首陽山2×600MW煙氣脫硫工程
來源：山東三融環保工程有限公司 閱讀：4876 更新時間：2009-05-19 14:51| 詳細信息 | |||||
| 項目名稱 | 首陽山2×600MW煙氣脫硫工程 | ||||
| 建設地點 | 建設起始時間 | 建設結束時間 | |||
| 建設性質 | 新建 | 工程投資 | 廢水性質 | ||
| 處理規模 | 進水水質 | 出水水質 | |||
| 處理工藝 | 運行費用 | 承包范圍 | |||
工程說明
內容提供：山東三融集團有限公司
經濟的高速發展使得人們的生活水平逐漸提高，但同時我們也為此付出了高昂的代價，使生活環境不斷惡化，人們逐漸意識到環境污染的危害，并提出了經濟與環境必須協調發展的要求。大氣污染與人們的生活息息相關，因為它會直接造成人群死亡率增加，破壞生態系統，造成巨大的經濟損失。而火電廠所排放的廢氣正是大氣污染的主要來源。鑒于此，國家有關部委制定了法規要求電廠增加脫硫系統。當前行業內對減排二氧化硫的主要方法為煙氣脫硫。目前國內大型火力發電廠常用的煙氣脫硫成熟工藝為石灰石-石膏濕法脫硫，本文介紹石灰石-石膏濕法脫硫工藝在首陽山電廠的實際應用。
一、項目概況
河南華潤電力首陽山有限公司2×600MW超臨界燃煤機組，是2004年09月經過國務院、國家發展改革委員會核準的項目，是2005年國家重點建設項目和河南省政府大型重點項目。華潤電力首陽山有限公司由華潤電力控股有限公司、海港城實業發展（深圳）有限公司、偃師市神達實業有限公司合資建設，負責 2×600MW超臨界發電機組的建設、生產、經營與管理。
遵循"經濟建設與環境保護協調發展"的原則，華潤電力首陽山2×600MW機組工程超臨界燃煤鍋爐，同期配套建設兩臺石灰石-石膏濕法、一爐一塔煙氣脫硫裝置。脫硫效率大于95％。由山東三融環保工程有限公司采用EPC總承包方式建造，內容包括脫硫島以內且能滿足2×600MW超臨界凝汽式汽輪發電機組鍋爐脫硫系統正常運行所必需具備的工藝系統設計、設備選擇、采購、運輸及儲存、制造及安裝、土建建（構）筑物的設計、施工、調試、試驗及檢查、試運行、考核驗收、消缺、培訓和最終交付投產等。
二、工藝總體布局和工程特點
2.1 總體布局：
根據廠區總平面布置的規劃，脫硫裝置布置在鍋爐煙囪后部。脫硫島整體布局緊湊、合理，系統順暢，節省占地，節省投資。
兩臺機組的脫硫裝置以煙囪為中心對稱布置，公用系統除外。
增壓風機緊挨鍋爐尾部總煙道布置；脫硫裝置進出口和旁路煙道上設有雙擋板隔離門；漿液循環泵、石膏漿液泵緊湊布置在吸收塔周圍。兩個吸收塔氧化風機室內布置。公用系統電氣控制樓布置于石膏脫水間與石灰漿液制備系統之間形成一個獨立功能區。為便于石灰石的運輸卸料，石灰石系統布置在場地東南角，主要建（構）筑物包含：石灰石卸料間、石灰石斗提機室、石灰石料倉、石灰石制備車間等；石膏脫水系統包含石膏脫水及儲存間、廢水處理間布置于場地西南角形成獨立功能區。
2.2 工程特點：
（1）脫硫工藝采用引進德國技術，石灰石-石膏濕法，一爐一塔。吸收塔設4層噴淋層，采用屋脊式除霧器，吸收塔漿池采用脈沖懸浮攪拌技術。
（2）每套脫硫裝置的煙氣處理能力為所對應鍋爐100%BMCR工況時的煙氣量。FGD系統脫硫效率按不小于95%設計。
（3）脫硫系統設置100%煙氣旁路，以保證脫硫裝置在任何情況下不影響發電機組的安全運行。
（4）煙氣系統不設煙氣再熱器，增壓風機采用靜葉可調軸流式，每臺機組配兩臺。
（5）吸收劑制漿采用濕式磨機系統。
（6）脫硫副產品-石膏脫水后含濕量<10%，為綜合利用提供條件。
（7）設廢水處理系統。
（8）FGD裝置可用率不小于95%。
三、主要設計參數
名 稱 單 位 數 據
·入口煙氣量（實際，濕基） Nm3/h 2989100
·入口煙氣量（實際，干基） Nm3/h 2800400
·FGD工藝設計煙溫 ℃ 120.64
FGD入口處污染物濃度 6％O2，標態，干基
·SO2 mg/Nm3 2564
·SO3 mg/Nm3 101.14
·HCl as Cl mg/Nm3 80.91
·HF as F mg/Nm3 25.29
·最大煙塵濃度 mg/Nm3 202.28
SO2脫除率 % 95.3
液氣比 L/Nm3 12.73
－煙囪前煙溫 ℃ 48.3
－FGD裝置可用率 ％ 〉95
消耗品
－石灰石（規定品質） t/h 16.5（純度93.4%）
－工藝水（規定水質） m3/h 211
－電耗（所有連續運行設備） kW 10808
－壓縮空氣 m3/h 300
FGD出口污染物濃度 6％O2，標態，干基
－SOx 以 SO2 表示 mg/Nm3 120.51
－SO3 mg/Nm3 50.58
－HCl 以Cl表示 mg/Nm3 12.12
－HF 以F表示 mg/Nm3 6.31
－煙塵 mg/Nm3 40.37
－NH3 mg/Nm3 /
－除霧器出口液滴含量 mg/Nm3 75
－最小液滴尺寸 μm 20
石膏品質
－CaSO4·2H2O ％ >90
－PH值 5.5-8
－氣味 無味
－平均粒徑 80%>25μm
－Cl（水溶性） % <0.01
－CaCO3和MgCO3 % <3
四、脫硫工作原理
4.1 工作原理
用于去除SOX的漿液收集在吸收塔漿池內。這個吸收塔漿池被分成氧化區和結晶區，在上部氧化區內，氧化空氣通過一個分配系統吹入，在pH值為4-5的漿液中生成石膏；在結晶區，石膏晶種逐漸增大，并生成為易于脫水的較大的晶體，新的石灰石漿液也被加入這個區域。反應原理圖（略）
化學反應過程描述如下：
石灰石的溶解：CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2
與SO2反應：Ca(HCO3)2 + 2SO2 Ca(HSO3)2 +2CO2
氧化：Ca(HSO3)2 + CaCO3 + O2 2CaSO4+CO2+H2O
石膏生成：CaSO4 + 2H2O CaSO4 ·2H2O
去除SO2總反應方程式：
CaCO3+ SO2 + ? O2 + 2H2O CaSO4 ·2H2O + CO2
石灰石或碳酸鈣在水中的低溶解性在吸收塔內被二氧化碳提高。通過溶解過程，生成碳酸氫鈣。碳酸氫鈣與二氧化硫反應生成可溶的亞硫酸氫鈣。在氧化區，亞硫酸氫鈣與空氣中的氧發生反應，生成硫酸鈣。漿液中的硫酸鈣再結晶生成二水硫酸鈣，即石膏。
吸收塔由吸收塔漿池和吸收區組成。煙氣中SOX的去除和石膏的生成就在吸收塔內完成。
吸收塔內布置4層噴淋層。循環漿液系統采用單元制，每個塔設4臺漿液循環泵，通常情況下，3臺或4臺循環泵同時運行，這取決于未處理煙氣量及煙氣中 SO2的含量。循環泵把吸收塔漿池中的漿液輸送至噴淋層，漿液通過噴嘴成霧狀噴出。最上面的噴淋層只布置與煙氣逆流的噴嘴，其余噴淋層均布置有順流和逆流雙向噴嘴。煙氣在吸收塔內上升過程中與噴淋漿液接觸，并發生反應。通過吸收區后的凈煙氣經位于吸收塔上部的兩級除霧器排出。
空氣通過氧化風機送入氧化區，每塔配兩臺氧化風機。氧化空氣在進入吸收塔之前在管道中加入工藝水，目的是為了冷卻氧化空氣并使其達到飽和狀態，防止熱的氧化空氣在進入吸收塔內后，在氧化空氣管出口使漿液中的水份蒸發。氧化空氣經過一個特殊的分配系統進入氧化區。這個分配系統是由幾個管道組成的管線系統構成。氧化空氣通過氧化管道上的開孔進入漿液。由于開孔向下，FGD停運時，漿液中的固體不會進入氧化空氣分配系統。氧化空氣分配管布置在分區管之間，相應減少了吸收塔自由橫截面，增加了漿液進入結晶區的流速，從而阻止了漿液從結晶區向氧化區的回流混合。因為回流混合將會增加氧化區的pH值，從而使氧化反應變得困難。
結晶區位于吸收塔漿池中氧化區下部。在結晶區，逐漸形成大的易于旋流器分離的石膏晶體。結晶過程要求漿液中固體含量最大為150g/l，同時漿液在漿池中要有足夠的停留時間。新的漿液也在此區域加入，以保持吸收劑的活性。通過控制系統調節加入的漿液量。
石膏漿液通過石膏漿液排出泵輸送至石膏旋流站，每塔配兩臺石膏漿液排出泵，吸入口位于氧化空氣分配系統的下部。
噴淋漿液在吸收塔中被氧化和更新，通過吸收塔循環泵輸送至噴淋層。吸收塔漿池還配有脈沖懸浮系統，由一運一備的兩臺脈沖懸浮泵組成。脈沖懸浮系統的噴嘴把漿液噴向吸收塔底部，防止底部漿液沉積。
當漿液通過吸收區時會帶走液滴。為了滿足凈煙氣液滴含量的要求及防止液滴在下游部件中發生沉積，大部分液滴必須被再次分離。在吸收塔上部安裝了一個兩級除霧器，當凈煙氣通過第一級除霧器時，大部分液滴被分離出來，通過第二級除霧器可以獲得更好的分離效果。
在每個吸收塔前的原煙道上裝有兩臺靜葉可調軸流式增壓風機。原煙氣增壓后輸送到吸收塔內除去SOX，凈化后的煙氣通過煙囪排放。煙囪采用復合鈦鋼板材料，具有極強的耐腐蝕能力，保證了脫硫系統的投用率。
五、系統簡介
煙氣系統：本工程每臺機組配置兩臺靜葉可調軸流風機，布置在吸收塔上游。
SO2吸收系統：吸收系統為一爐一塔，循環漿液系統采用單元制，每個塔設4臺漿液循環泵，通常情況下，3臺或4臺循環泵同時運行，這取決于未處理煙氣量及煙氣中SO2的含量。每個塔配兩臺脈沖懸浮泵、兩臺氧化風機、兩臺石膏排出泵、一套儀表分析系統。
石灰石漿液制備系統：本系統為公用系統，共設置一套石灰石上料系統、兩臺濕式球磨機、兩套石灰石漿液旋流系統、一個石灰石漿液箱。
石灰石貯倉的容量按脫硫在兩臺鍋爐BMCR工況運行3天（每天按24小時計）的吸收劑耗量設計；每臺磨機的額定出力按兩臺鍋爐BMCR工況時75%的石灰石耗量設計。為兩臺機組公用，采用濕磨一級旋流系統。石灰石用卡車將石灰石(粒徑≤20mm)送入卸料斗。經給料機、斗式提升機送至鋼制石灰石貯倉內，再由皮帶稱重給料機送到濕式球磨機內磨制成漿液，2臺濕式球磨機(每臺磨機的額定出力按兩臺鍋爐BMCR工況時75%的石灰石耗量設計，磨機出口物料細度應能滿足SO2吸收系統的要求，粒徑至少達到≤0.044mm(90%通過325目)，石灰石漿液用泵輸送到水力旋流器經分離后，大尺寸物料再循環，溢流物料存貯于石灰石漿液箱中，然后經石灰石漿液泵送至吸收塔。
石膏脫水系統：本系統為公用系統，由兩套脫水系統組成，兩套脫水系統可交叉運行。每套脫水系統包括一臺真空皮帶脫水機、一臺真空泵、兩臺濾布沖洗水泵、兩臺濾餅沖洗水泵。另外兩套脫水系統公用兩臺石膏輸送皮帶。每臺真空皮帶脫水機的出力按75％的兩臺鍋爐BMCR工況運行時產生的石膏漿液量配置。
來自吸收塔的石膏漿液經吸收塔排漿泵送至石膏旋流器，濃縮后的漿液經過真空皮帶脫水機脫水，脫水的同時對石膏進行沖洗，以滿足石膏綜合利用的品質要求，脫水后石膏含水量小于10%（wt），進入石膏庫貯存。濾出液及旋流器的上清液一部分返回吸收塔作為補充水，以維持吸收塔內的液面平衡，一部分進入廢水旋流器，廢水旋流器上清液泵送至廢水處理系統，經中和、絮凝和沉淀等一系列處理過程，處理后達標排放。
電氣部分：脫硫島設6KV脫硫I段、脫硫II段（每臺爐設一段）。每段6KV脫硫母線分別由主廠房6KV公用I、II段引接1路電源，并采用互為備用方式，兩段脫硫段之間設聯絡開關，聯絡開關有快切裝置，并與兩進線開關設聯鎖裝置。6KV每段至少有1個備用回路。
380/220V系統采用PC（動力中心）、MCC(電動機控制中心)兩級供電方式。75KW及以上的電動機回路、所有MCC電源回路、100KW及以上的饋線回路及I類電動機由PC供電，其余負荷由MCC供電。
控制水平：整個脫硫島采用先進可靠的分散控制系統集中控制，分散控制系統FGD_DCS按照功能分散和物理分散相結合的原則設計。其控制范圍包括2臺機組脫硫系統及其公用系統，FGD_DCS的功能包括數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、順序控制系統（SCS）等。公用系統采用獨立的控制器和I/O模件，并安置在獨立的機柜內。
主要設備的運行情況通過工業電視系統在脫硫控制室實現監視。
五、主要設備參數
6.1吸收塔
制造單位：山東三融環保工程有限公司
結構形式：噴淋空塔 φ15×38.5m
6.2增壓風機
制造廠：成都電力機械廠
結構形式：靜葉可調軸流式
主要參數：額定通流量Q： 1638799m3/h
風壓H： 2340Pa
電機功率P： 2000kW
額定電流I： 250A
6.3氧化風機
制造廠：長沙鼓風機廠
結構形式：羅茨式
主要參數：流量Q： 10800Nm3/h
風壓H： 85kPa
電機功率P： 400KW
額定電流I： 49.4A
6.4漿液循環泵
制造廠：石家莊泵業集團有限公司
結構形式：離心式
主要參數：流量Q： 6100m3/h
揚程H： 22.7/24.7/26.7/28.7m
電機功率P： 630/710/710/800KW
額定電流I： 74.7/84/84/93.3A
6.5磨機
制造廠：德國FAM公司
結構形式：濕式鋼球磨
主要參數：出力Q： 12.4t/h
6.6真空皮帶脫水機
制造廠：煙臺桑尼核星有限公司
結構形式：真空皮帶
主要參數：出力Q： 22.1t/h（10%的含水率）
七、工藝設計特點
吸收塔漿池攪拌采用脈沖懸浮系統取代了側進式攪拌器。脈沖懸浮系統的噴嘴把漿液噴向吸收塔底部，防止底部漿液沉積。脈沖懸浮泵有兩個吸入管，通常情況下使用低位的吸入口。脈沖懸浮泵啟動時，漿液取自高位吸入口，運行一段時間后，底部的固體沉積物被懸浮起來，然后轉換至低位吸入口運行。脈沖懸浮系統與其他攪拌方式相比，具有以下優勢：
*脈沖懸浮泵設置于容器外部，在需攪拌的容器內不設運動部件，因此可實現在線檢修而不影響主工藝系統的運行，且可以避免傳統的葉片式攪拌器存在的軸封處漿液滲漏，軸承、軸封易腐蝕、磨損等問題。
*由于射流的方向性好，能量集中，因此在達到同等的攪拌效果時該系統的能耗明顯較低。
*脈沖懸浮系統對漿液的攪拌不需連續進行，吸收塔停運時，脈沖懸浮系統也停止運行，從而降低系統總電耗；
*脈沖懸浮系統可以在任何情況下快速啟動且啟動負荷小，設備使用壽命長。
*脈沖懸浮系統設計靈活，不受吸收塔直徑的限制。塔徑發生變化時，只需相應調整噴嘴數量和攪拌泵的容量。
塔內的氧化空氣分配系統設計獨特，氧化空氣管道布置在分區管之間，且每條管道下部開有許多小孔，提高了氧化空氣的利用率，同時減少了漿液從結晶區向氧化區的回流，對兩個區域維持不同的PH值提供了有效的保證。
吸收塔漿液PH值是控制脫硫裝置運行的重要指標，因此本工程每座吸收塔配置了2套PH計，提高了系統運行控制的可靠性。
八、工程主要里程碑
整個工程從2004年10月簽定正式總承包合同，2005年3月28日施工開工， 2006年7月18日#1脫硫裝置完成168h試運移交生產，#2脫硫裝置2006年10月05日完成168h試運移交生產，總工期18個月比合同工期提前2個半月。具體節點如下：
第一次設計聯絡會 2004.10.12
第二次設計聯絡會 2004.11.26
第三次設計聯絡會 2005.09.16
第四次設計聯絡會 2006.01.19
基本設計完成 2004.12.15
施工圖設計完成 2006.01.19
設備采購完成 2006.04.15
#1裝置工程施工 2005.03.28～2006.05.30
#1裝置分部試運完成 2006.05.23
#1裝置系統調試完成 2006.06.08
#1裝置168h 2006.07.11～2006.07.18
#2脫硫裝置施工 2005.05.20～2006.09.20
#2裝置分部試運完成 2006.09.18
#2裝置系統調試完成 2006.09.21
#2裝置168h開始 2006.09.28～2006.10.05
#2裝置移交試生產 2006.10.06
九、存在的主要問題及解決情況
9.1根據常規設計，漿液循環泵出口不設出口門，漿液循環泵在設計時可以滿足啟動要求。在運行中發現，如果要在脫硫系統運行期間進行漿液循環泵的解體檢修，需要臨時降低機組負荷，或采取氣囊進行封堵，防止煙氣泄漏。
9.2在吸收塔內漿液循環泵、脈沖懸浮泵、石膏排出泵入口處設置了FRP濾網，防止大的固體顆粒細如泵內對造成設備破壞，運行中發現部分FRP濾網斷裂，在后續工程中要嚴格控制濾網強度，確保脫硫系統正常運行。
9.3為了選擇合適的斗提機高度，充分利用石灰石儲倉的容積，在前期工程的設計中，大部分設計了石灰石倉頂皮帶輸送機。在運行中發現存在產生二次揚塵、皮帶跑偏、容易振動等問題，在后續工程中取消了石灰石倉頂皮帶輸送機。
9.4在前期的脫硫工程中，各方對脫硫系統的了解都不多，要求石膏庫落料均勻，設置石膏輸送皮帶機，在運行中發現，多一個設備多一個故障點，石膏經轉運易在落料處產生堵塞，隨著投運脫硫設施的增多，大家對系統的了解愈來愈多，取消石膏輸送皮帶機，脫水后的石膏直接落入石膏庫已達成共識。
十、小結
10.1河南華潤電力首陽山有限公司2×600MW機組煙氣脫硫工程采用成熟的石灰石－石膏濕法逆流噴淋空塔工藝，技術可靠性高，為本工程投運后系統穩定運行打下了良好基礎。
10.2該煙氣脫硫工藝流程設計合理、從石灰石進料至石膏脫水和脫硫廢水處理，系統配置完整。主要設備選型符合設計規程要求，性價比較好。布置合理且緊湊，滿足運行操作、設備檢修、交通運輸和消防的有關規定。
10.3該工程自動化程度高，現場主要設備及輔助設備的參數基本都進入了DCS系統，運行人員在主控室即可進行設備和系統操作，特別是吸收塔漿液pH表計一次系統裝有流量計，以監視和確保了pH計數據的可靠性；煙氣擋板門密封風系統的壓力、溫度和流量也進入了DCS系統，為值班人員監視創造了條件。
10.4該FGD系統技術性能指標,如脫硫率、投運率、電耗、石灰石消耗、水耗、排煙溫度、脫硫石膏品質等均達到或優于保證值的要求。
10.5FGD系統設計中取消了GGH，簡化了煙氣系統的設計，FGD煙氣系統阻力均在1000Pa以下，降低了造價和運行成本，減少了運行維護工作量；
10.6 FGD系統按燃煤含硫量1%進行設計，吸收塔設計四層噴淋，而實際燃煤含硫量平均在0.5%左右，最大0.93%，因此，本系統設計裕量較大，便于運行調整，確保煙氣排放不超標；
10.7該工程煙氣系統設計了增壓風機兩臺，機組低負荷運行時可停一臺風機運行；吸收塔配置4層噴淋即4臺循環泵，燃低硫煤時可停一臺泵運行,上述措施節電效果顯著；
10.8吸收塔內攪拌裝置采用了脈沖懸浮方式，設計靈活，不受吸收塔直徑的限制，有利于在FGD系統不停機情況下對攪拌設備檢修和維護，且造價較低；
10.9脫硫設備的國產化程度較高，如增壓風機、循環泵、脈沖懸浮泵、真空皮帶脫水機以及氧化風機等均選用了國產設備，國產化率達87.4%，從性能試驗報告和后評估期間滿負荷運行的情況看，能滿足脫硫系統運行要求。
