李欽武

（浙江博奇電力科技有限公司，杭州 310023）

近十多年來，電力行業(yè)上馬了大批脫硫項目。其中，大型火電廠的煙氣脫硫項目主要采用國外應(yīng)用較成熟、業(yè)績較多的石灰石-石膏濕法工藝，其脫硫效率高，但系統(tǒng)復(fù)雜、投資大、占地面積大、運行成本較高，所以中小鍋爐多采用干法、半干法工藝，以降低投資和運行費用。但是隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提升尤其是《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）的發(fā)布，大多數(shù)采用干法、半干法工藝的脫硫項目很難達標(biāo)。國內(nèi)企業(yè)迫切需要投資少、運行成本低、效率高的脫硫技術(shù)。在此背景下，將大型濕法脫硫工藝應(yīng)用到中小鍋爐，成為一件迫切的事項。本文介紹了山東某自備電廠進行了石灰石-石膏法的優(yōu)化改造工程。

1 工程概況

該自備電廠現(xiàn)有鍋爐為一臺130t/h循環(huán)流化床鍋爐和一臺150t/h煤粉爐同時運行。脫硫工藝采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝技術(shù)，兩爐一塔。吸收塔采用逆流噴淋空塔，吸收塔上部設(shè)置頂標(biāo)高為70m的直排煙囪，吸收塔及脫硫公用系統(tǒng)的容量按鍋爐總負荷300t/h，100%BMCR工況設(shè)計。不設(shè)GGH，煙氣直接從塔頂煙囪排放；不設(shè)石灰石粉磨制系統(tǒng)，直接采用外購石灰石粉制漿；不設(shè)廢水處理系統(tǒng)，將脫硫廢水排至鍋爐沖渣溝道，統(tǒng)一處理。

2 工程設(shè)計

2.1 原始參數(shù)

工程原始參數(shù)如表1。

表1 原始參數(shù)

2.2 工藝原理

2.2.1 吸收過程

吸收液通過噴嘴霧化噴入吸收塔，分散成細小的液滴并覆蓋吸收塔的整個斷面。這些液滴與塔內(nèi)煙氣逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應(yīng)，煙氣中的SO2、SO3及HCl 、HF被吸收。SO2吸收產(chǎn)物的氧化和中和反應(yīng)在吸收塔底部的氧化區(qū)完成并最終生成石膏。

為了維持吸收液恒定的pH值并減少石灰石耗量，石灰石漿液被連續(xù)加入吸收塔，同時吸收塔內(nèi)的吸收劑漿液被攪拌機、氧化空氣和吸收塔循環(huán)泵不停地攪動，以加快石灰石在漿液中的均布和溶解。

2.2.2 反應(yīng)原理

脫硫系統(tǒng)的化學(xué)過程描述如下：

（1）吸收反應(yīng)

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)漿液吸收大部分SO2，反應(yīng)如下：

（2）氧化反應(yīng)

一部分HSO3-在吸收塔噴淋區(qū)被煙氣中的氧所氧化，其它的HSO3-在反應(yīng)池中被氧化空氣完全氧化，反應(yīng)如下：

（3）中和反應(yīng)

吸收劑漿液被引入吸收塔內(nèi)中和氫離子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的漿液在吸收塔內(nèi)再循環(huán)。中和反應(yīng)如下：

（4）其他污染物

煙氣中的其他污染物如SO3、Cl-、F-和塵都被循環(huán)漿液吸收和捕集。SO3、HCl和HF與懸浮液中的石灰石按以下反應(yīng)式發(fā)生反應(yīng)：

2.3 設(shè)計參數(shù)

脫硫除塵島的設(shè)計按照鍋爐最惡劣工況進行，具體設(shè)計參數(shù)如表2。

表2 設(shè)計參數(shù)

3 系統(tǒng)組成

該脫硫工程工藝系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、吸收劑制備及加漿系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)等組成。

吸收塔為逆流噴淋空塔，就地強制氧化方式。脫硫產(chǎn)物石膏經(jīng)一、二級脫水，汽車外運處置。吸收劑制備系統(tǒng)按買粉制漿方案考慮。脫硫廢水為石膏濾液，直接送到鍋爐房沖渣或粉煤灰調(diào)濕用，不另行設(shè)置脫硫廢水處理系統(tǒng)。

3.1 煙氣系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)將未脫硫的煙氣引入脫硫裝置，脫硫后的潔凈煙氣從塔頂煙囪排放。

在脫硫系統(tǒng)的引入煙道設(shè)有雙百葉窗式擋板門（FGD進口擋板門），脫硫裝置投運時，F(xiàn)GD進口擋板門打開，煙氣通過脫硫裝置。在脫硫裝置發(fā)生故障或檢修時，F(xiàn)GD進口擋板門關(guān)閉，煙氣可通過旁路煙道進入煙囪，從而不會影響鍋爐和發(fā)電機組的運行，在旁路煙道上設(shè)雙百葉窗擋板門。2臺75t/h鍋爐煙氣擋板門及密封風(fēng)機利用買方原有設(shè)備，130t/h和150t/h鍋爐煙氣擋板門及密封風(fēng)機由賣方供貨。

3.2 吸收塔系統(tǒng)和氧化空氣系統(tǒng)

該脫硫工程設(shè)一座集吸收、氧化于一體的吸收塔，其上部為吸收區(qū)，下部為氧化反應(yīng)槽。吸收塔內(nèi)煙氣與吸收漿液逆向接觸。吸收塔殼體用碳鋼制作，內(nèi)采用耐磨玻璃鱗片樹脂防腐。其中，吸收塔設(shè)4臺漿液循環(huán)泵，塔內(nèi)設(shè)4層霧化噴淋層，分別對應(yīng)4臺循環(huán)泵。吸收區(qū)上部設(shè)2級除霧器，除霧器材質(zhì)為聚丙烯。除霧器的上下游均設(shè)沖洗噴嘴，定期自動沖洗。吸收塔下部為氧化槽，其功能是接受和儲存脫硫吸收劑，鼓風(fēng)氧化亞硫酸鈣，結(jié)晶生成石膏。氧化槽側(cè)壁設(shè)3臺側(cè)入式攪拌器。氧化空氣分布裝置提供CaSO3氧化成CaSO4所需的空氣量，通過管網(wǎng)使之分布均勻。氧化風(fēng)機共兩臺，一運一備。

3.3 吸收劑制備及加漿系統(tǒng)

外購的石灰石粉用粉罐車運至脫硫現(xiàn)場。粉罐車自帶空壓機用于卸料。脫硫現(xiàn)場設(shè)一粉倉，按3臺鍋爐3天用量考慮。石灰石粉通過倉底稱重給料機進入制漿池，配成含固量約為30%的石灰石漿液，再通過石灰石加漿泵送到脫硫吸收塔。石灰石粉裝料管由承包商負責(zé)設(shè)計、施工，接口位于距地面1.5m處，管道彎頭應(yīng)為耐磨材料。

石灰石漿液制備系統(tǒng)全套至少包括：卸料系統(tǒng)、石灰石粉貯倉、給料系統(tǒng)、石灰石供漿系統(tǒng)。

3.4 石膏排出及一、二級脫水系統(tǒng)

脫水系統(tǒng)中設(shè)兩級脫水設(shè)備，一級脫水設(shè)備為水力旋流器，二級脫水設(shè)備為真空式皮帶脫水機，配備一套水力旋流器和真空皮帶脫水系統(tǒng)，并預(yù)留一套的空間，單臺設(shè)備出力按設(shè)計工況下100%的石膏產(chǎn)量選擇，且不小于50%校核工況下的石膏產(chǎn)量。

來自吸收塔的石膏漿液經(jīng)吸收塔排漿泵后進入石膏旋流器，濃縮后的漿液再經(jīng)過真空皮帶脫水機脫水，脫水的同時對石膏進行沖洗，以滿足石膏綜合利用的品質(zhì)要求，脫水后石膏含水量為10%（wt），進入石膏庫或石膏倉貯存。濾液返回吸收塔作為補充水，以維持吸收塔內(nèi)的液面平衡。旋流器的溢流返回吸收塔。

3.5 工藝水系統(tǒng)

從電廠供水系統(tǒng)引接至脫硫島的水源一路。工藝水系統(tǒng)滿足FGD裝置正常運行和事故工況下脫硫工藝系統(tǒng)的用水。工藝水箱的可用容積按脫硫裝置正常運行1小時的最大工藝水耗量設(shè)計。供方優(yōu)化工藝水系統(tǒng)的設(shè)計，節(jié)約用水。設(shè)備、管道及箱罐的沖洗水和設(shè)備的冷卻水回收至集水坑或漿池、漿液箱重復(fù)使用。

4 運行情況

2012年6月初，脫硫系統(tǒng)投運，順利通過了168h的試運行考核，并移交給電廠運行。在考核運行時，脫硫除塵島的入口SO2濃度最高達到近5000mg/Nm3，接近設(shè)計最大濃度值，可以確保97%以上的脫硫效率，最高達到99%，同時脫硫后出口粉塵排放在20～30mg/Nm3之間，滿足環(huán)保要求。該次考核的運行參數(shù)如表3。

5 技術(shù)經(jīng)濟分析

技術(shù)經(jīng)濟分析結(jié)果如表4（按照BMCR負荷，設(shè)計煤種）。從表4可看出，脫硫系統(tǒng)優(yōu)化后，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟效益71.9萬元。

表3 運行參數(shù)

表4 技術(shù)經(jīng)濟分析

項目 數(shù)據(jù)4.合計定員（人）8工資、福利總成本（萬元/a） 24 FGD裝置運行可減少SO2排污費（萬元/a） -728.06石膏銷售收入（萬元/a） -72脫硫劑消耗成本（萬元/a） 403.2廠用電消耗成本（萬元/a） 288工藝水消耗成本（萬元/a） 12.96脫硫成本合計（萬元/a） -71.9

6 結(jié)語

該脫硫系統(tǒng)的成功運行表明，石灰石-石膏濕法脫硫工藝可以通過優(yōu)化，運用到中小鍋爐上，運行可靠穩(wěn)定、經(jīng)濟。取消GGH而代之以塔頂濕煙囪，取消石灰石顆粒磨制系統(tǒng)，將排出的廢水與廠區(qū)廢水合并統(tǒng)一處理，可大大降低造價，取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。