小型湿式脱硫工程设计简化的探讨.pdf

小型湿式脱硫工程设计简化的探讨 陈列子 1 曹晓满 2 1.北京中科创新园环境技术有限公司, 北京 100080;2. 山东电力工程咨询院有限公司机务环保部, 济南 250013 摘要 针对小型湿式脱硫工程的投资规模、技术特点、运行灵活性等各类特征, 分别探讨了烟气系统、吸收塔系统, 脱硫 浆液制备系统, 石膏脱水系统, 废水处理系统等简化设计方式。 通过实际工程运用表明 各类设计简化方式均可在一 定条件下予以运用及推广。 关键词 小型脱硫工程; 简化设计 ; 实用性验证 AD I S C U S S I O NO NS I MP L I F I E DD E S I G NO FS MA L LWE T - D E S U L P H U R I Z A T I O NP R O J E C T C h e nL i e z i 1 C a oX i a o ma n2 1.B e i j i n gC Y C SE n v i r o n m e n t - T e c hC o . , L t d , B e i j i n g100080, C h i n a ; 2.S h a n d o n gE l e c t r i cP o w e r E n g i n e e r i n gC o n s u l t i n gC o . , L t d , J i n a n250013, C h i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e , i nv i e wo f c h a r a c t e r i s t i c s o f s m a l l w e t d e s u l p h u r i z a t i o np r o j e c t s u c ha s i n v e s t me n t s c a l e , t e c h n i c a l c h a r - a c t e r i s t i c , o p e r a t i o nf l e x i b i l i t ya n ds oo n , d i s c u s s e ds e p a r a t e l ye a c hk i n do f d e s i g ns i m p l i f i c a t i o nw a yo f t h eg a ss y s t e m, t h e a b s o r p t i o nt o w e r s y s t e m , d e s u l p h u r i z e rp r e p a r a t i o ns y s t e m , t h eg y p s u md e h y d r a t i o ns y s t e ma n dt h ew a s t ew a t e r d i s p o s a l s y s - t e m.T h ea c t u a l p r o j e c t u t i l i z a t i o ne x p e r i e n c e s h o w s t h a t e a c hk i n do f d e s i g ns i m p l i f i c a t i o nw a yc a ng i v e t h eb o l du t i l i z a t i o na n d t h ep r o mo t i o nu n d e r t h ec o n t r o l l e dc o n d i t i o n s . Ke y wo r d s s ma l l w e t - d e s u l p h u r i z a t i o np r o j e c t ;s i m p l i f i e dd e s i g n , a p p l i e dr e r i f i c a t i o n 0 引言 目前我国已对众多的中小型燃煤发电机组进行 了关停处理 ,转而集中发展技术更为先进 、 节能 、 环保 的大型发电机组 ,烟气脱硫处理重点领域也同时转向 大型湿式脱硫技术。但不可忽视的是 ,现阶段随着诸 如造纸行业 、 印染行业 、 化工行业的快速发展, 越来越 多的小型热电联产机组 75 ～ 220 t /h 也随之兴起, 这些机组的炉型也随之呈现非标化发展态势 如 90, 100, 150, 170, 240 t /h 。原因在于以上行业生产必 须配套小规模热电机组,同时生产的灵活性也促使必 须采用一定数量的小机组来灵活调节 。 现阶段 ,小型脱硫工程的数量为数不少, 针对小 型锅炉的脱硫技术也层出不穷, 但往往呈现出如下不 足 [ 1] 干法技术效率不高 、造价高昂、运行费用不菲 且不适用于多炉一塔运用; 镁法脱硫 、 氨法脱硫 、 海水 脱硫等受地域限制; 早期常用的双碱法脱硫又由于纯 碱在运行过程中的大量损耗 ,成本太高而与预想相去 甚远。时至今日 , 湿式石灰石脱硫技术仍然占绝大 多数。 小型脱硫工程具备如下特点 1 投资规模有限 ,运行成本受限 , 因此脱硫系统 的设计必须简洁且实用化 。 2 脱硫运行时脱硫剂选用呈多样化, 脱硫系统 必须具备较强的适用性。 3 脱硫系统的控制必须简单化, 同时必须保证 小机组运行的灵活性 。 1 烟气系统的设计 新上脱硫工程必涉及原烟气系统的改造, 其改造 包括以下三部分 烟气系统增压改造 、砖烟道增设旁 路挡板及脱硫进出口改造、砖烟道及烟囱防腐改造。 以常见脱硫工程为例 1 增压改造往往在引风机后部增设静叶或动叶 轴流风机即增压风机 ,也可采用大型离心风机配备高 压变频器进行连续控制,但后种方式造价偏高其运用 较少。 2 增设旁路挡板时经常将某段砖烟道整体剔除 61 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 而更换一段经防腐处理后的钢烟道来安装旁路挡板 门 ,原因在于 a . 砖烟道的混凝土梁、柱、底板局部破坏往往造 成整体结构失衡 如顶板横梁的截断会导致砖烟道 局部长悬臂梁易出危险, 烟道底板被破坏则危害更 甚 。 b . 烟道壁厚度一般在 40 c m以上 含烟道壁内 部空心隔温层 , 直接将挡板门执行机构安装于砖烟 道内难以使烟道接缝密封 。 c . 挡板门钢门框直接与烟道砖体相连 , 则破坏 原有耐火功效。 3 防腐改造则采用 G G H进行烟气升温以避免 腐蚀,或直接对净烟气烟道和烟囱进行防腐施工。由 于 G G H 的诸多弊端 [ 2] , 目前已逐渐被弃用, 而烟囱 防腐施工难度较大,如需保证施工期间锅炉仍然正常 运行, 建设期间需设临时烟囱, 而后再重新进行脱硫 烟道对接并拆除临时烟囱 。 以上各项改造已成为大型脱硫工程实施的惯例, 所耗成本极高。针对小型脱硫成本控制的考虑及小 型脱硫系统的特点, 并尽力避免以上弊端的出现, 对 烟气系统改造措施作如下探讨 a . 避免增设增压风机,直接改造锅炉原有引风机 的叶轮与机壳 避免更换电机 ,必要时改变原风机 机壳渐开线角度并收缩出口烟道 ,对原风机出口烟道 进行完全改造 图 1 。小型煤粉炉风机全压多在 2 600 ～ 2 900 P a ,往往具有 20 左右压头余量, 脱硫 塔采用空塔喷淋方式 , 增加 550 P a 左右压头可完全 满足脱硫运行,一般无需更换电机 , 仅改造叶轮与机 壳是完全可以满足增压要求的。该方式在枣庄某脱 硫工程上进行了成功运用, 其投资较增设增压风机大 大降低 ,同时在烟气系统控制上较增设增压风机简 便 ,不失为小型脱硫工程增压改造首选方案。 图 1 枣庄某脱硫工程风机改造图 b . 旁路挡板门尽量安装在引风机出口钢烟道上。 小型锅炉引风机出口烟道尺寸较小, 相应挡板门尺寸 及所需安装空间也较小 。在引风机机壳改造 出口 烟道角度 的配合下 , 在有限的空间内合理布置烟 道 ,在引风机出口钢烟道上安装脱硫入口烟道及旁路 烟道, 可完全实现烟气的切换操作, 无需对原砖烟道 进行伤筋动骨改造,同时每台引风机分设旁路挡板门 也最大程度保证了锅炉运行的灵活性。 如图 2所示枣庄脱硫工程实例, 电厂共两台锅 炉 ,原锅炉引风机出口烟道由引风机出口斜向上 45 引出后 ,分别由图 2中砖烟道左侧接入砖烟道 。改造 后将引风机出口烟道渐开线角度由 135 改造为 195 斜向下 15 , 引风机出口烟道由原砖烟道底部穿 过 ,转而由另一侧返回砖烟道作为旁路使用。同时两 台锅炉的脱硫入口烟道在脱硫入口挡板门与脱硫塔 之间合拢后, 引入脱硫塔 。两台锅炉分设旁路挡板 门 ,保证了锅炉运行的最大灵活性。 该类烟道改造方式如现场条件允许, 可大胆使 用 。改造中仅对砖烟道墙体进行局部破坏后恢复即 可 ,无需对砖烟道柱梁进行破坏 ,施工难度大大降低, 同时对于多炉一塔而言,分别安装旁路挡板确为保障 小型锅炉运行灵活性的合理选择。 1风机出口; 2烟囱; 3旁路挡板门; 4脱硫塔 图 2 枣庄脱硫工程脱硫烟道 c . 不设脱硫出口烟道 , 直接在脱硫塔顶增设 “湿 烟囱”排烟。湿式脱硫系统不管是否加装 G G H ,烟气 带水现象始终难以克服。一旦除雾器除雾效果降低, 烟道内积水渗漏现象就会出现, 烟囱内腐蚀更不可避 免 。长期运行后发生砖烟道渗水现象几乎是所有湿 式脱硫系统的通病 [ 3] 。小型脱硫系统的吸收塔径较 小 以 130 t /h 锅炉为例塔径多为 5 m左右 , 在其顶 部增设一直径 2. 6 m左右 , 总高 45 ～ 60 m 含塔高 钢烟囱 内部玻璃鳞片防腐, 外部采用钢架支撑 可 彻底解决砖烟道 、 烟囱腐蚀问题 图 3 。即脱硫运行 时脱硫湿烟气由顶部钢烟囱直接排空 ,而不经砖烟道 烟囱排空,可使烟囱彻底免除腐蚀问题。同时湿烟气 排空过程中 ,烟气降温水汽凝结流回塔内 ,使脱硫耗 水量进一步减少 。滨州某脱硫项目已成功实施 “湿 62 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 烟囱”改造。 增设“湿烟囱 ”目前在国内运用相对较少 , 原因 之一在于大型脱硫塔体积过大 直径多超过 10 m , 严格按照环保要求所需烟囱高度设计, 顶部湿烟囱 含防腐费用 自身投资巨大 、湿烟囱直径相对较小 与湿烟囱配套支撑钢架施工难度较大且投资巨大; 原 因之二在于小型机组以前环保要求相对宽松, 脱硫往 往间断运行 ,因此多选择直接由原有烟囱排烟, 却并 不增设 G G H 。在环保要求日益严格的大环境下, 在 小型机组脱硫烟气系统改造中增设 “湿烟囱 ”, 其施 工难度不高 ,较增设 G G H 投资低, 同时使烟气阻力也 随之降低,相较而言无论是投资还是今后运行成本及 操作简易性均有较大优势, 可作为今后小型机组脱硫 改造的可选项。 图 3 滨州某脱硫工程脱硫塔 2 吸收塔系统的设计 以常见脱硫塔系统为例 一般循环浆液池被置于 塔底部而与塔连为一体, 在浆液池壁合适的高度、合 适的角度安装 3台 或以上 侧进式搅拌器 , 氧化空 气管主管道延伸至塔内浆液正常液面 1 m 以上高度, 然后分为三支 或以上 分别插入浆液池内 , 氧化支 管在塔内的安装方位 、 角度及管道形式的设计与侧搅 拌器密切配合,以达到氧化空气分布均匀的目的。 但采用该设计方式制约小型脱硫运用的瓶颈在 于侧进式搅拌器需采用 2 205或以上合金材料制作 轴 、 叶, 多选用进口电机,同时机械密封的设计生产及 叶轮的设计均具备相当技术门槛 ,国内目前可配套厂 家较少 ,其成本远远高出常见顶部搅拌器 。在有限投 资条件下,作相应简化设计 将循环氧化池与吸收塔 分置,在塔外开挖循环氧化池,使塔体高度随之降低, 同时循环泵也随之置于地下形成地下泵房 ,循环泵与 石膏排出泵置于地下泵房内。吸收塔 、 地下泵房、循 环氧化池三者呈直角三角形布置形式 。吸收塔底部 设置液封槽 ,与循环氧化池之间采用管道连接, 使管 道一端插入密封水槽, 一端插入循环氧化池液位以 下 ,以保证吸收塔内不会溢烟。在循环氧化池底部直 接采用 P P 管最为简单的曝气管进行曝气 图 4 , 在 池顶安装单台顶部搅拌器, 使浆液及氧化空气混和 均匀。 图 4 枣庄脱硫工程曝气管布置 该设计相对原始且简单 ,但如果场地允许, 不失 为大大降低成本的一种较好方式 。其优点为 塔体高 度相应降低且免用侧进式搅拌器 ,成本大大降低; 浆 液置于塔外地下池内 ,可彻底避免塔内存浆液位过高 时可能反灌进入烟道的隐患、 侧进式搅拌器机械密封 损坏泄漏造成塔体漏浆的隐患 ; 循环浆液浓度调整、 液位监控简单、 直观, 池体清淤容易。其弊端为 浆液 外置,存在更大的浆液蒸发表面积,水耗相对较大 ; 同 时在运行 p H 值较低时,部分已吸收的二氧化硫气体 会重新挥发出来 ,造成局部浓度过高而局部污染。需 根据场地条件、 投资规模等确定采用与否 。 3 脱硫剂制备系统的设计 目前大型脱硫系统所采用脱硫剂制备系统 以 石灰石为例 多采用以下两种方式 3. 1 方式一 外购石灰石块,经称重皮带机后由斗式提升机送 入储仓内, 底部卸料口安装星形卸料器或螺旋输送 机 ,将石灰石送入湿式球磨机内磨细制浆打入石灰石 浆液箱待用 。 3. 2 方式二 外购满足规格的石灰石粉, 经气力输送或斗式提 升机进入储仓,底部安装星形卸料器 , 将石灰石粉卸 入底部石灰石浆液箱内制浆,随制随用。 但基于小型脱硫的特点,脱硫剂往往并非仅仅局 限于石灰石粉,生石灰粉、纯碱粉 、 火碱等遇水发热脱 硫剂、乃至碱性废水均可能采用, 因此在简化设计同 时必须充分考虑适用于多种脱硫剂的使用情况。制 浆系统设计的建议简化方案及探讨如下 1 外购合乎规格脱硫剂 , 如为石灰石或石灰, 则 63 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 需满足或略低于相应粒度、纯度等脱硫要求; 如为纯 碱应避免采用纯碱晶体 晶体溶解速度极慢 ; 如为 火碱, 鉴于其危险性 ,建议外购浓碱液 32浓度最 常见 。 2 采用气力输灰方式输入储仓, 如现场条件允 许 ,可考虑取消仓顶布袋除尘器, 在仓顶安装管道与 电厂现有烟道的负压区连接 ,在进粉时开启管道上阀 门即可 。粉仓锥斗安装振打电锤促进下料通畅 也 可采用安装流化板后输送加热空气流化疏松 。 3 制浆过程中如采用生石灰粉或纯碱等 , 其设 计难点在于制浆时大量放出热量 ,蒸汽也随之上窜, 粉仓内极易吸潮造成下料不畅, 同时制浆箱内也往往 温升过高造成输浆泵及输送管道高温运行而损坏。 其简易解决方案为 a . 直接采用地下浆液池制浆 , 由于具备较大蒸 发表面积,可无需另行考虑 。其弊端在于制浆期间局 部粉尘污染严重 。 b . 如采用浆液箱, 需将粉仓卸料口与浆液箱进 料口错开,在仓底安装 水平 螺旋输送机 , 输送机下 料口连接约 60斜管与箱顶进料口连接, 斜管采用渐 扩管,管口至少深入箱内 10 c m 以上并保持距液面小 于 15 c m 。同时在浆液箱外侧部安装管口向下进气 管 2支以上 ,顶部安装管口向上排气管 2支以上, 排 气管长度建议在 6 m以上 , 使箱内形成较强空气对 流 ,蒸汽迅速随之排出 。 经现场试验 ,以上简化设计具有较好效果 。由于 小型脱硫所采用粉仓体积较小, 因此在有效排出热量 并避免蒸汽反窜入仓情况下 ,无需采用粉仓流化风系 统 采用电锤振打方式即可 ,以上不失为经验之谈 。 4 石膏脱水系统的设计 目前石膏脱水系统的设计虽已比较成熟, 但同时 令脱硫设计方颇为为难的一个问题是 采用真空皮带 脱水机进行石膏脱水时,由于气液分离器顶部负压一 般在 - 0. 05 M P a 左右 , 为使气液分离器底部顺利排 水 ,真空皮带机一般要求布置在 8 m以上高度; 若 改用板框压滤机 ,其脱水效果又远达不到相应要求 。 而小型脱硫石膏产量较小, 采用铲车随接随走即 可基本处理所产石膏 ,无需体积巨大的石膏输送系统 及石膏储存系统 ,真空皮带机高位布置会造成空间闲 置且土建成本较高。针对小型脱硫的解决方案为 借 鉴化工系统中所常用的自排液器替代脱硫常用的气 液分离器,可取得很好效果 。 如图 5所示 ,自排液器内分隔为上下两层, 顶部 设有空气连通阀 。初始时底部外排液阀由于负压吸 合作用紧闭 ,滤液仅被吸入上层 。当上层液位达到一 定程度 ,隔板自动连通 ,液体经内排液阀迅速进入底 部 ,同时顶部阀门与空气连通, 底部外排液阀也随之 开启,迅速排液。液位降低到一定程度,隔板关闭 ,顶 部空气连通阀关闭,继续下一个循环 。 图 5 自排液器外形 尽管自排液阀属连续间断吸液排液运行, 但无需 安装高度限制,使皮带机布置更为灵活 ,同时大大减 小土建成本 ,而且工作原理简单适用 ,操作简便 ,可予 以广泛使用 。 5 废水处理系统的设计 如严格遵守环保要求 ,脱硫系统应增设废水处理 系统, 但针对大型脱硫, 其废水量也往往也不超过 10 t /h 以单台机组进行经验估计 , 而废水处理系统 设备较多占地较大,对小型脱硫而言得不偿失 。因此 特提出相应简化处理方案并予以探讨。 小型热电厂其所依附企业一般建有生产废水处 理装置 ,因此考虑将脱硫废水引入进行集中处理。可 在脱硫塔附近择地开挖两座沉淀池, 其设计类似于水 处理工程中的初沉池 ,池底设 3坡度, 尾部设围堰。 脱硫废水由滤液泵引入支路排出 ,在池内缓慢流动沉 淀后,上清液溢出围堰经沟渠流入生产废水处理装置 进行处理。两座沉淀池总容积参照塔内设计浆液量 来确定 ,同时兼作事故浆液池之用。 下转第 67页 64 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 出现故障时 ,可采用暂时打开旁路烟气挡板, 调小增 加风机叶片的运行方式 , 最大程度地减少进入到脱 硫系统的杂质或粉尘 。 5 加入消泡剂。加入消泡剂是最直接的控制手 段 ,定期把消泡剂加入到吸收塔地坑里通过排水坑泵 打到吸收塔中 ,能快速解决起泡问题 。但是 ,该方法 不能从根本上解决问题,一旦停止加入消泡剂时间过 长 ,吸收塔浆液可能再次出现起泡溢流的现象, 而且 消泡剂的大量使用在一定程度上增加了运行成本。 6 定期对吸收塔液位进行标定 。盘电公司脱硫 系统吸收塔所采用液位计为压力变送器式液位计, 取 三次平均值 ,减小液位误差, 并分析动态液位与静态 液位之间关系及规律, 确保 D C S 画面吸收塔液位显 示值的正确性。 7 对于没有设置 G G H的电厂脱硫系统, 应定期 打开烟道底部疏水阀疏水, 防止浆液到达增压风机出 口段。当溢流浆液进入烟道后, 吸收塔入口处烟气温 度突然大幅下降 ,必须及时停运增压风机 [ 6- 7] 。 5 结语 国华盘电脱硫系统运行实践经验表明 ,严格按照 脱硫系统运行标准, 通过采取上述措施 ,吸收塔浆液 溢流的现象虽不可避免但是可以控制的, 目前脱硫系 统运行良好 ,严重的溢流现象已很少发生 。 吸收塔浆液溢流问题对脱硫系统的稳定运行仍 存在很大危害,是脱硫系统运行长抓不懈的问题。脱 硫运行人员需要长期摸索 、 积累经验 ,妥善及时处理, 才能保证脱硫系统安全稳定地运行 。 参考文献 [ 1] 孙克勤, 张东平, 张俊礼. 湿法烟气脱硫设施与运行分析[ J ] . 发电设备, 2006 2 134- 138. 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