輔助漿液循環(huán)箱（輔塔）脫硫技術(shù)的研究與應(yīng)用

（大唐科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100097）

輔助漿液循環(huán)箱（輔塔）脫硫技術(shù)的研究與應(yīng)用

李映斌 齊 勇 董 越

（大唐科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100097）

煤質(zhì)的變化導(dǎo)致脫硫裝置的超標(biāo)排放是各大火電機(jī)組業(yè)主共同面臨的環(huán)保問題。結(jié)合大唐太原第二熱電廠六期脫硫裝置的增容改造，提出一種實(shí)用新型的輔助漿液循環(huán)箱（輔塔）脫硫技術(shù)。將前期研發(fā)與工程改造實(shí)際相結(jié)合，探討該項(xiàng)技術(shù)的先進(jìn)性及實(shí)用性。為各大火電機(jī)組進(jìn)行脫硫增容改造提供可靠經(jīng)驗(yàn)。

輔助漿液循環(huán)箱（輔塔）；脫硫系統(tǒng)；增容改造；

引言

國家“十二五規(guī)劃”對(duì)環(huán)保達(dá)標(biāo)排放提出了新的要求，針對(duì)這項(xiàng)政策的實(shí)施，2011年國家環(huán)保部與質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局共同制定了火電廠大氣污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施，對(duì)各大火電機(jī)組的脫硫裝置提出了新的考驗(yàn)。煤價(jià)持續(xù)偏高、煤質(zhì)變化頻繁、經(jīng)營負(fù)債率增長等已成為電廠業(yè)主共同存在的問題，而更高的排放達(dá)標(biāo)要求，無疑是加大了火電機(jī)組的運(yùn)營壓力，因?yàn)槊簝r(jià)、燃煤硫份與達(dá)標(biāo)排各因素之間經(jīng)常互相制約。在這種局面下，如何找到一種最經(jīng)濟(jì)可靠的方式來對(duì)舊的脫硫裝置進(jìn)行改造以完成達(dá)標(biāo)任務(wù)，就成為一個(gè)嶄新的課題。

本文提出一種新型的實(shí)用技術(shù)：輔助漿液循環(huán)箱（輔塔）脫硫技術(shù)，該技術(shù)已于2012年3月正式獲得國家專利認(rèn)證證書（證書號(hào)：ZL 2011 20096670. X ）。該項(xiàng)技術(shù)尤其適用于燃煤硫份高、改造周期短的脫硫現(xiàn)場(chǎng)。下文將對(duì)該項(xiàng)技術(shù)逐一論述。

1 研發(fā)背景

大唐太原第二熱電廠六期#10、#11機(jī)組（2×300MW）均配備石灰石濕法煙氣脫硫裝置。為中國大唐集團(tuán)科技工程有限公司設(shè)計(jì)承建，于2006年10月投入運(yùn)行。機(jī)組投運(yùn)以來，由于實(shí)際燃煤含硫量波動(dòng)，大大超過設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，需要進(jìn)行增容改造。在大唐科技公司與太二熱電廠雙方多次的深入交流后，決定利用2010年6月至10月期間六期兩臺(tái)機(jī)組大修的時(shí)機(jī)，完成脫硫裝置的增容改造。

原脫硫系統(tǒng)是根據(jù)煤種含硫量1.28%左右進(jìn)行設(shè)計(jì)的，由于近年來國內(nèi)電煤供應(yīng)經(jīng)常出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)，對(duì)脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成很大的影響，本期改造工程要求使改造后的脫硫系統(tǒng)在實(shí)際燃煤含硫量達(dá)到3.0%的條件下，入口二氧化硫（6%O2，標(biāo)態(tài)，干態(tài)）

濃度為6500 mg/Nm3時(shí)，能長期、安全、穩(wěn)定地關(guān)閉旁路運(yùn)行，系統(tǒng)脫硫效率達(dá)到97%以上，并使FGD出口煙氣二氧化硫排放濃度低于200mg/Nm3。

圖1 輔助漿液循環(huán)箱脫硫裝置工藝簡圖

初始可研階段，大唐科技公司提出新增一個(gè)輔助漿液循環(huán)箱，要求與原吸收塔直徑接近。這就需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地進(jìn)行考察論證，原有脫硫裝置場(chǎng)地必須要保證吸收塔側(cè)能預(yù)留出布置漿液循環(huán)箱空間的條件。在以上總體要求下，大唐科技公司組織人員進(jìn)行可研及論證，現(xiàn)場(chǎng)完全具備增加輔助漿液循環(huán)箱的條件。最終提出了本文所討論的輔助漿液循環(huán)箱的脫硫技術(shù)。

2 系統(tǒng)特征

在環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)日益提高的前提下，必須保證主機(jī)啟動(dòng)時(shí)脫硫系統(tǒng)同步投運(yùn)，這就要求脫硫裝置的增容改造工程在一個(gè)大修期內(nèi)完成，輔助漿液循環(huán)箱的脫硫技術(shù)設(shè)計(jì)思路剛好能解決這個(gè)問題，該技術(shù)具有幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：改造工作量小，投資少、工期短（核心工期只需60天）、并且煙氣處理能力提高，見圖1。

（1）原吸收塔（以下稱主塔）直徑、塔高、基礎(chǔ)等主體結(jié)構(gòu)不作變動(dòng)，只對(duì)漿液噴淋層進(jìn)行改造。工程難度小、周期短；

（2）在不改變主塔主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)輔助漿液循環(huán)箱（以下稱輔塔），主塔內(nèi)漿液進(jìn)行氧化，輔塔內(nèi)不參與氧化過程。

（3）主、輔塔頂部與底部連通，保證漿液在兩塔之間能進(jìn)行循環(huán)流通。

（4）更換四臺(tái)漿液循環(huán)泵，提高泵的出力及流量，其中兩臺(tái)循環(huán)泵入口連接到主塔，其余兩臺(tái)循環(huán)泵入口連接到輔塔，漿液噴淋層依舊安裝在主塔內(nèi)。

（5）增加一臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，由原先的一用一備改為兩用一備，增大了氧化風(fēng)量。

（6）增加石膏漿液排出能力，并且將兩臺(tái)石膏排出泵入口分別接在主塔與輔塔底部，保證主、輔塔漿液能按需求排出。

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

根據(jù)輔助漿液循環(huán)箱脫硫技術(shù)的系統(tǒng)特征不難看出，改造后的脫硫裝置明顯提高了液氣比、增大了煙氣處理能力，同時(shí)，該技術(shù)還具備以下常規(guī)脫硫裝置改造不具備的優(yōu)點(diǎn)。

（1）采用原塔氧化、輔塔不氧化的方式。濕法脫硫工藝中氧化分兩部分[2]：吸收區(qū)自然氧化以及漿液池的強(qiáng)制氧化。自然氧化的工藝特點(diǎn)是氣相連續(xù)，液相均勻分散，但是煙氣中氧濃度低，此種氧化反應(yīng)比例在總體氧化反應(yīng)中大約占20%。強(qiáng)制氧化的工藝特點(diǎn)是液相連續(xù)，氣相均勻分散，此種氧化反應(yīng)比例在總體氧化反應(yīng)中大約占80%，在吸收塔氧化反應(yīng)中起決定性作用。在主塔漿液池中，液相具備均勻液相連續(xù)條件，但在輔助漿液池中，液相主體為非均勻連續(xù)相，如果輔助漿液池與主塔均采用氧化風(fēng)管布置，將會(huì)導(dǎo)致輔助漿液池氧化不正常，所以本方案最終選擇了輔助漿液池不氧化的方案。

（2）增加輔塔后延長了漿液結(jié)晶時(shí)間。在濕法脫硫吸收塔的主要反應(yīng)中，決定系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功與否的判斷步驟有三點(diǎn)：

◆能否通過加大液氣比保證SO2吸收達(dá)到脫硫效率

◆能否將漿液吸收SO2后生成的亞硫酸鈣完全氧化

◆能否保證所生成的硫酸鈣晶體長大到35μm以上而確保脫水質(zhì)量

本方案中的增加循環(huán)泵容量保證了第一點(diǎn)的成功，原塔氧化的方式保證了第二點(diǎn)的成功，采用輔助漿液箱，使其與主塔相連，利用兩個(gè)漿液池之間緩慢的物質(zhì)交換，保證了結(jié)晶時(shí)間與結(jié)晶空間，確保了生成的硫酸鈣晶體體積，易于脫水。

（3）降低了理論氧化池容積。在吸收塔物料平衡核算過程中，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)理論氧化池體積需求較大，為了保證吸收塔的氧化體積，氧化風(fēng)管以上凈標(biāo)高至少需要8m。但實(shí)際設(shè)計(jì)過程中為了保證氧化風(fēng)管以上的漿液均勻緩慢流動(dòng)以滿足氧化質(zhì)量，不可能保證如此高的氧化液位，為此研發(fā)人員咨詢了AEE及相關(guān)的脫硫公司，以及現(xiàn)場(chǎng)考察部分公司的技改案例，最終確定了氧化體積不變的方案，實(shí)際運(yùn)行證明了在高含硫量條件下，吸收區(qū)捕捉下來的SO2能夠被完全氧化。

4 主要設(shè)計(jì)原則

（1）采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，每爐采用一套脫硫裝置，全部煙氣參加脫硫，系統(tǒng)按設(shè)計(jì)煤質(zhì)（含硫量為3.0%）設(shè)計(jì)，脫硫效率≥97%。

（2）脫硫裝置按相對(duì)獨(dú)立的脫硫島概念進(jìn)行設(shè)計(jì)，F(xiàn)GD裝置在爐正后方

布置。

圖2 石膏晶體電鏡圖

圖4 改造前后噴淋母管效果圖

圖5 主塔（左）與輔塔（右）并列運(yùn)行圖

表1 大唐太二脫硫裝置改造前后性能指標(biāo)對(duì)比

（3）煙氣脫硫系統(tǒng)根據(jù)下述要求進(jìn)行設(shè)計(jì)：在原有脫硫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行增容改造，使改造后的脫硫系統(tǒng)在實(shí)際燃煤含硫量達(dá)到3.0%的條件下，能長期、安全、穩(wěn)定地關(guān)閉旁路運(yùn)行，系統(tǒng)脫硫效率達(dá)到97%以上，并使FGD出口煙氣二氧化硫排放濃度低于200mg/ Nm3。

（4）依據(jù)物料平衡計(jì)算原則，確定漿液總量、氧化池容積、輔助漿液循環(huán)箱容積及漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)量等關(guān)鍵參數(shù)。

（5）本期對(duì)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，確保在改造之后增壓風(fēng)機(jī)壓頭能滿足整個(gè)脫硫系統(tǒng)壓降。

5 改造效果

（1）改造前后脫硫性能指標(biāo)對(duì)比，見表1。

設(shè)計(jì)值來源：大唐環(huán)境科技工程有限公司/大唐太原第二熱電廠六期煙氣脫硫工程總承包技術(shù)協(xié)議

改造后數(shù)據(jù)來源：山西電力科學(xué)研究院《大唐太原第二熱電廠#10、#11機(jī)組脫硫島性能試驗(yàn)報(bào)告》

（2）石膏脫水效果

對(duì)脫水后的石膏取樣，進(jìn)行了電鏡圖片分析，電鏡圖片如圖2。

（3）現(xiàn)場(chǎng)改造效果，見圖3～圖5.

（4）社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

社會(huì)效益：火電廠是中國排放大氣污染物大戶，如果得不到有效控制，將直接影響到中國大氣環(huán)境質(zhì)量的改善和電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。大唐太原第二熱電廠是目前國內(nèi)最大的省會(huì)城市供熱電廠之一，環(huán)保責(zé)任更加重大，嚴(yán)格控制好煙氣中二氧化硫的排放，不僅對(duì)本地區(qū)的空氣質(zhì)量的改善有著直接的作用，也為該城市的環(huán)保水平上一個(gè)臺(tái)階起到非常積極的作用，大唐太二熱電廠的排放達(dá)標(biāo)勢(shì)必產(chǎn)生廣泛的社會(huì)效益。

經(jīng)濟(jì)效益：若采用傳統(tǒng)的改造吸收塔的方案，則需要8個(gè)月的改造周期，在此期間內(nèi)因不能正常投入脫硫系統(tǒng)而導(dǎo)致主機(jī)停機(jī)，犧牲的上網(wǎng)電量約26億千瓦小時(shí)。即采用輔助漿液循環(huán)箱的方案為電廠避免了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，增加一個(gè)漿液循環(huán)箱的費(fèi)用比采用傳統(tǒng)的改造吸收塔的方式即重建吸收塔或者給吸收塔加高，重新布置煙道，產(chǎn)生的設(shè)備和施工費(fèi)用經(jīng)預(yù)算，要節(jié)省出1500萬元。

6 總結(jié)

（1）技術(shù)總結(jié)

“輔助漿液循環(huán)箱的脫硫技術(shù)”是在對(duì)原吸收塔高度及主要結(jié)構(gòu)不作改變的前提下，對(duì)原吸收塔噴淋層進(jìn)行改造，提高液汽比，另外增加一個(gè)漿液循環(huán)箱輔助運(yùn)行，漿液循環(huán)箱只參與漿液的循環(huán)、結(jié)晶，不參與氧化過程。該技術(shù)屬于國內(nèi)首創(chuàng)。改造工作量小，投資少。工期短，核心工期只需60天，一個(gè)大修期可完成改造，不影響機(jī)組的發(fā)電量。處理煙氣中SO2的濃度由改造前的3500mg/Nm3提 高 到6500mg/Nm3，處理能力提高86%，脫硫效率由原來的95%提高到97%，凈煙氣含硫量降到了200mg/Nm3以下，解決了電廠不能燃用高硫煤的問題，改造后達(dá)到了項(xiàng)目規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。

（2）建議

本項(xiàng)目的研究和應(yīng)用，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，建議在脫硫增容改造上推廣應(yīng)用。

參考資料

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