石灰石－石膏湿法烟气脱硫技术分析及设计优化.pdf

第3 1卷 第 l 0期 2 0 0 9年 1 0月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 1 31 No 1 0 0c t 2 0 09 石灰石 一石膏湿法烟气脱硫技术分析及设计优化 陶爱平 ( 中国华 电工程 ( 集 团) 有 限公 司， 北京1 0 0 0 4 8 ) 摘要： 结合贵州大方电厂石灰石 一 石膏湿法烟气脱硫系统， 阐述了同样的湿法脱硫工艺， 在相同设计条件 、 相同性能要 求的前提下， 不同脱硫技术带来的系统配置差异以及电耗差异， 进而说明脱硫系统优化设计的重要性。 关键词： 石灰石 一石膏湿法烟气脱硫； 美国( ME T ) 技术； 德国( 比晓芙) 技术； 电耗 中图分类号： x 7 0 1 3 文献标志码： A 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 0 9 ) 1 0 0 0 7 6 0 3 0 引言 石灰石 石膏湿法烟气脱硫技术已经有几十年 的发展历史 ， 因其具有技 术成熟可靠 、 适用范 围广 泛 、 脱硫效率高等优点， 在燃煤电厂烟气脱硫系统得 到广泛应用。据有关资料介绍， 该工艺在大型机组 ( 单机能力大于 2 0 0 MW 及以上) 烟气脱硫工程中的 市场占有率已经达到 9 0 以上 ， 在 国内大型机组工 程 中的市场占有率更高。 自2 0 0 0年以来 ， 随着我国环保要求的提高， 国 内涌现出大批脱硫公司 ， 各脱硫公司相继 引进了国 际上 比较先进 的脱硫技术。 目前 ， 国内市场上常用 的喷淋塔石灰石 一 石膏湿法烟气脱硫技术主要来 自 欧洲 、 美国、 日本等 ， 技术支持方主要有 ： 欧洲比晓芙 ( B i s c h o ff ) 、 斯坦米勒 、 A E E等 ； 美 国 M E T、 巴威 、 康 明斯 、 B &W 等； 日本石川岛、 川崎等。各家技术的核 心区别在吸收塔系统 ， 主要差别在浆液循环泵及其 对应的吸收塔喷淋系统 、 吸收塔浆液搅 拌氧化系统 等主要设备的选型。简言之 ， 不同液气 比导致不同 大小的浆液循环泵 ， 不 同浆液循环量导致不 同的吸 收塔阻力， 不同的吸收塔浆液搅拌氧化系统导致不 同的氧化风机和搅拌设备选型。上述设备选型的差 异， 除了初投资不 同外 ， 最终表现在系统的运行指 标厂用 电率 ( 电耗) 上 。 l 电厂情况概述 贵州 大方 发 电 有 限 公 司 43 0 0 MW 机 组 ( 1 4 ) 于2 0 0 4年开工， 2 0 0 6年 6月投产第 1台机 组 ， 此后每隔 5个月投产 1台机组 ， 4台机组于 2 0 0 7 年 9月全部建成投运， 4台机组 的烟气脱硫系统也 相继同步投运。 脱硫系统 主要参数 ： 设 计燃煤含硫量 ， 1 3 5 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 31 5 ( 收到基低位发热量 2 2 4 9 M J k g ， A = 2 5 6 6 ) ； 校核燃煤含硫量， 1 4 ( 收到基低位发热量 2 0 2 4 M J k g ， A = 2 9 6 5 ) ； F G D人 口 S O 2的质量浓度 ， 2 9 3 0 ( 校核 3 3 6 0 )m g 1 i 3 ( 标干 ， 6 氧) ； 系统脱硫 效率， 9 5 以上。 4台机组烟气脱硫系统采用一炉一塔配置， 烟 气系统配有烟气 一烟气再热器 ( G G H) ， 4台机组 的 公用设置统一考虑， 主要配置有 2套湿式石灰石磨 机浆液制备 系统 、 2套石膏皮带脱水系统及其他脱 硫 公用 系统 。 4台机组脱硫分别采用了美国 M E T、 德国比晓芙 ( B i s c h o ff ) 2种不同的技术。中国华电工程( 集团) 有限 公司( 采用美国 M E T技术) 负责 1 、 2机组烟气脱硫和 4台机组的公用系统， 贵州星云环保有限公司( 采用德 国比晓芙技术) 负责 3 、 4机组烟气脱硫系统。 因公用系统 4台机组合用 ， 主要的技术对 比在 烟气系统和吸收塔系统 ， 下面对 2种技术 的差异进 行分析 。 2 脱硫烟气 系统简述 2种技术烟气系统配置相同， 系统图如图 1 所示。 系统流程为 ： 锅炉来烟气一F C D人 口挡板一增 压风机一G G H原烟气侧一 吸收塔一 G G H净烟气侧 ( 加热至 8 0以上) 一F G D出 口挡板一主烟道一烟 囱， 带旁路烟道及挡板门。 烟气系统主要设备有增压风机 、 G G H、 烟道挡板 门及其挡板门密封风系统， 其 中最主要的耗 电设备 是增压风机。导致增压风机耗电量不同的主要参数 是风量和风压。该工程 1 4机组烟气参数完全相 同， 所以 2种技术的差别就表现在系统塔内阻力上， 不同吸收塔阻力导致了增压风机压升的不同。最终 的设备选型差异见表 1 。 从表 1 参数可以看出： 不同吸收塔阻力 ， 导致增 压 风机压升不 同， 电耗也有差异 ， 该工程 3、 4 机组 第 1 0期 陶爱平： 石灰石 一石膏湿法烟气脱硫技术分析及设计优化 7 7 入 U 图 1 带有 增压 风机 、 G G H、 旁路挡板 的烟气 系统 ( 1炉 1塔) 表 1 2种技术导致 的增压风 机电机功率差异 引风机 注： F G D人 口烟温 为 1 1 3 ； 表 内参数来 自贵州大方电厂 ( 4 3 0 0 MW) 新建工 程烟气脱硫 岛 A标段 、 B标段设备 表。 增压风机电机功率 比 1 、 2机组增压风机 电机功率 烟 气出 高 5 0 k W。 3 脱硫吸收塔 系统 脱硫吸收塔系统是二氧化硫脱除 的核心。烟气 由进气 口进入吸收塔 的吸收区， 在上升过程 中与吸收 塔浆液逆流接触， 烟气 中所含的污染气体绝大部分被 洗涤进入吸收塔浆液 ， 与浆液中悬浮石灰石微粒发生 化学反应而被脱除， 处理后的净烟气经过除雾器除去 水滴后进入烟道。喷淋塔简图如图 2所示。 该工程 1 、 2吸收塔 ( ME T技术) 、 3 、 4吸收塔 ( 比晓芙技术) 采用 图 2所示 的喷淋 吸收塔 ， 2种技 术吸收塔结构基本相似。 S O ， 吸收系统主要设备有吸收塔本体 、 吸收塔浆 池 、 浆液循环泵 、 浆液喷淋层 、 吸收塔搅拌和氧化系统 ( ME T技术： 吸收塔搅拌器和氧化空气喷枪 ； 比晓芙技 术 ： 扰动泵和氧化空气管) 、 除雾器及其冲洗水系统 。 吸 烟气 入 泵 喷淋 吸 收 塔 图 2 喷淋塔简 图 因技术不同 ， 导致该系统主要耗 电差异 的设备 有浆液循环泵 、 氧化风机 、 吸收塔搅拌器等 ， 见表 2 。 在不考虑 电机效率等因素影响 ， 只简单对 比电 动机装机功率 时 ， 1 套吸收塔系统运行 电机功率共 表 2 2种技术不 同导致 的吸收塔 系统主要设备电机差异 注： 表内参数来自贵州大方电厂( 4 x 3 0 0 M W) 新建工程烟气脱硫岛A标段、 B 标段设备表。 7 8 华 电技 术 第 3 1 卷 相 差 8 7 4 k W。 4对比结果 由上述分析可知， 2种技术的 电机功率差合计 约为 9 2 4 k W， 考虑电机功率 、 电机储备系统等因素 ， 折算到轴功率消耗约为 7 6 0 k W， 大约 占厂用电率的 0 2 5 。参考国内目前 3 0 0 MW 机组运行 的单机指 标进 行 折 算 ( 3 0 0 MW 机 组 平 均 供 电 煤 耗 3 3 8 g ( k W h ) ) ， 年利用小时数取 4 5 0 0 h ， 则上述 电耗 年节约标煤大概为 1 1 0 0 t 标煤( 单台机组节煤量) 。 5 脱硫 系统优化设计建议 目前 ， 国内燃煤电厂脱硫系统因运行维护 、 设备 质量等原因， 大多数都在带病运行， 没有将脱硫各子 系统的主要设备调整到最佳运行状态 ， 在带病状态 下 ， 简单片面地追求脱硫效率 ， 而忽略了整个系统优 化运行 、 节约电耗的重要性。 如只片面迎合高脱硫效率， 认为系统在任何 时 候都有较高的脱硫效率 的设计是好 的设计 ， 势必会 引导脱硫系统浆液循环量设计余量大幅度放大 ， 从 而导致循环泵变大一 吸收塔阻力增大一增压风机压 头变大 ， 吸收塔浆池变大一搅拌器功率变大、 氧化风 机压头变大等一系列放大设计余量的后果。最终设 计出大余量的脱硫系统 ， 暂且不说影响初投资 ， 运行 电耗将会难 以控制。 在 目前众多脱硫技术 中， M E T技术设计理念 的 重点是节能降耗 ， 并不是一味地追求初投资， 而是重 点考虑在满足环保要求的前提下 ， 量体裁衣， 尽量设 计出低运行 电耗的脱硫系统 。为此 ， 在吸收塔系统 做了大量的试验和总结 ， 主要推出了以下技术特色： ( 1 ) 在喷淋层下方添加液体再分布装置 ( 简称 A L R D) ， 目的是为 了降低液气 比， 减小 吸收塔 系统 最大电耗设备浆液循环泵流量 ， 从而降低浆液 循环泵的运行电耗 。A L R D为合金材料 ， 相对大循 环泵无 A L R D系统来说 ， 一次投资会有增加。 以该项 目为例 ， 设计条件在 3 2 5目9 5 通过石 灰石浆液时对比结果 ， 一次投资见表 3 。 表 3 有 无 A L R D产生的初投资差异 有 A L R D时 ， 3台4 7 1 4 m h循环泵及其电机等 加 A L R D合金 的投资将大 于无 A L R D时 3台 5 8 1 7 m h循环泵及其电机的投资。 ( 2 ) 采用较细的石灰石浆液。脱硫系统常用的 石灰石浆液细度为 2 5 0目， 9 0 通过率 ， 对于硫 的质 量分数大于 2 的煤 ， 普遍采用 3 2 5目。M E T经过 长期研究 ， 大胆推出 3 2 5目， 9 5 通过率的石灰石浆 液 ， 主要 目的是降低液气 比。由此节约 的循环泵运 行电耗会比因细度增加导致磨机电耗增加的数值合 算。因为小颗粒 的石灰石容易溶 于水 ， 容易与 S O 反应 ， 反应生成物和飞灰不易吸附在没有反应 的石 灰石上 ， 能保持石灰石的活性。以该项 目为例， 常见 石灰石浆液细度导致的湿式磨机与浆液循环泵电机 功率的差异见表 4 。 从表 4可以看 出， 随着石灰石浆液细度变粗 ， 电 耗也随着增加。 表 4 常见石灰石浆液细度导致的湿磨 与浆液循环泵 电动机功率的差异 注： 磨煤机系统入口石灰石粒径 2 0m m； 循 环泵流量均对应有 AL R D； 石灰石细度的增加 ， 浆池容积减小 ， 氧化风机 、 搅拌器降低 的电耗在此不予考虑 。 上述细粉的使用 ， 对设备制造