330MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)串塔技術(shù)改造

程立華,張立權(quán),李付寧（河北建投宣化熱電有限責(zé)任公司,河北　宣化　075100）

330MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)串塔技術(shù)改造

程立華,張立權(quán),李付寧
（河北建投宣化熱電有限責(zé)任公司,河北宣化075100）

2014年10月河北省環(huán)保廳根據(jù)張家口地區(qū)申奧工作需要下發(fā)了新的環(huán)保要求：2015年11月1日前，張家口地區(qū)燃煤電廠煙氣排放SO2濃度必須達(dá)到35mg/Nm3以下排放要求。由于環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)提高，宣化熱電原有脫硫系統(tǒng)已不能滿足國(guó)家新的環(huán)保規(guī)范要求。本著對(duì)企業(yè)、社會(huì)負(fù)責(zé)的態(tài)度，公司根據(jù)自身具體情況，采用了串聯(lián)吸收塔運(yùn)行的脫硫系統(tǒng)增容改造方式。脫硫增容改造后，兩臺(tái)機(jī)組SO2年排放量減少2000t左右，能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益。

SO2排放；串聯(lián)吸收塔；提效改造

1　前言

2014年國(guó)家環(huán)保部下發(fā)了《京津冀及周邊地區(qū)電力鋼鐵水泥平板玻璃行業(yè)2014年大氣污染治理整治方案》，省政府下發(fā)了環(huán)保廳副廳長(zhǎng)《在全省電力企業(yè)污染減排暨大氣治理工作會(huì)上的講話》，河北建投能源公司下發(fā)了建投能源字＜2014＞122號(hào)《關(guān)于大氣污染物特別排放限值達(dá)標(biāo)改造工作的通知》，冀北電網(wǎng)5月28日要求火電企業(yè)上報(bào)改造環(huán)保設(shè)施計(jì)劃，并再次明確各火電企業(yè)在今年完成環(huán)保設(shè)施改造工作。

宣化熱電有限責(zé)任公司當(dāng)前入爐煤硫份在1.5%以下，F(xiàn)GD進(jìn)口SO2濃度在3500mg/Nm3左右，在設(shè)計(jì)脫硫效率95%的情況下，煙氣排放SO2濃度在200mg/Nm3左右。不能滿足國(guó)家重點(diǎn)區(qū)域煙氣SO2排放規(guī)定的35mg/Nm3的要求，因此，必須對(duì)原有的脫硫裝置進(jìn)行增容改造，以滿足煙氣SO2環(huán)保排放限值要求。

2　系統(tǒng)改造前狀況

河北建投宣化熱電有限責(zé)任公司共裝設(shè)兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)（2×330MW）供熱機(jī)組，每臺(tái)鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1100t/h。兩臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)分別于2010年1月及5月通過(guò)168小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)，脫硫系統(tǒng)采用石灰石—石膏濕式煙氣脫硫工藝，脫硫裝置采用一爐一塔：煙氣先經(jīng)過(guò)靜電除塵器再進(jìn)入脫硫系統(tǒng)后排入大氣。脫硫場(chǎng)地位于煙囪后。脫硫系統(tǒng)不設(shè)GGH，單獨(dú)設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)，采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，副產(chǎn)物為石膏。在設(shè)計(jì)條件下，全煙氣脫硫效率不小于95%。公用系統(tǒng)均按2臺(tái)機(jī)組容量建設(shè)。

3　脫硫系統(tǒng)改造方案選擇

石灰石一石膏濕法脫硫系統(tǒng)提高脫硫效率關(guān)鍵是增加吸收塔的脫硫出力。經(jīng)調(diào)研，國(guó)內(nèi)火電廠脫硫系統(tǒng)改造方式主要有加高吸收塔增加噴淋層，改造后運(yùn)行效果良好。根據(jù)宣化熱電實(shí)際情況，原有吸收塔直徑偏小，煙氣流速過(guò)高，改造無(wú)法擴(kuò)大吸收塔直徑，高效脫硫99%難以保證；原有吸收塔漿池容積偏小，若要滿足99%的脫硫效率需要抬高8米，噴淋層需要抬高6米，總高抬高太多，施工難度大；漿池容積、臨時(shí)煙囪等增加使吸收塔荷載增加太多，導(dǎo)致吸收塔原有基礎(chǔ)需要加固，基礎(chǔ)加固和養(yǎng)護(hù)工期長(zhǎng)，導(dǎo)致整個(gè)停爐時(shí)間加長(zhǎng)。

經(jīng)過(guò)調(diào)研及技術(shù)論證，宣化熱電決定在原吸收塔旁新建三層噴淋層的二級(jí)吸收塔。該吸收塔與一級(jí)吸收塔結(jié)構(gòu)、功能完全相同。鍋爐煙氣進(jìn)入一級(jí)吸收塔后脫除部分SO2，再進(jìn)入新建吸收塔(二級(jí)塔)，這一方式由于是2個(gè)吸收塔串聯(lián)運(yùn)行，也稱為串聯(lián)塔改造方式。串聯(lián)改造與增加吸收塔高度、增加噴淋層與提高吸收塔脫硫能力原理完全相同。

宣化熱電2×330MW機(jī)組脫硫增效項(xiàng)目改造后，單臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)入口煙氣量334.6m3/s（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2），原煙氣SO2濃度按3500mg/Nm3（標(biāo)態(tài)、干基，6%O2）設(shè)計(jì)，脫硫系統(tǒng)出口（煙囪入口）SO2排放濃度不大于35mg/Nm3（標(biāo)態(tài)、干基，6%O2），系統(tǒng)脫硫效率不低于99%。

脫硫系統(tǒng)串塔改造主要內(nèi)容有：

3.1吸收系統(tǒng)改造

每臺(tái)機(jī)組新建一座吸收塔作為二級(jí)吸收塔，與原有吸收塔形成串聯(lián)雙塔，采用雙塔雙循環(huán)工藝進(jìn)行控制。

（1）新建吸收塔按照逆流噴淋空塔設(shè)計(jì)：新建吸收塔設(shè)置至少三層噴淋層及對(duì)應(yīng)的漿液循環(huán)泵和三層提效環(huán)；新建吸收塔設(shè)置至少兩臺(tái)單級(jí)離心式氧化風(fēng)機(jī)，布置管網(wǎng)式氧化風(fēng)管；每座新建吸收塔設(shè)置4臺(tái)側(cè)進(jìn)式攪拌器；新建吸收塔設(shè)置兩臺(tái)石膏排出泵；新建吸收塔設(shè)置兩級(jí)屋脊式除霧器+一級(jí)管式除霧器。

（2）對(duì)原塔進(jìn)行改造：對(duì)原有塔內(nèi)的三層噴淋層及配套的漿液循環(huán)泵進(jìn)行更換。

3.2煙氣系統(tǒng)改造

本次改造取消增壓風(fēng)機(jī)，實(shí)行引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)合二為一配置，同時(shí)結(jié)合濕式除塵器改造，統(tǒng)一考慮引風(fēng)機(jī)改造方案。吸收塔進(jìn)出口煙道凈煙道、原煙道進(jìn)行相應(yīng)的挪移改造及加固處理。

3.3吸收劑制備及輸送系統(tǒng)改造

利舊原石灰石粉貯倉(cāng)及石灰石漿液箱，對(duì)原供漿管道進(jìn)行優(yōu)化改造，為新建吸收塔設(shè)置供漿管道，供漿管道實(shí)行單元制配置；每套機(jī)組供漿管道設(shè)置兩臺(tái)石灰石漿液泵，一用一備配置。

3.4石膏脫水系統(tǒng)改造

本次改造按照全部更換原有石膏脫水設(shè)備。更換原有兩臺(tái)石膏旋流器和真空皮帶脫水機(jī)及附屬設(shè)備，即皮帶脫水機(jī)濾布沖洗水箱、濾布沖洗水泵、真空泵、及相應(yīng)管道、閥門(mén)及附件。

3.5廢水系統(tǒng)改造

本次改造需對(duì)脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、改造；改造后廢水處理系統(tǒng)滿足全廠兩臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)增容改造后廢水處理凈化及與本改造同步進(jìn)行的增設(shè)濕式電除塵器改造產(chǎn)生的廢水處理凈化的要求。對(duì)原不滿足使用、運(yùn)行要求的設(shè)備進(jìn)行更換，其余設(shè)備進(jìn)行維護(hù)性檢修，同時(shí)進(jìn)行設(shè)備系統(tǒng)調(diào)試。

3.6工藝水系統(tǒng)改造

核算原工藝水箱容積滿足工藝要求，利舊，同時(shí)，工藝水泵新增一臺(tái)，整個(gè)系統(tǒng)二運(yùn)一備、除霧器沖洗水泵設(shè)備利舊。

3.7排空系統(tǒng)改造

本次改造考慮到脫硫系統(tǒng)的檢修及啟動(dòng)，脫硫漿液應(yīng)滿足一級(jí)吸收塔、二級(jí)吸收塔排至事故漿液箱內(nèi)，事故漿液箱增高5米。

3.8電氣系統(tǒng)改造

根據(jù)工藝系統(tǒng)改造方案，核算改造后新增電氣容量，并根據(jù)現(xiàn)有電氣系統(tǒng)負(fù)荷情況，提出電氣系統(tǒng)改造方案。新的電氣改造方案應(yīng)確保脫硫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行安全可靠。

3.9控制系統(tǒng)改造

系統(tǒng)改造后新增部分的I/O信號(hào)納入原有的脫硫DCS，構(gòu)成原有脫硫DCS的一部分。脫硫新增控制系統(tǒng)的選型采用與原有脫硫DCS相同的軟、硬件。改造后整個(gè)脫硫系統(tǒng)采用集中控制方式，脫硫分散控制系統(tǒng)FGD_DCS按照功能分散和物理分散相結(jié)合的原則設(shè)計(jì)。

考慮到取消旁路后脫硫系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，將重要的測(cè)點(diǎn)改為冗余配置，并根據(jù)工藝要求對(duì)現(xiàn)有的脫硫控制邏輯做出修改，并對(duì)SIS系統(tǒng)組態(tài)進(jìn)行相應(yīng)改造；新增設(shè)備的監(jiān)控和遠(yuǎn)操通過(guò)完善后的DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)GD_DCS與主機(jī)DCS中需要通訊的重要信號(hào)應(yīng)通過(guò)硬接線實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸；將脫硫系統(tǒng)重要設(shè)備狀態(tài)信號(hào)引入主機(jī)控制系統(tǒng)，以便于主機(jī)運(yùn)行人員實(shí)時(shí)監(jiān)視。

4　串聯(lián)塔運(yùn)行中的問(wèn)題

串聯(lián)塔脫硫效率高，但設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)，也會(huì)遇到一些問(wèn)題：

4.1吸收塔液位的控制

吸收塔補(bǔ)充水主要靠除霧器沖洗水，煙氣流經(jīng)二級(jí)吸收塔時(shí)，又有大量的水帶入二級(jí)吸收塔，造成二級(jí)吸收塔內(nèi)的水超量。為了保證一級(jí)塔和二級(jí)塔系統(tǒng)水平衡，新增1臺(tái)平衡旋流器，二級(jí)塔石膏排出泵打到旋流器，溢流通過(guò)自流進(jìn)入一級(jí)塔。

4.2煙氣阻力問(wèn)題

由于增容改造后FGD吸收塔及煙道系統(tǒng)阻力增加3100Pa左右，同時(shí)考慮將來(lái)濕式除塵器改造阻力500Pa，改造后總阻力增加3600Pa左右，將原引風(fēng)機(jī)進(jìn)行增容更換，不單獨(dú)設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)采用動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，能保證煙氣負(fù)荷50%～100%范圍變化時(shí)，仍能保證較高的效率運(yùn)行。

4.3循環(huán)液氣比、循環(huán)停留時(shí)間、煙氣流速

一級(jí)塔設(shè)計(jì)效率為95%，循環(huán)液氣比為：16.1L/Nm3，該值是充分考慮了循環(huán)停留時(shí)間4.0min，煙氣流速為3.8m/s，PH值為5.6，鈣硫比1.03，氯離子排放濃度為20000ppm，噴淋層噴嘴的布置，并結(jié)合了原吸收塔的結(jié)構(gòu)和流場(chǎng)模擬。

二級(jí)塔設(shè)計(jì)效率為93.0%，循環(huán)液氣比為：10.8L/Nm3，該值是充分考慮了循環(huán)停留時(shí)間4min，煙氣流速為4m/s，PH值為5.2，鈣硫比1.03，氯離子排放濃度為20000ppm，噴淋層噴嘴的布置。二級(jí)塔設(shè)計(jì)當(dāng)中同時(shí)考慮到一級(jí)塔脫除的SO2總量高，二級(jí)塔漿池設(shè)計(jì)固體停留時(shí)間為126h，遠(yuǎn)高于常規(guī)設(shè)計(jì)的15h。

將一級(jí)塔和二級(jí)塔作為整個(gè)系統(tǒng)來(lái)考慮，石膏排漿從二級(jí)塔外排，這樣既可以增加一級(jí)塔的固體停留時(shí)間，充分保證了整個(gè)脫硫系統(tǒng)的石膏品質(zhì)，同時(shí)二級(jí)塔的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)，節(jié)能效果更好。

5　串聯(lián)吸收塔與增高吸收塔改造情況比較

國(guó)內(nèi)不少火電廠脫硫系統(tǒng)的增容改造是采用增高吸收塔、增加噴淋層的方式。在噴淋層數(shù)量相同的情況下，用2個(gè)吸收塔串聯(lián)運(yùn)行與增高吸收塔高度、增加噴淋層所提高的脫硫能力基本相同，根據(jù)調(diào)研及宣化電廠實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，這兩種方式均有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，主要比較見(jiàn)下表。

串聯(lián)2個(gè)吸收塔與增高吸收塔方式優(yōu)缺點(diǎn)比較表

6　脫硫系統(tǒng)改造后的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益

6.1SO2排放量

本次改造設(shè)計(jì)煤種按原煙氣中SO2濃度3500mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）設(shè)計(jì)，脫硫系統(tǒng)出口SO2濃度按35mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）設(shè)計(jì)，系統(tǒng)脫硫效率為99%。

2×330MW機(jī)組脫硫裝置經(jīng)技術(shù)擴(kuò)容提效改造后其每年可形成SO2減排能力45496噸，對(duì)大氣環(huán)境的改善極為有利，有良好的社會(huì)效益。同時(shí)由于脫硫裝置對(duì)煤種的適應(yīng)能力有所提高，避免了SO2超標(biāo)排放面臨的環(huán)保罰款風(fēng)險(xiǎn)。

6.2脫硫石膏產(chǎn)量增加

脫硫系統(tǒng)擴(kuò)容提效改造后，石膏產(chǎn)量由原來(lái)的15t/h增加到28t/h，每年石膏增加357.5萬(wàn)元(按機(jī)組利用小時(shí)5500小時(shí)，石膏價(jià)50元/t)。

7　結(jié)論

由于燃料等因素的變化，入爐煤硫份在1.5%左右，現(xiàn)FGD進(jìn)口SO2濃度在3500mg/Nm3左右，在設(shè)計(jì)脫硫效率95%的情況下，排放SO2濃度在200mg/Nm3左右，不能滿足目前環(huán)保排放要求35mg/Nm3的要求。通過(guò)串塔方式的脫硫提效改造，增加了脫硫效率，滿足上級(jí)環(huán)保排放限值要求。