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)已不能滿足國家新的環(huán)保規(guī)范要求。本著對企業(yè)、社會負(fù)責(zé)的態(tài)度，公司根據(jù)自身具體情況，采用了串聯(lián)吸收塔運行的脫硫系統(tǒng)增容改造方式。脫硫增容改造后，兩臺機組SO2年排放量減少2000t左右，能夠取得較好的經(jīng)濟效益及環(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《在全省電力企業(yè)污染減排暨大氣治理工作會上的講話》，河北建投能源公司下發(fā)了建投能源字＜2014＞122號《關(guān)于大氣污染物特別排放限值達標(biāo)改造工作的通知》，冀北電網(wǎng)5月28日要求火電企業(yè)上報改造環(huán)保設(shè)施計劃，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進口SO2濃度在3500mg/Nm3左右，在設(shè)計脫硫效率95%的情況下，煙氣排放SO2濃度在200mg/Nm3左右。不能滿足國家重點區(qū)域煙氣SO2排放規(guī)定的35mg/Nm3的要求，因此，必須對原有的脫硫裝置進行增容改造，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)兩臺國產(chǎn)（2×330MW）供熱機組，每臺鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1100t/h。兩臺機組脫硫系統(tǒng)分別于2010年1月及5月通過168小時滿負(fù)荷試運，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)過靜電除塵器再進入脫硫系統(tǒng)后排入大氣。脫硫場地位于煙囪后。脫硫系統(tǒng)不設(shè)GGH，單獨設(shè)置增壓風(fēng)機，采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，副產(chǎn)物為石膏。在設(shè)計條件下，全煙氣脫硫效率不小于95%。公用系統(tǒng)均按2臺機組容量建設(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，改造后運行效果良好。根據(jù)宣化熱電實際情況，原有吸收塔直徑偏小，煙氣流速過高，改造無法擴大吸收塔直徑，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)護工期長，導(dǎo)致整個停爐時間加長。

經(jīng)過調(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吸收塔。該吸收塔與一級吸收塔結(jié)構(gòu)、功能完全相同。鍋爐煙氣進入一級吸收塔后脫除部分SO2，再進入新建吸收塔(二級塔)，這一方式由于是2個吸收塔串聯(lián)運行，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機組脫硫增效項目改造后，單臺機組脫硫系統(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，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

每臺機組新建一座吸收塔作為二級吸收塔，與原有吸收塔形成串聯(lián)雙塔，采用雙塔雙循環(huán)工藝進行控制。

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

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

3.2煙氣系統(tǒng)改造

本次改造取消增壓風(fēng)機，實行引風(fēng)機、增壓風(fēng)機合二為一配置，同時結(jié)合濕式除塵器改造，統(tǒng)一考慮引風(fēng)機改造方案。吸收塔進出口煙道凈煙道、原煙道進行相應(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及石灰石漿液箱，對原供漿管道進行優(yōu)化改造，為新建吸收塔設(shè)置供漿管道，供漿管道實行單元制配置；每套機組供漿管道設(shè)置兩臺石灰石漿液泵，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。更換原有兩臺石膏旋流器和真空皮帶脫水機及附屬設(shè)備，即皮帶脫水機濾布沖洗水箱、濾布沖洗水泵、真空泵、及相應(yīng)管道、閥門及附件。

3.5廢水系統(tǒng)改造

本次改造需對脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)備進行維護、改造；改造后廢水處理系統(tǒng)滿足全廠兩臺機組脫硫系統(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。對原不滿足使用、運行要求的設(shè)備進行更換，其余設(shè)備進行維護性檢修，同時進行設(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，工藝水泵新增一臺，整個系統(tǒng)二運一備、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，脫硫漿液應(yīng)滿足一級吸收塔、二級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。

考慮到取消旁路后脫硫系統(tǒng)的安全可靠運行，將重要的測點改為冗余配置，并根據(jù)工藝要求對現(xiàn)有的脫硫控制邏輯做出修改，并對SIS系統(tǒng)組態(tài)進行相應(yīng)改造；新增設(shè)備的監(jiān)控和遠(yuǎn)操通過完善后的DCS系統(tǒng)實現(xiàn)，F(xiàn)GD_DCS與主機DCS中需要通訊的重要信號應(yīng)通過硬接線實現(xiàn)信號傳輸；將脫硫系統(tǒng)重要設(shè)備狀態(tài)信號引入主機控制系統(tǒng)，以便于主機運行人員實時監(jiān)視。

4　串聯(lián)塔運行中的問題

串聯(lián)塔脫硫效率高，但設(shè)計運行時，也會遇到一些問題：

4.1吸收塔液位的控制

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

4.2煙氣阻力問題

由于增容改造后FGD吸收塔及煙道系統(tǒng)阻力增加3100Pa左右，同時考慮將來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)機進行增容更換，不單獨設(shè)置增壓風(fēng)機，引風(fēng)機采用動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機，能保證煙氣負(fù)荷50%～100%范圍變化時，仍能保證較高的效率運行。

4.3循環(huán)液氣比、循環(huán)停留時間、煙氣流速

一級塔設(shè)計效率為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)和流場模擬。

二級塔設(shè)計效率為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。二級塔設(shè)計當(dāng)中同時考慮到一級塔脫除的SO2總量高，二級塔漿池設(shè)計固體停留時間為126h，遠(yuǎn)高于常規(guī)設(shè)計的15h。

將一級塔和二級塔作為整個系統(tǒng)來考慮，石膏排漿從二級塔外排，這樣既可以增加一級塔的固體停留時間，充分保證了整個脫硫系統(tǒng)的石膏品質(zhì)，同時二級塔的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力更強，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個吸收塔串聯(lián)運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)研及宣化電廠實際應(yīng)用情況來看，這兩種方式均有其優(yōu)點和缺點，主要比較見下表。

串聯(lián)2個吸收塔與增高吸收塔方式優(yōu)缺點比較表

6　脫硫系統(tǒng)改造后的經(jīng)濟及環(huán)境效益

6.1SO2排放量

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

2×330MW機組脫硫裝置經(jīng)技術(shù)擴容提效改造后其每年可形成SO2減排能力45496噸，對大氣環(huán)境的改善極為有利，有良好的社會效益。同時由于脫硫裝置對煤種的適應(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。

6.2脫硫石膏產(chǎn)量增加

脫硫系統(tǒng)擴容提效改造后，石膏產(chǎn)量由原來的15t/h增加到28t/h，每年石膏增加357.5萬元(按機組利用小時5500小時，石膏價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進口SO2濃度在3500mg/Nm3左右，在設(shè)計脫硫效率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。通過串塔方式的脫硫提效改造，增加了脫硫效率，滿足上級環(huán)保排放限值要求。