600MW電廠煙氣脫硫裝置設備選型及工藝設計特點
內容摘要:本文主要介紹了河北國華定州電廠一期工程2×600MW燃煤發電機組鍋爐尾部煙氣脫硫裝置的工藝設計技術條件及設計原則、設備選型、工藝系統的設計特點及工藝設備布置、脫硫裝置的投運情況和運行效果等，可為大型火電機組煙氣脫硫工程的設計和國產化提供參考。
關鍵詞：煙氣脫硫 發電廠 設計
1. 項目概況
定洲發電廠2×600MW一期工程作為河北省電力建設的重點工程，該工程于2001年9月開工建設。隨著我國近年來環境的持續惡化，國家對建設 項目提出的環境要求不斷提高，環境標準更加嚴格，尤其是火電廠的脫硫工程，已成為新建項目中與主體工程配套的必不可少的環保措施之一。為此投資方決定利用 一期工程節約的資金同步建設配套脫硫設施。使工程能滿足環保新標準的要求，滿足國家環境保護“十五”計劃的要求，也為二期工程的立項創造條件，騰出環保總 量空間。一期工程二臺機組分別于2004年的3月和9月投產發電，作為該工程配套建設的煙氣脫硫工程也于2004年的12月和2005年2月建成投產。
2.主體工程概況
2.1 鍋爐概況
鍋爐采用上海鍋爐廠有限公司制造的四角切向燃燒、亞臨界參數、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、露天布置、全鋼架結構、自然循環汽包爐。鍋爐的制粉系統采用中速磨冷一次風機正壓直吹式系統。
2.2 煤質情況
工程燃用神府東勝煙煤，屬優質動力煤，含硫量較低，為了適應燃煤含硫量的變化，也為脫硫系統留有適當的裕量，按燃煤含硫量0.7%設計脫硫系統的容量。
2.3定洲電廠脫硫的必要性
電廠廠址位于河北省定州市，根據國務院1998年5號文《國務院關于酸雨控制區和二氧化硫污染控制區有關問題的批復》，定州市屬于二氧化硫污染控制區。
2003年國家公布了新的《火電廠大氣污染物排放標準》GB13223-2003，重新劃分了火電廠所屬時段，二氧化硫排放濃度要求更加嚴格。 根據該標準的劃分，定州電廠屬于第2時段。該標準規定了從2010年1月1日起，位于第2時段的火電廠執行第3時段的排放標準。因此定洲電廠同時參考第3 時段的標準。從下表可以看出定洲電廠大氣污染物排放不能滿足排放標準的要求，因此定洲電廠配套建設煙氣脫硫是完全必要的。
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3 煙氣脫硫主要工藝系統及設備選型
脫硫島的建設采用總承包方式，由北京博奇電力科技公司總承包，采用日本川崎重工業株式會社的石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝，由河北電力設計院分包詳細設計。
3.1 FGD入口煙氣參數
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3.2主要技術原則
脫硫工藝采用濕式石灰石—石膏法煙氣脫硫裝置（FGD）。
每套脫硫裝置的煙氣處理能力為一臺鍋爐B-MCR工況時的煙氣量，脫硫效率按≥95%設計。
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。
吸收劑制備、石膏處理等輔助系統按兩臺脫硫裝置公用設置。
吸收劑制漿方式采用濕式球磨機制漿。
脫硫副產品—石膏脫水后含濕量≤10%，為綜合利用提供條件。
脫硫設備年利用小時按5200小時考慮。
FGD系統可用率≥95%。
FGD裝置服務壽命為30年。
3.3脫硫系統構成
煙氣脫硫系統(FGD)處理煙氣量為二臺機組100%的煙氣量,整套系統由以下子系統組成:
(1) 吸收塔系統
(2) 煙氣系統(包括煙氣再熱系統和增壓風機)
(3) 石膏脫水系統（包括真空皮帶脫水系統和石膏儲倉系統）
(4) 石灰石制備系統(包括石灰石接收和儲存系統、石灰石磨制系統、石灰石供漿系統)
(5) 公用系統
(6) 排放系統
(7) 廢水處理系統
3.3.1吸收塔系統
吸收塔為逆流噴霧塔。煙氣由一側進氣口進入吸收塔，吸收塔內部設有煙氣隔板，煙氣在上升區與霧狀漿液逆流接觸，處理后的煙氣在吸收塔頂部翻轉向下，從位于吸收塔煙氣入口同一水平位置的煙氣出口排至煙氣再熱系統。
吸收塔內上流區煙氣流速為4.2m/s，下流區煙氣流速為10m/s。在上流區配有3組噴淋層，噴嘴采用螺旋噴嘴，所噴出的三重環狀液膜氣液接 觸效率高，能達到高吸收性能，單個噴嘴的噴霧量大，需要布置的數量少，材質為陶瓷，耐腐蝕、耐磨損，不會堵塞。每個吸收塔配置3臺循環泵，每臺泵對應一組 噴嘴。
在煙氣的流動過程中，煙氣與噴嘴噴出的再循環漿液進行有效的接觸。吸收了SO2的再循環漿液落入吸收塔反應池。反應池裝有6臺攪拌機。氧化風機將氧化空氣鼓入反應池中。氧化系統采用噴管式系統，氧化空氣被注入到攪拌機槳葉的壓力側。一部分HSO3-在吸收塔噴淋區被煙氣中的氧氣氧化，另一部分的HSO3-在反應池中被氧化空氣完全氧化。
吸收劑（石灰石）漿液被引入吸收塔內中和氫離子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的漿液在吸收塔內循環。
吸收塔排放泵連續地把吸收劑漿液從吸收塔打到石膏脫水系統。循環漿液的濃度大約為25%，比其他濕法脫硫系統的漿液濃度要高5－10%，投運后系統運行穩定，從而降低了系統投資。排漿流速由控制閥控制。
脫硫后的煙氣通過除霧器來減少攜帶的水滴，除霧器出口的水滴攜帶量不大于75mg/Nm3。兩級除霧器安裝在吸收塔的出口水平煙道上，便于運行維護和檢修。除霧器由阻燃聚丙烯材料制成。為防止設備停用后噴嘴堵塞，除霧器裝設有工藝水沖洗系統。通過水平布置除霧器降低了吸收塔的高度，同時除霧效果也比垂直布置好。
在吸收塔入口煙道裝有事故冷卻系統，事故冷卻水由工藝水泵提供。當吸收塔入口煙道由于吸收塔上游設備意外事故而溫升過高或所有的吸收塔循環泵切除時本系統啟動。
3.3.2煙氣系統
鍋爐出來的煙氣經過電氣除塵器除塵后，依次經過引風機和增壓風機增壓后進入氣氣換熱器（GGH）的冷卻側降溫，然后進入吸收塔系統除去SO2，再經過氣氣換熱器（GGH）的加熱側升溫后，通過煙囪排入大氣。
（1）煙道
煙道包括必要的煙氣通道、沖洗和排放漏斗、膨脹節、法蘭、導流板、墊片/螺栓材料及附件。
在MCR工況下，煙道內任意位置的煙氣流速不大于15m/s。煙道還留有適當的取樣接口、試驗口和人孔。
煙道設有旁路系統。進出口擋板門為雙擋板型式，在脫硫系統運行時打開。旁路擋板門也為雙擋板型式，在吸收塔系統運行時關閉。當吸收塔系統停運、事故或維修時，入口擋板和出口擋板關閉，旁路擋板全開，煙氣通過旁路煙道經煙囪排放。
（2）增壓風機
增壓風機布置在氣氣換熱器（GGH）的上游、運行在干工況下。其型式為動葉可調軸流式，帶液壓動葉可調控制器。增壓風機包括電機、控制油系統、潤滑油系統和密封空氣系統。可變的葉片間距控制流量及壓力。
FGD系統入口煙道壓力為200Pa，出口煙道壓力在FGD系統運行時為700Pa，FGD系統停運時為200Pa，因此增壓風機的壓頭考慮了FGD系統煙道的壓降和運行時進出口500Pa的壓差的要求。
（3）煙氣再熱系統
每臺機組配置一立軸、回轉再生式氣氣再熱器（GGH）。在MCR工況下，GGH能夠將凈煙氣加熱至80℃以上進入煙囪排房，而不需要補充其他熱 源。在MCR工況下，GGH最大泄露量少于1%煙氣量。為了清潔和保證GGH的煙氣壓降滿足要求，系統配備了壓縮空氣吹掃系統。GGH的在線沖洗水泵在 GGH壓降高于正常值投運，GGH的離線沖洗水泵在FGD定期檢修時投運。
3.3.3石膏脫水系統
石膏漿液由吸收塔排放泵從吸收塔輸送到石膏脫水系統。石膏漿液濃度大約為25wt%。
石膏脫水系統為兩爐（2×600MW）公用。
（1）石膏旋流站
石膏漿液輸送到安裝在石膏脫水車間頂部的石膏旋流站，濃縮到濃度大約55%的底流漿液自流到真空皮帶脫水機，上溢漿液經緩沖箱自流到廢水旋流站。廢水旋流站的溢流通過廢水泵送至廢水處理系統，底流至濾水箱。
（2）真空皮帶脫水機
真空皮帶脫水機和真空系統按2×75%容量設置。石膏旋流站底流漿液自流輸送到真空皮帶脫水機，由真空系統脫水到含90%固體和10%的水分，脫水石膏經沖洗降低其中的Cl-濃度。濾液經濾水回收箱進入濾水箱。脫水石膏由石膏輸送機落入石膏倉，然后由螺旋卸料裝置卸至汽車運輸。
3.3.4石灰石制備系統
石灰石制備系統為兩臺爐（2×600MW）共用。
（1）石灰石接收儲存系統
石灰石塊用汽車運輸進廠，卸進石灰石卸料斗。石灰石塊的粒徑不大于100mm。卸料斗中的石灰石塊由輸送給料設備送至石灰石破碎機破碎成小塊，然后再輸送至石灰石倉儲存。
石灰石倉的容積相當于兩臺爐（2×600MW）BMCR工況下4天的石灰石消耗量。
（2）石灰石研磨系統
配置兩套石灰石研磨制漿系統。每套的容量相當于兩臺鍋爐在BMCR運行工況時滿負荷石灰石耗量的75%。磨制后的石灰石粒度為905通過250目篩。
石灰石在濕式球磨機內磨碎后自流到磨機漿液箱，然后由磨機漿液泵輸送到石灰石漿液旋流站。含有大顆粒物料的石灰石漿液從旋流站底流漿液再循環回到濕式球磨機入口，上溢漿液排到石灰石漿液箱，制成的漿液濃度約為30%。
（3）石灰石漿液供給系統
本系統共配有一座石灰石漿液箱和四臺石灰石漿液泵，每座吸收塔配有一條石灰石漿液輸送管，石灰石漿液通過管道輸送到吸收塔。每條輸送管上分支出一條再循環管回到石灰石漿液箱，以防止漿液在管道內沉淀。
3.3.5公用系統
公用系統包括工藝水系統、冷卻水系統和壓縮空氣系統。
（1） 工藝水系統
工藝水水源由電廠主系統提供，并輸送到FGD的工藝水箱中。
工藝水由工藝水泵從工藝水箱輸送到各用水點，例如吸收塔、吸收塔入口煙道沖洗水、真空泵密封水等。除霧器也用工藝水沖洗，由每臺機組的除霧器沖洗水泵自動地、間斷地輸送到除霧器。
（2） 冷卻水系統
冷卻水由電廠主系統提供至各設備。冷卻水被輸送到增壓風機、氧化風機、濕式球磨機和空壓機處以帶走產生的熱量，最后返回電廠主系統。
（3） 壓縮空氣系統
壓縮空氣系統包括2臺空壓機（一運一備）、一只儲氣罐。壓縮空氣用作GGH吹灰用氣。
3.3.6排放系統
排放系統設有1只事故漿液箱、2個吸收塔排水坑（每臺機組1個）、1個石灰石制備系統排水坑和1個石膏脫水系統排水坑。
當需要排空吸收塔進行檢修時，塔內的漿液主要由吸收塔排放泵排至事故漿液箱。當液位降至泵的入口水平時，漿液依靠重力自流入吸收塔排水坑，再由吸收塔排水坑泵打入事故漿液箱。
3.3.7廢水處理系統
兩爐（2×600MW）脫硫廢水水量為9.1m3/h。廢水水質見下表：
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處理后廢水的水質滿足廢水綜合排放標準（GB8978-1996）的要求。
脫硫廢水處理系統流程如下：
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中和箱添加Ca(OH)2 |
在中和箱內，靠添加Ca(OH)2,pH值調整到9-9.7，這樣可以使部分重金屬沉淀下來。在沉降箱內，通過增加廢水的pH值，添加FeClSO4，重金屬完全地沉降下來。在絮凝箱內，為使沉淀更加容易，添加絮凝劑。廢水中的懸浮物在澄清器中得以分離出來，然后輸送到污泥貯存箱，漿液濃度約為10%，然后由污泥高壓泵送至壓濾機。
在出水箱應對pH值進行連續監測。如果pH值滿足要求，處理后的水直接排入水溝。如果pH值超標，則通過添加HCl將pH值調整到9.0以下。
4. 主要性能保證
（1）SO2脫除率
保證在鍋爐BMCR負荷和確保的石灰石消耗的條件下，FGD裝置在驗收試驗期間（在所有運行工況下連續運行14天），FGD裝置SO2脫除率不低于95%。
（2）煙囪入口煙氣溫度在FGD裝置入口煙溫大于或等于設計溫度126℃條件下不低于80℃。
（3）除霧器出口煙氣攜帶的水滴含量應低于75mg/Nm3（濕基）。
（4）石灰石消耗
保證試驗驗收期間FGD按設計條件運行，在確保SO2脫除率的條件下，14天連續運行期間石灰石的平均耗量不超過10.7t/h。
（5）電耗
保證在試驗驗收期間，FGD按設計條件運行，在6KV電源分配盤的饋線處測量時，FGD系統的電耗在保證SO2脫除率的條件下，裝置連續運行14天的平均值不超過12190kW.h / h。
（6）水耗
按設計條件中提供的水質，FGD按設計條件運行，保證最大工藝水耗量不超過145t/h。
（7）煙囪前的污染物排放極限
在標態，干基，6%O2的設計條件下：
SO2 < 79 mg/Nm3
粉塵 < 12 mg/Nm3
F （以HF計） < 5 mg/Nm3
Cl （以HCl計） < 10 mg/Nm3
5． FGD裝置的布置
一期工程的煙囪后部預留了約80×160m2的脫硫場地，兩套脫硫裝置布置在脫硫場地內，基本按煙囪中心線對稱布置；石 灰石漿液制備系統設備和石膏脫水與儲存系統為二臺機組一套，分別布置在整個脫硫場地后部，與主廠房區域的環行道路緊鄰，便于脫硫劑石灰石和脫硫副產物石膏 的運輸；脫硫電氣控制樓與主體發電工程電除塵配電室集中布置在鍋爐尾部場地的兩臺電除塵器之間，這樣就減少了脫硫場地的占地面積。整個脫硫裝置的布置緊 湊，流程合理，形成一個相對完整和獨立的區域，這樣無論是現場施工期間還是將來的運行管理都比較方便，也滿足了保證機組安全運行的要求。
6.結語
本工程是國內較早在600MW等級的燃煤火電機組上安裝煙氣脫硫裝置的發電機組，主要設備采用進口。工程的建設采用的是國內脫硫公司總承包的方 式，河北電力設計院分包了一部分的詳細設計。經過投產后的運行實踐考驗，整個工程的實施是比較成功的，每年可減排二氧化硫3萬多噸，減少了電廠建設給當地 環境造成的危害，也為項目本身的可持續發展創造了條件。
據現場調查了解，整套脫硫裝置自投產后一直與電廠同步運行，運行狀況良好。由于運行時間較短，還沒有發現影響裝置運行的問題。但還是暴露了一些需要在今后的脫硫系統設計和運行中需進一步提高完善的問題。
2號機組在2005年2月3日發生過一次停機事故，主要原因是由于脫硫增壓風機自動調節與鍋爐負壓調節不匹配，導致鍋爐負壓調節品質發散，造成 在鍋爐負壓輕微擾動的情況下調節急劇惡化，最終達到負壓保護動作值。事后經有關單位研究確定將增壓風機自動調節進行了優化，并通過幾次不同負荷下得擾動試 驗最終解決了問題，目前各項自動調節品質優良。另外還有：氣氣換熱器的阻力增大，造成煙氣不能100%通過脫硫。分析原因是換熱器低溫端受熱面堵灰造成 的，由于設計上僅在換熱器的高溫端裝有1個吹灰器，低溫端沒有設置，當吹灰時吹落的灰漿向下流動，日積月累造成下部換熱器堵塞，運行中無法清除低溫端積 灰，最終導致換熱器差壓大報警，不得不將煙道旁路擋板門打開，至少造成5%的煙氣量未通過脫硫系統。而且每4個月左右需停運脫硫系統一次，以便進行人工換 熱面清理，導致運行維護工作量的增加和脫硫效率的降低。目前經與設備制造商研究協商，決定在換熱器下部安裝吹灰器，目前已經開始實施。此外脫硫廢水的處理 也是采用濕法煙氣脫硫技術應予以重視的問題，從投運后的運行效果來看，廢水中氯離子和重金屬的脫除仍是一個技術難點，需要在今后的脫硫廢水處理工藝的選擇 和確定時進一步深入研究。
為了保護我國現在已比較脆弱的生態環境，火電廠建設同步建設煙氣脫硫設施已經形成普遍的共識，初期借鑒國外的技術是我們的必經之路，但發展中國 自己的技術是解決煙氣污染的根本保證。實踐已經證明，煙氣脫硫初始投資大、運行費用高，是多項高新技術的集成，這就要求投資者要本著實事求是的精神，采用 確實有效的脫硫治理技術，不能一味追求低成本，導致最終達不到脫硫效果。同時，國家應出臺相應的財政和稅收政策，積極鼓勵煙氣脫硫的工程的實施。
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