摘要：本文主要介绍了300MW循环流化床机组烟气脱硫改造时的工艺选型、方案选择及影响因素。简要分析了石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的应用优势，并对比氨法烟气脱硫工艺的技术特点、经济比较等，为各火电厂烟气脱硫改造的前期工艺选型提供参考。
关键词：循环流化床机组；脱硫改造；工艺选型
前 言
某发电公司2×300MW循环流化床机组于2006年投入商业运行，设计燃用小龙潭煤坑褐煤，燃煤含硫量≤1.66%，机组采用炉内添加石灰石脱硫，设计锅炉脱硫效率94%，机组满负荷工况时SO2排放浓度≤400 mg/ m3、符合国家《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003）。但近三年来实际燃煤硫分在0.8%～3.9%之间波动，且2014年7月1日实施的国家《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）、要求现役火电厂SO2排放浓度≤200 mg/ m3，故300MW循环流化床机组的炉内添加石灰石脱硫系统已不能满足国家火电厂SO2排放标准要求、需要实施烟气脱硫工艺改造。以下就如何选择300MW循环流化床机组烟气脱硫改造的工艺可行性进行分析。
一、方案一：优化炉内添加石灰石脱硫系统，满足排放要求。
2013年该发电公司委托某电科院进行炉内添加石灰石脱硫的相关试验，试验结果表明：（1）通过优化炉内喷粉以及原煤掺烧石灰石的方法进行脱硫，SO2排放浓度可以达到国家标准200mg/Nm3以下；但是对锅炉效率影响较大，下降约5.52%，影响发电煤耗约18克，按照利用小时5500计算，年影响发电煤耗59400吨标准煤，约合2987万元。（2）空预器入口温度超过350℃（设计为312℃），空预器电流由11A波动至31A，空预器随时跳闸，运行及其不稳定。（3）电除尘出口烟尘达到415mg/Nm3，严重超出电除尘负载，不能满足烟尘排放指标要求。（4）由于炉内添加大量石灰石，加剧灰场灰渣处置压力，缩短灰场使用年限。（5）厂用电率升高0.2%；年电耗增加660万度电（按照年利用小时5500），约合237万元。
根据试验结果说明：通过优化炉内添加石灰石脱硫系统，可以实现SO2满足排放要求。但锅炉热效率下降约5.52%、电除尘出口烟尘超标排放，该方案导致锅炉运行经济性能差、稳定性能差、烟尘超标排放，故该方案为不可行。
二、方案二：在炉内添加石灰石脱硫系统的基础上，增加一套炉外石灰石-石膏湿法脱硫系统。
1、炉外脱硫系统入口SO2浓度值的优化分析
增加一套炉外脱硫系统可使CFB机组满足SO2排放浓度的要求，但如何优化炉内脱硫系统与炉外脱硫系统运行方式、确认炉外脱硫系统入口SO2浓度优化值，下面就此问题进行分析。
300MW循环流化床锅炉热效率设计值为92.8%、炉内添加石灰石脱硫系统设计出力为22t/h，锅炉在热效率设计值运行工况下经济性较好，故该发电公司委托某电科院进行专项“1号300MW机组CFB锅炉效率及污染物排放测试试验”。试验研究结果表明，当锅炉燃用收到基含硫量≤2.7%的煤、考虑电除尘器出口粉尘浓度小于50 mg/m3的特性（当粉尘浓度较高时不利于炉外湿法脱硫系统的运行），当炉内喷钙脱硫系统以最大出力连续运行的情况下，可以控制锅炉SO2排放低于3500 mg/Nm3（6%O2），综合考虑燃煤硫份变化及最大限度发挥循环流化床炉内脱硫的优势，将炉外脱硫系统入口SO2浓度值优化为≤4000 mg/Nm3（6%O2）。在炉内添加石灰石脱硫系统的基础上，增加一套炉外石灰石-石膏湿法脱硫系统。石灰石—石膏法脱硫工艺脱硫技术就是目前火电厂常用的石灰石法脱硫工艺，即脱硫反应中SO2的吸收溶解、碳酸钙的溶解中和、亚硫酸盐的氧化等在一个反应罐（吸收塔）内进行，吸收塔循环浆液采用单回路，浆池维持衡定的PH值运行。
2、主要设计原则。
（1）烟气脱硫工艺采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺。（2）脱硫装置采用全烟气脱硫，每台炉设置1座吸收塔，系统脱硫率≥96.5%。（3）烟气系统按不设置烟气－烟气换热器（GGH）及旁路烟道考虑，最终是否设置应根据本工程环境影响报告书的批复意见确定。（4）不单独设置脱硫增压风机，脱硫增压风机与锅炉引风机合并设置，脱硫烟气系统阻力由引风机克服。（5）吸收剂采用外购石灰石块（粒径≤3mm），脱硫区域内设置湿磨制浆系统制备。（6）脱硫副产物（二水石膏）经脱水后外运综合利用或运至电厂干灰场分区堆放。（7）烟气脱硫装置采用引进技术设计，部分关键设备、部件和原材料按进口考虑，其余设备和材料由国内配套及供货。（8）脱硫装置年利用小时数为5500小时。
3、工艺主要系统
2×300MW机组每台炉设置1套二氧化硫吸收系统和烟气系统，2台炉设置1套吸收剂制备系统、石膏处理系统、脱硫装置用水系统及浆液排放与回收系统。
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（1）炉外SO2吸收系统：每台机组炉外SO2吸收系统建设1座吸收塔，塔高42米、直径16米。塔内设置2层屋脊式除雾器、4层喷淋层，塔外设置4台浆液循环泵、2台氧化风机、4台吸收塔搅拌器、2台除雾器冲洗水泵、2台石膏排出泵、1座排水坑及2台排水坑泵、1套事故喷淋系统及2台事故喷淋水泵、1座工艺水箱及2台工艺水泵（该工艺水箱为2台机组脱硫系统公用）；
（2）烟道及引风机系统：该系统的主要改造内容为拆除原混凝土烟道、2台静叶可调轴流式引风机，新装钢制烟道、2台动叶可调式引风机，引风机电机电机功率由3600KW增加为4600KW：
（3）石灰石贮运行系统（2台机组公用）：该系统主要为外购石灰石块（粒径≤20mm），由自卸卡车运至汽车地斗，经振动给料机、斗式提升机、皮带输送机送至石灰石仓内，再由石灰石仓底部下的称重给料机送到制浆系统的湿式球磨机内。该系统的主要设备为2台振动给料机、2台斗式提升机、2台皮带输送机、2台称重给料机、2座石灰石粉仓、2台布袋除尘器；
（4）石灰石浆液制备系统（2台机组公用）：主要为经称重给料机的石灰石颗粒送入湿式球磨机制成石灰石浆液，石灰石浆液用再循环泵输送到水力旋流器经分离后，大尺寸物料再循环，溢流物料（含固量30%，粒径至少≤0.044mm）储存于石灰石浆液箱中，然后经石灰石浆液泵送至吸收塔与SO2反应，该系统主要作用为向吸收塔内补充石灰石浆液。该系统的主要设备为2台湿式球磨机、2台石灰石旋流器、2台石灰石再循环箱、2台石灰石浆液箱、4台磨机再循环浆液泵、4台石灰石浆液泵。
（5）石膏脱水处理系统：当机组吸收塔内的石膏浆液浓度达到15%时，吸收塔底部浆液池中的石膏晶体，由石膏浆液排出泵送至石膏浆液旋流站浓缩，浓缩后的石膏浆液进入石膏脱水机，进入石膏脱水机的石膏浆液经脱水处理后表面含水率小于10％，脱水后的石膏直接送入石膏储存间存放待运，可供综合利用。石膏旋流站出来的溢流浆液一部分送至滤液池，另一部分进入废水旋流器给料箱通过给料泵输送至废水旋流器，废水旋流器的底流进滤液池，溢流进入废水箱并排至废水处理系统进行处理。该系统的主要设备为2台石膏旋流器、1台真空皮带脱水机、2台盘式脱水机、1台真空皮带脱水机真空泵、2台盘式脱水机真空泵、3台气液分离器、1座冲洗水箱及2台滤布冲洗水泵、1座滤液水箱及2台滤液水泵。
（6）废水处理系统：脱硫废水处理系统包括化学加药系统、中和反应系统和污泥脱水系统，脱硫废水处理系统处理容量为两台机组的废水量。石膏旋流站出来的溢流浆液一部分进入废水旋流器给料箱通过给料泵输送至废水旋流器，废水旋流器的底流进滤液池，溢流进入废水箱并排至废水处理系统进行处理。进入废水处理系统的废水呈酸性，PH值为5～6，并含有一定的固体悬浮物和重金属。废水处理系统采用中和（碱化）、沉降、絮凝处理后，经澄清器浓缩、出水箱内pH调整达标后进入厂区复用水池循环再利用。污泥在澄清器浓缩后经板框式压滤机挤压成泥饼运走。该系统的主要设备为废水旋流器给料箱、废水旋流器给料泵、废水旋流器、废水箱、废水泵、三联箱、澄清浓缩器、出水箱、出水输送泵、污泥泵、盐酸加药装置、石灰乳加药装置、絮凝剂加药装置、有机硫加药装置、助凝剂加药装置、板式压滤机。
三、方案三：在炉内添加石灰石脱硫系统的基础上，增加一套炉外湿式氨法脱硫系统。氨法的烟气脱硫机理是采用液氨（氨水）与SO2溶于水后生成的亚硫酸进行酸碱中和反应产生亚硫酸盐，再经氧化生成硫酸盐，从而达到脱除SO2的目的。由于湿式氨法脱硫工艺的吸收剂液氨（氨水）是活性很高的碱性物质，在高燃煤含硫量下也可获得98％以上的高脱硫效率，但工艺过程如不能有效避免气溶胶的产生及控制氨逃逸，不仅会增加脱硫成本，同时还会对环境造成新的二次污染。湿式氨法脱硫工艺的副产物是硫酸铵，它主要作为化肥原料，一直是我国的一个化肥品种。
四、结论
（1）石灰石－石膏法与湿式氨法烟气脱硫两种脱硫工艺在技术上都是可行的。
（2）湿式氨法烟气脱硫工艺方案的吸收剂液氨属中毒危害的化学介质，其运输、贮存具有较大风险，并且吸收剂供应、副产物销售价格随市场波动，直接影响运行成本。目前国内氨法技术方较多，其技术运用成熟度各不相同。据了解，具有300MW机组等级氨法脱硫装置投运业绩，同时各项性能指标达到设计值的技术方只有1家。本工程如采用氨法脱硫需进行环评和安评，并取得相应批文。
（3）石灰石－石膏法脱硫工艺方案技术成熟可靠，初投资较氨法多约1686万元，但年运行费用少约220万元，其20年动态投资较氨法少728.5万元。故2×300MW循环流化床机组脱硫改造可研阶段推荐采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺进行方案设计。
参考文献：
[1]薛建明、王小明编著，湿法烟气脱硫设计及设备选型手册，中国电力出版社；
[2]西南电力设计院编著，云南大唐国际红河发电有限责任公司2×300MW循环流化床机组脱硫改造可研报告；
作者简介：
张勇（1973年1月出生），男，云南泸西人，本科、工程师，云南大唐国际红河发电有限责任公司设备部主任工程师，长期从事发电企业生产技术管理工作。
论文作者:张勇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/17
标签：石灰石论文; 系统论文; 浆液论文; 石膏论文; 烟气论文; 机组论文; 工艺论文; 《电力设备》2017年第33期论文;