电厂锅炉串联双塔双循环脱硫增容改造技术

某火电厂的 2 ×350MW 燃煤机组,其烟气脱硫装置采用

了石灰石 - 石膏湿法脱硫,一炉配置一塔,设计脱硫效率大于 97． 37%。 根据设计煤种含硫量 1． 34% 计算,脱硫装置入口 SO 2 浓度为 3， 800mg/ Nm 3 (标态、干基、6% O 2 ),吸收塔脱硫后 SO 2 排放浓度 99． 94mg/ Nm 3 (标态、干基、6% O 2 ),已超过新标准 50mg/ Nm 3 的排放要求,脱硫装置需进行增容提效

改造。

二、增容提效改造技术方案

(一)原脱硫装置概况。

1. FGD 装置基础数据。 燃煤含硫量、脱硫装置入口烟气参数见表 1。2. FGD 吸收塔及烟气系统。 2 × 350MW 机组单独设置有烟气吸收氧化系统,一炉一塔、烟塔合一布置。 经电除尘器除尘后的烟气引入吸收塔,烟气中的 SO 2 在塔内与石灰石浆液进行化学反应,脱除二氧化硫的洁净烟气经除雾器除去烟气中携带的水分后送入冷却塔,通过冷却塔排放至大气中。 脱硫装置烟气系统的压降由引风机压头克服,每台炉设有两台引风机。

吸收塔为变径塔,直径 15/12m,塔高 35m,烟气在塔内上升流速为 3． 8m/ s。 塔内配有 4 组喷淋层,每层对应一台浆液循环泵,采用单元制设计。 吸收塔反应池设有 4 台搅拌机,氧化空气分布系统采用喷管式结构。 吸收塔顶部布置有两级除雾器,吸收塔入口烟道设有事故冷却系统,事故冷却水由工艺水泵提供。3. 脱硫公用系统。 脱硫岛吸收剂制备和供应系统为两台机组公用,吸收剂采用外购成品石灰石粉。 石膏脱水系统为两台机组脱硫装置公用,包括 2 套石膏旋流系统、2 台真空皮带脱水机及真空泵、滤液分离系统、石膏冲洗水箱和冲洗水泵系统等。

(二)改造方案的确定原则。 为了最大限度地利用原有脱硫系统和设备,尽可能减小对电厂正常生产运行的影响,尽可能不影响机组发电量,脱硫改造方案继续采用原有石灰石 - 石膏湿法烟气脱硫工艺,在现有设备布置的基础上进行增容改造。在满足最新《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223 -2011)的基础上,改造目标还应具有一定的前瞻性,达到燃气机组排放标准,二氧化硫排放浓度控制在 35mg/ Nm 3 以下,做到污染物超低排放。在具体的工艺选择上,需要对影响脱硫效率的液气比、烟气分布均匀性、吸收塔高度、吸收塔浆池容量等因素进行分析和选择。 针对该电厂现有脱硫装置的运行状态、设备出力等情况,利用现场的布置条件,通过综合考虑设计方案类比、投资和运行费用、施工周期等方面内容,对可选的几种改造方案进行论证与比较,确定适合该电厂的最佳改造方案。(三)脱硫增容改造技术方案。 在脱硫增容改造过程中,通常采用增加喷淋层来提高液气比;吸收塔内增加托盘和壁流环,使得烟气和吸收浆液反应更充分;氧化空气系统进行增容改造,增加相应的搅拌器,确保浆池中亚硫酸钙的氧化;增加吸收塔液位高度,或者增加塔外浆液箱来增大浆池容积,以满足石灰石溶解、亚硫酸钙氧化和石膏结晶的要求。通过上述多种手段达到提高 SO 2 脱除效率的目的。在具体设计中可选的改造方案主要有单塔多喷淋工艺、单塔双循环工艺、双托盘技术、双塔双循环工艺。 在确定的改造原则和基础参数条件下,不同改造工艺的主要差别体现在核心设备吸收塔上,吸收塔的改造决定整体工程量、改造投资、改造工期等的关键因素。单塔多喷淋工艺主要依靠提高液气比,并辅以优化流场

结构,从而提高 SO 2 脱除率。 通常采用抬高吸收塔的高度增加喷淋层数,但若保持吸收塔直径和烟气入口以下部分不变,浆液池容量无法增大,脱硫效率提高有限。 为增大吸收塔反应池容量,在增加塔高的同时还需要增大吸收塔直径。吸收塔塔体、基础都需要重新设计,在施工过程中要整个拆除重新建造。单塔双循环工艺是在塔内设置积液盘将脱硫区分隔为上、下循环脱硫区,在一个塔内形成两个独立的双循环脱硫系统。 下循环区、下循环区中和氧化池及下循环泵共同形成下循环系统,下循环为氧化区循环,主要起预吸收、CaSO 3 氧化作用;上循环区、上循环中和氧化池及上循环泵共同形成上循环系统,上循环为吸收区循环,主要实现 SO 2 吸收作用。该工艺需要加高吸收塔,在原吸收塔上增加喷淋层和积液盘,但不需增大原吸收塔直径,在塔外另外建造一个浆液池,上循环浆液回流至塔外浆池。双托盘技术就是在吸收塔内增设托盘,烟气以较高的流速进入吸收塔后,通过塔内下层托盘,与托盘上的液膜进行气、液相的均质调整,在吸收区域的整个高度以上实现气体与浆液的最佳接触。 托盘本身可保持一定高度液膜,从而延长了烟气在吸收塔中的停留时间,使烟气中的 SO 2 被充分吸收,有效降低了液气比,提高吸收剂的利用率。双塔双循环工艺是在单塔双循环技术上发展而来,即采用两个吸收塔,每个塔都设有喷淋层、浆液池和循环泵,两个塔运行相对独立。 双塔在布置中又分为串联和并联两种方式,串联是全部烟气先后进入两个吸收塔,进行两级脱硫;并联是将原有烟气一分为二,两个吸收塔各处理一半的烟气量,以此来增加液气比,提高脱硫效率。上述几种改造方法中双托盘技术保持液气比不变,增大了吸收剂的利用率,改造量相对较小,但脱硫效率提高有限。单塔多喷淋和单塔双循环工艺都是以提高液气比为目的,均需要增加吸收塔内的喷淋层以及增大浆液池容积。 同时这两种改造技术也都存在问题:一是对吸收塔进行整体的切割改造,造成施工的工期较长,以致锅炉停运时间较长,公而施工难度极大、安全风险较高。 二是在增高吸收塔后,同时也需要增加吸收塔浆液循环泵的扬程,吸收塔内的循环泵及全部氧化风机等原配套设备均不能被利用,形成巨大的浪费。三是增高吸收塔或增大其直径,吸收塔地基都需要进行校核、改造,改造费用较高等。相比而言,双塔双循环工艺能够最大限度利用原有设备,但并联双塔方案对烟道的改造量较大,并且在烟气量减

少的情况下为确保塔内烟气流速过低同样需要对原吸收塔进行局部缩颈改造。 而串联双塔对原有系统和设备基本不做改动,可以充分利用原有设备,在施工过程中等新塔及附属设施基本建成后,只需机组短时间停机,少量改造原吸收塔出口的烟道即可,烟道布置简洁,能最大限度节省空间和成本。 因此串联双塔双循环工艺最适合于该电厂的脱硫改造工作。

三、串联双塔双循环脱硫技术

(一)串联双塔双循环工艺的主要问题。 串联双塔双循环工艺在原有脱硫装置基础上,再新建一座吸收塔,经过原吸收塔脱硫后的烟气进入新建吸收塔进一步脱硫后再排放。串联双塔双循环技术采用两级脱硫,脱硫效率较高,但两个塔单独运行,需要处理好水平衡和 PH 值控制调节问题。1. 水平衡控制。 经过一级吸收塔洗涤后的烟气携带有大量水分,其在二级塔内再携带的水分大量减少;而在二级脱硫塔顶部的除雾器仍需连续冲洗,这造成两塔水系统无法平衡。 运行过程中二级塔浆液将逐渐变稀,而一级塔浆液浓度逐渐变大。 因此需要采用强制循环泵将浆液在两个吸收塔之间混合置换,使两塔的浆液浓度保持一致,保持两塔的水平衡。

2. PH 值调节。 由于烟气先进入一级塔后,大部分 SO 2在此被吸收,只有少量的 SO 2 在其后的二级塔中被吸收掉。为了调节两座吸收塔 PH 值的差值,将部分石灰石浆液直接加入二级塔内。 两塔之间通过浆液的置换,未反应完全的石灰石浆液从二级塔内经置换管道进入一级塔,再进行反应,而在一级塔内根据 PH 调节值的变化来补充石灰石浆液。

(二)改造工艺系统拟定。 原有吸收塔作为一级塔,新建吸收塔作为二级塔。 单台机组烟气量 1， 152， 641Nm 3 / h,一级塔入口 SO 2 浓度 3， 800mg/ Nm 3 ,一级塔出口 SO 2 浓度控制在500mg/ Nm 3 以下,二级塔出口 SO 2 浓度控制在 35mg/ Nm 3 ,一级塔脱硫效率大于 86． 8%,二级塔脱硫效率大于 93%,总脱硫效率大于 99． 1%。一级塔及附属设施不做改造,新建二级塔直径12． 8m,塔高 27m,其中浆池高度 8m,塔内的烟气流速为 3． 41m/ s,浆液循环停留时间为 4． 29min,浆池内设四台搅拌器。 二级塔设置 3 台浆液循环泵,每台泵流量为 4， 800m 3 / h,每台泵对应一层喷淋层,每层喷淋层下方塔壁设置浆液导流环,减少了 SO 2顺塔壁的逃逸,增加脱硫效率。 按照二级吸收塔出口雾滴含量不超过 30mg/ Nm 3 控制,二级吸收塔设置 3 级屋脊式除雾器。

两座塔均设置浆液置换系统,二级塔的浆液通过浆液置换泵输送到一级塔,在一级塔中继续氧化和排出石膏,原塔浆液同样置换到二级塔,使两塔浆液浓度达到平衡。 二级塔设置氧化风系统,不设石膏排出系统,吸收塔石膏利用一级塔原有排出系统。 系统示意见图 1。

脱硫岛增容之后每台机组石灰石耗量为 8． 2t/ h,两台机组需要量为 16． 4t/ h,原有制浆系统出力满足工艺要求,因此不做改造,仅在石灰石浆液泵至原吸收塔的浆液管线上,增加二级塔的供浆管线。 同样,提高脱硫效率对石膏脱水系统影响不大,系统出力能够满足要求,因此脱水系统不需要改造。 考虑二级塔补水、新增浆液管道冲洗、二级塔除雾器和湿式静电除尘器冲洗用水,增加一座工艺水箱和三台除雾器冲洗水泵。