超低排放要求下的脱硫设计与运行

1、超低排放要求下的脱硫设计与运行中国华电科工集团有限公司中国华电科工集团有限公司2016.08 王 凯 亮中国华电科工集团有限公司环保分公司电话13910848936邮箱： 介绍目录一、污染物超低排放指标要求二、超低排放对脱硫系统的要求三、脱硫工艺流程四、总体设计要求五、吸收剂制备及供应系统六、SO2吸收系统 介绍目录七、烟气系统八、副产物处置系统九、脱硫废水处理系统十、公用系统十一、影响脱硫效率的运行因素十二、脱硫系统水平衡问题一、污染物超低排放指标要求一、污染物超低排放指标要求单位：mg/Nm3二、超低排放对脱硫系统的要求二、超低排放对脱硫系统的要求2.1 环保岛

2、思路将炉后烟气治理整体考虑，除尘、脱硫、脱硝综合设计，统一建设，综合管理运行。 环保岛界限为：从锅炉省煤器出口至烟囱的所有污染物减排设施（包括除尘、脱硫、脱硝、脱汞等）。 烟气中单个污染物需要多个设备协同治理，所有污染物的治理需要统一考虑。 在确定烟气治理系统的构成时，要考虑锅炉设备等的烟气特性及设计条件，以构成系统内各装置相互的协调及高可靠性。2.2 （5，35，50mg/Nm3）工艺流程超低排放超低能耗+高效SCR技术汞硝联合脱除催化剂烟气冷却器降低煤耗：脱除SO3降低烟尘比电阻低低温电除尘高效袋式除尘高效电袋除尘高效脱硫塔、协同脱除二价汞WESP（可选）协同脱除零价汞、SO3三、石灰石三

3、、石灰石-石膏脱硫工艺流程石膏脱硫工艺流程SO2的吸收：SO2(g) SO2(l) + H2OH+ HSO3- H+SO32- 石灰石的溶解：CaCO3(s)CaCO3(aq) + H+ Ca2+ HCO3- 酸碱中和：HCO3-+ H+ CO2(g) + H2O 亚硫酸盐氧化：SO32- + 1/ 2O2 SO42- 石膏的结晶：Ca2+ SO32-+ 1/ 2 H2O CaSO3 1/ 2 H2O (s) Ca2+ SO42-+ 2 H2O CaSO42 H2O (s) 3.1 石灰石-石膏法烟气脱硫原理SO2的迁移阻力主要来自液膜；CaCO3的溶解速率控制了吸收过程的总速率。3.2 pH

4、值对SO2吸收、氧化的影响亚硫酸平衡曲线图pH值对HSO3-氧化速率的影响pH值越高，越有利于SO2的吸收，但过高的pH值，易结垢；pH值低于2.3，对SO2无吸收作用；pH值在4.2-5.0时，有利于氧化。亚硫酸平衡曲线图pH值越低，越有利于石灰石的溶解；石灰石粒径越细，越有利于石灰石的溶解； 因此，单塔单循环的浆池pH值是考虑以上因素综合平衡的结果，控制在5.2-5.8之间。3.3 pH值对CaCO3溶解的影响总反应式：SO2+ CaCO3 + O2+2H2O CaSO4.2H2O+CO2 2HCl+ CaCO3 CaCl2+H2O+CO22HF+ CaCO3 CaF2+H2O+CO2 1

5、公斤S 产生 1.8公斤的SO2（转化率为90%） 1公斤S 需要 3.1公斤的石灰石（石灰石中CaCO3纯度90%） 1公斤S 最终产生 5.6 公斤 的石膏（石膏纯度为90%） 举例：300MW机组 计算耗煤量为 150t/h 煤质含硫量1% 未脱硫前SO2小时排放量=150*1/100*1.8=2.7t/h 脱硫系统需要的石灰石为 =150*1/100*3.1=4.65t/h 脱硫系统产生的石膏为=150*1/100*5.6=8.4t/h1、石灰石（吸收剂）制备、供应系统2、SO2吸收系统3、烟气系统4、石膏（副产物）脱水系统5、废水处理系统6、公用系统3.4 石灰石-石膏湿法烟气脱硫系

6、统介绍四、总体设计要求四、总体设计要求4.1 新建机组配置脱硫装置应符合下列规定：锅炉最大连续蒸发量工况下燃用设计煤种和校核煤种时，以其中对脱硫装置烟气处理能力最不利的工况作为二氧化硫吸收系统的设计工况，对应的吸收塔设计效率应满足二氧化硫排放指标的要求，此工况即为吸收塔设计工况。 吸收塔入口设计烟温宜采用设计煤种锅炉最大连续蒸发量工况下，从主机烟道进入脱硫装置接口处的设计/运行烟气温度加15，短期运行温度可加50（最高不超过160）；吸收塔入口设置烟气余热回收装置时，设计烟温还应考虑烟气余热回收装置旁路运行工况的烟气条件。吸收剂制备及供应系统、副产物处置系统等辅助系统以满足锅炉最大连续蒸发量工

7、况下燃用设计煤种时的设计条件作为设计工况，以满足锅炉最大连续蒸发量工况下燃用校核煤种（最不利煤种）时的设计条件（吸收塔设计工况）作为校核工况。4.2 脱硫装置改造应符合下列规定：应根据区域公司（或上级单位）批复的煤质和实测的烟气参数确定脱硫系统的设计和校核工况，原则上应符合以下要求： 烟气脱硫装置入口SO2浓度（设计值）应经调研，考虑燃煤近三年实际采购情况，并充分考虑煤源变化趋势，选取其变化范围中的较高值作为报批煤质硫分，脱硫系统设计时以集团或区域公司批复的脱硫设计煤质作为设计依据，煤质硫分不再放大余量。4.3 关于吸收塔塔型 对于必须采取较高脱硫设计效率的工程，当采用常规单回路吸收系统SO2

8、浓度不能稳定达标或超过环保部门认可的单回路吸收系统脱硫效率时，可采用其他型式的单塔高效脱硫技术或双塔脱硫技术，确定原则如下： 脱硫装置出口SO2浓度按35mg/Nm3考虑，当入口SO2浓度小于3000mg/Nm3时，宜采用单塔；当入口SO2浓度大于4000mg/Nm3时，宜采用单塔双循环、双塔双循环或其他高效单塔脱硫技术；当入口SO2浓度在30004000mg/Nm3之间时，宜根据工程具体情况确定采用单塔或双塔。五、吸收剂制备及供应系统五、吸收剂制备及供应系统5.1 石灰石浆液制备及供应系统石灰石湿磨制浆系统 外购石灰石干粉制浆系统石灰石干磨石灰石干粉制浆系统 5.1 石灰石浆液制备及供应系统

9、-一般规定石灰石湿磨制浆系统 外购石灰石干粉制浆系统石灰石干磨石灰石干粉制浆系统 4.3.3 吸收剂因素1）石灰石粒径；2）石灰石活性；3）石灰石纯度。石灰石粒径越小，其溶解速率快、溶解度越高、扩散性能越好，可以有效地加强SO2的吸收，降低吸收塔的液气比。常用规格： 325目95%过 325目90%过 250目90%过 200目90%过5.1 石灰石浆液制备及供应系统-一般规定4.3.3 吸收剂因素1）石灰石粒径；2）石灰石活性；3）石灰石纯度。石灰石分宜符合下列要求： a) 石灰石纯度（CaCO3含量）宜不低于90%，应不低于85%； b) 碳酸镁含量宜不超过3.0%，应不超过5.0%； c

10、) 含白云石（CaCO3MgCO3）石灰石，白云石含量宜不超过5.0%，应不超过10.0%； d) 二氧化硅含量宜不超过2.0%，应不超过4.0%；e) 水分含量宜不超过3.0%，应不超过5.0%；f) 应对脱硫用石灰石进行反应速率的活性测试，确保其满足吸收塔性能要求; g) 应实际测定可磨指数（BWI）。5.1 石灰石浆液制备及供应系统-一般规定 l石灰石卸料系统l石灰石储存系统l磨机制浆系统（含旋流器）l石灰石浆液储存及供应系统石灰石浆液制备及供应系统-子系统5.1 石灰石卸料、石灰石/石灰石粉贮存1）卸料设施每天的总出力应能在6h8h内装卸吸收塔每天的石灰石需求量；2）采购石灰石粒径宜选

11、择20mm以下；3）石灰石仓/石灰石粉仓的容量不宜小于系统设计工况下3d的石灰石耗量；4）石灰石粉仓应设置流化风防堵装置。5.2 石灰石湿磨制浆系统 1）当1台机组设1套浆液制备系统时，系统宜设置2台湿式球磨机，单台设备出力宜按单台炉脱硫系统设计工况下石灰石耗量的100%选择，1运1备；2）当2台机组合用1套浆液制备系统时，浆液制备系统宜设置2台湿式球磨机，单套设备出力宜不低于2台炉脱硫系统设计工况下石灰石浆液总耗量的100%，1运1备；单台磨机出力超过30t/h等级时，宜设置3台湿式球磨机，2运1备，单台设备出力宜按2台炉脱硫系统设计工况运行下石灰石耗量的50选择；3）当3台4台机组合用1套

12、浆液制备系统时，宜设置3台湿式球磨机，2运1备，单台设备出力宜按全部机组脱硫系统设计工况运行下石灰石耗量的50选择。湿磨的电流值低于设计值，说明钢球量不足，应添加钢球 5.2 石灰石湿磨制浆系统 5.2 石灰石湿磨制浆系统 5.3 石灰石粉制浆系统 1）石灰石粉制浆系统的下料设备出力容量不小于设计工况下石灰石消耗量的150%。多台机组公用时，应至少设置2座石灰石浆液箱；2）石灰石浆液箱总容量宜不小于设计工况下石灰石浆液4h的总耗量。5.4 石灰石浆液供应系统 1）石灰石浆液供应系统的管路拟定宜满足石灰石浆液箱与石灰石浆液泵能交叉向吸收塔供浆的要求；2）每座吸收塔宜设置2台石灰石浆液供应泵，其中

13、1台备用；3）石灰石浆液供应系统宜采用双管路设计。六、六、SO2吸收系统及主要设备吸收系统及主要设备系统选择及要求：1）新建机组应一炉一塔配置脱硫装置；2）吸收塔入口应设置事故烟气降温系统；3）吸收塔入口至吸收塔出口间全区域应进行数值模拟和物理模拟，保证流场的均匀性。6.1 主要吸收塔类型6.1.1 喷淋塔6.1.2 液柱塔6.1.3 鼓泡塔6.1.4 填料塔6.1.1 SO2吸收系统-喷淋塔1) 喷淋空塔2) 带气液分布环的喷淋塔3) 带托盘的喷淋塔4) 旋汇耦合喷淋塔5）脉冲悬浮/池分离器型喷淋塔6）除雾器塔外布置型喷淋塔7）烟气折返型喷淋塔6.1.1 SO2吸收系统-喷淋塔喷淋空塔气液分

14、布环吸收塔6.1.1 SO2吸收系统-喷淋塔-气液分布环喷淋塔美国Alstom/浙大网新美国MET/华电科工6.1.1 SO2吸收系统-喷淋塔-带托盘的喷淋塔6.1.1 SO2吸收系统-喷淋塔-旋汇耦合+管束式除雾器模块化湍流器模块化湍流器 离心式管束单体离心式管束单体6.1.1 SO2吸收系统-喷淋塔-脉冲悬浮/池分离器型6.1.1 SO2吸收系统-喷淋塔-脉冲悬浮/池分离器型池分离器布置6.1.1 SO2吸收系统-喷淋塔-单塔双循环塔单塔双循环6.1.1 SO2吸收系统-喷淋塔-双塔双循环串联塔双塔双循环6.1.2 SO2吸收系统-液柱塔除雾器排浆泵烟气烟气搅拌器液柱循环泵6.1.2 SO

15、2吸收系统-液柱塔的吸收塔原理6.1.2 SO2吸收系统-液柱塔的特性6.1.3 SO2吸收系统-鼓泡塔6.1.3 SO2吸收系统-鼓泡塔烟气经过吸收塔入口进入鼓泡塔的烟气分配室，通过插入浆液的喷射管向浆液中鼓泡，烟气在浆液中脱硫洗涤后从上升管道汇总到吸收塔出口排出。完成脱硫除尘过程。浆液液面6.1.3 SO2吸收系统-鼓泡塔 鼓泡塔的主要特点 1）脱硫除尘效率高； 2）塔体材料消耗量较少； 3）吸收塔高度较低，布置灵活3.1.3 SO2吸收系统-鼓泡塔 喷射鼓泡塔的主要问题： 1）液位控制的准确性要求很高；由于鼓泡原因导致假液位，使液位控制难度较大； 2）由于喷射管长期插入浆液中，内外温差大

16、，易腐蚀结垢，对材质要求较高。 3）吸收塔阻力较大，能耗相对较高。6.2 SO2吸收系统主要设备6.2.1 吸收塔本体（含浆池）6.2.2 喷淋层、喷嘴6.2.3 循环泵6.2.4 除雾器及其冲洗系统6.2.5 搅拌氧化系统6.2.1 SO2吸收系统主要设备吸收塔吸收塔的主要技术参数包括：烟气流速：宜不超过3.5m/s;浆液循环时间：不小于4分钟；喷淋层：不少于3层；设事故备用喷淋层及泵；底层喷淋层中心距离烟气入口顶部宜不小于3m；吸收塔内部防腐要求。6.2.2 SO2吸收系统主要设备喷淋层及喷嘴l采用多层喷嘴，喷雾重叠度达250%-400%l喷淋层间距为1.8-2.2ml喷淋层材质为FRP或

17、碳钢双衬胶l单只喷嘴最大流量小于68m3/hl喷嘴入口压力约为70-140KPal喷射角度为90-120度l喷洒颗粒要求一半以上小于2500微米6.2.2 SO2吸收系统主要设备喷淋层及喷嘴6.2.2 SO2吸收系统主要设备喷淋层及喷嘴-空心锥6.2.2 SO2吸收系统主要设备单向双头喷嘴优化喷嘴选型优化喷嘴选型 提高喷淋覆盖率提高喷淋覆盖率 进一步提升喷淋塔的除尘、脱硫效率，依据吸收塔流场特性，在不同区域不同喷淋层设置不同参数的喷嘴（双向空心锥、单向双头空心锥和单向实心锥喷嘴）。NoImageNoImage6.2.3 SO2吸收系统主要设备吸收塔循环泵l材质要求耐磨、耐腐蚀（酸及CL离子）l

18、叶轮材质为合金材料：A49或Cr30Al入口设置合金滤网6.2.4 SO2吸收系统主要设备除雾器l吸收塔内除雾器宜优先选用屋脊式；l三级屋脊式除雾器出口烟气中的雾滴质量浓度不大于20mg/m3；l顶层循环喷淋层中心线至一级除雾器底部距离不小于3m，顶级除雾器顶部至吸收塔出口烟道底部之间距离不小于3.5m；l除雾器冲洗水量取决于除雾器前后的压差；l除雾器冲洗水量取决于吸收塔液位。6.2.4 SO2吸收系统主要设备除雾器-屋脊式6.2.4 SO2吸收系统主要设备管束式除尘除雾器6.2.5 SO2吸收系统搅拌氧化系统l浆液搅拌设备可以采用搅拌器或悬浮脉冲扰动系统；l氧化系统可采用矛枪式或管网式氧化；

19、塔内设置的喷枪和管网应采用合金材料，材料等级不低于DIN1.4529；l每座吸收塔应设置两台全容量或三台半容量氧化风机；l宜优先考虑选用离心风机。七、烟气系统七、烟气系统7.1 烟气系统设计规定l新建机组，脱硫增压风机宜与锅炉引风机合并设置；l改造项目，综合多种因素，可考虑进行引增合一改造；l脱硫装置出口宜不设烟气升温装置，烟道应采取特殊防腐措施。位于城市主城区的电厂，宜考虑设置烟气换热装置或预留布置净烟气换热装置位置；l当脱硫烟气系统设置烟气换热装置时，烟囱入口烟气温度应满足环评批复要求。脱硫效率大于等于98%脱硫系统，不宜设置回转式烟气换热装置。华电环华电环保保7.2 烟气系统其中设备-低

20、低温烟气换热器华电环华电环保保7.2 烟气系统其中设备-低低温烟气换热器7.3 烟气系统引增合并、无GGH、烟塔合一华电环华电环保保华电环华电环保保7.3 烟气系统引增合并、无GGH、烟塔合一华电环华电环保保7.3 烟气系统引增合并、无GGH、烟塔合一华电环华电环保保 工程实例7.3 烟气系统引增合并、无GGH、烟塔合一华电环华电环保保 工程实例7.3 烟气系统引增合并、无GGH、烟塔合一八、石膏脱水系统八、石膏脱水系统8.1 石膏脱水系统l 吸收塔排出泵系统l 石膏旋流站（一级脱水）系统 l 真空皮带脱水机(二级脱水）系统l 废水旋流站l 滤液系统8.2 石膏脱水系统主要设备l 吸收塔排出泵

21、l 石膏旋流站l 真空皮带脱水机（含真空泵、气液分离器、滤布冲洗水箱、泵及搅拌器等）l 废水旋流站l 滤液箱、泵及搅拌器l 石膏输送皮带机（如有） 石膏脱水系统主要流程8.3 石膏脱水系统设计规定1）真空脱水设备宜选用真空皮带脱水机，也可选用其他脱水设备，如圆盘脱水机，但应通过技术经济比选后确定；2）石膏贮存间容量按锅炉BMCR工况运行时不低于48h的石膏量设计。8.3 石膏脱水系统设计规定1）当1台机组配置1套石膏脱水系统时，宜设置2台真空皮带脱水机，单台设备出力宜为1台机组脱硫设计工况下石膏总产量的100%，1用1备；2）当2台机组合用1套石膏脱水系统时，宜设置2台真空皮带脱水机，单台设备

22、出力宜为2台机组脱硫系统设计工况下石膏总产量的100%；也可设置3台真空皮带脱水机，2运1备，单台设备出力宜为1台机组脱硫系统设计工况下石膏总产量的100%；3）当3台或4台机组（1炉1塔配置）合用1套石膏脱水系统时，宜设置3台真空皮带脱水机，2运1备，单台设备出力宜为对应全部机组脱硫系统设计工况下石膏总产量的50%；4）单台真空皮带脱水机出力不宜大于60t/h。8.4 真空皮带脱水机1 滤布导轨滤布导轨2 滤布张紧装滤布张紧装置置3 滤液管滤液管4 滤液总管滤液总管5 剖面部分剖面部分6 空气室空气室7 滤布清洗装滤布清洗装置置8 降低机构降低机构9 真空室真空室10 横向套筒和横向套筒和孔

23、孔11 给料器给料器12 框架框架8.5 圆盘脱水机九、脱硫废水处理系统九、脱硫废水处理系统9.1 废水处理系统设计规定l废水处理系统出力按脱硫废水总量的150%设计；l脱硫改造时应对现有废水处理装置进行评估；l废水处理设备的容积：中和箱、沉淀箱、絮凝箱，废水停留时间不少于40分钟，废水在澄清浓缩器内的停留时间不少于10小时。9.2 废水处理系统及设备l废水处理系统主要处理重金属、污泥及调整PH值；并不能脱除CL离子l主要包括以下三个子系统：废水处理系统化学加药系统污泥脱水系统9.3 废水处理系统及设备废水处理系统工艺流程：脱硫废水中和箱(加入石灰乳)沉降箱(加入FeClSO4和有机硫)絮凝箱

24、(加入助凝剂)澄清浓缩池清水pH调整箱达标排放 主要设备：三联箱澄清浓缩池及其搅拌器（减小压滤机的出力）污泥泵出水箱出水泵 9.3 废水处理系统及设备化学加药系统 脱硫废水处理加药系统包括：石灰乳加药系统（或NaOH加 药系统）；FeClSO4加药系统；助凝剂加药系统；有机硫化 物加药系统；盐酸加药系统等污泥脱水系统： 污泥处理系统流程如下： 浓缩污泥污泥贮池压滤机 滤饼堆场 滤液滤液平衡箱中和箱十、公用系统十、公用系统10.1公用系统-用水系统l工艺水主要用户为：除雾器冲洗水（宜单独设置冲洗水泵）石灰石浆液制备用水；烟气换热器的冲洗水；所有浆液输送设备、输送管路、贮存箱的冲洗水。 注：除雾器

25、冲洗水泵应接保安电源 除雾器冲洗水母管在吸收塔除雾器检修平台位置附近应设置恒压阀保证冲洗水压恒定。10.2 公用系统-压缩空气系统l仪用压缩空气：气动执行机构：旁路挡板门、GGH的气动马达除尘器布袋反吹扫 仪表的吹扫l杂用压缩空气： GGH的吹扫，至少为0.8Mpa10.3 公用系统-事故浆液排放系统l排放系统一般包括事故浆液箱系统、地坑系统等；lFGD岛内设置一个公用的事故浆液箱，事故浆液箱的容量宜不小于单座最大吸收塔正常运行高液位时的浆池容量；l事故浆液箱应设置搅拌装置，直径8米及以上时宜选用侧进式搅拌器；l每个排水坑宜设置2台排水坑泵，其中1台备用； 十一、影响脱硫效率的运行因素十一、影响脱硫效率的运行因素11.1 运行因素-pH值控制1、pH值越高碱性越强，有利于SO2的吸收，不利于石灰石的溶解，当pH值高于6.2时容易造成系统结垢；2、pH值越低酸性越强，有利于石灰石的溶解，不利于SO2的吸收，pH值低于4时系统几乎不能吸收SO2；3、FGD系统通过PH值来控制CaCO3浆液的加入量；4、pH 准确地控制在合适的设定点是达到设计脱硫效率的关键,在调试阶段确定。对于单