600MW燃煤机组烟气脱硫装置的仿真设计研究.pdf

2 0 1 3 年1 月 绦 色辛 斗技 J o u r n a l o f G r e e n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y 第 1期 6 0 0 MW 燃煤机组烟气脱硫装置的仿真设计研究 胡志光， 胡晓贝 华北电力大学 环境科学与工程学院 ， 河北 保定 0 7 1 0 0 3 摘要 以某燃煤 电厂 6 0 0 MW 机 组配套 的烟 气脱硫装置 为研 究对 象， 确定 了处理工况条件 ， 采 用湿式石灰石 一 石 膏工 艺 ， 对 F GD 系统 进 行 了总 体 设 计 ， 完成 了脱 硫 系统 的选 型 与 设 计 ， 并 且进 行 了运行 成 本 分析 。 关 键 词 石灰 石 一石 膏 湿 法 ； 烟 气 脱 硫 ； 设 计 中图 分 类 号 X5 1 1 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 6 7 4 9 9 4 4 2 0 1 3 0 1 0 2 5 0 0 4 1 引言 我 国火 电厂主要 以燃煤 电厂为主 ， 伴 随着发 电行业 的快速发展 ， 燃煤 电厂 产生 了大量 有危害 的 S O。气体 。 根据 2 0 1 2年新 的 火 电厂大气 污染物排 放标 准 ] ， 燃 煤 电厂 S O 。的排 放 限值 降到 1 0 0 mg ／ m ， 对 烟 气 脱硫 FGD 系统 的要求更 高 ， 同时 脱硫效 率高 、 运行 可靠 的 湿式石灰石 石膏 一 法将会 有更广 泛的应用 。 本文 以某 燃煤 电厂 6 0 0 MW 机组 配套 的烟 气脱 硫 装置为研究对 象 ， 对石灰石／ 石膏法 F GD系统进 行了总 体设计 ， 湿式石灰石一石 膏法 F GD_ [艺是 目前世 界上 燃煤 电厂应用最广 泛 、 技术 最成熟 的湿法 脱硫技 术 。 该技术采 用石 灰 石 C a CO。 浆 液作 洗涤 剂 ， 在 反应 塔 吸收塔 中对烟气进行洗涤 ， 从而 除去烟气 中的 S 。 。 2 湿式石灰石 一石膏法脱硫工艺 湿式石灰石 一石膏法烟气脱硫 T艺系统主要包括 烟气系统 、 吸收塔系统 、 石灰石浆液制备 与供 给系统 、 石 膏脱水 系统 、 F GD辅助设备 系统 。工艺流程见 图 1 。 卜 ． 氧化 气 1 艺水 箱 铂一踌旋流 到 颦 I ● 百 召 图 1 石灰石 一石膏湿法 F GD工艺流程 由图 1可知 ， 自锅炉 来烟气经 除尘后进 入 F GD 系 统 ， 由增压 风机 升 压 经 G GH 高温 侧 降 温后 进 入 吸 收 塔 ， 若 不设 GGH 则 直 接 进 入 吸 收 塔 ， 本 T艺 按 不 设 GGH考虑 。从吸收塔 中下部进人吸收塔的烟气与上 部 喷淋 的石灰石浆 液逆 流接触 ， S O 被浆液 洗涤 ， 脱 硫后 的清洁烟气通过除雾器除去雾滴后 由吸收塔 出 口排 出 ， 再经过 GGH低 温侧升温 至 8 O ℃ ， 进人烟 囱排放 ， 如 果 无 GGH 则直接进入 烟 囱排 放 。吸 收 S O 后 的浆液 进 入吸收塔底 部 的循 环 氧化反 应槽 ， 浆 液 中的 C a S O。被 鼓 入的空气氧化 成 Ca S O 。当 Ca 、 s 一浓 度达 到一 定的过饱 和度 时， 结 晶析 出二 水硫 酸钙 ， 然后 通过 石膏 浆液排出泵送 至石膏脱水 系统 。同时吸收 剂制备 和输 送系统往塔 底 注 入新 鲜 的石 灰 石 浆 液 ， 提升 浆 液 p H 值 ， 使之能在下一个循环 中重新 吸收 S 。 3 燃煤 电厂原始 资料 该工程设计 新建某燃 煤 电厂 机组容 量为 6 0 0 MW ， 机组配备 l台最大连续 出力 1 9 1 3 t ／ h的锅炉 ， 电厂燃煤 设计煤种 、 校核煤种均为淮南煤 。最热 月 7月 平均最 高气温为 3 O ℃ ； 最 冷月平 均最低 气温 为 1 2 ． 5 ℃ 。历年 平均气压 1 0 1 3 ． 3 k P a 。最热月平均相对湿度 7 9 ， 最冷 月平均相对湿度为 5 1 ． 5 。 3 ． 1 锅 炉概 况 锅炉按露天布置设计 ， 类 型为超 临界一次 中间再 热 螺线管 圈直流锅炉 ， 锅炉主要设 计参数见表 1 。 表 1 锅炉主要设计参数 3 ． 2燃煤 电厂 主要 分析 资料 煤质资料 见表 2 ， 石灰石 粉分析 资料 见表 3 。 3 ． 3 F GD入 口烟气 参数 F GD入 口烟气参 数 是脱硫 工艺 的主要 涉及 数据 ， 烟气 的含硫量和其他相关 的数据要求 ， 对脱硫 系统 的设 计提供 了依据 ， 见表 4 ； 锅炉 B MC R T况 烟气 中污染 物成分 ， 见表 5 。 3 ． 4性能保 证 烟气脱硫系统根据下述要求 进行设 计 。 收 稿 日期 2 0 1 2 - 1 2 - 2 7 作者简介 胡志光 1 9 5 8 ， 男， 河北成安人 ， 教授 ， 主要从事大气 污染方面 的研究_1 作 。 2 5 0 胡志光 ， 等 6 0 0 MW 燃煤机组烟气脱硫装置的仿真设计研 究 工 程 技 术 表 2煤质分析 Ca O Si 02 Al 2 03 Fe 2 03 M g O 可磨性系数 Wt ～ ％ W t ～ W t ～ W t ～ W t ～ 粒 径 Mm 4 3 ≤ 2 O 表 5锅炉 B MC R工 况烟气中污染物成分 1 在锅炉燃用设计煤质 B MC R工况下 ， 处 理全 烟 气 量时的脱硫效 率不 小于 9 5 ， 脱 硫装 置 出 口 S O 浓 度 不超过 4 1 mg ／ Nm。 设计煤种 。 2 在 任何正 常运行 工况下 ， 除雾 器 出 口烟气携 带 的水滴含量低于 7 5 mg ／ Nm。 干基 。 3 当烟气温度和粉尘浓度 分别增加 到最 高 1 6 O ℃ 和最 大 4 0 0 mg ／ Nm。 湿基 时 ， 烟气脱 硫系统 能安全 、 可 靠 和连续 运行 。 4 在锅炉 B MCR工况条 件 下 ， 要求 烟气 脱硫 系 统 中的设 备有一定的容余量 ； 烟气脱硫系统具有应付停 机 的有效 措施 ； 烟气脱硫 系统应 能适应 锅炉的起动和停 机 ， 并能跟 随锅炉 负荷 的波动。 5 石 膏品质 自由水 分低 于 l O ， C a S O 2 H。 O 含量 高于 9 O ， 溶 解于 石膏 中的 C l 一含量 低 于 0 ． 0 1 Wt 以无游离水 分 的石 膏作 为基 准 ， 溶 解 于石 膏 中的 F 一 含量低 于 0 ． 0 1 V oo Wt 以无 游离 水 分 的石 膏 作 为 基 准 。 6 烟气脱硫 系统 的服务 寿命不低 于 3 O 年 。 4 工艺系统设计 4 ． 1烟气 系统 设计 F GD系统进 出 口烟 道在锅 炉 B MC R工况 下 ， 保持 速度 为 2 0 m／ S 左 右 ， 靠 近吸 收塔 人 口处 的烟 道可 采用 计算机模 型进行设计计算 ， 以确定入 口烟道 与塔径 匹配 的尺寸 。通过参 考文 献 ， 发现 8 3 ～8 7 的入 口宽度 与 吸收塔直 径 比值 为宜 ， 此 处入 口烟 道宽 度按 占塔径 8 5 设计 。其余烟道设计符合 火力发 电厂烟风煤粉管 道设计技术规程 规定 ， 烟气最大流速不超过 1 5 m／ s 。 该烟气系统按省去 GGH 考虑 ， F GD系统入 口前 的 原烟道可不采取 防腐 措施 ， 采 用碳 钢制作 即可 ， 壁 厚不 小于 6 mm； 但至少要从塔 入 口前 5 m 处开始使用鳞片树 脂或衬胶等防腐材料 ， 即所有接触到低温饱和烟气冷凝 液或从吸收塔循环来 的雾气或 液体 的烟道采 用玻璃 鳞 片树 脂 内 衬 ，烟 道 壁 厚 不 小 于 6 mm，内 衬 不 小 于 1 ． 6 mm。烟道需设置低位点 以满足冷凝液 的排放 ， 但膨 胀节和挡板不能布置 在低位 点 。烟道外 部要 充分加 固 和支撑 ， 以防止振动 ， 所有防腐烟道仅采取外部加强筋。 对于 6 0 0 MW 机组 ， 可设置 1台动叶 可调轴流式 风 机 ， 或设 置 2台静叶可调轴流式 风机 ， 其宜安 装在 F GD 系统人 口处 。在增压风机前设有人 口原烟气挡板 ， 其同 出 口净烟气挡板和旁路 挡板共 用 1 套 1 用 1 备 的密 封 风系统。一般 旁路挡板处 于关 闭状态 ， 进 、 出 口挡板 开 启 ， 密封 风系统 保 证 1 0 0 烟 气 进人 F GD系 统。而 当 FG D系统故障或引风机 出 口烟 温超过极 限温度 时 ， 进 、 出 口挡板关 闭 ， 旁路挡板应 快速 开启 ， 从 全关状 态到全 开状态 的时间 大致 在 1 O ～ 1 5 S 。由于旁 路挡 板具 有快 速打开 的功能 ， 因此采 用单百 叶窗挡板 门 ， 而进 、 出 口挡 板采用 双百 叶窗挡板门 。 挡 板门的选材需 考 虑到其 所 处 的环境 ， F GD进 口 原 烟气挡 板 叶片及框 架材 料为 Q2 3 5 一A， 密封 片采用 1 ． 4 5 2 9合 金 ； F GD 出 口净 烟 气 挡板 叶片 为 1 ． 4 5 2 9合 金 ， 密封 片为 C一2 7 6 ， 框架 为 Q2 3 5 一A1 ． 4 5 2 9内衬 ； 旁路挡 板 净 烟 气 侧 叶 片 材 料 为 1 ． 4 5 2 9 ， 原 烟 气 侧 为 Q2 3 5 一A， 密封 片为 C一2 7 6 ， 框架为 Q2 3 5 一A1 ． 4 5 2 9 内衬 。 4 ． 2 吸收塔 系统 设计 吸收塔采用逆 流喷淋空 塔 ， 具体 尺寸见 图 2 。一套 6 0 0 MW 机组配备一 台吸收塔 ， 吸收塔 自下 向上分 为反 应槽 、 吸收 区和除雾 区。反应 槽 中下部设 有氧化 系统 ， 采用空气喷枪和搅拌器组合式 ， 并 由单独的氧化风机供 气 。每塔设置 2运 1备 氧化风 机 ， 若 2套 F GD装 置就 近布置或对称布置时 ， 可考虑备用风机公用 。搅拌器一 般设在离底部 2 ． 0 m处 ， 倾斜 角为 1 0 。 。 吸收塔 中部为吸收 区域 ， 主要为浆液喷淋系统 。喷 淋层布置在吸收 区上 部 ， 按 4层喷淋 层设计 ， 每层 喷淋 层 由分配母管／ 支管和 喷嘴组 成 ， 母管 和支管 在吸 收塔 端面 内平行对称布置 ， 形成一个网状管路系统。喷淋层 的一侧 与循 环管道连接 ， 通过浆液循环泵将石灰石浆液 2 5 1 ％％％％％ ℃℃ V V V V V 一 № 一 一 一 眦 ∞ rf ] 2 O 1 3年 1月 绿 色 科技 第 1期 均匀地输送至每个喷 嘴。该 喷淋 系统采用 顶层单 向喷 淋 ， 采用单 向下喷喷嘴 ， 其余 2 ～4层采 用双 向喷淋 ， 采 用上下双 向喷嘴 。常用 喷嘴有 中空锥喷 嘴和螺 旋锥 喷 嘴 ， 喷射角分 9 0 。 和 1 2 0 。 两种 。上喷喷 嘴选用喷 射角为 1 2 O 。 的中空锥喷 嘴 ， 下喷 喷嘴选用 喷射 角为 9 O 。 的 中空 锥喷嘴 。靠近塔壁的上下喷喷嘴均选用 喷射角为 9 O 。 的 螺旋锥喷嘴 。浆液再循环泵安装在泵房内 ， 每层喷淋层 对应一 台循环泵 ， 确保浆液覆盖率为 2 0 0 ～3 0 0 。 除雾 区设置在吸收 塔 的上 部 ， 选用 折流板 除雾器 ， 在不设 GGH 的情 况 下 ， 除雾 器 的 布置 方式 采 用 屋脊 式 。另外 ， 除雾器还需设 置 3层 冲洗层 ， 定期对 除雾 器 进行清洗 。 4 ． 3石灰 石浆 液制 备与输 送 系统设计 及设 备选 型 石灰石浆液制备系统按 2套 F G D装置合用 1 套设 计 ， 即 2套 F GD装置设 置 2台湿式球磨 机及 相应 的石 灰石浆 液旋 流器 、 2台称重 式给料 机 ， 每 台球 磨机 配 1 个磨机再循环箱 和 2 台磨机再循环泵 。每台 F G D装 置 的石 灰石 耗 量 为 4 ． 7 9 t ／ h， 石 灰 石储 仓 的有效 容 积 是 5 3 0 m ， 满足设计煤 种 B MC R工 况下连 续运 行 3 d的石 灰石 耗 量 ； 每 台 F GD 装 置 的 石 灰 石 浆 液 需 求 量 为 2 3 ． 9 5 t ／ h ， 石灰石浆 液箱 的有 效 容积 为 2 5 0 m。 ， 满 足两 台机组 6 h连续运行 的耗量 ， 石 灰石浆 液输送 泵流 量为 3 l m。 ／ h。 4 ． 4 石 膏脱 水 系统 设计 与设 备选 型 同石灰石浆 液制 备系 统一 样 ， 每 两 台机 组 合用 一 套 。石膏脱水系 统 的出力按 不低 于石 膏产量 的 1 5 0 设计 。每套脱水 系统设 置两 台石膏脱水机 ， 单 台设备 出 力按设计工况下石膏产量 的 7 5 选择 。每座 吸收塔设 置石膏排 出泵 2台 ， 一 台运行 ， 一 台备用 ， 对应一 台石膏 浆液旋流器和一 台真空 皮带脱水 机 。设 置一 台废 水旋 流器 ， 其处理量按系统产生的废水量设计 。 4 ． 5 吸收塔 结构 图和 尺寸 图 根据设计结果 ， 采用 Au t o C AD绘 图软件绘 制 了系 统塔尺寸 图和结构图 ， 见图 2和图 3 。 5 工程概算 该项 目脱硫装置静态投资为 1 2 5 0 3万元 ， 单位造价 1 0 4元 ／ k W 。 各工艺 系统投资构成详见表 6 ， 单位 以万元计 。 2 5 2 0 0 0 l ● - J ‘ ● 1 ，n 6 b 。 。 n tr, ㈣ ，n 1 0 0 0 ； 0 0 0 I 1 5 0 I l Cn nn n 一 图 2 吸收塔尺寸 l一 争 {- 牛 ’1lr 血 ；王l__『l 继 1 正 l二 二 l 一 ； Ⅱ 1 l 『 一 i 黔 8 l 写 胃 ， 薹 I 瞄 阻 辩 I - 1 ． 图 3吸收塔 结构 表 6总概算 设备年利用小 时数 该工程投产后设备年利用小 时 数按 5 5 0 0 h计算 。 石灰石粉消耗 及 价格 脱硫 装 置石 灰石 粉 价格 为 1 2 O元／ t 。石灰石消耗量为 4 ． 4 t ／ h 。 定员及工资标准 电厂脱硫新增定员 1 0人 ， 年人均 工资为 5 0 0 0 0元 ， 福利 费综 合 费率按 工 资总额 的 5 5 计算 。 用水量 脱硫装置用水量按 消耗水 6 4 t ／ h计算 。 修理费 按脱硫装置造价的 1 ． 5 预提 。 用电量 脱硫 装置用 电量 6 0 0 0 k W h ， 年耗电 1 8 2 3 万 k W h ， 电价按 0 ． 3 0元／ k W h 。 折 旧率 固定 资 产 折 旧采 用 直线 法 ， 净 残 值 率 为 5 ， 在本次技术经济分析 中 ， 为 简化计算 ， 固定 资产折 旧按 综 合 折 旧率 提 取 ， 折 旧年 限 取 1 5年 ， 折 旧率 为 6．33 。 以上费用总计为 2 1 6 9 6 ． 8万元 。 该工程脱硫装置静态投资单位造价为 1 0 4元／ k w ， 低 于限额指 标 ， 因此该 工 程 的投 资水平 可认 为是 合 理 的 。 6结语 湿式石灰石／ 石膏 烟气脱硫 工艺 技术成 熟 ， 运行 可 靠 ， 可脱 除 9 5 以上 的 S O ， 环境效 益显著 。F G D装 置 在国内燃煤 电厂 中的应用越来越广泛 ， 随着国内脱硫 核 心技术的逐 步掌握 和设备 、 材 料 国产 化率 的逐步 提高 ， F GD系统 的优化设计将成为重要 的研究方 向。 2 0 1 3 年1 月 绦 色科技 J o u r n a l o f G r e e n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y 第 1 期 桨叶式干燥机在污泥干化处理中的应用 张东伟， 杨红芬， 给le4 ／ ＼ 华， 刘 旭 北 京机 电 院高技 术股份 有 限公 司， 北京 1 0 0 0 2 7 摘 要 对 桨叶 式干燥机在 污泥干化项 目中的 实际应 用进行 了工 艺技 术描述和 经济分析 ， 探讨 了桨叶式 干燥 机 污泥干化技 术的优势 。 关键词 污泥干化 ； 桨叶式干燥机 ； 成 本分析 中图分 类号 X 7 0 5 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 9 9 4 4 2 0 1 3 0 1 0 2 5 3 0 2 1 引言 随着我 国城市污水处理率 的逐 年提 高 ， 污泥产量也 急剧 增加 。根据环境保护部 2 O 1 0年环 境统计 年报 显 示 ， 2 O 1 0年底 ， 我 国共统计 有 2 8 8 1座 城市污水 处理 厂 ， 设计处理 能力 为 1 2 3 3 1万 t ／ d ， 全 年共处 理废 水 3 3 7 ． 2 亿 t 。据此推算 ， 我 国城 市每年污泥产生量 预计近 3 0 0 0 万 t 以含水率 8 O 计 l_ 1 ] 。对 污泥进行 有效 的减量化 、 无 害化处理处置 已成为环境保护 的重要任务 。 污泥干化是污泥最终处置的一个 中间环节 ， 经干化 处理后的污 泥 ， 能获得 达 到 自持 燃烧 水平 的低位 发热 量 ， 并可达到一定 的卫 生学无 害化水 平口 ] ， 为 污泥后续 处 置提供条件 。 2 桨 叶式干燥机简介 桨叶式干燥机是一种 以热传 导 为主 的卧式搅 拌型 连续 干燥设 备 ， 主要 由带 夹套 的简体 、 空心 桨 叶轴 及驱 动装 置组成 ， 从轴端 的旋 转接 头导人 导 出， 加 热介 质分 别进 入干燥 机壳体夹套 和桨 叶轴 内腔 ， 将 干燥 机 内壁 、 中空 叶片 、 空心轴加热 ， 通 过热传 导 的方式对 物料 进行 干化 。物料连续进入干燥机 内， 在 中空桨叶连续转动搅 拌 作用下不停地翻转 ， 能够充分均匀地受热 。倾斜 的桨 叶在转动的 同时将干化后 的物料输送至 出料 口排出 。 桨叶式干燥机具有 能耗低 、 热量利 用率 高、 安全 可 靠 、 设备 占地与投资省 、 运行维 护费 用低 、 有 自净能 力 、 干燥 颗粒 运动规律性强_ 3 等特点 。 3工程应用 3 ． 1工程 简 介 某总处理量 3 0 0 t ／ d污泥干 化处 理项 目， 占地 面 积 2 8 0 0 m ， 将含水 7 5 ～8 5 的污泥干 化至含水 1 O ～ 3 0 ； 干化设备 采用 3台桨叶式 干燥机 ， 每 台干燥机处 理 能力 为 1 0 0 t ／ d； 热 源为 临近垃 圾焚 烧发 电厂产 生 的 蒸 汽 ， 干化后污泥进垃圾 焚烧发 电厂 ， 实现 了污泥无 害 化 、 减量 化 、 稳定 化 、 资源化的处置 目标 。 该项 目处理的污泥全部来 自城市污水处理厂 ， 由于 项 目服务 地 区雨污 分 流管 道 不完 善 ， 导 致{ 亏泥含 砂 量 大 ， 有机 物含量偏低 。项 目服务地 区 2个具有代表性 的 污水处理 厂污泥的工业 分析数据如表 1所示 。 收稿 日期 2 0 1 2 - 1 2 - 2 5 作者简介 张东伟 1 9 8 1 ， 男 ， 黑龙江五常人 ， 硕士 ， 工程师 ， 主要从事污泥干化焚烧处理工艺设计和危险废 物焚烧 工艺设计方面 的工作 。 通讯作者 杨红芬 1 9 8 O ～ ， 女 ， 山东德州人 ， 硕士 ， 工程师 ， 主要从事污泥干化焚烧处理工艺设计和危险废物焚烧工艺设计 方面的工作 。 参 考 文献 [ 1 ]牛治国 ， 张 勇 ， 陈鸿伟． 我国燃煤电厂烟气脱硫技 术进展[ J ] ． 河 北 化 工 ， 2 0 0 6 1 4 3 ～ 4 5 ． [ 2 ]杨巧云． 火 电厂脱硫技术综述[ J ] ． 环境保护科学 ， 2 0 0 8 ， 3 4 3 8 ， 1 1 ． [ 3 ]陈绍敏 ． 大型燃煤 电厂在选择烟气脱硫装置系统及辅 助设备选型 探讨E J ] ． 电站辅机 ， 2 0 0 5 3 9 ～1 2 ． [ 4 ]王琼． 火 电厂石 灰 石／ 石膏湿 法 烟气 脱硫 系统 的设 计 及 优化 [ D ] ． 武汉 武汉大学 ， 2 0 0 5 ． S i mu l a t i o n De s i g n o f Fl u e Ga s De s u l f u r i z a t i o n Equ i p me n t o f 6 0 0 M W Co a l ‘-。 f i r e d Uni t s H u Zhi g ua n g， H u Xi a ob e i S c h o o ￡ o f En v i r o n me n t a ￡Sc i e n c e a n d En g i n e e r i n g。 No r t h C h i n a El e c t r i c Po we r Un i v e r s i t y， Ba o di n g 0 7 1 0 0 3， C h i n a Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e s t u d i e s t h e s i mu l a t i o n d e s i g n o f f l u e g a s d e s u l f u r i z a t i O n s y s t e m a p p l i e d t o c o a l f i r e d p o we r p l a n t o f 6 0 0 MW i n g e n e r a 1 ． An d t h e a r t i c l e u s e s t h e we t l i me s t o n e --g y p s u m f l u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n p r o c e s s t o d e s i g n t h e FGD s y s t e m， a n d f i n a l l y c o mp l e t e s t h e l e c t o t y p e a n d d e s i g n o f t h e d e s u l f u r i z a t i o n s y s t e m a n d c o nd uc t s t he c os t a na l y s i s ． Ke y wo r ds we t I i me s t on e-- gy ps um ； f l u e g as de s u1 f u r i z a t i O n； d e s i gn 2 53