3×210 MW燃煤電廠濕法脫硫裝置增容改造方案設(shè)計(jì)

胡信韜,陳雨歡,王 操,彭義林

(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,武漢 430000)

近年來(lái),由于煤炭市場(chǎng)不穩(wěn)定,部分電廠的入爐煤含硫量遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)煤種[1-2];由于環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格,煙囪處的二氧化硫排放限值變得低于設(shè)計(jì)值。這種情況不僅在國(guó)內(nèi)正在發(fā)生,在土耳其同樣適用。

1 燃煤電廠系統(tǒng)概況

土耳其某燃煤電廠1#、2#、3#機(jī)組鍋爐為660 t/h超高壓參數(shù)變壓運(yùn)行四角切圓煤粉爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)除渣,全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐,主蒸汽溫度544 ℃。鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷50%,效率88.9%,采用重油、天然氣雙重點(diǎn)火方式。

鍋爐采用風(fēng)扇磨煤機(jī)制粉系統(tǒng),每臺(tái)爐配6臺(tái)風(fēng)扇磨煤機(jī),最大出力67 t/h,在BMCR工況下,5運(yùn)1備。

汽輪機(jī)為超高壓參數(shù)汽輪機(jī),TMCR功率210 MW,給水溫度243 ℃,再熱冷段流量537 t/h,壓力2.65 MPa,再熱熱端流量558 t/h,壓力2.28 MPa,共設(shè)置有七級(jí)抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)。

脫硫系統(tǒng)采用濕法脫硫,每臺(tái)機(jī)組的脫硫系統(tǒng)為單元制。每臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)主要設(shè)備如下:1座吸收塔、3臺(tái)漿液循環(huán)泵、1臺(tái)氧化風(fēng)機(jī),其中吸收塔內(nèi)設(shè)有5層噴淋層,1臺(tái)除霧器。與國(guó)內(nèi)常規(guī)濕法脫硫系統(tǒng)項(xiàng)目不同的是,該項(xiàng)目吸收塔后凈煙氣進(jìn)入煙氣再熱器與原煙氣進(jìn)行換熱,煙氣再熱器為回轉(zhuǎn)式換熱器。經(jīng)過(guò)煙氣再熱器加熱后的煙氣進(jìn)入增壓風(fēng)機(jī),增壓風(fēng)機(jī)用于克服煙氣再熱器阻力,最后煙氣進(jìn)入煙囪,全廠共3套脫硫系統(tǒng),3臺(tái)煙氣再熱器,3臺(tái)增壓風(fēng)機(jī),3座煙囪。

原脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 原脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

原有脫硫系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)如下。

1.1 吸收塔系統(tǒng)

1)吸收塔

每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一座吸收塔,直徑13.5 m,高48 m,設(shè)置有5層噴淋層和2級(jí)屋脊式除霧器,側(cè)壁設(shè)置有4臺(tái)18.5 kW攪拌器。

2)氧化風(fēng)機(jī)

全廠四運(yùn)一氧化風(fēng)機(jī),流量18 500 m3/h(標(biāo)準(zhǔn)),壓頭0.185 MPa,電機(jī)功率600 kW(6.3 kV)。

3)漿液循環(huán)泵

每座吸收塔配置3臺(tái)漿液循環(huán)泵,離心式,流量13 500 m3/h,三臺(tái)泵揚(yáng)程分別是19.9、23.4、27 m,電機(jī)功率分別為1 200、1 330、1 540 kW(6.3 kV)。

1.2 石膏脫水系統(tǒng)

1)石膏漿液排出泵

每座吸收塔設(shè)置2臺(tái)石膏漿液排出泵,離心式,每臺(tái)石膏漿液排出泵流量360 m3/h,壓頭0.3 MPa,石膏漿液濃度15%。

2)石膏旋流器

每座吸收塔設(shè)置1臺(tái)石膏旋流器,水力旋流式,流量357 m3/h,運(yùn)行壓力2 MPa,分離效率49%。

3)石膏儲(chǔ)罐

每座吸收塔設(shè)置1臺(tái)石膏儲(chǔ)罐,容1 000 m3。

4)真空脫水機(jī)

石膏系統(tǒng)未設(shè)置真空脫水機(jī)。

1.3 事故漿液應(yīng)急系統(tǒng)

每座吸收塔設(shè)置1臺(tái)事故漿液箱,容積3 300 m3,直徑16 m,高17.2 m。配置頂進(jìn)式攪拌器。

1.4 石灰石漿液制備系統(tǒng)

1)濕式球磨機(jī)

全廠設(shè)置2臺(tái)82 t/h濕式球磨機(jī),濕式球磨機(jī)出口粒徑小于63 μm,密度1 200～1 250 kg/m3,pH值在7.3～7.6。

2)石灰石漿液箱

全廠設(shè)置2臺(tái)750 m3石灰石漿液箱,1運(yùn)1備。

3)石灰石漿液輸送泵

全廠設(shè)置2臺(tái)流量540 m3/h石灰石漿液輸送泵,1運(yùn)1備。

2 改造后的脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

本項(xiàng)目為改造3套容量為3×210 MW的脫硫設(shè)施,煙氣脫硫系統(tǒng)的改造應(yīng)符合新環(huán)境法規(guī)的要求。現(xiàn)有FGD系統(tǒng)由BISCHOFF公司設(shè)計(jì)安裝?，F(xiàn)有的煙氣脫硫系統(tǒng)已正常運(yùn)行了11年,每年進(jìn)行維護(hù)。擬進(jìn)行脫硫改造,以滿足更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

改造后脫硫系統(tǒng)需滿足表2所示的技術(shù)參數(shù)。

表2 改造后的脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

3 脫硫系統(tǒng)增容改造方案選擇

脫硫增容改造具有以下特點(diǎn):如原有系統(tǒng)缺乏增容改造接口,設(shè)備管道布置復(fù)雜,改造施工場(chǎng)地狹小等。因?yàn)樵忻摿蛳到y(tǒng)是按照整套脫硫島一次建成考慮,并未為脫硫改造預(yù)留場(chǎng)地。同時(shí)老廠運(yùn)行多年,地下設(shè)施錯(cuò)綜復(fù)雜,缺乏圖紙等。

在改造的前期設(shè)計(jì)階段,有以下三種改造方案供選擇:

(1)方案一:整體拆除原有吸收塔,按照新的進(jìn)口、出口二氧化硫濃度重新設(shè)計(jì)建造吸收塔,并增補(bǔ)漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)。方案一在技術(shù)上可行,但拆除工作量巨大,施工周期長(zhǎng),需拆除全廠3座48 m高吸收塔。且建造新的吸收塔同樣工程量巨大,周期長(zhǎng)。

(2)方案二:對(duì)原有吸收塔進(jìn)行改造,抬升吸收塔,提高吸收塔漿液池容積,提高CaSO3到CaSO4的轉(zhuǎn)化率[3-6]。該方案在技術(shù)上可行,如果設(shè)計(jì)合理,僅需要拆除1臺(tái)漿液循環(huán)泵,利舊高揚(yáng)程漿液循環(huán)泵2臺(tái)。不足之處在于由于吸收塔高度提高,需要核算吸收塔原有地基處理、基礎(chǔ)能否滿足要求。該方案脫硫效率較高,施工周期短,技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單,成本合理。方案二脫硫效率能做到97%～98%[7]。

(3)方案三:利舊3座吸收塔,做單塔雙循環(huán)方案[8]。單塔雙循環(huán)脫硫方案實(shí)際上相當(dāng)于使煙氣經(jīng)過(guò)了2次SO2脫除過(guò)程,經(jīng)過(guò)了2級(jí)漿液循環(huán)。需要在塔外設(shè)置AFT漿液池,作為脫硫系統(tǒng)的2級(jí)循環(huán)漿液池。同時(shí)新增AFT漿液循環(huán)泵,AFT氧化風(fēng)機(jī)。該方案脫硫效率高,99%以上,但缺點(diǎn)是施工周期長(zhǎng),技術(shù)復(fù)雜,成本高。

(4)方案四:新建3座新的吸收塔,做雙塔雙循環(huán)方案,原有吸收塔作為一級(jí)吸收塔,新建吸收塔作為二級(jí)吸收塔,并新建漿液循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)[9-11]。該方案技術(shù)上也可行,但新建吸收塔、漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)需要空間。該方案脫硫效率高,99%以上,但缺點(diǎn)是施工周期長(zhǎng),技術(shù)復(fù)雜,成本高。

根據(jù)與土耳其業(yè)主交流需求,由于電廠廠區(qū)的場(chǎng)地限制,不允許新建新的吸收塔,拆除吸收塔并重建費(fèi)用偏高,本次脫硫增容改造需在已有三臺(tái)吸收塔基礎(chǔ)上進(jìn)行,采用方案二能夠滿足脫硫效率97.5%的要求。

4 增容改造方案具體內(nèi)容

由于業(yè)主已確定不能在脫硫塔外新增脫硫塔,故無(wú)法采用鍋爐串聯(lián)雙塔雙循環(huán)脫硫增容改造方案,僅能采用改造原有脫硫塔的方案。本改造方案的設(shè)計(jì)原則即在已有脫硫塔上進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。

4.1 吸收塔系統(tǒng)

本工程干煙氣SO2含量較原設(shè)計(jì)值增加44%,經(jīng)過(guò)物料計(jì)算,如不抬升吸收塔漿池,石膏停留時(shí)間只有9.5 h,氧化不充分,會(huì)影響石膏品質(zhì),且招標(biāo)文件性能保證中要求CaSO3到CaSO4轉(zhuǎn)化率為99%,按這條要求,塔內(nèi)必須保證15h的石膏停留時(shí)間,才能保證亞硫酸鈣氧化效果。增加石膏停留時(shí)間,意味著將大幅增加吸收塔漿池容積。

具體改造內(nèi)容如下:

(1)吸收塔漿液池抬高Φ13.5 m×11.5 m,吸收塔入口煙道至第一層噴淋層之間抬高Φ13.5 m×2 m。須著重核算吸收塔基礎(chǔ)承重。

(2)原吸收塔攪拌器拆除,改造后每臺(tái)吸收塔新增4臺(tái)側(cè)攪拌器,電機(jī)功率75 kW。

(3)吸收塔內(nèi)氧化曝氣管網(wǎng)根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)移位并修復(fù)。

(4)在吸收塔煙氣入口與最底層噴淋層之間增加1層托盤(pán)。

(5)在每層噴淋層下方設(shè)置增效環(huán),共6層。

(6)原噴淋層和噴嘴全部拆除,重新布置6層噴淋層及噴嘴,單層噴嘴數(shù)量120個(gè),塔壁區(qū)域采用偏心實(shí)心錐,頂層噴淋層中心區(qū)域采用單向偏心空心錐(向下),底下五層噴淋層中心區(qū)域采用雙向偏心空心錐,保證漿液霧滴覆蓋面積不小于300%。

(7)拆除原2級(jí)屋脊式除霧器,更換為2級(jí)屋脊+1級(jí)管式除霧器,保證出口液滴≤50 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))。

(8)拆除原有揚(yáng)程為19.90 m的漿液循環(huán)泵,保留原有揚(yáng)程為23.4 m和27 m的漿液循環(huán)泵,這2臺(tái)漿液循環(huán)泵須移位。新增1臺(tái)流量為17 400 m3/h、揚(yáng)程31 m、電機(jī)功率2 200 kW的漿液循環(huán)泵,安裝在原揚(yáng)程為27 m的循環(huán)泵處。假如泵進(jìn)出口管閥良好,可大部分利舊。本項(xiàng)改造具有一定創(chuàng)新性,即利舊兩臺(tái)高揚(yáng)程的漿液循環(huán)泵,僅將泵本體進(jìn)行移位,而不是全部拆除3臺(tái)漿液循環(huán)泵,節(jié)約了工程造價(jià)。

(9)拆除并更換原氧化風(fēng)機(jī)(3臺(tái)爐共4臺(tái),3用1備),新增氧化風(fēng)機(jī)流量18 500m3/h(標(biāo)準(zhǔn)),壓升25 kPa(原18 500 m3/h(標(biāo)準(zhǔn)),18.5 kPa不滿足要求)。

(10)經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)專業(yè)仔細(xì)核對(duì)原吸收塔基礎(chǔ)、地基處理圖紙,原基礎(chǔ)、地基處理方式能夠滿足改造后的吸收塔。

4.2 石膏脫水系統(tǒng)

(1)石膏漿液排出泵利舊。

(2)更換原3臺(tái)石膏旋流器。

(3)原石膏泵(輸送至灰倉(cāng))利舊,管道走向改為輸送至真空皮帶脫水機(jī)。

(4)新增3臺(tái)真空皮帶脫水機(jī)及附屬設(shè)備,單臺(tái)處理能力53 t/h,需新增脫水樓和石膏庫(kù)。

(5)濾液返回系統(tǒng)利舊,管路局部更改。單套脫硫島需外排廢水11 t/h,由濾液返回泵輸送至業(yè)主指定地點(diǎn)。

4.3 事故漿液應(yīng)急系統(tǒng)

(1)事故應(yīng)急儲(chǔ)罐需增容至4 800 m3,尺寸為Φ16 m×24 m(原Φ16 m×17.2 m),儲(chǔ)罐頂蓋抬高6.8 m;

(2)原頂進(jìn)式攪拌器拆除,新增3臺(tái)55 kW的側(cè)進(jìn)式攪拌器;

(3)事故漿液泵利舊。

4.4 石灰石漿液制備系統(tǒng)

原濕式球磨機(jī)出力為82 t/h(一用一備),其他配套設(shè)施均為一用一備,改造后3臺(tái)爐石灰石耗量為3×29=87 t/h,考慮到3臺(tái)爐同時(shí)在最大工況運(yùn)行的概率問(wèn)題以及一用一備的情況,建議石灰石漿液制備系統(tǒng)按利舊考慮。

5 結(jié) 論

本文從吸收塔系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、事故漿液應(yīng)急系統(tǒng)、石灰石漿液制備系統(tǒng)四個(gè)系統(tǒng)對(duì)土耳其某電廠脫硫系統(tǒng)進(jìn)行改造,為了能滿足新的環(huán)保法規(guī)要求。從建成后的效果來(lái)看,經(jīng)過(guò)改造,電廠脫硫系統(tǒng)能夠適應(yīng)土耳其新的環(huán)保法規(guī),并留有一定的調(diào)節(jié)余量。