大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统的设计与应用.pdf

2 0 0 5年第 2 期 能源与环境 I S SN1 67 2 90 64 CN35 ． - 1 2 72 ／ TK 繁 髓毒 鬟 警 大型火电厂烟笺循环流化床脱硫 系统的设计与应用 林春源 福建龙净环保股份有限公司 福建龙岩 3 6 4 0 0 0 摘要 总结龙净引进德 国 L L A G公 司的烟气循环流化床 C F BF G D 干法脱硫技术在山 西榆社 电厂的应用实例 ， 介绍大型化 C F BF G D工程的设计参数、 运行情况及技术经济指标。 关键词C F BF G D干法脱硫设计参数技术经济指标 中图分类号 T M 6 2 1 ． 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 9 0 6 4 2 0 0 5 0 2 0 0 4 3 0 4 我国是燃煤 大国， 连续 多年 s o 2 排放总量超过 2 0 0 0万 t ， 已成为世界上最大的排放 国。烟气脱硫是 控制 s o 2 排放最有效 、 最经济的手段。目前， 我国大 型火电厂烟气脱硫主要采用 国外应用较成熟 、 业绩 较多的石灰石／ 石膏湿法工艺 ， 但由于湿法工艺系统 复杂、 投资较大、 占地面积大 、 耗水较多、 运行成本较 高， 国内企业迫切需要投资少 、 运行成本低 、 效率高 的脱硫技术。德 国鲁奇能捷斯集团 L L A G 公司在上 世纪 7 0年代末率先将循环流化床工艺用 于烟气脱 硫 ， 开发了一种烟气循环流化床干法脱硫工艺 C i r c u ． 1 a t i n g F l u i d iz e d B e d n u e G a s D e s u l p h u r i z a t i o n ， 简称 C F B F G D 。经过近 3 0年的不断改进 主要是在 9 0年 代中后期 ， 解决负荷适应性 、 煤种变化、 物料流动 性 、 可靠性 、 大型化应用等方面的技术 问题， 至今运 行业绩达到 4 0多台套。 龙净环保于 2 0 0 1 年 1 0月在国内率先引进了德国 L L A G公司的 C F B F G D技术。2 0 0 2 年底， 华能国际电 力有限公司在经过多次论证和招标后 ， 为其下属山西 榆社电厂的 2 X 3 0 0 M W机组配套由福建龙净环保股份 有限公司负责设计、 制造的 C F BF G D装置。 l 工程概况 榆社电厂位于山西省中部地 区的榆社县 ， 是个 典型的多煤缺水地区， 距太原东南方 向 1 5 0 k m 。一期 已建 2 X 1 0 0 M W燃煤机组 ， 2 0 0 2年新建二期工程 ， 安 装 2 X 3 0 0 M W 空冷燃煤发电机组 ， 配置 2台1 0 5 3 t ／ h 粉锅炉。 榆社电厂 2 X 3 0 0 M W机组配套烟气循环流化床 脱硫系统于 2 0 0 3 年 4月开始设计 ， 2 0 0 3年 1 2月开始 安装。2 0 0 4 年 1 0 月初和 1 1 月中旬， 两套脱硫系统分 别与锅炉 同步投运。脱硫效率高达 9 0 ％以上， 运行 可靠 ， 成功地将国外先进技术与国内的吸收、 消化和 工程管理相结合 ， 取得 了较好的技术经济性能， 使之 成为 目前世界上单机容量最大的干法脱硫系统。 2 工程设计 2 ． 1 煤质特性 榆社电厂二期工程燃用贫煤 ， 主要的煤质 特性 分析如表 1 。 表 1 煤质特性表 2 ． 2 烟气参数 脱硫除尘岛人 口烟气参数如表 2 。 表 2 烟气参数表 序号 项 目名称 l 燃煤收到基含硫分 2 锅炉耗煤量 实际量／ 计算量 3 要求 F G D负荷范围 4 进口烟气量 干标 进口烟气量 湿标 5 进 口／ 出口温度 6 人口压力 7 人口烟气成分 C 02 干标 0 2 干标 S O 2 干标 ． 6 ％0 2 S O 3 干标． 6 ％02 粉尘 干标． 6 ％02 8 要求脱硫率 保证值 9 出口排放粉尘浓度 干标． 6 ％ 单位 设计煤种 校核煤种 ％ 1 ． 4 1 ． 8 t／ h l 3 1 ． 4 6 ／ l 2 9 ． 3 6 l 3 7． 1 6 ／ l 2 6 ． 2 7 ％4 0一l 0 o N m 3 ／ h l 0 4 5 5 l 0 o l 1 N ／ h l 1 0 0 0 3 4 l 0 8 3 5 3 2 ℃ l 1 8 ／ 7 5 l 加 ， 7 5 k P a 8 6 ． 1 8 6． 1 ％ V 0 l l 3 ． 3 6 l 3 ． 3 5 ％ V 0 l 6． 町 5． 9 2 mg ／ N m 3 3 61 0 4 8 6 0 mg ／ N m3 加5 O 异 ／ N m 3 6 ． 镐 6 ． 6 o ％ 9 l 9 0 m N m 3 1 0 0 作者简介 林春源 1 9 6 9 ～ ， 男， 1 9 9 0 年毕业于南昌航空工业学院， 学士， 化工工程师， 长期从事脱硫、 脱氮和除尘技术工作。 维普资讯 环 保技 术 能 源与环境 I ss Nl 6 7 2 90 64 CN3 5 1 “ 7 2 ／ TK 2 0 0 5 年第 2 期 2 ． 3 吸收剂分析 1 吸收剂名称 生石灰 2 吸收剂品质要求 软煅生石灰粒径 ≤l m m， 氧 化钙 C a O 含量 ≥7 0 ％， 生石灰消化速 度 Vo o 4 m i n 检验标准为 D I N E N 4 5 9 2 。 2 ． 4 工艺原 理 C F BF G D工艺以循环流化床原理为基础 ， 采用 生石灰或消石灰为脱硫剂。该技术工艺流程如图 1 所示， 主要 由吸收塔 、 脱硫除尘器 、 吸收剂制备 、 物料 再循环及排放 、 工艺水 、 仪表控制系统等 6 个部分组 成 _ ，r 除 尘 塔 l 雪 ‘I V l 厂 1 一 气 寺 I l - r f ’ 图 1 C F BF G D工艺 流程 图 锅炉烟气从吸收塔的底部与加入的吸收剂和脱 硫灰混合后 ， 通过文丘里管的加速而悬浮起来 ， 形成 激烈 的湍动状态， 使颗粒与烟气之间具有很大的相 对滑落速度， 颗粒反应界面不断摩擦 、 碰撞更新， 从 而极大地强化了气 固间的传热 、 传质。同时通过 向 吸收塔内喷水 ， 湿润颗粒表面 ， 烟气冷却到最佳的化 学反应温度。此时烟气 中的 s 02 和几乎全部的 S O 3 、 H C I 、 H F 等酸性成分被吸收而除去， 生成 C a S O 3 1 ／ 2 H 2 O等副产物。主要化学反应是 C a O H 2 s 02 C a S O 3 1 ／ 2 H 2 01 ／ 2 H 2 0 C a O H 2 S O 3 C a S O 4 1 ／ 2 H 2 01 ／ 2 U 2 0 C a S O3 ’ 1 ／ 2 H2 O 1 ／ 2 02 C a S O 4 。 1 ／ 2 H2 O 2 C a O H 2 2 H C I C a C I2 C a O H 2 2 H 2 0 C a O H 2 2 H F C a r 2 2 H 2 0 C a O H 2 C 02 C a C O 3 H 2 0 为了降低吸收剂 的耗量和稳定流化床的运行 ， 除尘器收集到的脱硫产物和未反应的吸收剂循环 回 吸收塔进一步参加反应。由于吸收塔 内拥有较高颗 粒的床层密度 ， 使得床内的 C a ／ S比高达 5 0以上 ， s 02 可以得到充分反应。通过控制吸收剂的加入量以及 4 4 物料与烟气 的接触时间， 可获得 9 0 ％ 9 8 ％的稳定 S O 2 脱除效率及 9 9 ％l2 d z 的 S O 3 、 H C I 、 H F 脱除效率。 2 ． 5 设计参数 脱硫除尘岛的设计要求 同时满足锅炉燃用设计 煤种和校核煤种两种情况 ， 具体设计参数如表 3 。 表 3 脱硫除尘岛设计参数表 3 系统组成 3 ． 1 吸收塔 吸收塔为文丘里空塔结构， 是整个脱硫 反应的 核心。由于烟气 中几乎所有的 s o 3 都被脱除以及始 终在烟气露点温度 2 0 ℃以上， 吸收塔 内部不需要任 何防腐内衬 ， 塔体由普通碳钢制成。为适应大型化 应用 ， 吸收塔流化床的人口采用 7 个文丘里管结构 。 吸收塔的流化床反应段的直径为 1 0 ． 5 m， 吸收塔 总高度为 5 9 m 。 3 ． 2 脱硫除尘器 脱硫除尘器采用电除尘器 也可 以用布袋除尘 器 ， 由于物料的不断循环使脱硫除尘器的人 口粉尘 浓度高达 6 O 01 0 0 0 g ／ N m 3 ， 是常规电站电除尘器的 2 0 3 0倍 ， 为了满足环保烟尘浓度 5 0 m g ／ N m 3 的要 求。脱硫除尘器的除尘效率必须到达 9 9 ． 9 8 ％以上 ， 但由于通过吸收塔的喷水增湿、 降温， 十分有利于电 除尘的收集 。龙净环保采用德国鲁奇 B s型高浓度 电除尘技术 ， 通过有效的结构设计以满足脱硫工艺 的要求。 脱硫除尘器采用双室 四电场， 型号为 B S 4 7 0 ／ 2 4 ／ 3 8 ／ 4 0 0 ／ 1 5 ． 4 2 5 ／ 41 1 一L C ， 本体阻力 2 5 0 P a ， 阳极 板采 用 Z I 2 4型， 阴极 线 为 V 型线 ， 设 计 效 率 为 9 9． 9 9 ％ 。 3 ． 3 吸收剂制备系统 C F BF G D所需的脱硫剂一般为 C a O H 2 ， 其来 维普资讯 2 0 0 5 年第 2 期 能源与环境 I S SN I 67 2 9 06 4 CN35 1 27 2／ TK 源有两种方式 一是直接采购符合要求的消石灰 C a O H 2 粉 ， 二是采购满足要求的粉状 C a O由密封罐车 运到脱硫岛并泵人生石灰仓。然后经过安装在仓底 的干式石灰消化器生成 C a O H 2 干粉， 通过气力输 送进人消石灰仓储存 。根据脱硫需要 ， 通过计量系 统向吸收塔加人 C a O H ， 干粉 。 本项 目的生石灰仓和消石灰仓 的有效容积分别 为 5 5 0 m 3 、 3 0 0 m 3 ， 满足满负荷运行 7天用量 。干式石 灰消化器采用意大利进 口产品， 其结构为卧式双轴 搅拌式消化器 ， 设计消化能力为 1 0 t ／ h ， 消石灰粉含水 率低于 1 ． 5 ％。 3 ． 4 物料再循环及排放系统 脱硫除尘器收集的脱硫灰大部分通过空气斜槽 返 回吸收塔进行再循环 ， 该项 目设有两条循环空气 斜槽 ， 通过控制循环灰量即可调节吸收塔的压降。 在脱硫除尘器的灰斗设有 2个外排灰点 ， 采用正 压浓相气力输送方式 ， 输送能力按实际灰量的 2 0 0 ％ 设计 ， 对应配套两条输送管道将脱硫灰输送到脱硫 灰库贮存 。 3 ． 5 工艺水系统 脱硫除尘岛的工艺用水包括吸收塔脱硫反应用 水和石灰消化用水。前者通过高压水泵 以一定的压 力通过回流式喷嘴注人吸收塔 内， 在 回流管上设有 回水调节阀， 用 以跟踪 和调节水量。高压水泵的流 量为 6 0 m 3 ／ h ， 压力为 4 ． 0 M P a 。石灰消耗用水采用计 量泵根据生石灰的加人量进行控制。 3 ． 6 控制系统 C F BF G D的工艺控制过程主要有 3个控制回 路 ， 这 3个回路相互独立 ， 互不影 响。 1 S O 2 控制 根据吸收塔人口 s o 2 、 E S P 2 排放 s c h浓度和烟气量控 制吸收剂的加人量 ， 以保证达到按要求的 S O 2 排放浓 度 ； 2 吸收塔反应温度的控制 通过控制喷水量可以 控制吸收 塔 内的反 应温 度在 最 佳反 应温 度 7 0～ 8 0 C； 3 吸收塔压降控制 通过控制循环物料量 ， 控 制吸收塔整体压降在 1 6 0 0～ 2 0 0 0 P a 左右。 榆社项 目采用 S I E M E N S的 D C S系统， 操作简单 ， 画面丰富， 准确灵活 ， 与锅炉主机通讯可靠畅通。 4 工艺布置 榆社电厂 23 0 0 M W 机组 C F BF G D脱硫除尘 岛内各个分系统均独立设置， 所有的工艺 、 电气设备 均为一炉一套。脱硫 除尘岛沿锅炉 中心轴 ， 顺烟气 方向成一字形布置 ， 即原烟气主烟道中心线 、 预电除 尘器、 吸收塔中心线 、 脱硫 电除尘器中心线 、 锅炉引 环 保 技术 风机、 烟 囱在一条直线上。主要辅助工艺设施 如工 艺水系统 、 吸收剂制备系统就近 围绕吸收塔 ， 各设备 的平面和空间组合 ， 既做到工作分区明确 ， 又做到合 理 、 紧凑 、 方便 ， 外观造 型美观 ， 整体性好 ， 并与电厂 其他建筑群体相协调 ， 同时最大限度地节省用地 。 脱硫除尘岛内的建构筑物主要有预 电除尘器 、 吸收塔 、 脱硫电除尘器 、 生石灰仓 、 消石灰仓 、 脱硫控 制楼等。脱硫控制楼布置在两台炉 的中间， 两台炉 脱硫除 岛照 片见图 2所示 图2 山西榆杜电厂 2 X 3 0 0 MW机组脱硫除尘岛照片 5 运行情况 2 0 0 4 年 1 0 月初和 1 1 月中旬 ， 两套脱硫系统分别 与锅炉同步投运 ， 经过 1 个多月的试运行后， 于 1 2月 上旬两台炉脱硫 除尘岛顺利通过了 7 8 h的满负荷运 行考核， 并移交给电厂运行。 由于榆社电厂燃用贫煤 和混煤 ， 实际含硫量高 于设计和校核煤种 ， 约为 2 ． 5 ％， 在考核运行时， 脱硫 除尘岛的人 口 S O 2 浓度最高达到近 7 0 0 0 m g ／ N m 3 ， 但 通过加大 C a ／ S ， 可以确保 9 0 ％以上的脱硫效率， 最高 达到 9 8 ． 4 ％ 参见图 3 ， 同时脱硫后电除尘器出口粉 尘排放在 2 0～ 5 0 m g ／ N m 3 之间， 满足环保要求。而在 考核运行中采用的吸收剂生石灰 的纯度 只有 7 0 ％， 活性 为 1 0 m i n 左右 本次考核的运行参数如表 4 。 图 3 吸收塔入 口 J 2浓度变化 曲线 维普资讯 冀 葵 i 皱 味磐 能源与 环境 L％ S N 1 6 7 2 9 0“ CN3 5 一 l 27 2／ “ r K 2 0 0 5 年第 2 期 表4 运行参数考核结果 6 技术经济分析 分析结果见表 5 表 5 2 3 0 0 M W机组 C F B F G D系统技术经济分析 7 结束语 山西华能榆社电厂 2 3 0 0 M W 机组烟气循环流 化床干法脱硫系统是 目前世界上投运成功的处理烟 气量最大， 同时也是配套火电机组容量最大的干法 脱硫装置。 通过运行证明， C F BF G D脱硫工艺可以满足大 型火电机组烟气脱硫、 除尘的需要。不仅脱硫率可 达到 9 0 ％以上 ， 而且脱硫 电除尘器出 口粉尘排放也 能满足 5 0 m eCN m 3 的环保要求。同时， C F BF G D脱 硫工艺可以满足高硫煤 的脱硫需要 ， 为我 国高硫煤 地区的脱硫工艺选择增加一种技术 、 经济性 良好 的 比选工艺。 福建垃圾发 电将实现零突破 晋江垃圾发 电厂位 于晋 江市罗山镇社店村 ， 工厂总 占地 8 k I n 2 ， 总投资 1 ． 8 6亿元人 民币， 建成后 日处理垃圾 6 0 0 t ． 年发 电量 9 0 0 0万 l 。 目前全省每 日产生的垃圾约有 6 4 0 0 t 。 福州 市区每天则产生近 2 0 0 0 t 垃圾。从对福 州、 厦 门等城市垃圾进 行测试来看， 其可燃物 占5 5 ％， 若按每人每年产生垃圾 4 5 0 来计算， 一个 3 o万人 17 的城区， 年垃圾产量即有 1 3 5万t 。 即 可建一座垃圾发 电厂。根据福建省城市化发展规 划， 2 0 0 5年 全省垃圾无 害化 处理 率要 达 9 o ％， 2 0 1 0年要 达到 9 5 ％． 2 0 O 6 年至2 0 1 5 年期间， 争取全省垃圾发电量装机容量达到 l 2万 k W， 年发 电 5 ． 4亿 k ， 年处理垃圾 2 5 0万 t 左右。福 建省 目 前还有厦门后坑环卫综合处理厂， 总投资 3 ． 1 2亿元。 设计规 模为日处理岛内生活垃圾 4 0 0 t ， 一年可以发电4 0 0 0 万l 。 将 于今年 l 0 月建成发 电。福州红庙岭垃圾发电厂 ， 去年底正式 开工建设 ， 是福 建省最 大的垃圾 发 电项 目， 总投 资约 3 ． 5亿 元， 设计规模 为 日处理 垃圾 1 0 0 0 t ， 年 处理城 市生活垃圾约 3 3 万 t ， 建成后年发 电量约 l 亿 l ， 将于明年底建成投产。 羽 中 国际巨头看好中国节电市场 未来几年， 我国将大力开展节约能源事业， 以节电为核心 的节约能源产品和技术将成为我国又一个新兴的产业。由国 家发改委节能信息传播 中心、 中国电工学会 电器节能专委会 等单位发起组织的“ 大企业节电示范工程” 活动， 日前向国内 企业推荐世界领先节能服务商美国普若泰克公司的节电保护 器， 为我国改善电力消费结构提供了很好的范例和借鉴。 ’ 据介绍， 美国普若泰克公司是一家专业从事节能、 节电、 电气控制设备研究和开发、 产品销售和技术服务的高科技企 业， 是电力节能保护领域世界领先的制造商。其革命性的节 能、 节电系列产品拥有许多全球领先的独特技术和专利元件， 已通过多家权威的保险商实验室的认证和国际质量体系认 证 ， 获得 多项 国际行业应用大奖 ， 并为用户提供价值 3 0 0万美 元的保险单支持及产品 l 0 年内免费更换保证， 这是国内其他 节电保护器所没有的。 该公司很早就看好 中国节 电市场 ， 2 0 0 2 年该公 司的节电 保护产品就开始尝试进入 中国市场 ， 其 系列节电保护 器产品 已在国内石油、 矿山、 冶金、 船舶、 造纸、 汽车等若干工业制造 行业取得成功的应 用， 并得到诸如 中国一汽集 团、 大庆油田、 邯郸钢铁、 内蒙古赤峰毛纺厂等多家实施节电项 目的大中型 企业的青睐与积极反馈， 节电率始终保持在 1 0 ％左右。经受 住中国市场两年来考验， 美国普若泰克公司的产品品质已经 得到 了中国客户的认可。 羽 中 ‘ ． ， l， ‘ ， _ { ， ； 维普资讯