摘要：沙角B電廠地處珠三角大氣污染物防治重點(diǎn)地區(qū)，需執(zhí)行50mg/m3的二氧化硫排放限值，原有石灰石-石膏濕法煙氣脫硫能力不能滿足即將實(shí)施的新環(huán)保要求。文章針對(duì)沙角B電廠的脫硫裝置狀況和現(xiàn)場(chǎng)條件，通過(guò)對(duì)氧化鎂和石灰石-石膏濕法增效改造方案綜合比較，確定采用氧化鎂工藝完成脫硫增效改造。

關(guān)鍵詞：石灰石-石膏濕法脫硫；氧化鎂脫硫；300MW燃煤機(jī)組；脫硫裝置；環(huán)保要求 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X701 文章編號(hào)：1009-2374（2015）25-0047-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.024

根據(jù)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》（環(huán)境保護(hù)部公告2013年第14號(hào)），沙角B電廠地處珠三角重點(diǎn)控制區(qū)域，鍋爐煙氣SO2排放濃度需執(zhí)行50mg/m3的排放限值。機(jī)組原有石灰石/石膏濕法煙氣脫硫能力不能滿足新的環(huán)保要求，必須進(jìn)行脫硫系統(tǒng)增效改造。

1 氧化鎂脫硫增效改造背景概述

1.1 原脫硫系統(tǒng)概況

沙角B電廠#1、#2燃煤發(fā)電機(jī)組（2×350MW）脫硫工程原設(shè)計(jì)燃煤含硫量為1.06%，煙氣脫硫（flue-gas desulfurization，F(xiàn)GD）入口SO2濃度為2379.8mg/m3，由山東三融工程有限公司總承包建設(shè)，采用德國(guó)魯奇比曉夫公司的石灰石/石膏濕法煙氣脫硫工藝、一爐一塔脫硫系統(tǒng)逆流布置，設(shè)計(jì)脫硫效率不小于95%，脫硫后凈煙氣SO2濃度不大于120mg/m3，噴淋塔內(nèi)徑11.5m，塔高34.3m，每座吸收塔配置3臺(tái)漿液循環(huán)泵，設(shè)兩級(jí)屋脊型除霧器。

1.2 新標(biāo)準(zhǔn)需達(dá)到的脫硫效率

沙角B電廠原設(shè)計(jì)燃煤含硫量為1.06%，校核煤種含硫量為1.2%，鍋爐煙氣SO2排放要達(dá)到50mg/m3的新標(biāo)準(zhǔn)要求，脫硫系統(tǒng)效率需達(dá)到97.9%，考慮脫硫GGH 1%的泄漏率，脫硫增效改造設(shè)計(jì)的吸收塔脫硫效率需達(dá)到98.9%以上。

1.3 脫硫裝置摸底測(cè)試

委托西安熱工院進(jìn)行了二號(hào)機(jī)組滿負(fù)荷工況下的脫硫系統(tǒng)性能測(cè)試，測(cè)試的脫硫效率為92.89%，SO2排放濃度不滿足國(guó)家對(duì)重點(diǎn)區(qū)域SO2小于50mg/m3的環(huán)保要求；測(cè)試煙氣換熱器（gas gas heater，GGH）泄漏率為1.1%，兩側(cè)總壓差909Pa。若不改造GGH，則吸收塔脫硫效率需達(dá)到98.9%以上才能達(dá)到新環(huán)保要求。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)同類電廠調(diào)研情況，GGH新改造后其泄漏率可以控制在0.5%左右，長(zhǎng)期運(yùn)行且維護(hù)充分時(shí)其泄漏率一般在1%左右。

2 氧化鎂脫硫工藝原理

氧化鎂工藝是以氧化鎂作為原料，通過(guò)與水熟化后生成Mg（OH）2，再通往吸收塔內(nèi)與SO2反應(yīng)生成MgSO3或MgSO4。由于鎂離子的溶解性大大高于鈣離子，對(duì)二氧化硫（SO2）的吸收反應(yīng)強(qiáng)度高數(shù)十倍，在相對(duì)較低的液氣比下顯示出很高的脫硫效率，可以達(dá)到99%以上，是一種先進(jìn)、高效的脫硫技術(shù)。氧化鎂脫硫包括四個(gè)工藝過(guò)程、兩種運(yùn)行模式。

四個(gè)工藝過(guò)程包括：（1）氧化鎂熟化制漿：MgO+H2O→Mg（OH）2（漿液）；（2）脫硫吸收：Mg（OH）2+SO2→MgSO3+H2O（漿液）；（3）氧化：MgSO3+1/2O2→MgSO4（溶液），脫硫形成的副產(chǎn)物中主要含有固態(tài)的MgSO3·3H2O，MgSO3·6H2O及溶液中的MgSO4·H2O；（4）脫水：對(duì)脫硫排出的漿液進(jìn)行脫水后得到以MgSO3為主要成份的副產(chǎn)品，含水量<10%。

脫硫漿液的氧化程度決定了兩種運(yùn)行模式：（1）溶液模式：即對(duì)脫硫副產(chǎn)物漿液進(jìn)行強(qiáng)制氧化，全部生成硫酸鎂溶液，經(jīng)廢水處理后達(dá)標(biāo)排放；（2）固態(tài)模式：即抑制氧化，產(chǎn)生亞硫酸鎂固體，經(jīng)脫水后成為固態(tài)副產(chǎn)物，便于利用。

3 脫硫增效改造方案比較

根據(jù)脫硫劑及副產(chǎn)品進(jìn)出吸收器的狀態(tài)，煙氣脫硫技術(shù)分為干法、半干法和濕法煙氣脫硫。干法和半干法脫硫效率很低，一般脫硫效率只能達(dá)到70%左右，濕法主要有石灰石-石膏法、氧化鎂濕法、海水法、氨法等。在石灰石-石膏濕法脫硫工藝上進(jìn)行增效改造，宜采用氧化鎂或石灰石-石膏法工藝。

氧化鎂脫硫（方案一）工藝流程與石灰石-石膏法基本接近，氧化鎂濕法脫硫吸收塔也為與石灰石/石膏濕法脫硫工藝相似的噴淋塔，可通過(guò)改造現(xiàn)有脫硫塔噴淋層噴嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)，很大程度上利舊原有脫硫設(shè)備，且近年來(lái)國(guó)內(nèi)具有300MW燃煤機(jī)組的應(yīng)用業(yè)績(jī)，是一種可選擇的高效脫硫方法。在沙角B電廠設(shè)計(jì)燃煤含硫量下，可滿足脫硫系統(tǒng)出口SO2濃度≤50mg/m3的排放要求。

石灰石/石灰-石膏濕法煙氣脫硫工藝是技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硫技術(shù)，但從國(guó)內(nèi)石灰石/石膏脫硫噴淋塔運(yùn)行情況來(lái)看，噴淋單塔效率難以保證脫硫效率98.9%以上，需考慮串聯(lián)雙塔模式，新建串聯(lián)塔投資大，且沙角B電廠場(chǎng)地緊湊，無(wú)法滿足串聯(lián)吸收塔布置。在現(xiàn)有塔高下增加兩層噴淋層（方案二）或增加一層噴淋層和一層持液層（方案三），改造后吸收塔效率可以達(dá)到98%以上。通過(guò)適當(dāng)選擇燃用低硫份煤種，控制FGD入口原煙氣SO2濃度在2000mg/Nm3以下，可滿足脫硫系統(tǒng)出口SO2濃度≤50mg/m3的排放要求。

氧化氧化鎂（方案一）與石灰石/石膏法（方案二、方案三）脫硫增效改造技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較如表1所示：

備注：本次技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較采用97.9%的脫硫效率為基準(zhǔn)，石灰石價(jià)格到廠價(jià)格按150元/噸計(jì)，氧化鎂到廠價(jià)格按750元/噸計(jì)，石灰石純度（CaCO3）按91%計(jì)，氧化鎂純度（MgO）按85%計(jì)，廠用電價(jià)格按0.51元/kWh計(jì)算。

氧化鎂法與石灰石/石膏法（方案一、方案二）增效改造方案比較，初期投資費(fèi)用最低，運(yùn)行成本最低，脫硫劑成本最高，綜合運(yùn)營(yíng)成本與石灰石/石膏濕法脫硫相當(dāng)。經(jīng)上述綜合比較分析，確定選擇采用氧化鎂工藝實(shí)施脫硫增效改造。

4 氧化鎂脫硫增效改造實(shí)施方案

4.1 氧化鎂脫硫工藝流程

氧化鎂脫硫劑原料用“噸袋”海運(yùn)到場(chǎng)后，儲(chǔ)存在廠區(qū)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，然后由倉(cāng)庫(kù)轉(zhuǎn)運(yùn)至制漿車間，拆包后輸送進(jìn)入熟化罐，加水熟化制成氫氧化鎂漿液，然后經(jīng)熟化泵送入漿液罐中存儲(chǔ)，漿液罐中的漿液再通過(guò)漿液輸送泵輸送至脫硫塔中。

現(xiàn)系統(tǒng)的原煙氣經(jīng)GGH降溫后從下部進(jìn)入噴淋吸收脫硫塔，脫硫漿液經(jīng)循環(huán)泵自上而下循環(huán)噴淋，與煙氣逆向接觸吸收，凈化后的煙氣經(jīng)除霧后排出，經(jīng)GGH 加熱后經(jīng)煙囪排放。吸收了SO2的亞硫酸鎂漿液經(jīng)排漿泵進(jìn)入旋流器進(jìn)行一級(jí)脫水，底液進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行二級(jí)脫水，形成干態(tài)的亞硫酸鎂副產(chǎn)物（含水10%～15%），旋流器的上清液進(jìn)入回收水池，回收水池大部分清液返回脫硫系統(tǒng)重新回用，小部分則進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，控制系統(tǒng)內(nèi)的氯離子濃度。

4.2 SO2吸收系統(tǒng)改造

（1）保留現(xiàn)有三臺(tái)循環(huán)泵，更換吸收塔內(nèi)的三層噴淋層及對(duì)應(yīng)噴嘴，每層噴淋層布置72個(gè)噴嘴。由于氧化鎂液氣比低，增效改造后循環(huán)泵的流量?jī)H為原有循環(huán)泵的60%，可采用二運(yùn)一備的運(yùn)行方式，降低耗電，提高可靠性；（2）保留主循環(huán)管道；（3）除霧器利舊，新增一層管式除霧器；（4）吸收塔入口增加事故緊急降溫噴淋系統(tǒng)；（5）脫硫漿液不需要氧化，拆除氧化風(fēng)機(jī)和塔底漿池內(nèi)氧化器設(shè)施。

4.3 煙氣系統(tǒng)改造

（1）保留GGH，對(duì)GGH密封進(jìn)行改造，減少GGH泄漏率；（2）更換GGH低泄漏風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)施。

4.4 制漿系統(tǒng)改造

采用氧化鎂做脫硫劑，氧化鎂的消耗量?jī)H為石灰石耗量的40%左右。按98.9%效率設(shè)計(jì)的氧化鎂耗量為4.6噸/小時(shí)（85%MgO），機(jī)組利用小時(shí)按5500小時(shí)計(jì)，年耗量約2.5萬(wàn)噸。制漿系統(tǒng)主要設(shè)備改造情況如下：（1）新增一座氧化鎂儲(chǔ)存與漿液制備車間；（2）新增漿液輸送泵，每塔配置一臺(tái)，一臺(tái)備用，將漿液輸送至吸收系統(tǒng)；（3）拆除原有磨機(jī)制漿設(shè)備，包括球磨機(jī)、磨機(jī)漿液箱、磨機(jī)漿液泵、磨機(jī)旋流站、附屬管道。

5 氧化鎂脫硫改造效果

兩臺(tái)機(jī)組脫硫裝置采用氧化鎂脫硫工藝增效改造后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。2014年12月，委托廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院對(duì)改造后的一號(hào)機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，氧化鎂脫硫FGD系統(tǒng)的總體性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)工況下，脫硫吸收塔脫硫效率為99.48%，系統(tǒng)整體脫硫效率為98.60%，GGH出口凈煙氣SO2穩(wěn)定排放濃度小于40mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基6%O2），滿足設(shè)計(jì)和新的環(huán)保要求。GGH漏風(fēng)率為0.5%，滿足1%的保證值要求。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）氧化鎂脫硫改造后效率試驗(yàn)，在設(shè)計(jì)工況下，脫硫效率可達(dá)99%以上。沙角B電廠通過(guò)氧化鎂脫硫增效改造，可滿足污染物重點(diǎn)防治區(qū)域脫硫系統(tǒng)出口SO2濃度≤50mg/m3的排放要求，并可適應(yīng)使用周期內(nèi)環(huán)保要求的進(jìn)一步提高；（2）氧化鎂脫硫活性好，與鈣法脫硫相比，液氣比小，只需鈣法的1/3～1/5，脫硫漿液循環(huán)泵容量較小，吸收塔阻力小，節(jié)省廠用電力；（3）在石灰石/石膏濕式脫硫的基礎(chǔ)上采用氧化鎂脫硫工藝進(jìn)行增效改造，改造初投資和運(yùn)行成本低，脫硫劑成本增加，綜合運(yùn)行成本與石灰石/石膏濕式脫硫相當(dāng)，若進(jìn)一步做好副產(chǎn)品的綜合利用，優(yōu)勢(shì)更加明顯；（4）與鈣法脫硫相比，氧化鎂脫硫在脫硫效率方面有其獨(dú)特的優(yōu)越性，在國(guó)家新污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和超潔凈排放概念下，是一種具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的脫硫增效改造技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：易勇智（1963-），男，沙角B電廠工程師，研究方向：電廠技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：陳 倩）