火电厂脱硫改造方案设计研究

【摘 要】本文从脱硫工艺设计、脱硫系统设计以及石灰石粉制浆系统、烟气系统、吸收氧化系统、石膏存储系统、公用系统、排放系统、水处理系统、电气系统等子系统设计方面深入讨论了山西鲁能河曲发电有限公司脱硫升级改造工程的方案设计，通过生产实践结果来看，改造效果显著，硫化物排放量有所降低，符合相关规范和标准。

【关键词】脱硫改造方案 工艺设计 系统设计

【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

中国环保部在2014年颁布了《火电厂大气污染物排放标准》，其中有关脱硫的相关规定与之前颁布的标准相比，不管是从减排力度还是完成时间周期限制上都有明显的提高，并且明确规定了2016年1月1日起开始执行。为了满足国家相关规定，根据山西鲁能河曲发电有限公司一期现场情况及机组现状，通过可行研究报告对各个专业改造方案对比，本次超低排放改造在脱硫改造方面主要是采用：风机校核+脱硫+烟囱防腐的改造方案。由于河曲电厂一期机组原有GGH的漏风很大，无法满足脱硫后SO2超低排放标准的要求，故需将原有GGH拆除。在拆除GGH后进行烟囱防腐改造，整体阻力增加较小，加大增压风机压力来满足超低排放改造的需要。

2 工艺设计

山西鲁能河曲发电有限公司脱硫采用的是石灰石/石灰―石膏法，该方法是目前世界上应用最广泛的一种脱硫工艺，该工艺采用石灰石作脱硫吸收剂，吸收剂与水混合搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2与浆液中的CaCO3反应生成CaSO3，CaSO3浆液流入氧化循环水处理池被鼓入氧化空气中的O2氧化最终生成石膏晶体CaSO4・2H2O。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。石灰石-石膏法具有技术成熟，脱硫效率高，系统稳定等技术特点。

其主要化学式如下描述，烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触，循环浆液吸收SO2，反应如下：

（1）吸收：SO2+H2OH2SO3 H2SO3H++HSO3-

（2）中和：CaCO3+H2SO3CaSO3+H2O+CO2

（3）氧化：CaSO3・1/2H2O+2H2OCaSO4・H2O

烟气从烟道引出后经进口烟道进入吸收塔。石灰石浆液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。这些液滴与塔内烟气顺流接触，烟气经旋流喷淋、自激沸腾、泡沫吸收，使气液充分接触，发生传质与吸收反应，烟气中的SO2、SO3及NOX、HCl、HF被吸收。SO2吸收产物的中和反应在吸收塔内完成，SO2吸收产物的氧化在塔外氧化循环水处理池完成，并最终形成硫酸钙。然后通过石膏排出泵输送到水力旋流器，经旋流分离浓缩）、真空脱水后生成石膏回收利用。旋流器上层清液输送到滤液池，滤液大部分用泵送回脱硫系统循环使用，当浆液经过多次循环利用后富集重金属元素和Cl-等时，再用泵将浆液输送到污水处理系统进行处理。

3 脱硫主要系统设计

3.1 石灰石粉制浆系统

在进行石灰石粉制浆系统设计时，必须充分保证工艺水加入系统以维持要求的浆液浓度（浓度测量和调节包括在供货范围之内）；吸收剂供应系统应满足脱硫所有可能的负荷范围；筒体、泵和管道的使用寿命不低于一个大修期；投标方应提供吸收剂制备系统要求的所有设备和辅助设施；所有要求的泵和输送浆液或其他侵蚀介质的泵，全套包括：电机、联轴器、泵和电机的公用基架、法兰、配件等以及衬里、冲冼设施（用于浆液泵和输送其他侵蚀介质的泵上）；对制浆量、制浆效果应进行测量和控制，还提供一个就地控制箱；石灰石浆液箱设置浆液采样口和液位计；为防止石灰石浆液箱内发生沉淀，浆液箱配备搅拌器，搅拌器材料必须具有防腐蚀、耐磨性能。

石灰石粉制浆系统共包括石灰石粉接收储存系统、石灰石粉制浆系统和石灰石浆液供给系统三部分。石灰石粉接收储存系统对石灰石粉细度的一般要求是：90%通过325目筛（44）或250目Y（63）。石灰石纯度须大于90%。工艺对其活性、可磨性也有一定的要求。将石灰石粉由罐车运到料仓存储。石灰石粉仓的容积相当于两台炉（2×600MW）BMCR工况下5天的石灰石的消耗量。石灰石粉制浆系统的粉仓存储的石灰石粉通过给料机、输粉机将石灰石粉输入制浆机，加水制备成含固率为30%的石灰石粉浆液。然后由制浆机浆液泵输送到石灰石粉浆液箱。石灰石浆液供给系统共配有二座石灰石粉浆液箱和4台石灰石粉浆液泵，配有2条石灰石粉浆液输送管，石灰石浆液通过管道输送到循环泵入水管进入吸收塔。输送管上分支出一条再循环管回到石灰石浆液箱，以防止浆液在管道内沉淀。

3.2 烟气系统

从除尘器后的烟气，通过烟道进入吸收塔。在吸收塔内脱硫净化，经除雾器除去水雾后，经出口烟道和引风机进入烟囱排入大气。

整个脱硝脱硫系统的烟气阻力

烟气系统主要设备包括增压风机、进、出口烟道、挡板、膨胀节及其附件。

3.3 吸收氧化系统

本设计方案采用NFT塔双塔技术，根据业主提供的系统参数，脱硫塔设计烟气量3600000m3/h，脱硫塔容量有10%的余度。二氧化硫吸收氧化系统是烟气脱硫系统的核心，主要包括NFT塔、除雾器、PM吸尘器、浆液循环泵、氧化循环水处理池和氧化风机等。浆液从氧化循环水处理池通过浆液循环泵送至吸收塔上部进行喷淋，与烟气接触发生化学反应，吸收烟气中的SO2，反应生成的亚硫酸钙自吸收塔底部排出，M入氧化循环水处理池内被氧化风机鼓入的氧化空气强制氧化，最终生成硫酸钙（石膏）。硫酸钙浆液由浆液排出泵排出，送入石膏脱水系统。脱硫后的烟气通过除雾器来减少携带的水滴，除雾器出口的水滴携带量不大于75mg/Nm3。两级除雾器布置在吸收塔顶部，除雾器由聚丙烯材料制作，两级除雾器均用工艺水冲洗。冲洗过程通过程序控制自动完成。

（1）吸收塔顶部设置供检修维护的平台和扶梯。吸收塔配有内塔，主塔旋转喷淋室顶部设置喷淋支管、母管、喷嘴等。设置4台浆液循环泵。运行的浆液循环泵的流量可根据锅炉烟气负荷的变化和吸收浆液流量的要求来通过变频确定，可以有效地降低系统电耗，提高运行的经济性。实行塔外布管，塔内喷淋方式；布置了4层喷淋层，顶部一层，中部三层，其中1层为备用喷淋层，以使脱硫脱硝效果达到最佳。塔体的设计无死角，塔内为涡旋气流，无浆液沉淀。吸收塔底面设计能满足完全排空浆液。吸收塔配有足够的喷嘴，以达到要求的喷淋效果。吸收塔的喷淋系统和支撑等都设置在塔外，只有喷嘴通过设置的小喷口深入到塔内进行喷啉，这样很方便喷嘴、喷淋系统和支撑等的检查和维护。吸收塔配备有足够数量和大小合适的人孔门，人孔门无泄漏，而且在附近设置有走道或平台。在人孔门上装有手柄。吸收塔系统设置有必需的就地和远方测量装置，提供了必需的检测点。

（2）脱硫塔塔体材料及其施工。塔体材料使用NFT-001惰性材料；塔体砌筑材料使用铸石粉加耐酸碱胶泥，其防腐耐磨性、耐酸碱性是混凝土、玻璃钢等材料的十倍以上，本工程吸收塔体的使用年限三十五年以上，保修年限一年。

（3）工艺原理。循环泵将脱硫浆液送入脱硫塔喷淋装置，喷淋层喷咀布置合理，脱硫液与烟气流进行旋流喷淋，自激沸腾和泡沫吸收，充分吸收烟气中的SO2，脱硫塔内浆液从溢流口流出切向进入氧化循环水处理池，使石膏晶体悬浮；由氧化风机吹出的氧化空气进入氧化循环水处理池的反应区，SO2吸收产物的中和反应在吸收塔内完成，SO2吸收产物的氧化在塔外循环水处理池完成，并最终形成硫酸钙（石膏）；脱硫后的烟气夹带的液滴在脱硫塔上部的除雾器中收集，使净烟气所携带的雾滴含量不超过保证值75mg/m3，并通过烟囱排入大气中。

吸收氧化系统是烟气脱硫系统的核心，主要包括NFT塔、喷淋层、除雾器、循环水泵、氧化循环水处理池、氧化风机、管道及附件组成。

3.4 石膏储存系统

脱硫系统中副产品储存系统包含石膏脱水系统及石膏储存系统。氧化循环池的石膏浆液通过石膏排出泵送入石膏旋流器，石膏旋流器出来的溢流浆液一部分返回吸收塔循环使用，一部分旋流器底流至真空皮带过滤机，滤液水经管道和阀门控制流至制浆系统的水箱和氧化循环理池循环使用。石膏旋流器浓缩后的石膏浆液全部送到真空皮带机进行脱水运行。进入真空皮带过滤机的石膏浆液经脱水处理后表面含水率小于15%，经脱水处理后的石膏直接落入石膏储存间存放待运，可供综合利用。

石膏脱水系统的主要设备有石膏排出泵、石膏旋流器、真空皮带过滤机、真空泵、石膏库。

石膏浆液由石膏排出泵从氧化循环水处理池输送到石膏脱水系统。石膏浆液浓度大约为25wt%。石膏脱水系统为2炉（2×600MW）用。

石膏浆液输送到安装在石膏脱水车间顶部的石膏旋流站，浓缩到浓度大约55%的底流浆液自流到真空皮带脱水机，上溢浆液经管道自流到制浆工艺水箱，再从工艺水箱溢流至氧化循环水处理池。真空皮带脱水机和真空系统按75%容量设置。石膏旋流站底流浆液自流输送到真空皮带脱水机，由真空系统脱水到含90%固体和10%的水分，脱水石膏经冲洗降低其中的Cl-浓度。滤液经滤水回收箱进入滤水箱。脱水石膏由石膏输送机落入石膏仓，然后由螺旋卸料装置卸至汽车运输。

本系统由石膏浆液排出泵、旋流器组成对石膏的第一层次脱水，脱水浆液含固率约为40～60%，真空橡胶带式过滤机对石膏的第二层次脱水，脱水后的石膏的含水率≤10%。滤液送到制浆系统的水箱和循环水池循环利用，石膏综合回收，如做水泥缓凝剂，建筑行业，或者农业化肥的生产以及家禽饲料的制备上。副产品（石膏）脱水系统的设计能力为产成品硫酸钙5t/h进行设计；系统对硫酸钙有100吨存放量的仓储能力。

3.5 公用系统

公用系统包括工艺水系统、工业水系统、冷却水系统和压缩空气系统等子系统构成，为脱硫系统提供各类用水和控制用气。

3.5.1 工艺水系统

FGD的工艺水一般来自电厂循环水，并输送至工艺水箱中。工艺水由工艺水泵从工艺水箱输送到各个用水点。FGD装置运行时，由于烟气携带、废水排放和石膏携带水而造成水损失。工艺水由除雾气冲洗水泵自动地、间断地输送到除雾器，同时为吸收塔提供补充用水，以维持吸收塔内的正常液位。

3.5.2 冷却水系统

冷却水由电厂主系统提供至各设备。冷却水被输送到氧化风机、湿磨机和空压机处以带走产生的热量，最后返回电厂主系统。

3.5.3 工业水系统

FGD的工业水一般来自电厂补充水，并输送至工业水箱中。该水质优于工艺水。工业水箱中的水通过工业水泵为湿磨机提供制浆用水，并为真空皮带脱水系统提供冲洗水，以获得高品质石膏副产品。

3.5.4 压缩空气系统

压缩空气系统包括2台空压机（一用一备）、一只储气罐。

3.6 排放系统

排放系统设有1个事故浆液池（原有石膏沉淀池）。当需要排空氧化循环水处理池进行检修时，池内的浆液主要由排放泵排至事故浆液池。当检修后，浆液排放泵打开将浆液排入氧化循环水处理池。

3.7 废水处理系统

处理后废水的水质满足废水综合排放标准（GB8978-1996）的要求。在中和箱内，靠添加Ca（OH）2，PH值调整到9-9.7，这样可以使部分重金属沉淀下来。在沉降箱内，通过增加废水的PH值，添加FeClSO4，重金属完全地沉降下来。在絮凝箱内，为使沉淀更加容易，添加絮凝剂。废水中的悬浮物在澄清器中得以分离出来，然后输送到污泥贮存箱，浆液浓度约为10%，然后由污泥高压泵送至压滤机或真空皮带过滤机。

在出水箱应对PH值进行连续监测。如果PH值满足要求，处理后的水直接排入水沟。如果PH值超标，则通过添加HCl将PH值调整到9.0以下。脱硫装置用水主要有两部分，一部分为脱硫系统工艺耗水，包括吸收塔蒸发水、硫酸钙结晶水和硫酸钙表面水等，另一部分为除雾器冲洗水、泵和管道停运时进行的冲洗水、设备冷却水及密封水。其冲洗水就近收集在集水坑内，然后用泵送至循环水处理池。

脱硫装置用水全部由业主水管网供给。除工艺耗水外，其它用水全部回收重复。利用多次浓缩后的废水排入买方污水处理站。

3.8 电气系统

烟气脱硫电气方面有配电柜、控制柜、操作箱，相的动力电缆、控制电缆、信号电缆数量根据系统配套。烟气脱硫自动化方面有PLC柜、UPS柜、工控机、仪表等，保证烟气脱硫处理系统安全、可靠运行所需要的一切保护措施。

4 结语

本文从脱硫工艺设计、脱硫系统设计以及石灰石粉制浆系统、烟气系统、吸收氧化系统、石膏存储系统、公用系统、排放系统、水处理系统、电气系统等子系统设计方面深入讨论了山西鲁能河曲发电有限公司脱硫升级改造工程的方案设计，通过改造工程后的生产实践结果来看，改造效果显著，硫化物气体排放量有所降低，符合相关规范和标准。

参考文献：

[1]刘红蕾，李广华，王智奇.脱硫系统改造方案设计与应用[J].山东电力技术，2013（5）：54-57.

[2]沈琦.吴泾第二发电厂脱硫改造的工程研究[D].上海：上海交通大学，2012：5-8.

[3]陶雷行，吕敬友，陈洪涛.烟气脱硫的工艺选择及因素分析[J].上海电力，2016（6）：15-19.

[4]韩月荣.烟气脱硫改造工程中的老烟囱防腐措施[J].电力环境保护，2015（8）：26-31.

[5]中国环境保护产业协会脱硫脱硝委员会.我国脱硫脱硝行业2013年发展综述[J].中国环保产业，2014，9：4-15.

[6]马晋辉，杨耀文.脱硫改造工程厂用电源系统设计方案的选择[J].华北电力技术，2014（12）：127-130.

[7]周平，吴顺根.火电机组烟气脱硫改造工程电气设计若干问题的探讨[J].浙江电力，2015（05）：149-151.