600MW高硫煤機(jī)組脫硫單塔增容改造技術(shù)的應(yīng)用

周強(qiáng)，肖貴林

（四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司，四川廣安 638017）

600MW高硫煤機(jī)組脫硫單塔增容改造技術(shù)的應(yīng)用

周強(qiáng)，肖貴林

（四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司，四川廣安 638017）

以某電廠600MW機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)進(jìn)行的增容改造為例，介紹了高硫地區(qū)電廠脫硫系統(tǒng)為適應(yīng)燃煤變化及國家排放要求而進(jìn)行增容改造方案的比選情況，分析了在原脫硫系統(tǒng)的單吸收塔基礎(chǔ)上進(jìn)行增容改造的實施情況，為具有相同改造要求和相似改造環(huán)境的電廠提供參考案例。

600MW機(jī)組；高硫煤；單塔脫硫；增容改造

0 引言

近年來，由于煤炭市場不穩(wěn)定，較多電廠實際運(yùn)行的燃煤煤質(zhì)比原設(shè)計煤種質(zhì)量差異較大，常造成脫硫裝置入口煙氣中SO2質(zhì)量濃度較設(shè)計值更高，原有脫硫裝置容量不夠而造成超標(biāo)排放事件。另外，國家環(huán)境保護(hù)部已修訂出臺了《環(huán)境保護(hù)法》，大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，最近又提出了“十三五”期間火電廠超低排放規(guī)劃，因此，許多火電廠面臨脫硫裝置改造或再次增容改造的問題。

1 脫硫增容改造的特點

1.1 制約條件多

脫硫系統(tǒng)進(jìn)行增容改造的主要制約因素有與原有系統(tǒng)接口、設(shè)備選擇及布置、改造設(shè)備系統(tǒng)的安裝布置以及改造施工場地條件限制等。原有脫硫設(shè)施在建設(shè)時均按照當(dāng)時確定的燃煤含硫量及煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和建造，基本沒有為將來可能的增容擴(kuò)建做預(yù)留措施。這就造成在進(jìn)行脫硫系統(tǒng)增容改造時，沒有預(yù)留系統(tǒng)接口，沒有布置改造設(shè)備系統(tǒng)的場地或空間，甚至沒有合適的改造施工場地。

另外，脫硫系統(tǒng)增容改造還受其他一些因素影響，如原有土建基礎(chǔ)承載能力是否夠增加設(shè)備系統(tǒng)，原系統(tǒng)的電源容量余量是否滿足增容改造新增設(shè)備用電負(fù)荷，增容改造中新設(shè)備選型如何與原有設(shè)備系統(tǒng)匹配，原有的脫硫系統(tǒng)和設(shè)備在較長時間運(yùn)行中的磨損、腐蝕程度，如何在增容改造中客觀評判和利用其現(xiàn)有的實際出力等。

1.2 改造方案不確定

各個電廠的脫硫系統(tǒng)在設(shè)計、設(shè)備使用、建設(shè)及所采用的技術(shù)方式等都不盡相同，因此其脫硫系統(tǒng)的增容改造方案也無統(tǒng)一的規(guī)范和思路可遵循，只能結(jié)合其具體情況來針對性地制訂和實施。

現(xiàn)以某電廠600MW高硫煤機(jī)組脫硫裝置增容改造為例，介紹增容改造方案的選擇和單塔增容改造技術(shù)的具體實施情況。

該機(jī)組位于高硫煤地區(qū)，煙氣含硫量高，需脫硫系統(tǒng)脫除硫分的絕對值很大，因而原脫硫系統(tǒng)的容量配置龐大，實施增容改造難度很大。經(jīng)過增容改造后，該脫硫裝置各系統(tǒng)出力和容量在國內(nèi)脫硫項目中基本為最高，因此，該改造項目對于類似脫硫增容改造工程有一定的參考和借鑒意義。

2 原脫硫系統(tǒng)概述

某電廠＃61機(jī)組裝機(jī)容量為600MW，于2007年2月26日正式投入運(yùn)行。同期建設(shè)的脫硫系統(tǒng)采用石灰石－石膏濕法脫硫（FGD）技術(shù)，配單臺吸收塔，采用空塔噴淋結(jié)構(gòu)。原設(shè)計燃煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.39%，脫硫系統(tǒng)設(shè)計入口煙氣中SO2的質(zhì)量濃度為7613mg／m3（標(biāo)干，6%氧），系統(tǒng)設(shè)計的脫硫效率不小于95%。煙氣系統(tǒng)中配有1臺軸流式增壓風(fēng)機(jī)、1套煙氣換熱器（GGH）。制漿系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、除霧器沖洗水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、石膏漿液拋棄系統(tǒng)及石膏漿液轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)等，與另一臺600 MW機(jī)組的脫硫系統(tǒng)公用。

3 脫硫系統(tǒng)增容改造原則

（1）該項目改造范圍包括＃61機(jī)組脫硫系統(tǒng)，以及＃61，＃62機(jī)組脫硫的公用系統(tǒng)。

（2）此次改造中，SO2質(zhì)量濃度按照入口12 000 mg／m3（標(biāo)態(tài)，干基，空氣過剩系數(shù)α＝1.4）、出口不大于400mg／m3（標(biāo)態(tài)，干基，α＝1.4）進(jìn)行設(shè)計。

（3）當(dāng)FGD入口煙氣SO2質(zhì)量濃度超出設(shè)計值20%時，保證脫硫裝置能長時間安全、連續(xù)運(yùn)行。

（4）在工藝選擇和設(shè)備布置中充分考慮現(xiàn)有條件，盡量利用原設(shè)備，設(shè)備出力不足時優(yōu)先考慮增加部分設(shè)備，拆除的設(shè)備遵循利舊原則充分利用。

（5）脫硫系統(tǒng)可用率大于98%。

增容改造主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 增容改造主要設(shè)計參數(shù)

4 增容改造方案比選

4.1 原有脫硫系統(tǒng)概況

＃61機(jī)組原有脫硫裝置設(shè)置獨立吸收塔1座，為空塔噴淋結(jié)構(gòu)，總高44.47m，有5層噴淋層，無備用；配3臺氧化風(fēng)機(jī)，2用1備，塔內(nèi)氧化風(fēng)采用曝氣式氧化風(fēng)管系統(tǒng)；設(shè)2臺脈沖懸浮泵，1用1備。吸收塔本體為變徑結(jié)構(gòu)，吸收區(qū)直徑為16m，漿池區(qū)直徑為19m。

4.2 增容改造方案選擇

脫硫系統(tǒng)增容的主要思路是提高吸收系統(tǒng)的液氣比，同時增加漿液在吸收塔內(nèi)的停留時間。液氣比的提高主要通過增加噴淋量來實現(xiàn)，漿液停留時間的增加主要通過擴(kuò)大漿池容積來實現(xiàn)。

在改造項目前期方案設(shè)計中，選取了目前最為典型的3種改造方案進(jìn)行比選：方案1，原吸收塔拆除后重建；方案2，在原塔基礎(chǔ)上進(jìn)行增容改造；方案3，保留原吸收塔不動，新增串聯(lián)塔作為一級或二級塔。

方案1：根據(jù)此次改造設(shè)計原則所確定的煙氣條件及SO2排放要求，全新設(shè)計、建造1座常規(guī)噴淋塔及其輔助配套系統(tǒng)。該方案的脫硫系統(tǒng)較簡單，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)易于控制，技術(shù)上較為可靠，原有的部分設(shè)備、系統(tǒng)也可以繼續(xù)利用。但是，因涉及舊塔本體的全部拆除和新塔重建，工程造價和施工工期要求均較高，與此次改造項目的相關(guān)條件不符。

方案2：利用舊塔進(jìn)行增容改造。原有脫硫系統(tǒng)的漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)、除霧器、噴淋層噴嘴均可以利舊，且部分原有吸收塔塔體結(jié)構(gòu)也可以利舊。新增部分噴淋系統(tǒng)、氧化風(fēng)系統(tǒng)、加強(qiáng)排出系統(tǒng)，并加大吸收塔漿液池容積等。該方案對系統(tǒng)改動小，新增設(shè)備系統(tǒng)較少，工程造價和施工工期均便于控制。改造相關(guān)要求與原有設(shè)備系統(tǒng)健康狀況較好，但場地受限而不適于布置較多新設(shè)備等具體情況相符。采用該方案，原有吸收塔塔體結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的可利用性必須優(yōu)先得到論證確認(rèn)。

方案3：新建1座吸收塔，并與原有的吸收塔串聯(lián)運(yùn)行。原煙氣先后經(jīng)兩級吸收塔脫硫后再排出，如果僅考慮煙氣中SO2的脫除率，該方案易于實現(xiàn)。但該方案需新建吸收塔及其輔助設(shè)備系統(tǒng)，受場地制約最大，且操作較繁雜，新、舊2個吸收塔的主要運(yùn)行參數(shù)不易控制，工程造價也較另外2個方案要高。

本著遵循系統(tǒng)延續(xù)性、實用性和經(jīng)濟(jì)性的原則，在充分考慮場地、費(fèi)用和工期的前提下，在原有塔體結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)經(jīng)過論證可滿足本次增容改造要求的基礎(chǔ)上，確定以方案2作為此次脫硫系統(tǒng)增容改造的最終方案。該方案在國內(nèi)類似項目中有過應(yīng)用，有較成熟的設(shè)計和建設(shè)經(jīng)驗。

5 各分項系統(tǒng)設(shè)備的改造方案

5.1 漿液循環(huán)泵及噴淋層

原脫硫裝置設(shè)置5臺漿液循環(huán)泵，采用5層漿液霧化噴淋方式。此次改造為增大脫硫系統(tǒng)的液氣比，需增加噴淋量，所以新增2臺漿液循環(huán)泵及其相應(yīng)的噴淋層和噴嘴。原有漿液循環(huán)泵及其噴淋層和噴嘴均利舊使用，并進(jìn)行檢查和局部修復(fù)。

5.2 吸收塔本體

原吸收塔最上層和次上層噴淋層之間切割并抬高4m，用于布置新增的2層噴淋層，漿池容積需增大，改造時將漿池區(qū)域塔體切割并整體抬高4.5m，吸收塔其他區(qū)域利舊不做改動。吸收塔及煙道增高總設(shè)計如圖1所示（圖中：①為吸收塔噴淋層加高區(qū)；②為吸收塔漿液池加高區(qū)；③④為原凈煙道加高區(qū)；⑤⑥為取消GGH后煙道直接連接區(qū)域），吸收塔增高前后主要參數(shù)對比情況見表2。

5.3 氧化空氣系統(tǒng)

吸收塔漿池容積及儲漿量增加，對吸收塔內(nèi)漿液的氧化能力要求更大，因此，原有氧化風(fēng)系統(tǒng)需擴(kuò)容。原FGD設(shè)有3臺氧化風(fēng)機(jī)，“1運(yùn)2備”或“2運(yùn)1備”。改造新增2臺氧化風(fēng)機(jī)以增容氧化風(fēng)量，并在吸收塔內(nèi)單獨增設(shè)了1套氧化曝氣風(fēng)管系統(tǒng)，使改造后吸收塔內(nèi)保持2套氧化風(fēng)運(yùn)行，大大提升漿液中亞硫酸鈣的氧化率。為保證原有氧化風(fēng)機(jī)在漿液池擴(kuò)容改造后可繼續(xù)使用，設(shè)計改造中將漿液池抬高區(qū)域定位于原有氧化風(fēng)管系統(tǒng)以下，以保證改造后塔內(nèi)氧化風(fēng)管與吸收塔液面之間的高差不變，原氧化風(fēng)機(jī)的壓頭能滿足系統(tǒng)改造后的要求，可以利舊使用。新增氧化風(fēng)機(jī)的形式和參數(shù)與原有風(fēng)機(jī)保持一致，使新增風(fēng)機(jī)可與原有3臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，互為備用。

氧化風(fēng)機(jī)及其管路布置設(shè)計如圖2所示，吸收塔內(nèi)氧化風(fēng)管布置設(shè)計如圖3所示。

圖1 吸收塔及煙道增高總設(shè)計（示意）

表2 吸收塔增高前后主要參數(shù)對比

圖2 氧化風(fēng)機(jī)及管路布置示意

圖3 吸收塔內(nèi)氧化風(fēng)管布置

5.4 攪拌系統(tǒng)

吸收塔攪拌系統(tǒng)的配置，根據(jù)脫硫技術(shù)的不同主要分為攪拌器和脈沖懸浮2種方式。攪拌系統(tǒng)主要考慮因素為吸收塔漿池底面積和漿液池總?cè)莘e。

原＃61機(jī)組脫硫吸收塔內(nèi)的攪拌系統(tǒng)為脈沖懸浮式。為保持系統(tǒng)的延續(xù)性，減少改造量，此次改造設(shè)計中依然采用原有攪拌形式。同時，根據(jù)增容后漿液池的參數(shù)與原有脈沖懸浮泵參數(shù)進(jìn)行的核算結(jié)果，只將原脈沖懸浮泵的葉輪進(jìn)行了改造更換，其余部分均利舊使用，可滿足改造后吸收塔內(nèi)的攪拌要求。

5.5 石膏排出系統(tǒng)

原FGD系統(tǒng)設(shè)置有2臺石膏排出泵（1運(yùn)1備）和1套石膏旋流站。因增容改造后單位時間外排的石膏漿液量增加，此次改造中原有的2臺石膏排出泵及石膏旋流站利舊，并新增1臺與原泵參數(shù)一致的石膏排出泵，與原泵并列使用，相應(yīng)新增1個石膏旋流站。

5.6 除霧器系統(tǒng)

原FGD除霧器性能良好，此次改造中檢查修整后利舊使用。

5.7 風(fēng)煙系統(tǒng)

原吸收塔改造中升高，吸收塔的進(jìn)、出口煙道中心標(biāo)高均抬升，因此與原吸收塔相連接的原、凈煙道接口段分別升高，重新制作連接段。原脫硫系統(tǒng)設(shè)置有1套GGH，根據(jù)原GGH的運(yùn)行狀況，以及可能對改造后脫硫系統(tǒng)帶來的不利影響，在此次改造中將GGH及其輔助系統(tǒng)全部拆除，將GGH位置的原、凈煙道分別連接成直通煙道。

經(jīng)核算，拆除GGH減少的煙氣系統(tǒng)阻力可以彌補(bǔ)因吸收塔噴淋層及煙道改造而增加的阻力，因此，原增壓風(fēng)機(jī)出力可滿足改造后的系統(tǒng)運(yùn)行要求，檢修利舊。

5.8 吸收劑制備和貯存系統(tǒng)

原制漿系統(tǒng)為2臺600MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)公用，配備2臺套出力40 t／h的濕式球磨機(jī)系統(tǒng)。脫硫增容改造后石灰石漿液需求量加大，并綜合考慮另一套脫硫系統(tǒng)將要進(jìn)行的增容改造，因此，在此次改造中新增1套出力40 t／h的制漿系統(tǒng)，仍供2套脫硫系統(tǒng)公用。

5.9 石膏拋棄系統(tǒng)

原脫硫系統(tǒng)拋棄泵設(shè)置有3組（2運(yùn)1備），經(jīng)核算，原有拋棄系統(tǒng)可滿足增容后的石膏漿液排出需求，因此拋棄系統(tǒng)只檢修利舊。

5.10 工藝水系統(tǒng)

此次改造中取消了GGH，增設(shè)了1套制漿系統(tǒng)，且燃煤含硫量提高，因此，吸收塔蒸發(fā)水量、制漿耗水量、石膏結(jié)晶水和排出石膏漿液的含水量均有所增加。經(jīng)核算，工藝水使用量總計增加約120 t／h。為此，此次改造中新增2臺（1運(yùn)1備）120m3／h流量的工藝水泵，用以補(bǔ)充改造后脫硫系統(tǒng)的用水。

另外，因吸收塔頂升而使除霧器升高8.5m，原除霧器沖洗水泵的揚(yáng)程不能滿足改造后系統(tǒng)運(yùn)行要求，因此，原有3臺原除霧器水泵更換為更高揚(yáng)程的水泵。

6 增容改造技術(shù)方案的創(chuàng)新點

6.1 改造原則

必須核算并確認(rèn)原吸收塔土建基礎(chǔ)及塔體結(jié)構(gòu)可滿足改造后要求，才能確定在原有吸收塔基礎(chǔ)上進(jìn)行局部增容改造的技術(shù)方案。

6.2 技術(shù)選擇

為保證原有技術(shù)的延續(xù)性，減少改造工程量和改造周期，最大限度地利用原有系統(tǒng)設(shè)備，改造中盡量在原脫硫系統(tǒng)設(shè)計思路及工藝方式基礎(chǔ)上進(jìn)行增容設(shè)計，特別是氧化空氣系統(tǒng)，吸收塔攪拌系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)等。

6.3 吸收塔抬高點的選擇

原脫硫吸收塔中最上層噴淋層為單向噴嘴，其余各層均為雙向噴嘴。為使原有最上層噴淋層可以直接利舊使用，在設(shè)計中將噴淋層塔體的抬高點選擇在了最上層和次上層的噴淋層之間，這樣也不影響脫硫系統(tǒng)工藝的要求。

在經(jīng)核算滿足漿液池氧化效果的前提下，將漿池抬高位置選擇在原塔內(nèi)氧化風(fēng)曝氣管層的下部，使改造后曝氣管距離吸收塔漿液池液面的相對高差不變化，原有氧化風(fēng)機(jī)就可以直接利舊使用。

7 結(jié)論

（1）按照工程整體安排，＃61機(jī)組600MW煙氣脫硫增容改造工程按期完成，并順利通過168 h試運(yùn)行和性能試驗。目前，增容改造后脫硫系統(tǒng)各項參數(shù)指標(biāo)均符合設(shè)計要求，各項儀表投入齊全有效，各項設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，達(dá)到了預(yù)期的改造目的和要求。

（2）脫硫增容改造是一項整體系統(tǒng)工程，改造設(shè)計不能只針對需增容的系統(tǒng)設(shè)備部分。原有系統(tǒng)設(shè)備的實際運(yùn)行情況需提前摸底，確認(rèn)原有其他系統(tǒng)中設(shè)計不合理或者運(yùn)行異常的地方，結(jié)合原系統(tǒng)的磨損、腐蝕、設(shè)備出力等情況一并考慮，在改造中進(jìn)行相應(yīng)的改造和利用，以保證改造后整個脫硫系統(tǒng)的性能。

（3）增容改造工程是在原有設(shè)備系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，受原設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計、布置以及計劃改造費(fèi)用和工期的影響很大，設(shè)計和施工難度比新建系統(tǒng)更大。改造方案的選擇需緊密結(jié)合原有設(shè)備系統(tǒng)的性能及增容改造的要求，在保障改造后系統(tǒng)整體性能的同時，也要考慮改造過程中的施工方案、工期及費(fèi)用等，以最有效、最經(jīng)濟(jì)及最便于施工的設(shè)計和方案，來保證改造工程的順利進(jìn)行并取得最佳效果。

（本文責(zé)編：白銀雷）

X 701.3；TM 621.7

B

1674－1951（2016）02－0068－04

周強(qiáng)（1972—），男，重慶銅梁人，助理工程師，從事脫硫、脫硝改造及運(yùn)行維護(hù)方面的工作（E-mail：gazq333＠163.com）。

2015－10－23；

2016－01－26

肖貴林（1973—），男，四川成都人，工程師，從事環(huán)保改造及運(yùn)行維護(hù)管理方面的工作（E-mail：13550999419＠163.com）。