石灰石- 石膏法烟气脱硫工艺设计.pdf

文章编号:1005-7854(2008)01-0092-04石灰石-石膏法烟气脱硫工艺设计张立红(北京矿冶研究院,北京100044)摘 要:简要介绍了石灰石-石膏法烟气脱硫工艺原理、现状及特点,阐述了铜陵电厂烟气脱硫工艺设计的特点、工艺流程和主要设备选型,对设计中存在的问题进行了探讨,提出了几点建议。关键词:石灰石;石膏;电厂;烟气;脱硫中图分类号:X701文献标识码:APROCESSING DESIGN OF LIMESTONE2GYPSUMFLUE GAS DESULFURIZATIONZHAN G Li2hong(Beijing General Research Institute Mining and Metallurgy,Bejing100044,China)ABSTRACT:This article introduces the principle,status and characteristics of limestone2gypsum flue gas desul2furization1Expatiates the design feature,technological flowsheet and equipment selection of Tongling power sta2tions processing design1Analyses the problems of the design,and some suggestions are presented1KEY WORDS:limestone;gypsum;power station;flue gas;desulfurization收稿日期:2006-11-15作者简介:张立红,高级工程师。环境保护是我国的基本国策。随着国民经济的发展与国民环保意识的提高,人们对大气质量的要求越来越高。火力发电厂作为SO2的主要排放源之一,所面临的环保压力也越来越大,实施电厂烟气脱硫势在必行。目前世界上燃煤或燃油电站所采用的烟气脱硫工艺多种多样,达数百种之多。在这些脱硫工艺中,有的技术较为成熟,已经达到商业化应用的水平,有的尚处于试验研究阶段。目前世界上已投入工业应用的烟气脱硫工艺有:石灰石(石灰)/石膏湿法脱硫工艺,喷雾干燥法脱硫工艺,炉内喷钙加尾部烟气增湿活化脱硫工艺,烟气循环流化床脱硫工艺,海水脱硫工艺,电子束法脱硫工艺,氨水洗涤法脱硫工艺等,各种工艺都有各自的应用条件。石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是采用石灰石或石灰作为吸收剂(其中石灰石磨成粉状与水搅拌制成吸收浆液)同锅炉尾部烟气在喷淋吸收塔内接触反应,使浆液中钙同烟气中二氧化硫反应生成石膏(脱硫石膏浆经脱水后再回收)同时去除烟气中部分其他污染物,如粉尘,HCL,HF,SO3。同大量浆液接触的烟气经吸收塔后水蒸汽达到饱和,经下游烟气加热器加温后排至烟囱。主要特点为:对煤种的变化适应性强,脱硫效率高(有的装置Ca/S=1时,脱硫效率大于90%),吸收剂利用率高(可大于90%),设备运转率高(可达90%以上),工作可靠性高(目前最成熟的脱硫工艺),吸收剂(石灰石)资源丰富,价廉易得、技术进步快。但是初期投资费用太高、运行费用高、占地面积大、系统管理操作复杂、磨损磨蚀现象较为严重。虽然脱硫副产物便于综合利用,但废水较难处理。北京国电龙源环保工程有限公司引进德国斯坦米勒石灰石/石膏法脱硫技术,包括初步设计、详细设计、设备采购、组件制作、设备监造、土建和安装,以及调试和验收等内容。通过消化吸收和实践工作的积累,以及近几年的成功运作,目前已与北京矿冶研究总院等单位合作设计、供货和安装调试脱硫装第17卷 第1期2008年3月矿 冶MINING&METALLURGYVol.17,No.1March2008 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/置。龙源在对技术引进消化吸收的基础上,推动FGD装置的国产化,同设备制造厂合作形成FGD装置设计,设备制造及采购的强大实力。在不降低各项工艺指标及运行参数的同时降低整个FGD工程造价,实现技术和设备装置的国产化。1 工艺设计以铜陵电厂新建2台600MW超临界机组为例。111 设计及运行参数入口烟气量:2007720 Nm3/h(标态、湿基、实际O2);入口烟气O2含量:4168%(标态、干基、实际O2);入口烟气SO2含量:01071%(标态、干基、实际O2);入口烟气粉尘含量:125 mg/Nm3(标态、干基、实际O2);入口烟气温度:122(最高170);出口烟气SO2含量:11215 mg/Nm3(标态、干基、实际O2);出口烟气粉尘含量:31125mg/Nm3(标态、干基、实际O2);出口烟气水分含量:75 mg/Nm3(标态、干基);脱硫效率:95%(设计煤种);钙硫摩尔比:1102;石膏量:21215L/h(10%含水率)。112 工艺设计的主要特点(1)本工程烟气脱硫采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,一炉一塔。(2)烟气系统中增压风机采用动叶可调轴流式风机,烟气加热器采用GGH。(3)吸收剂制备采用外购石灰石粉调浆方案。(4)考虑到石膏的综合利用,石膏设置两级脱水系统。(5)为了方便运行,将吸收剂调浆系统和石膏脱水系统合并布置在工艺楼内。(6)为2台机设置一套事故浆液系统。(7)为2台机设置一套脱硫废水处理系统,处理后的废水达标排放。3 工艺系统及主要设备选择本工程采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,一炉一塔,公用系统包括石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、工艺水及工业水系统、事故浆液排放系统等。烟气脱硫系统包括烟气系统、SO2吸收塔系统、吸收剂调浆及供浆系统、石膏脱水及处置系统、工艺水及工业水系统、排放系统。311 烟气系统本脱硫工程对1号炉和2号炉分别设置烟气系统。当FGD装置运行时,烟道旁路挡板门关闭,烟气引入FGD系统。为克服FGD装置烟气系统设备、烟道阻力,在FGD上游设置一台100%容量的动叶可调轴流增压风机。烟气经脱硫增压风机进入烟气换热器降温后进入吸收塔,为防止净烟气在排放过程中结露,同时也为了增加净烟气排入烟囱后的抬升高度,从吸收塔出来的清洁烟气,再进入烟气换热器升温侧,升温后经烟囱排入大气。当机组启动和FGD装置故障停运时,旁路挡板门打开,FGD装置进出口挡板门关闭,烟气经烟囱直接排放。在烟温高于170情况下,可能损坏设备,FGD装置切入旁路运行。旁路挡板的调整时间在正常情况时为75s,在事故情况下为1520s,保护吸收塔等设备的安全。每套烟气系统主要有1台增压风机、1台GGH、1个FGD进口烟气挡板门、1个FGD出口烟气挡板门、1个FGD旁路烟气挡板门和1套烟气挡板门密封空气系统。增压风机能适应锅炉30%ECR100%BMCR负荷工况下正常运行,并留有一定裕度:风量裕度不低于10%,另加不低于10 的温度裕度,风压裕度不低于20%。在设计流量情况下的效率不小于86%。GGH中与净烟气过流部件考虑防腐,漏风率应小于1%。在设计条件下,保证烟囱入口的烟气温度大于80。GGH驱动装置配主电机和辅电机各1台。轴承采用油浴润滑。提供全套清扫装置的机械和电气部件以及相关的控制系统,可以就地电动和远方PLC监控。GGH的吹扫采用蒸汽进行日常吹灰,当两端压差超过一定值时,进行高压水吹扫,GGH停运时采用低压水吹扫。烟气挡板门为带气体密封结构的双层百叶挡板,在最大压差的作用下具有100%的严密性。烟道挡板的结构设计和布置将使挡板内的腐蚀和积灰减至最小。旁路挡板为可调挡板门,并带位置变送器,具有快速开启的功能,全关到全开的开启时间 25s,快开时间 15s。烟气挡板门配有密封空气系统包括密封风机(每炉2台,2100%容量,1运1备)及其密封空气电加热器等。39张立红:石灰石-石膏法烟气脱硫工艺设计 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/膨胀节设计要求无水、气的泄漏,能承受系统最大设计压力。烟道根据可能发生的最差运行条件(例如:温度、压力、流量、污染物含量等)进行设计。还设有人孔、卸灰门及用于运行和观察的仪表,如压力表、温度计和SO2分析仪等。布置将考虑安装、防腐、排水和积灰问题。312SO2吸收塔系统本脱硫工程对1号炉和2号炉分别设置单独的吸收塔系统,烟气从吸收塔的下侧进入与上侧喷淋的石灰石浆液逆流接触,在塔内进行化学反应,对落入吸收塔浆池的反应物再进行氧化反应,得到脱硫副产品二水石膏。这两个过程的化学反应方程式如下:中和反应:2CaCO3+H2O+2SO2=2CaSO31/2H2O+2CO2(1)氧化反应:2CaSO31/2H2O+O2+3H2O=2CaSO42H2O(2)经吸收剂洗涤脱硫后的清洁烟气,通过除雾器除去雾滴后由吸收塔上侧引出,然后进入烟气换热器GGH升温侧。SO2吸收塔系统包括:吸收塔本体、吸收塔浆液循环泵、石膏浆液排出泵、吸收塔喷淋、搅拌、除雾器、冲洗、氧化空气等部分,还包括辅助的放空、排空设施等。吸收塔采用钢制喷淋空塔。吸收塔本体的内表面采用衬胶或玻璃鳞片防腐。吸收塔外部设有保温层。浆液喷淋系统中喷淋管采用FRP制作喷嘴采用碳化硅材料制作。除雾器材料采用带加强的阻燃聚丙稀。氧化空气喷管采用FRP材料。吸收塔将配备有足够数量的人孔门,并设置相应走道空地或平台。每个吸收塔配有3台循环泵、3层喷淋系统。循环泵设置检修起吊设施,并便于拆换和维修。为充分、迅速氧化吸收塔浆池内的亚硫酸钙,设置氧化空气系统(每炉2台氧化风机,2100%容量,1运1备)。搅拌系统为上下2层,确保在任何时候亚硫酸钙氧化和塔内石膏浆液不沉淀、结垢或堵塞。吸收塔系统还包括必需的就地和远方测量装置,如测量液位、pH值、温度、压力、除雾器压差等仪器,以及石膏浆液的流量及密度的测量装置。313 吸收剂制备系统本脱硫工程设置1#、2#炉公用的吸收剂调浆和供浆系统,包括石灰石粉储存及输送、石灰石浆液调制和浆液供浆等系统。在设计条件下,每台机的石灰石耗量为71087t/h。31311 石灰石储存系统石灰石粉(粒径小于63m)由自卸式密封罐车运至电厂,通过气力输送卸入石灰石粉储仓。该仓容量为809m3(按2台锅炉在BMCR工况运行3d的石灰石耗量设计)。31312 浆液制备系统吸收剂制浆方式采用厂外购买成品石灰石粉(粒径小于63m),储存在石灰石粉仓内,并调制成石灰石浆液。成品石灰石粉通过密封罐车送往石灰石粉仓。粉仓为钢结构制作的圆柱体,直径11m,柱高度9m。为降低高度和防止出料口堵塞,设计有2个出料口,共用2台螺旋给料机。石灰石粉仓的顶部有压力释放阀、密封的人孔门,并设有带脉冲反吹的布袋过滤器(全套设施)用以除去输送或贮存时产生的粉尘。为防止石灰石粉板结,料仓底部通入气化风,以保证输粉的畅通。仓筒还配有容积料位计、呼吸孔、便于速开的密封人孔、出料口的手动关断阀、必要的楼梯平台等装置或设施。物料经螺旋给料机出料口直接落入石灰石浆液箱,石灰石浆液箱直径7m,高度516m。利用石膏脱水系 统 产 生 的 过 滤 水 调 制 成 浓 度 为25%28%(wt)的石灰石浆液。当过滤水不足以制浆时,由工艺水补充。石灰石浆液箱设有一台搅拌器,用于混合浆液。石灰石浆液箱配备4台石灰石浆液输送泵,2运2备。为防止机组负荷变化时浆液管道发生沉积现象,供浆系统采用环管输送方式,每台机组石灰石浆液需要量为2613t/h(2016m3/h)。31313 浆液供浆系统石灰石浆液箱设置1个,其有效容积按不小于2台锅炉BMCR工况下燃用设计煤种时5小时的石灰石浆液量设计,容量为206m3。石灰石浆液罐配有搅拌器。每台机配2台(1运1备)石灰石浆液输送泵,容量按一台炉100%BMCR工况时的石灰石浆液量设计。314 石膏脱水系统本脱硫工程设置1#、2#炉公用的石膏脱水系统,由石膏一级脱水及二级脱水、过滤水、石膏贮存等系统组成。吸收塔排出浆液由石膏(CaSO42H2O),盐类混合物(MgSO4,CaCl2),石灰石(Ca2CO3),氟化钙(CaF2)和灰粒组成。吸收塔的石膏浆液通过石膏浆液排出泵送入石膏旋流器浓缩,浓缩后的石膏浆液自流进入真空皮带脱水机,经脱水处理后的石膏表面含水率不超过10%,脱水后的石膏送入石膏贮存间储存。石膏旋流器分离出来的溢流液一部分进入废水旋流站,一49矿 冶 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/部分经石膏溢流浆液箱返回吸收塔。设置2套一级脱水系统,主要包括2个石膏旋流器、1个石膏溢流浆液箱、3台石膏溢流浆液泵等。设置2套二级脱水系统,每套包括一台真空皮带脱水机和配套的真空泵、一套滤液分离系统、一套滤布冲洗水箱和冲洗水泵等。每台真空皮带脱水机的处理量按2台锅炉BMCR工况运行时FGD装置石膏总产量的75%设计。设置1套废水旋流系统,主要包括1个废水收集箱、1个废水旋流器、1个废水箱,2台废水旋流泵、2台废水输送泵。设置1套过滤水系统,收集过滤水,用于吸收剂制备系统补充水。2套脱硫装置共用1座石膏贮存库,储存能力按存放2台锅炉BMCR工况运行3天的石膏量设计。315 工艺水及冷却水系统本脱硫工程设置1#、2#炉公用的工艺水系统。工艺用水从电厂的工业水管网引接,主要用于:(1)FGD装置运行除雾器冲洗水;(2)回转式换热器(GGH)运行、停运冲洗水(高,低压冲洗水);(3)吸收塔浆池、吸收剂制备系统运行的启动用水和补水;(4)所有浆液输送设备、输送管路、贮存箱的冲洗水。2台机组设置一个工艺水箱,容积为110m3。系统共设工艺水泵2台,1运1备,其容量按2套FGD装置100%BMCR工况的用水量设计;并设事故冲洗水泵1台。增压风机、氧化风机等设备的冷却水和真空皮带脱水机真空泵用水(含滤布清洗用水)也采用电厂工业水,由电厂工业水系统供给,设备冷却水耗量不大于20t/h。水环式真空泵的工业水耗量为216 t/h。316 排放系统本脱硫工程设置两台炉公用的事故浆液系统。在吸收塔重新启动前,通过事故浆液返回泵将事故浆液罐的浆液送回吸收塔。事故浆液罐容量满足一台吸收塔浆池所排放浆液量的要求。事故贮浆系统应能在8h内将一个吸收塔放空,也能在8h内将浆液再送回到吸收塔。FGD装置正常运行时的浆液管和浆泵,在停运时需要冲洗,冲洗废水收集在排水坑中。在每个吸收塔区域设置排水坑,排水坑的收集水用地坑泵送至吸收塔浆池和石灰石浆罐。地坑的尺寸为3m3m3m。工艺楼的排水收集到过滤水地坑。地坑采用混凝土结构,内设玻璃钢防腐,并设有搅拌器,防止颗粒沉积。317 仪表和检修空气系统本脱硫工程设置两台炉公用的压缩空气系统。阀门执行机构均采用电动,压缩空气用于脱硫系统真空皮带纠偏、布袋除尘器反吹用气等。其参数为0150165MPa。仪用空气由电厂压缩空气系统提供,脱硫岛设1个压缩空气储罐。设计容积为4m3,室外布置。压缩空气耗量不大于5Nm3/min。4 存在问题和建议(1)GGH吹扫蒸汽接口、消防水、生活水、工业水、工艺水等接口位置和脱硫岛采暖的引接点位置、采暖热负荷等需在下一阶段工作中明确,以确保项目的顺利实施。(2)我国烟气脱硫设备在技术水平、产品质量和成套性方面与国外设备相比,都有很大差距,必须加快实现火电厂烟气脱硫技术和设备的国产化,以适应二氧化硫治理的要求。(3)国产化的关键在于烟气脱硫的设计技术。只有实现烟气脱硫设计国产化,才能按市场规则选用更多质量优良,价格合理的国产脱硫设备,推动烟气脱硫国产化的进程。参考文献:1强制氧化石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术 EB/OL 1(2005-04-27)2006-1-6 http:/www.gde2pi1com1cn159张立红:石灰石-石膏法烟气脱硫工艺设计 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/