電廠鍋爐串聯雙塔雙循環脫硫增容改造技術

發布日期：2023-07-19 　瀏覽次數：3419

某火電廠的 2 ×350MW 燃煤機組,其煙氣脫硫裝置采用

了石灰石 - 石膏濕法脫硫,一爐配置一塔,設計脫硫效率大于 97． 37%。根據設計煤種含硫量 1． 34% 計算,脫硫裝置入口 SO 2 濃度為 3， 800mg/ Nm 3 (標態、干基、6% O 2 ),吸收塔脫硫后 SO 2 排放濃度 99． 94mg/ Nm 3 (標態、干基、6% O 2 ),已超過新標準 50mg/ Nm 3 的排放要求,脫硫裝置需進行增容提效

改造。

二、增容提效改造技術方案

(一)原脫硫裝置概況。

1. FGD 裝置基礎數據。燃煤含硫量、脫硫裝置入口煙氣參數見表 1。2. FGD 吸收塔及煙氣系統。 2 × 350MW 機組單獨設置有煙氣吸收氧化系統,一爐一塔、煙塔合一布置。經電除塵器除塵后的煙氣引入吸收塔,煙氣中的 SO 2 在塔內與石灰石漿液進行化學反應,脫除二氧化硫的潔凈煙氣經除霧器除去煙氣中攜帶的水分后送入冷卻塔,通過冷卻塔排放至大氣中。脫硫裝置煙氣系統的壓降由引風機壓頭克服,每臺爐設有兩臺引風機。

吸收塔為變徑塔,直徑 15/12m,塔高 35m,煙氣在塔內上升流速為 3． 8m/ s。塔內配有 4 組噴淋層,每層對應一臺漿液循環泵,采用單元制設計。吸收塔反應池設有 4 臺攪拌機,氧化空氣分布系統采用噴管式結構。吸收塔頂部布置有兩級除霧器,吸收塔入口煙道設有事故冷卻系統,事故冷卻水由工藝水泵提供。3. 脫硫公用系統。脫硫島吸收劑制備和供應系統為兩臺機組公用,吸收劑采用外購成品石灰石粉。石膏脫水系統為兩臺機組脫硫裝置公用,包括 2 套石膏旋流系統、2 臺真空皮帶脫水機及真空泵、濾液分離系統、石膏沖洗水箱和沖洗水泵系統等。

(二)改造方案的確定原則。為了最大限度地利用原有脫硫系統和設備,盡可能減小對電廠正常生產運行的影響,盡可能不影響機組發電量,脫硫改造方案繼續采用原有石灰石 - 石膏濕法煙氣脫硫工藝,在現有設備布置的基礎上進行增容改造。在滿足最新《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223 -2011)的基礎上,改造目標還應具有一定的前瞻性,達到燃氣機組排放標準,二氧化硫排放濃度控制在 35mg/ Nm 3 以下,做到污染物超低排放。在具體的工藝選擇上,需要對影響脫硫效率的液氣比、煙氣分布均勻性、吸收塔高度、吸收塔漿池容量等因素進行分析和選擇。針對該電廠現有脫硫裝置的運行狀態、設備出力等情況,利用現場的布置條件,通過綜合考慮設計方案類比、投資和運行費用、施工周期等方面內容,對可選的幾種改造方案進行論證與比較,確定適合該電廠的最佳改造方案。(三)脫硫增容改造技術方案。在脫硫增容改造過程中,通常采用增加噴淋層來提高液氣比;吸收塔內增加托盤和壁流環,使得煙氣和吸收漿液反應更充分;氧化空氣系統進行增容改造,增加相應的攪拌器,確保漿池中亞硫酸鈣的氧化;增加吸收塔液位高度,或者增加塔外漿液箱來增大漿池容積,以滿足石灰石溶解、亞硫酸鈣氧化和石膏結晶的要求。通過上述多種手段達到提高 SO 2 脫除效率的目的。在具體設計中可選的改造方案主要有單塔多噴淋工藝、單塔雙循環工藝、雙托盤技術、雙塔雙循環工藝。在確定的改造原則和基礎參數條件下,不同改造工藝的主要差別體現在核心設備吸收塔上,吸收塔的改造決定整體工程量、改造投資、改造工期等的關鍵因素。單塔多噴淋工藝主要依靠提高液氣比,并輔以優化流場

結構,從而提高 SO 2 脫除率。通常采用抬高吸收塔的高度增加噴淋層數,但若保持吸收塔直徑和煙氣入口以下部分不變,漿液池容量無法增大,脫硫效率提高有限。為增大吸收塔反應池容量,在增加塔高的同時還需要增大吸收塔直徑。吸收塔塔體、基礎都需要重新設計,在施工過程中要整個拆除重新建造。單塔雙循環工藝是在塔內設置積液盤將脫硫區分隔為上、下循環脫硫區,在一個塔內形成兩個獨立的雙循環脫硫系統。下循環區、下循環區中和氧化池及下循環泵共同形成下循環系統,下循環為氧化區循環,主要起預吸收、CaSO 3 氧化作用;上循環區、上循環中和氧化池及上循環泵共同形成上循環系統,上循環為吸收區循環,主要實現 SO 2 吸收作用。該工藝需要加高吸收塔,在原吸收塔上增加噴淋層和積液盤,但不需增大原吸收塔直徑,在塔外另外建造一個漿液池,上循環漿液回流至塔外漿池。雙托盤技術就是在吸收塔內增設托盤,煙氣以較高的流速進入吸收塔后,通過塔內下層托盤,與托盤上的液膜進行氣、液相的均質調整,在吸收區域的整個高度以上實現氣體與漿液的最佳接觸。托盤本身可保持一定高度液膜,從而延長了煙氣在吸收塔中的停留時間,使煙氣中的 SO 2 被充分吸收,有效降低了液氣比,提高吸收劑的利用率。雙塔雙循環工藝是在單塔雙循環技術上發展而來,即采用兩個吸收塔,每個塔都設有噴淋層、漿液池和循環泵,兩個塔運行相對獨立。雙塔在布置中又分為串聯和并聯兩種方式,串聯是全部煙氣先后進入兩個吸收塔,進行兩級脫硫;并聯是將原有煙氣一分為二,兩個吸收塔各處理一半的煙氣量,以此來增加液氣比,提高脫硫效率。上述幾種改造方法中雙托盤技術保持液氣比不變,增大了吸收劑的利用率,改造量相對較小,但脫硫效率提高有限。單塔多噴淋和單塔雙循環工藝都是以提高液氣比為目的,均需要增加吸收塔內的噴淋層以及增大漿液池容積。同時這兩種改造技術也都存在問題:一是對吸收塔進行整體的切割改造,造成施工的工期較長,以致鍋爐停運時間較長,公而施工難度極大、安全風險較高。二是在增高吸收塔后,同時也需要增加吸收塔漿液循環泵的揚程,吸收塔內的循環泵及全部氧化風機等原配套設備均不能被利用,形成巨大的浪費。三是增高吸收塔或增大其直徑,吸收塔地基都需要進行校核、改造,改造費用較高等。相比而言,雙塔雙循環工藝能夠最大限度利用原有設備,但并聯雙塔方案對煙道的改造量較大,并且在煙氣量減

少的情況下為確保塔內煙氣流速過低同樣需要對原吸收塔進行局部縮頸改造。而串聯雙塔對原有系統和設備基本不做改動,可以充分利用原有設備,在施工過程中等新塔及附屬設施基本建成后,只需機組短時間停機,少量改造原吸收塔出口的煙道即可,煙道布置簡潔,能最大限度節省空間和成本。因此串聯雙塔雙循環工藝最適合于該電廠的脫硫改造工作。

三、串聯雙塔雙循環脫硫技術

(一)串聯雙塔雙循環工藝的主要問題。串聯雙塔雙循環工藝在原有脫硫裝置基礎上,再新建一座吸收塔,經過原吸收塔脫硫后的煙氣進入新建吸收塔進一步脫硫后再排放。串聯雙塔雙循環技術采用兩級脫硫,脫硫效率較高,但兩個塔單獨運行,需要處理好水平衡和 PH 值控制調節問題。1. 水平衡控制。經過一級吸收塔洗滌后的煙氣攜帶有大量水分,其在二級塔內再攜帶的水分大量減少;而在二級脫硫塔頂部的除霧器仍需連續沖洗,這造成兩塔水系統無法平衡。運行過程中二級塔漿液將逐漸變稀,而一級塔漿液濃度逐漸變大。因此需要采用強制循環泵將漿液在兩個吸收塔之間混合置換,使兩塔的漿液濃度保持一致,保持兩塔的水平衡。

2. PH 值調節。由于煙氣先進入一級塔后,大部分 SO 2在此被吸收,只有少量的 SO 2 在其后的二級塔中被吸收掉。為了調節兩座吸收塔 PH 值的差值,將部分石灰石漿液直接加入二級塔內。兩塔之間通過漿液的置換,未反應完全的石灰石漿液從二級塔內經置換管道進入一級塔,再進行反應,而在一級塔內根據 PH 調節值的變化來補充石灰石漿液。

(二)改造工藝系統擬定。原有吸收塔作為一級塔,新建吸收塔作為二級塔。單臺機組煙氣量 1， 152， 641Nm 3 / h,一級塔入口 SO 2 濃度 3， 800mg/ Nm 3 ,一級塔出口 SO 2 濃度控制在500mg/ Nm 3 以下,二級塔出口 SO 2 濃度控制在 35mg/ Nm 3 ,一級塔脫硫效率大于 86． 8%,二級塔脫硫效率大于 93%,總脫硫效率大于 99． 1%。一級塔及附屬設施不做改造,新建二級塔直徑12． 8m,塔高 27m,其中漿池高度 8m,塔內的煙氣流速為 3． 41m/ s,漿液循環停留時間為 4． 29min,漿池內設四臺攪拌器。二級塔設置 3 臺漿液循環泵,每臺泵流量為 4， 800m 3 / h,每臺泵對應一層噴淋層,每層噴淋層下方塔壁設置漿液導流環,減少了 SO 2順塔壁的逃逸,增加脫硫效率。按照二級吸收塔出口霧滴含量不超過 30mg/ Nm 3 控制,二級吸收塔設置 3 級屋脊式除霧器。

兩座塔均設置漿液置換系統,二級塔的漿液通過漿液置換泵輸送到一級塔,在一級塔中繼續氧化和排出石膏,原塔漿液同樣置換到二級塔,使兩塔漿液濃度達到平衡。二級塔設置氧化風系統,不設石膏排出系統,吸收塔石膏利用一級塔原有排出系統。系統示意見圖 1。

脫硫島增容之后每臺機組石灰石耗量為 8． 2t/ h,兩臺機組需要量為 16． 4t/ h,原有制漿系統出力滿足工藝要求,因此不做改造,僅在石灰石漿液泵至原吸收塔的漿液管線上,增加二級塔的供漿管線。同樣,提高脫硫效率對石膏脫水系統影響不大,系統出力能夠滿足要求,因此脫水系統不需要改造。考慮二級塔補水、新增漿液管道沖洗、二級塔除霧器和濕式靜電除塵器沖洗用水,增加一座工藝水箱和三臺除霧器沖洗水泵。