石灰石-石膏湿法脱硫系统改造.pdf

石灰石 － 石膏湿法脱硫系统改造 * 杜云贵 1 隋建才 2 杨晓君 2 1. 重庆大学资源与环境学院， 重庆 400044;2. 中电投远达环保工程有限公司，重庆 400060 摘要 某电厂300 MW机组由于燃用煤种与设计煤种差别很大， 其实际燃煤的含硫量远远超过设计值， 造成烟气中 SO2 排放量成倍增加， 不能达标排放， 需对其已有脱硫系统进行技术改造， 主要是对吸收塔、 氧化空气系统、 石膏脱水、 石灰 石浆液供给系统、 事故浆液排放系统进行了扩容改造。吸收塔浆液池增高壳体采用塔内立杆倒拉的方法进行顶升安 装， 上部1. 8 m层喷淋层壳体采用吊装。改造后实际运行表明 脱硫率超过 96 的设计值， 其他指标均达到设计要求， 工程改造后每年减排 SO26. 4 万 t， 减排粉尘358 t， 每年可节省排污费支出4 032万元， 具有显著的社会和经济效益。 关键词 燃煤锅炉; 脱硫; 改造; 吸收塔 THE RETROFIT OF WET LIMESTONE- GYPSUM FGD SYSTEM Du Yungui1Sui Jiancai2Yang Xiaojun2 1. College of Resources and Environmental Science，Chongqing University，Chongqing 400044，China; 2. CPI Yuanda Environmental Protection Engineering Co. ， Ltd，Chongqing 400060，China AbstractAs the coal used by the 300MW unit of a power plant is greatly different from the coal designed，the actual sulfur content of the coal is far more than the design value，resulting in SO2emission of the flue gas increasing by leaps and bounds， which can not meet the emission standards. Therefore it is necessary to re the existing FGD system. An expansion re is given to the obsorber，oxidation air system，gypsum dewatering system，limestone slurry supply system and emergency slurry drainage system. For the absorber slurry sump shell whose height is increased，an inversion installation is adopted， i. e. installed first from the lower part and then to the upper part. The installation of the upper shell of the 1. 8 m spray bank added is done by lifting. The actual operation of the re shows thatthe desulfurization rate excesses the design value of 96 ，the other values meet the design requirements，annual reduction of SO2emission reaches 64 thousand tons，dust removal 358 t，annual saving of sewage cost 40. 32 million yuan，having a significant social and economic benefit. Keywordscoal-fired boiler;desulfurization;retrofit;absorber * 国家科技支撑计划资助 2007BAC24B00 。 某电厂300 MW机组是 2007 年初正式投运， 并同 步投运脱硫装置。电厂脱硫系统采用石灰石 － 石膏 湿法烟气脱硫技术， 采用一炉一塔方式配置， 设计脱 硫率大于 96 。该脱硫工程由中电投远达环保工程 有限公司采用 EPC 方式建设， 于 2005 年 9 月开工， 2006 年底顺利通过168 h试运行。 由于锅炉实际燃用煤种与设计煤种的差别很大， 实际燃煤的含硫量远远超过设计值， 实际燃煤的低位 发热量远低于设计值， 造成烟气中 SO2含量和排放量 成倍的增加， 无法满足 GB13223 － 2003火电厂大气 污染 物 排 放 标 准 要 求 的 SO2排 放 限 值 小 于 400 mg/m3 。为了使烟气达标排放， 于 2008 年 5 月 对 1 号机组脱硫装置进行技术改造， 2008 年 7 月改 造完成， 改造效果达到了设计要求。 1改造前后煤质和烟气条件 1. 1改造前后煤质和烟气条件 脱硫系统改造前后锅炉燃用煤种的元素分析、 锅 炉 BMCR 工况下 FGD 入口烟气成分及参数、 FGD 入 口烟气中污染物成分分别见表 1 ～ 表 3。由表 1 可 见， 改造前后燃煤中的 硫含量由 2. 62 增加到了 3. 75 ， 增 加 了 43 ， 而 煤 的 低 位 发 热 量 降 低 了 15 。这就使得烟气中的 SO2含量和排放量显著增 加， 改造前后 FGD 入口烟气中的 SO2含量由 0. 20 增加到了 0. 39 ， 见表 2， FGD 入口烟气中的 SO2浓 度由6 361 mg/m3增加到了11 410 mg/m3， 进入吸收 18 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 塔的 SO2由 7. 06 t/h 增 加 到 了 12. 66 t/h， 增 加 了 74. 7 ， 这严重超过了吸收塔的处理能力。 表 1煤的元素分析 收到基 C /H/O /N /S/ 灰分 / 水分 / 低位发热量 / kJ kg － 1 改造前 52. 362. 853. 260. 792. 6232. 42 5. 720 530 改造后 45. 002. 902. 011. 153. 7538. 59 6. 617 580 表 2锅炉 BMCR 工况下 FGD 入口烟气成分及参数 标准状态实际 O2湿基 烟气成分 / 烟气参数 CO2O2N2SO2H2O 烟气量 / m3h － 1 烟气温 度 /℃ 烟气压 力 /Pa 改造前12. 026. 1075. 390. 206. 291 109 862129. 9－ 100 改造后12. 374. 9374. 850. 397. 471 110 000135－ 100 表 3FGD 入口烟气中污染物成分 标准状态干基6O2 mg/m3 SO2SO3Cl HClF HF 烟尘浓度 改造前6 3611006030107 改造后11 410718630200 1. 2改造前脱硫系统 1 号机组脱硫装置采用石灰石 － 石膏湿法脱硫工 艺， 系统由石灰石浆液制备系统、 烟气系统、 吸收系统、 氧化空气系统、 脱水系统、 公用系统组成， 主要设备如 下 设有一台静叶可调轴流式增压风机; 采用两级石膏 脱水， 第1 级为旋流浓缩离心式分离， 第2 级由真空皮带 脱水机脱水; 通过购买合格的石灰石粉进行石灰石浆液 的制备; 设置了 2 台罗茨型氧化风机 一运一备 ; 吸收 塔采用逆流喷淋空塔结构， 塔内布置有两级除雾器及 4 层浆液喷淋系统， 净烟气通过 RGGH 加热后， 送入烟囱 排入大气， 其系统流程如图 1 所示。 图 1改造前脱硫系统流程 2脱硫系统改造 由于实际燃煤的含硫量远远大于设计燃煤的含 硫量， 所以需要对脱硫系统进行扩容改造， 但脱硫岛 附近的场地十分有限， 不能进行增加吸收塔直径的扩 容改造， 只能对吸收塔的高度进行调整， 脱硫系统改 造方案如下 在原有脱硫系统基础上进行改造， 增加吸收塔液 气比， 提高吸收塔高度， 即增加 1 层喷淋层和吸收塔 浆液池的容积， 增加 1 台浆液循环泵， 增加氧化空气 系统出力， 扩大石膏脱水能力， 改造石灰石浆液供给 系统、 事故浆液排放系统、 增压风机和相关烟道。 2. 1吸收塔改造 为满足石灰石溶解、 亚硫酸钙氧化和石膏结晶的 要求， 必须保证烟气、 石灰石浆液在塔内的停留时间， 为此对吸收塔进行了加高改造， 具体见图 2。 图 2改造前后吸收塔尺寸对比 由图 2 可见， 吸收塔浆液池的高度由原13. 4 m增 加到21. 5 m， 浆液池的容积相应地由原2 070 m3加大 到3 317 m3。在原有 4 层喷淋层的基础上， 增加 1 层 喷淋 层，吸 收 塔 高 度 由 原 来 的 32. 7 m 加 高 至 43. 25 m， 相 应 吸 收 塔 入 口 高 度 由 16. 65 m 加 高 至 24. 95 m， 吸收塔出口高度由31. 6 m加高至42. 025 m。 表 4 和表 5 分别给出了吸收塔改造前后的主要尺寸和 性能参数， 由表可见， 液气比增加了 45 ， 烟气在塔内 停留时间增加 38 ， 以保证 SO2的脱除。 由于吸收塔高度增加， 原有浆液循环泵不能满足 现在第 4 层喷淋层的性能要求， 因此新增了 2 台浆液 循环泵， 其流量为10 150 m3/h、 扬程分别为22. 55 m 和24. 55 m。同时， 为确保吸收塔浆池中亚硫酸钙的 28 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 氧化效果、 石膏浆液不发生沉集和亚硫酸钙氧化的均 匀性， 增加了 1 台同型号的罗茨型氧化风机和 2 台搅 拌器。 表 4改造前后吸收塔的结构尺寸对比 浆池直 径 /m 浆池高 度 /m 浆池容 积 /m3 喷淋区 直径 /m 喷淋区 高度 /m 吸收塔总 高度 /m 改造前1413. 4207011. 57. 932. 7 改造后1421. 5331711. 511. 643. 25 表 5改造前后吸收塔的性能参数对比 浆液循环停留 时间 /min 浆液排空所需 时间 /h 液气比 / m3 烟气流速 / m s － 1 烟气塔内 停留时间/s 改造前4. 321923. 753. 73. 27 改造后4. 7311. 834. 413. 834. 52 2. 2其他系统改造 2. 2. 1烟道系统 由于增加吸收塔高度和喷淋层等因素的影响， 原 有增压风机已不能满足要求， 更换 1 台静压可调轴流 式 风 机，其 流 量 为 1 221 000 m3/h，全 压 升 为 5 076 Pa， 电 机 轴 功 率 为 2 996 kW， 配 套 电 机 功 率 3 300 W。同时， 由于吸收塔进出口标高进行了加高， 进出口烟道做了相应改造。 2. 2. 2脱水系统及石膏排浆系统 脱硫 系 统 改 造 后，吸 收 塔 排 浆 量 由 原 来 的 126. 5 m3/h增加为228. 9 m3/h， 故新增 1 台同型号排 浆泵， 流量为140 m3/h， 扬程75 m， 并对排浆管道作了 相应改造。同时， 新增加 2 台石膏旋流器、 1 套废水 给料系统、 1 套废水旋流器系统和 1 台真空皮带脱水 设备。 2. 2. 3石灰石浆液系统 原有石灰石粉仓的有效容积为942 m3， 能满足 FGD 装置在锅炉 BMCR 工况下 2 d 的用量， 不进行改 造， 但由于改造后的石灰石浆液给料量增加较大， 需 对石灰石浆液给料管道系统进行扩容改造。 2. 2. 4除雾器系统和事故浆液罐系统 由于系统 SO2浓度设计值增加较大， 为保证除雾 器不发生堵塞， 在现有除雾器顶部新增 1 层冲洗水。 由于增加了吸收塔浆液池容积， 所以对事故浆液罐进 行了增容改造， 新建 1 个直径为10. 5 m、 高15 m的事 故浆液罐， 并保留原有事故浆液罐， 同时对事故浆液 罐系统的管道进行相应改造。 2. 3吸收塔壳体的改造施工 根据计算， 吸收塔在拆除顶部壳体之后， 加上内 部喷淋层与新增结构重量约320 t， 所以采用液压顶 升工艺进行吸收塔增高改造 ［ 1- 4］。为确保吸收塔在顶 升之后不发生倾斜， 根据吸收塔直径大小， 按圆周均 匀布置 10 个顶点， 采用塔内立杆倒拉的方法进行顶 升安装， 如图 3 所示。首先在底板上划出内直径为 14 m的圆及中心线， 该线应与基础上的中心线重合， 在底板上打出铳眼， 该线也将是烟气出、 入口中心线。 然后安装临时限位装置， 每隔200 mm弧长焊接 1 个， 限位装置外圆直径与吸收塔内径相等， 限位装置必须 垂直于吸收塔底环板。 图 3吸收塔顶升布置点 由于改造后的吸收塔底层搅拌器开孔位置提高， 所以首先在距离塔底1. 5 m处将壳体割开， 上壳体顶 升10 cm， 将1. 5 m层壳体拆除， 更换新壳体。接着进 行新增8. 1 m壳体的安装工作， 共分为五层安装， 每 层壳体高度为1. 8， 1. 8， 2， 1. 5， 1 m， 先提升安装1. 8 m 层后， 再进行其他四层的顶升与安装， 安装完成后将 临时加固的材料、 立柱、 吊耳切除， 打磨至符合防腐要 求后移交检测室进行探伤。 安装前在每片壁板内外侧划出中心点标记， 以校 正壁板垂直度。检查壁板设备的坡口、 几何尺寸， 无 误后预留2 mm纵向焊接间隙。用波坦塔吊将1. 8 m 层单片壁板吊至吸收塔底环板圆周处， 以内径为基 准， 测量每片的垂直、 水平度。纵向焊缝按同一方向 逐圈错开， 其间距按板长的 1 /3 且大于500 mm。壁 板焊接时层间严禁出现十字焊缝， 吸收塔壁板层与层 之间焊缝间隙为2 mm。在1. 8 m层上均匀设立 4 个 观察点， 采用吊线锤的方法测量吸收塔壁板垂直度， 在0 mm处测量每层的同心度和圆度。 下部吸收塔壳体安装完成后， 作好隔离措施， 开 始安装上部1. 8 m层喷淋层壳体。首先在原吸收塔 最下层喷淋层下方将壳体割开， 采用吊装程序完成上 38 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 部增高部分的壳体安装， 恢复上部吸收塔壳体和顶 盖。壳体安装完成后， 按施工顺序完成内部件的安装 与防腐工作。 3改造效果 工程改造完成后经性能试验发现， 各项指标完全 达到设计要求。经计算， 工程改造完成后每年可减排 SO26. 4 万 t， 减排粉尘358 t， 较改造前的减排量分 别增加了 5. 96 万 t 和30 t， 以 SO2排放费 0. 63 元 /kg 计算 ［ 5］， 每年可节省排污费支出4 032万元， 具有显著 的社会和经济效益。 4结论 1 由于实际燃煤的含硫量远远大于设计燃煤的 含硫量， 需要对脱硫系统进行扩容改造， 但脱硫岛附 近的场地十分有限， 不能进行增加吸收塔直径的扩容 改造， 只能对吸收塔的高度进行调整， 具体是将吸收 塔浆液池的高度由原来的13. 4 m增加到21. 5 m， 并 增加 1 层喷淋层， 使吸收塔高度由原来的32. 7 m加高 至43. 25 m。 2 吸收塔改造采用塔内立杆倒拉的方法进行液 压顶升安装， 首先进行吸收塔下部新增壳体的安装， 安装完成后， 开始安装上部1. 8 m层喷淋层壳体板， 按照正常吊装程序完成上部增高部分的壳体安装， 恢 复上部吸收塔壳体和顶盖， 最后进行内部件的安装与 防腐工作。 3 工程改造完成后每年可减排 SO26. 4 万 t， 减排粉尘358 t， 具有显著的社会和经济效益。 参考文献 ［ 1］ 彭孝雄. 火电厂烟囱钢内筒的几种施工方法［J］ . 建筑技术， 2000，31 7 447- 449. ［ 2］ 李小丽. 脱硫塔倒装施工技术［J］ . 安装，2007 11 32- 35. ［ 3］ 吴留恩， 邵勤. 镇江电厂三期 240 m 烟囱钢内筒液压提升倒装 法施工技 术［J］ . 武汉大 学 学 报 工 学 版 ，2007，40 10 459- 464. ［ 4］ 陈浩. 湿法脱硫装置吸收塔壳体安装新工艺［J］ . 上海电力， 2007 4 420- 422. ［ 5］米铁， 张如月， 高斌. 65 t/h 煤粉锅炉除尘脱硫系统技术改造 ［J］ . 工业安全与环保，2006，32 4 28- 30. 作者通信处隋建才401122重庆北部新区金渝大道 96 号 E- mailjiancaisui 163. com 2009 － 06 － 03 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 收稿 上接第 72 页 3. 4喷淋塔除尘效果 当喷淋密度为151. 5 m3/ h m2 ， 脱硫装置液气 比设计为 13. 2， 喷淋塔烟气流速为4 m/s， 宝钢 1 350MW 机组烟气脱硫装置除尘效果见表 5。 表 5喷淋塔除尘效率 烟气量 / m3h － 1 粉尘浓度 / mg m － 3 不同粒径除尘效率 / 50 μm20 ～ 50 μm 1 μm 总效率 / 120 10415094854184 由表 5 可知， 脱硫喷淋塔的除尘效率比较高， 高 达 84 ，出 口 粉 尘 含 量 仅 为 24 mg/m3，可 满 足 GB132232003 规定的要求， 因此电厂若采用喷淋塔 进行炉后脱硫， 则可能不需要对其前端除尘设施进行 改造。 4结语 1 由于脱硫系统液气比一般按脱硫效率选取， 故脱硫效率一定的情况下吸收塔喷淋密度也相对固 定， 这样选择相对高的烟气流速将有利于除尘效率的 提高， 但其设计值一般最高为4. 5 m/s。 2 燃煤电厂排放进入 FGD 烟气颗粒较大， 大部 分颗粒大于20 μm， 而粒径20 μm以上的粉尘在喷淋 塔中去除效果很好， 因此在保证脱硫效率达到 90 以上时， 除尘效率一般可以超过 80 。 3 脱硫喷淋塔的除尘效果明显， 在脱硫的同时 使排放烟气粉尘也达标后排放。 参考文献 ［ 1］ 王振宇. 燃煤电厂的除尘、 脱硫、 脱销技术［J］ . 环境保护科学， 2005， 31 127 4- 6. ［ 2］ GB /T16157 － 1996 固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物 采样方法［S］ . ［ 3］ HJ/T76 － 2007 固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及 检测方法［S］ . ［ 4］岳焕玲， 原永涛， 宏哲. 石灰石 － 石膏湿法烟气脱硫喷淋塔除尘机 理分析［J］ . 电力环境保护， 2006， 22 6 13- 15. 作者通信处陈活虎201900上海宝山区铁力路 2510 号环保与资 源利用部，上海宝钢工程技术有限公司 E- mailchenhuohu 163. com 2009 － 10 － 21 收稿 48 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期