徐斌，陶愛平，柳曉蕾

(中國華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100035)

0 引言

某電廠#3，#4機(jī)組為2×600 MW引進(jìn)型國產(chǎn)亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，分別于1997年和1999年建成投產(chǎn)。2009年8月開工增設(shè)脫硫裝置，采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫(FGD)工藝，一爐一塔配置。脫硫裝置設(shè)計(jì)煤種硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.28%(FGD入口SO2質(zhì)量濃度按照640 mg/m3設(shè)計(jì))，脫硫效率不低于95%。2010年12月底，#4機(jī)組脫硫系統(tǒng)及公用系統(tǒng)完成168 h試運(yùn)行，隨后通過性能驗(yàn)收試驗(yàn)。

1 改造前系統(tǒng)存在的問題

近幾年，全國煤炭供不應(yīng)求的形勢使得電廠難以按照原有設(shè)計(jì)煤種運(yùn)行，機(jī)組實(shí)際燃煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較大?，F(xiàn)入爐煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)已從設(shè)計(jì)值的0.28%變化到實(shí)際的0.89%，造成FGD入口SO2質(zhì)量濃度高達(dá)2480mg/m3，已嚴(yán)重超過原設(shè)計(jì)值。從#4機(jī)組脫硫系統(tǒng)已投運(yùn)半年來的情況看，脫硫系統(tǒng)要適應(yīng)實(shí)際高硫分燃煤，主要存在以下問題:

(1)#4吸收塔在保證pH值穩(wěn)定的情況下，機(jī)組鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況下脫硫效率僅能維持在80% ～90%，出口二氧化硫質(zhì)量濃度在240～480 mg/m3，無法保證達(dá)標(biāo)排放。

(2)在機(jī)組達(dá)到90%額定負(fù)荷以上時(shí)，吸收劑在最大供給出力情況下，#4吸收塔的pH值無法保證穩(wěn)定在設(shè)計(jì)范圍;為了保證吸收塔的pH值穩(wěn)定，現(xiàn)場采取了臨時(shí)措施，即2套濕式球磨機(jī)均運(yùn)行并將石灰石漿液輸送到事故漿液箱，利用事故漿液返回泵給吸收塔供漿。

(3)原設(shè)計(jì)脫水機(jī)的出力為系統(tǒng)需要出力的1.5倍;來自塔的石膏漿液量大，已超出真空皮帶脫水機(jī)的處理能力，處理后的石膏含水量較大，影響綜合利用。

從#4機(jī)組脫硫系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況可以看出，現(xiàn)在使用的脫硫系統(tǒng)已無法滿足實(shí)際燃用煤質(zhì)的需求，必須進(jìn)行增容改造。

2 原脫硫系統(tǒng)介紹和改造技術(shù)方案

2.1 原脫硫系統(tǒng)

2.1.1 原脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

(1)采用FGD工藝，一爐一塔配置。

(2)脫硫裝置能在設(shè)計(jì)煤種工況下最大和最小污染物濃度之間的任何值下運(yùn)行。燃用設(shè)計(jì)煤種，BMCR工況下FGD入口SO2質(zhì)量濃度為640 mg/m3(干基，6%氧)時(shí)，脫硫效率不低于95%。

(3)脫硫裝置可用率不小于95%。

(4)脫硫系統(tǒng)設(shè)置煙氣旁路，不設(shè)煙氣換熱器(GGH)。

(5)脫硫系統(tǒng)采用引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并方式，無脫硫增壓風(fēng)機(jī)。

(6)脫硫劑采用外購石灰石塊(粒徑小于20 mm)，廠內(nèi)設(shè)置石灰石濕式球磨機(jī)系統(tǒng)，成品漿液細(xì)度為32 μm(325 目，90%通過率)。

(7)脫硫副產(chǎn)品石膏經(jīng)真空皮帶脫水機(jī)脫水后直接落入石膏庫。

(8)脫硫裝置煙道采用鋼煙道。該工程需對水平煙道與煙囪接口進(jìn)行改造，設(shè)置與脫硫煙氣系統(tǒng)的接口，安裝旁路擋板門。

主要脫硫系統(tǒng)設(shè)備選型情況見表1。

2.1.2 布置方案

原主機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)未預(yù)留脫硫裝置布置場地，故加裝脫硫裝置時(shí)需拆除煙囪后的部分建筑物。#3和#4機(jī)組分別獨(dú)立設(shè)置2座高210 m鋼筋混凝土直管煙囪，出口直徑為7 m。該期工程#3吸收塔系統(tǒng)和煙氣系統(tǒng)布置在煙囪北側(cè)、除灰供水泵房的南側(cè)。#4吸收塔系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)及公用系統(tǒng)等布置在#4機(jī)組煙囪北側(cè)、#4冷卻塔的西側(cè)、冷卻塔聯(lián)絡(luò)溝的南側(cè)，緊鄰南北向運(yùn)灰通道。在#3吸收塔系統(tǒng)和公用系統(tǒng)之間設(shè)有脫硫架空綜合管架，主要敷設(shè)聯(lián)絡(luò)管道和電纜橋架等。脫硫島用地面積約5320 m2，脫硫系統(tǒng)鳥瞰圖如圖1所示。

表1 原設(shè)計(jì)脫硫系統(tǒng)主要設(shè)備選型

2.1.3 項(xiàng)目進(jìn)度情況

該項(xiàng)目#4機(jī)組脫硫系統(tǒng)和脫硫公用系統(tǒng)(含石灰石卸料和漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、水系統(tǒng)等)已于2010年年底建成投產(chǎn)，#3機(jī)組脫硫系統(tǒng)的土建基礎(chǔ)部分已完成施工(地基處理為樁基)且主要工藝設(shè)備已到現(xiàn)場。現(xiàn)場主要設(shè)施情況:脫硫綜合樓如圖2所示，#4吸收塔如圖3所示，真空皮帶脫水機(jī)如圖4所示，石灰石濕式球磨機(jī)系統(tǒng)如圖5所示，脫硫廢水處理系統(tǒng)如圖6所示，#3機(jī)組新建脫硫煙道支架如圖7所示，#3機(jī)組吸收塔和循環(huán)泵房基礎(chǔ)如圖8所示。

圖1 脫硫系統(tǒng)布置鳥瞰圖

圖2 脫硫綜合樓

2.2 改造方案的確定

#3機(jī)組脫硫系統(tǒng)和公用系統(tǒng)的改造原則:充分利用已有場地條件，盡量減少占地面積;因#3機(jī)組脫硫土建部分地基處理已完成，主要建筑物結(jié)構(gòu)已出0 m，故要盡量利用已完工基礎(chǔ);因#3機(jī)組的主要設(shè)備已到現(xiàn)場，故要盡量利用已訂貨設(shè)備。依據(jù)以上原則，確定了技術(shù)方案。

(1)#3機(jī)組脫硫煙氣系統(tǒng)保持原有配置:無煙氣換熱器(GGH)，無脫硫增壓風(fēng)機(jī)，有100%脫硫煙氣旁路。

(2)吸收塔系統(tǒng):為滿足硫分增加的要求，增加吸收塔漿池容積，噴淋層由3層增加到4層。

(3)公用系統(tǒng)能力:按照2臺(tái)機(jī)組同時(shí)燃用硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.89%的煤、脫硫效率為95%時(shí)石灰石消耗量、石膏產(chǎn)生量進(jìn)行增容設(shè)計(jì)。

(4)石灰石供漿系統(tǒng)在原有濕式球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)基礎(chǔ)上，考慮外購石灰石粉進(jìn)行補(bǔ)充，石灰石粉細(xì)度為32 μm(325目，90%通過率)，相應(yīng)增加1套石灰石粉儲(chǔ)存及制漿系統(tǒng)。

(5)石膏處理系統(tǒng)考慮改造原有旋流器并增設(shè)1套真空皮帶脫水機(jī)。

新舊數(shù)據(jù)對比見表2，由表2可以看出:

(1)FGD入口SO2質(zhì)量濃度增加至原設(shè)計(jì)值的3.875 倍。

(2)吸收塔系統(tǒng)。吸收塔的總高度需增加4.8 m;漿池容積增加556 m3;氧化噴槍需調(diào)整，需增加1層原參數(shù)的噴淋層。

(3)煙氣系統(tǒng)。因吸收塔的進(jìn)、出口標(biāo)高調(diào)整，需調(diào)整相關(guān)接口煙道的布置。

(4)脫水系統(tǒng)改造方案?，F(xiàn)有2臺(tái)皮帶脫水機(jī)供#4機(jī)組硫分增加后脫硫使用;新增1臺(tái)皮帶脫水機(jī)供#3機(jī)組使用，新增脫水機(jī)出力按照#3機(jī)組FGD入口二氧化硫質(zhì)量濃度2480.5 mg/m3及脫硫效率95%條件下石膏產(chǎn)量的100%進(jìn)行設(shè)備選型，設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)考慮3臺(tái)脫水機(jī)之間的備用切換。

(5)氧化空氣系統(tǒng)。氧化空氣的需求量增加至現(xiàn)有設(shè)備的約2.4倍，因塔和漿池加高，風(fēng)機(jī)壓頭也需調(diào)整，故氧化風(fēng)機(jī)需重新選型。

(6)石灰石卸料系統(tǒng)。原有卸料系統(tǒng)出力為30 t/h，如果不增加濕式球磨機(jī)系統(tǒng)出力，就不需要改造。

(7)制漿系統(tǒng)。需增加制漿系統(tǒng)出力。因受現(xiàn)有場地條件限值，考慮上石灰石干粉制漿系統(tǒng)，增設(shè)石灰石粉制漿系統(tǒng)，增加供漿能力為10.2 t/h出力的干粉系統(tǒng);相應(yīng)需增加石灰石粉倉、粉倉下料裝置、石灰石漿液箱及其攪拌器和石灰石漿液泵等。

#3機(jī)組增容后主要設(shè)備選型:煙氣系統(tǒng)僅調(diào)整與吸收塔的接口;吸收塔系統(tǒng)選型情況見表3;石灰石粉倉及制備系統(tǒng)選型見表4;脫水系統(tǒng)選型見表5。

表2 新舊數(shù)據(jù)對比

表3 吸收塔系統(tǒng)選型

表4 石灰石粉倉及制備系統(tǒng)(增加1座粉倉和1座石灰石漿液箱)

表5 脫水系統(tǒng)

3 改造后的效果評價(jià)

(1)與同類工程相比，該項(xiàng)目的改造方案充分利用了原有設(shè)備、原有基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)，合理配置系統(tǒng)。

(2)系統(tǒng)配置和設(shè)備選型可保證#3機(jī)組燃煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高3倍后，仍滿足環(huán)保排放要求。

(3)改造方案充分利用了有限的場地，設(shè)備布局緊湊，占地僅比改造前增加1.6%(90 m2)。

(4)此次改造的總費(fèi)用約1790萬元，單位造價(jià)約30元/kW，與同類改造工程相比，造價(jià)要低得多。

4 存在的問題

(1)因該項(xiàng)目是在原有建筑物內(nèi)增加的設(shè)備，其空間有限，新增加的真空皮帶脫水機(jī)的檢修空間非常有限，給將來的檢修工作帶來了困難。

(2)#4機(jī)組脫硫運(yùn)行已有半年，期間經(jīng)歷了北方嚴(yán)寒天氣的考驗(yàn)。在最冷的季節(jié)里，煙囪頂部出口出現(xiàn)過大面積結(jié)冰情況，給安全運(yùn)行帶來隱患。

(3)因脫除的SO2增加了3倍多，所產(chǎn)生的石膏也成比例增加。

(4)此次改造僅針對#3機(jī)組和公用系統(tǒng)。因#4機(jī)組已建成，暫不考慮增容改造，可通過控制煤源進(jìn)行調(diào)整。

5 應(yīng)對措施

(1)針對#3機(jī)組脫水機(jī)檢修問題，考慮在該側(cè)綜合樓外墻增設(shè)外挑巡廊。

(2)針對煙囪頂部結(jié)冰問題，考慮在煙囪出口處設(shè)伴熱裝置，沿?zé)焽鑸A周方向設(shè)立4個(gè)加熱區(qū)(暫定)，每個(gè)加熱區(qū)單獨(dú)供電，根據(jù)溫度分別進(jìn)行控制，以防止結(jié)冰或溶化已結(jié)成的冰，具體布置如圖9所示。

1)在伴熱裝置下部約0.30m處設(shè)置排水槽并有加熱措施，利用煙囪原有信號(hào)平臺(tái)(標(biāo)高203.75 m)支撐排水槽，排水槽材質(zhì)為不銹鋼。排水槽采用特種膠與煙囪外筒緊密貼合，排水槽分段設(shè)置坡度，溶化的水通過排水管引排到煙筒內(nèi)，筒體與排水管縫隙可采用有機(jī)耐腐材料填堵。

2)電氣接線箱可固定在203.75 m信號(hào)平臺(tái)上，此層平臺(tái)為鋼質(zhì)平臺(tái)，根據(jù)防腐需要再次做防腐處理。

3)電氣控制柜布置在0 m層適當(dāng)?shù)牡胤健?/p>

(3)針對石膏庫容下降情況，為保證石膏及時(shí)排出，提高了石膏的清運(yùn)頻次。另外，為提高副產(chǎn)物的綜合利用效率，配套建設(shè)了石膏成品制造廠。通過深加工石膏提高附加值，可提高石膏的綜合利用率。

6 結(jié)束語

此改造方案充分考慮了已有的條件，其中土建部分利用了已施工完畢的基礎(chǔ)，僅對局部上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固;新增設(shè)備盡量布置原有建筑物內(nèi)，在保證工藝要求的情況下，僅增加占地90 m2;改造方案的設(shè)備選型盡量與已采購設(shè)備一致，便于后續(xù)的設(shè)備檢修維護(hù);除氧化風(fēng)機(jī)因選型需調(diào)整外，其他設(shè)備均利舊。對于增容改造項(xiàng)目，不僅需要考慮上游條件變化提供系統(tǒng)出力，還要考慮實(shí)際運(yùn)行中因副產(chǎn)物增加等帶來的新問題。

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