤硫分下，脫硫效率由95%提高到96%，液氣比需增加約8%;而脫硫效率由95%提高到97%時(shí)，液氣比需增加約20%。同時(shí)提高液氣比意味著增大漿液循環(huán)的流量，從而增加了設(shè)備的投資和能耗，同時(shí)增大吸收塔內(nèi)的壓力損失，增加了風(fēng)機(jī)的能耗。從綜合性價(jià)比方面來看，應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際情況綜合考慮硫分及脫硫效率選取最佳的液氣比。

4.1.2 吸收塔設(shè)計(jì)選項(xiàng)

吸收塔的設(shè)計(jì)是整個(gè)脫硫工程設(shè)計(jì)的核心，吸收塔設(shè)計(jì)中對(duì)脫硫效率影響較大的技術(shù)指標(biāo)有氧化停留時(shí)間、固體停留時(shí)間及霧化停留時(shí)間等，設(shè)計(jì)中對(duì)于以上關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)均留有一定裕度。

氧化停留時(shí)間決定著漿液池的容積，漿液池的容積關(guān)系到石灰石的溶解、亞硫酸鈣的氧化以及石膏的結(jié)晶，一般氧化停留時(shí)間選擇為4～6 min。

吸收塔霧化區(qū)高度一方面決定了煙氣與吸收劑的接觸時(shí)間，另一方面也決定了吸收反應(yīng)區(qū)的霧滴停留時(shí)間，這兩個(gè)時(shí)間都對(duì)脫硫效率有著重要的影響，一般霧化區(qū)高度為5～15 m。

改造工程設(shè)計(jì)中，適當(dāng)放大氧化停留時(shí)間，保證吸收塔漿液池容積，滿足溶解、氧化以及結(jié)晶的時(shí)間要求;同時(shí)適當(dāng)增加的吸收塔霧化區(qū)高度以滿足煙氣停留接觸以及霧滴停留時(shí)間要求，從而從根本上保證脫硫裝置對(duì)脫硫效率的要求，滿足脫硫系統(tǒng)投運(yùn)率要求。

4.1.3 公用系統(tǒng)的選擇

(1)吸收劑供應(yīng)。為了保證石灰石吸收劑的供應(yīng)，結(jié)合工程場(chǎng)地條件，脫硫工程設(shè)計(jì)采用外購(gòu)石灰石粉制漿，同時(shí)適當(dāng)放大石灰石粉倉的儲(chǔ)存時(shí)間，由3d 增加為5d;以增強(qiáng)供漿系統(tǒng)對(duì)較高燃煤硫份系統(tǒng)的適應(yīng)性及石灰石粉市場(chǎng)供應(yīng)的適應(yīng)性，增加脫硫裝置運(yùn)行的可靠性。同時(shí)，設(shè)置2 套石灰石漿液箱，通過聯(lián)通管道實(shí)現(xiàn)互為備用;保證每臺(tái)機(jī)組的2 臺(tái)供漿泵分別連接2 個(gè)石灰石漿液箱，保證供漿系統(tǒng)的互為備用。通過上述設(shè)置提高了吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)的可靠性。

設(shè)計(jì)時(shí)要求石灰石粉粒的細(xì)度必須要滿足要求(325 目＞90%)，同時(shí)反應(yīng)活性滿足要求以增加脫硫裝置的運(yùn)行工況的適應(yīng)性及可靠性。

(2)石膏脫水。石膏脫水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力按照要求出力的200%設(shè)計(jì)，提高其備用性，即配置2 臺(tái)石膏脫水皮帶機(jī)，單臺(tái)皮帶機(jī)出力能夠滿足2 臺(tái)機(jī)組運(yùn)行要求。排出漿液通過石膏漿液排出泵送入石膏旋流器，通過旋流器分離后濃縮的大石膏顆粒石膏漿液從旋流器的下流口排出，自流至真空皮帶機(jī)。脫水石膏堆積在石膏庫中，用裝載車裝車后運(yùn)走。

為提高脫水系統(tǒng)的可靠性，本工程設(shè)計(jì)中通過石膏旋流器底流分配箱實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)皮帶脫水機(jī)互通，互為備用。

(3)氧化空氣。FGD 裝置設(shè)計(jì)1 套氧化空氣系統(tǒng)，空氣通過氧化風(fēng)機(jī)升壓進(jìn)入吸收塔氧化空氣噴槍，通過吸收塔攪拌機(jī)的破碎攪拌均勻的將氧化空氣分布在吸收塔漿液池上部，將亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣。為保證高硫分的氧化效率，設(shè)計(jì)中采用較高的氧化空氣倍率。由于氧化空氣倍率的提高，氧化空氣量增加較多，設(shè)計(jì)中采用較大轉(zhuǎn)動(dòng)葉片及功率的攪拌器，分散破碎氧化空氣，才能使得漿液的氧化效果提高。

4.2 提高裝置可靠性

4.2.1 設(shè)備配置

(1)漿液循環(huán)泵配置。根據(jù)工程實(shí)際情況，噴淋層設(shè)計(jì)可以采用2 種方案:方案A 是采用3 臺(tái)循環(huán)泵，泵容量5500 m3/h;方案B 是采用4 臺(tái)循環(huán)泵，泵容量4200 m3/h。

通過比較，方案A 造價(jià)略低，維護(hù)工作量略少;方案B 運(yùn)行調(diào)整較靈活，尤其是對(duì)較高燃煤硫分波動(dòng)變化的適應(yīng)性較強(qiáng)，同時(shí)4 臺(tái)漿液循環(huán)泵起到互為備用的作用，提高運(yùn)行可靠性。因此，塔內(nèi)布置4層霧化噴淋層，分配裝置采用變徑管設(shè)計(jì)，保證噴淋液的均勻分布。噴嘴采用碳化硅或陶瓷材料制作。

(2)地坑泵配置。吸收塔地坑通常設(shè)計(jì)為1 臺(tái)地坑泵，但是根據(jù)運(yùn)行情況分析，吸收塔地坑泵的故障率較高，影響脫硫系統(tǒng)運(yùn)行。本工程設(shè)計(jì)中使用單塔2 臺(tái)地坑泵，一用一備，提高備用系數(shù)，保證脫硫裝置運(yùn)行的可靠性。

4.2.2 部分材料選擇

本工程由于不設(shè)置GGH，吸收塔入口煙溫較高，因此吸收塔入口煙道干濕界面處加強(qiáng)防腐，采用碳鋼貼襯2 mm 厚的C276 合金鋼板的防腐措施。

吸收塔為鋼體結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面采用碳鋼襯橡膠等防腐耐磨處理，以增強(qiáng)吸收塔塔壁的耐磨耐腐蝕性能，防止防腐層脫落及塔壁磨損穿孔等。

4.3 增設(shè)事故煙氣降溫系統(tǒng)

無煙氣旁路脫硫裝置使得脫硫系統(tǒng)成了鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的一部分，考慮到鍋爐在啟動(dòng)及低負(fù)荷穩(wěn)燃運(yùn)行時(shí)的煙氣溫度、煙氣成分等特征，同時(shí)為確保吸收塔內(nèi)件的安全，不受高溫?zé)煔鉀_擊損壞，脫硫系統(tǒng)必須增設(shè)事故煙氣冷卻系統(tǒng)，選取消防水及工藝水兩路水源作為事故冷卻水源，以保證水源供應(yīng)穩(wěn)定。

本工程中在吸收塔入口段煙道上增設(shè)事故噴淋水系統(tǒng)，設(shè)置兩級(jí)噴嘴。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置事故噴淋水箱，布置在吸收塔鋼平臺(tái)上，水箱的水源分為兩路，一路來至工藝水系統(tǒng)，一路來至消防水系統(tǒng)。

設(shè)置事故煙氣冷卻系統(tǒng)一方面能夠保護(hù)吸收塔內(nèi)件及防腐，特別是在循環(huán)泵全部故障停運(yùn)、FGD斷電的情況下確保塔內(nèi)噴淋層、除霧器、防腐材料的安全。另一方面在鍋爐投油啟動(dòng)或低負(fù)荷投油穩(wěn)燃過程中，事故噴淋系統(tǒng)能夠?qū)臀鄣母邷責(zé)煔膺M(jìn)行預(yù)洗滌，達(dá)到消除油污對(duì)漿液品質(zhì)的污染隱患，保證脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行。

5 結(jié)語

國(guó)家環(huán)保部已作出明確要求，取消旁路煙道勢(shì)在必行。因此取消旁路煙道，需要進(jìn)一步優(yōu)化脫硫裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)，在設(shè)計(jì)中修正不能滿足系統(tǒng)要求或不合理的參數(shù)，完善設(shè)備的配置保證足夠的余量，同時(shí)要提高材質(zhì)等級(jí)以保證設(shè)備的質(zhì)量，從而保證設(shè)備的投運(yùn)率，進(jìn)而提高脫硫裝置的投運(yùn)率，實(shí)現(xiàn)電廠主發(fā)電機(jī)組能夠長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。同樣，取消旁路煙道后在脫硫工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備配置方面需要相應(yīng)增加部分設(shè)備費(fèi)用等。

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