田芳

【摘 要】本文從脫硫工藝設(shè)計、脫硫系統(tǒng)設(shè)計以及石灰石粉制漿系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、石膏存儲系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、排放系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等子系統(tǒng)設(shè)計方面深入討論了山西魯能河曲發(fā)電有限公司脫硫升級改造工程的方案設(shè)計，通過生產(chǎn)實踐結(jié)果來看，改造效果顯著，硫化物排放量有所降低，符合相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】脫硫改造方案 工藝設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計

【Abstract】This article from the desulfurization process design， system design and desulfurization of limestone powder preparation system， flue gas absorption system， oxidation system， gypsum storage system， public system， drainage system， water treatment system， the design of electrical system in-depth discussion of the Shanxi Luneng Hequ Power Company Limited desulfurization renovation project to upgrade the design scheme， based on production practice results the transformation， the effect is significant， sulfide emissions decreased， in accordance with the relevant norms and standards.

【Keywords】Desulfurization Scheme； Process Design； System Design

1 引言

中國環(huán)保部在2014年頒布了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，其中有關(guān)脫硫的相關(guān)規(guī)定與之前頒布的標(biāo)準(zhǔn)相比，不管是從減排力度還是完成時間周期限制上都有明顯的提高，并且明確規(guī)定了2016年1月1日起開始執(zhí)行。為了滿足國家相關(guān)規(guī)定，根據(jù)山西魯能河曲發(fā)電有限公司一期現(xiàn)場情況及機(jī)組現(xiàn)狀，通過可行研究報告對各個專業(yè)改造方案對比，本次超低排放改造在脫硫改造方面主要是采用：風(fēng)機(jī)校核+脫硫+煙囪防腐的改造方案。由于河曲電廠一期機(jī)組原有GGH的漏風(fēng)很大，無法滿足脫硫后SO2超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，故需將原有GGH拆除。在拆除GGH后進(jìn)行煙囪防腐改造，整體阻力增加較小，加大增壓風(fēng)機(jī)壓力來滿足超低排放改造的需要。

2 工藝設(shè)計

山西魯能河曲發(fā)電有限公司脫硫采用的是石灰石/石灰—石膏法，該方法是目前世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫工藝，該工藝采用石灰石作脫硫吸收劑，吸收劑與水混合攪拌制成吸收漿液。在吸收塔內(nèi)，吸收漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的SO2與漿液中的CaCO3反應(yīng)生成CaSO3，CaSO3漿液流入氧化循環(huán)水處理池被鼓入氧化空氣中的O2氧化最終生成石膏晶體CaSO4·2H2O。脫硫石膏漿經(jīng)脫水裝置脫水后回收。石灰石-石膏法具有技術(shù)成熟，脫硫效率高，系統(tǒng)穩(wěn)定等技術(shù)特點。

其主要化學(xué)式如下描述，煙氣與噴嘴噴出的循環(huán)漿液在吸收塔內(nèi)有效接觸，循環(huán)漿液吸收SO2，反應(yīng)如下：

（1）吸收：SO2+H2O→H2SO3 H2SO3→H++HSO3-

（2）中和：CaCO3+H2SO3→CaSO3+H2O+CO2

（3）氧化：CaSO3·1/2H2O+2H2O→CaSO4·H2O

煙氣從煙道引出后經(jīng)進(jìn)口煙道進(jìn)入吸收塔。石灰石漿液通過噴嘴霧化噴入吸收塔，分散成細(xì)小的液滴并覆蓋吸收塔的整個斷面。這些液滴與塔內(nèi)煙氣順流接觸，煙氣經(jīng)旋流噴淋、自激沸騰、泡沫吸收，使氣液充分接觸，發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應(yīng)，煙氣中的SO2、SO3及NOX、HCl、HF被吸收。SO2吸收產(chǎn)物的中和反應(yīng)在吸收塔內(nèi)完成，SO2吸收產(chǎn)物的氧化在塔外氧化循環(huán)水處理池完成，并最終形成硫酸鈣。然后通過石膏排出泵輸送到水力旋流器，經(jīng)旋流分離濃縮）、真空脫水后生成石膏回收利用。旋流器上層清液輸送到濾液池，濾液大部分用泵送回脫硫系統(tǒng)循環(huán)使用，當(dāng)漿液經(jīng)過多次循環(huán)利用后富集重金屬元素和Cl-等時，再用泵將漿液輸送到污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3 脫硫主要系統(tǒng)設(shè)計

3.1 石灰石粉制漿系統(tǒng)

在進(jìn)行石灰石粉制漿系統(tǒng)設(shè)計時，必須充分保證工藝水加入系統(tǒng)以維持要求的漿液濃度（濃度測量和調(diào)節(jié)包括在供貨范圍之內(nèi)）；吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)滿足脫硫所有可能的負(fù)荷范圍；筒體、泵和管道的使用壽命不低于一個大修期；投標(biāo)方應(yīng)提供吸收劑制備系統(tǒng)要求的所有設(shè)備和輔助設(shè)施；所有要求的泵和輸送漿液或其他侵蝕介質(zhì)的泵，全套包括：電機(jī)、聯(lián)軸器、泵和電機(jī)的公用基架、法蘭、配件等以及襯里、沖冼設(shè)施（用于漿液泵和輸送其他侵蝕介質(zhì)的泵上）；對制漿量、制漿效果應(yīng)進(jìn)行測量和控制，還提供一個就地控制箱；石灰石漿液箱設(shè)置漿液采樣口和液位計；為防止石灰石漿液箱內(nèi)發(fā)生沉淀，漿液箱配備攪拌器，攪拌器材料必須具有防腐蝕、耐磨性能。

石灰石粉制漿系統(tǒng)共包括石灰石粉接收儲存系統(tǒng)、石灰石粉制漿系統(tǒng)和石灰石漿液供給系統(tǒng)三部分。石灰石粉接收儲存系統(tǒng)對石灰石粉細(xì)度的一般要求是：90%通過325目篩（44）或250目篩（63）。石灰石純度須大于90%。工藝對其活性、可磨性也有一定的要求。將石灰石粉由罐車運到料倉存儲。石灰石粉倉的容積相當(dāng)于兩臺爐（2×600MW）BMCR工況下5天的石灰石的消耗量。石灰石粉制漿系統(tǒng)的粉倉存儲的石灰石粉通過給料機(jī)、輸粉機(jī)將石灰石粉輸入制漿機(jī)，加水制備成含固率為30%的石灰石粉漿液。然后由制漿機(jī)漿液泵輸送到石灰石粉漿液箱。石灰石漿液供給系統(tǒng)共配有二座石灰石粉漿液箱和4臺石灰石粉漿液泵，配有2條石灰石粉漿液輸送管，石灰石漿液通過管道輸送到循環(huán)泵入水管進(jìn)入吸收塔。輸送管上分支出一條再循環(huán)管回到石灰石漿液箱，以防止?jié){液在管道內(nèi)沉淀。

3.2 煙氣系統(tǒng)

從除塵器后的煙氣，通過煙道進(jìn)入吸收塔。在吸收塔內(nèi)脫硫凈化，經(jīng)除霧器除去水霧后，經(jīng)出口煙道和引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排入大氣。

整個脫硝脫硫系統(tǒng)的煙氣阻力<2500Pa，對已建項目需要設(shè)增壓風(fēng)機(jī)以克服這些阻力。對新建項目不需設(shè)增壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，可在新購引風(fēng)機(jī)時加大2500Pa的余壓就能滿足脫硝脫硫的要求。在煙氣脫硫裝置的進(jìn)、出口煙道上設(shè)置圓形風(fēng)門用于鍋爐運行期間脫硫裝置的切換和維護(hù)。煙道上須設(shè)計安裝壓力表、溫度計和SO2分析儀。

煙氣系統(tǒng)主要設(shè)備包括增壓風(fēng)機(jī)、進(jìn)、出口煙道、擋板、膨脹節(jié)及其附件。

3.3 吸收氧化系統(tǒng)

本設(shè)計方案采用NFT塔雙塔技術(shù)，根據(jù)業(yè)主提供的系統(tǒng)參數(shù)，脫硫塔設(shè)計煙氣量3600000m3/h，脫硫塔容量有10%的余度。二氧化硫吸收氧化系統(tǒng)是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心，主要包括NFT塔、除霧器、PM吸塵器、漿液循環(huán)泵、氧化循環(huán)水處理池和氧化風(fēng)機(jī)等。漿液從氧化循環(huán)水處理池通過漿液循環(huán)泵送至吸收塔上部進(jìn)行噴淋，與煙氣接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，吸收煙氣中的SO2，反應(yīng)生成的亞硫酸鈣自吸收塔底部排出，進(jìn)入氧化循環(huán)水處理池內(nèi)被氧化風(fēng)機(jī)鼓入的氧化空氣強制氧化，最終生成硫酸鈣（石膏）。硫酸鈣漿液由漿液排出泵排出，送入石膏脫水系統(tǒng)。脫硫后的煙氣通過除霧器來減少攜帶的水滴，除霧器出口的水滴攜帶量不大于75mg/Nm3。兩級除霧器布置在吸收塔頂部，除霧器由聚丙烯材料制作，兩級除霧器均用工藝水沖洗。沖洗過程通過程序控制自動完成。

（1）吸收塔頂部設(shè)置供檢修維護(hù)的平臺和扶梯。吸收塔配有內(nèi)塔，主塔旋轉(zhuǎn)噴淋室頂部設(shè)置噴淋支管、母管、噴嘴等。設(shè)置4臺漿液循環(huán)泵。運行的漿液循環(huán)泵的流量可根據(jù)鍋爐煙氣負(fù)荷的變化和吸收漿液流量的要求來通過變頻確定，可以有效地降低系統(tǒng)電耗，提高運行的經(jīng)濟(jì)性。實行塔外布管，塔內(nèi)噴淋方式；布置了4層噴淋層，頂部一層，中部三層，其中1層為備用噴淋層，以使脫硫脫硝效果達(dá)到最佳。塔體的設(shè)計無死角，塔內(nèi)為渦旋氣流，無漿液沉淀。吸收塔底面設(shè)計能滿足完全排空漿液。吸收塔配有足夠的噴嘴，以達(dá)到要求的噴淋效果。吸收塔的噴淋系統(tǒng)和支撐等都設(shè)置在塔外，只有噴嘴通過設(shè)置的小噴口深入到塔內(nèi)進(jìn)行噴啉，這樣很方便噴嘴、噴淋系統(tǒng)和支撐等的檢查和維護(hù)。吸收塔配備有足夠數(shù)量和大小合適的人孔門，人孔門無泄漏，而且在附近設(shè)置有走道或平臺。在人孔門上裝有手柄。吸收塔系統(tǒng)設(shè)置有必需的就地和遠(yuǎn)方測量裝置，提供了必需的檢測點。

（2）脫硫塔塔體材料及其施工。塔體材料使用NFT-001惰性材料；塔體砌筑材料使用鑄石粉加耐酸堿膠泥，其防腐耐磨性、耐酸堿性是混凝土、玻璃鋼等材料的十倍以上，本工程吸收塔體的使用年限三十五年以上，保修年限一年。

（3）工藝原理。循環(huán)泵將脫硫漿液送入脫硫塔噴淋裝置，噴淋層噴咀布置合理，脫硫液與煙氣流進(jìn)行旋流噴淋，自激沸騰和泡沫吸收，充分吸收煙氣中的SO2，脫硫塔內(nèi)漿液從溢流口流出切向進(jìn)入氧化循環(huán)水處理池，使石膏晶體懸??；由氧化風(fēng)機(jī)吹出的氧化空氣進(jìn)入氧化循環(huán)水處理池的反應(yīng)區(qū)，SO2吸收產(chǎn)物的中和反應(yīng)在吸收塔內(nèi)完成，SO2吸收產(chǎn)物的氧化在塔外循環(huán)水處理池完成，并最終形成硫酸鈣（石膏）；脫硫后的煙氣夾帶的液滴在脫硫塔上部的除霧器中收集，使凈煙氣所攜帶的霧滴含量不超過保證值75mg/m3，并通過煙囪排入大氣中。

吸收氧化系統(tǒng)是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心，主要包括NFT塔、噴淋層、除霧器、循環(huán)水泵、氧化循環(huán)水處理池、氧化風(fēng)機(jī)、管道及附件組成。

3.4 石膏儲存系統(tǒng)

脫硫系統(tǒng)中副產(chǎn)品儲存系統(tǒng)包含石膏脫水系統(tǒng)及石膏儲存系統(tǒng)。氧化循環(huán)池的石膏漿液通過石膏排出泵送入石膏旋流器，石膏旋流器出來的溢流漿液一部分返回吸收塔循環(huán)使用，一部分旋流器底流至真空皮帶過濾機(jī)，濾液水經(jīng)管道和閥門控制流至制漿系統(tǒng)的水箱和氧化循環(huán)理池循環(huán)使用。石膏旋流器濃縮后的石膏漿液全部送到真空皮帶機(jī)進(jìn)行脫水運行。進(jìn)入真空皮帶過濾機(jī)的石膏漿液經(jīng)脫水處理后表面含水率小于15%，經(jīng)脫水處理后的石膏直接落入石膏儲存間存放待運，可供綜合利用。

石膏脫水系統(tǒng)的主要設(shè)備有石膏排出泵、石膏旋流器、真空皮帶過濾機(jī)、真空泵、石膏庫。

石膏漿液由石膏排出泵從氧化循環(huán)水處理池輸送到石膏脫水系統(tǒng)。石膏漿液濃度大約為25wt%。石膏脫水系統(tǒng)為2爐（2×600MW）用。

石膏漿液輸送到安裝在石膏脫水車間頂部的石膏旋流站，濃縮到濃度大約55%的底流漿液自流到真空皮帶脫水機(jī)，上溢漿液經(jīng)管道自流到制漿工藝水箱，再從工藝水箱溢流至氧化循環(huán)水處理池。真空皮帶脫水機(jī)和真空系統(tǒng)按75%容量設(shè)置。石膏旋流站底流漿液自流輸送到真空皮帶脫水機(jī)，由真空系統(tǒng)脫水到含90%固體和10%的水分，脫水石膏經(jīng)沖洗降低其中的Cl-濃度。濾液經(jīng)濾水回收箱進(jìn)入濾水箱。脫水石膏由石膏輸送機(jī)落入石膏倉，然后由螺旋卸料裝置卸至汽車運輸。

本系統(tǒng)由石膏漿液排出泵、旋流器組成對石膏的第一層次脫水，脫水漿液含固率約為40～60%，真空橡膠帶式過濾機(jī)對石膏的第二層次脫水，脫水后的石膏的含水率≤10%。濾液送到制漿系統(tǒng)的水箱和循環(huán)水池循環(huán)利用，石膏綜合回收，如做水泥緩凝劑，建筑行業(yè)，或者農(nóng)業(yè)化肥的生產(chǎn)以及家禽飼料的制備上。副產(chǎn)品（石膏）脫水系統(tǒng)的設(shè)計能力為產(chǎn)成品硫酸鈣5t/h進(jìn)行設(shè)計；系統(tǒng)對硫酸鈣有100噸存放量的倉儲能力。

3.5 公用系統(tǒng)

公用系統(tǒng)包括工藝水系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)成，為脫硫系統(tǒng)提供各類用水和控制用氣。

3.5.1 工藝水系統(tǒng)

FGD的工藝水一般來自電廠循環(huán)水，并輸送至工藝水箱中。工藝水由工藝水泵從工藝水箱輸送到各個用水點。FGD裝置運行時，由于煙氣攜帶、廢水排放和石膏攜帶水而造成水損失。工藝水由除霧氣沖洗水泵自動地、間斷地輸送到除霧器，同時為吸收塔提供補充用水，以維持吸收塔內(nèi)的正常液位。

3.5.2 冷卻水系統(tǒng)

冷卻水由電廠主系統(tǒng)提供至各設(shè)備。冷卻水被輸送到氧化風(fēng)機(jī)、濕磨機(jī)和空壓機(jī)處以帶走產(chǎn)生的熱量，最后返回電廠主系統(tǒng)。

3.5.3 工業(yè)水系統(tǒng)

FGD的工業(yè)水一般來自電廠補充水，并輸送至工業(yè)水箱中。該水質(zhì)優(yōu)于工藝水。工業(yè)水箱中的水通過工業(yè)水泵為濕磨機(jī)提供制漿用水，并為真空皮帶脫水系統(tǒng)提供沖洗水，以獲得高品質(zhì)石膏副產(chǎn)品。

3.5.4 壓縮空氣系統(tǒng)

壓縮空氣系統(tǒng)包括2臺空壓機(jī)（一用一備）、一只儲氣罐。

3.6 排放系統(tǒng)

排放系統(tǒng)設(shè)有1個事故漿液池（原有石膏沉淀池）。當(dāng)需要排空氧化循環(huán)水處理池進(jìn)行檢修時，池內(nèi)的漿液主要由排放泵排至事故漿液池。當(dāng)檢修后，漿液排放泵打開將漿液排入氧化循環(huán)水處理池。

3.7 廢水處理系統(tǒng)

處理后廢水的水質(zhì)滿足廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-1996）的要求。在中和箱內(nèi)，靠添加Ca（OH）2，PH值調(diào)整到9-9.7，這樣可以使部分重金屬沉淀下來。在沉降箱內(nèi)，通過增加廢水的PH值，添加FeClSO4，重金屬完全地沉降下來。在絮凝箱內(nèi)，為使沉淀更加容易，添加絮凝劑。廢水中的懸浮物在澄清器中得以分離出來，然后輸送到污泥貯存箱，漿液濃度約為10%，然后由污泥高壓泵送至壓濾機(jī)或真空皮帶過濾機(jī)。

在出水箱應(yīng)對PH值進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。如果PH值滿足要求，處理后的水直接排入水溝。如果PH值超標(biāo)，則通過添加HCl將PH值調(diào)整到9.0以下。脫硫裝置用水主要有兩部分，一部分為脫硫系統(tǒng)工藝耗水，包括吸收塔蒸發(fā)水、硫酸鈣結(jié)晶水和硫酸鈣表面水等，另一部分為除霧器沖洗水、泵和管道停運時進(jìn)行的沖洗水、設(shè)備冷卻水及密封水。其沖洗水就近收集在集水坑內(nèi)，然后用泵送至循環(huán)水處理池。

脫硫裝置用水全部由業(yè)主水管網(wǎng)供給。除工藝耗水外，其它用水全部回收重復(fù)。利用多次濃縮后的廢水排入買方污水處理站。

3.8 電氣系統(tǒng)

煙氣脫硫電氣方面有配電柜、控制柜、操作箱，相應(yīng)的動力電纜、控制電纜、信號電纜數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)配套。煙氣脫硫自動化方面有PLC柜、UPS柜、工控機(jī)、儀表等，保證煙氣脫硫處理系統(tǒng)安全、可靠運行所需要的一切保護(hù)措施。

4 結(jié)語

本文從脫硫工藝設(shè)計、脫硫系統(tǒng)設(shè)計以及石灰石粉制漿系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、石膏存儲系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、排放系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等子系統(tǒng)設(shè)計方面深入討論了山西魯能河曲發(fā)電有限公司脫硫升級改造工程的方案設(shè)計，通過改造工程后的生產(chǎn)實踐結(jié)果來看，改造效果顯著，硫化物氣體排放量有所降低，符合相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉紅蕾，李廣華，王智奇.脫硫系統(tǒng)改造方案設(shè)計與應(yīng)用[J].山東電力技術(shù)，2013（5）：54-57.

[2]沈琦.吳涇第二發(fā)電廠脫硫改造的工程研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2012：5-8.

[3]陶雷行，呂敬友，陳洪濤.煙氣脫硫的工藝選擇及因素分析[J].上海電力，2016（6）：15-19.

[4]韓月榮.煙氣脫硫改造工程中的老煙囪防腐措施[J].電力環(huán)境保護(hù)，2015（8）：26-31.

[5]中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會脫硫脫硝委員會.我國脫硫脫硝行業(yè)2013年發(fā)展綜述[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014，9：4-15.

[6]馬晉輝，楊耀文.脫硫改造工程廠用電源系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇[J].華北電力技術(shù)，2014（12）：127-130.

[7]周平，吳順根.火電機(jī)組煙氣脫硫改造工程電氣設(shè)計若干問題的探討[J].浙江電力，2015（05）：149-151.