三爐一塔石灰石/石膏濕法脫硫技術(shù) 在熱電廠的應(yīng)用

　　導(dǎo)讀：綜合考慮脫硫系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、可靠性，以及燃用煤種含硫量，脫硫耗材低廉易取，脫硫副產(chǎn)品出路等因素，對CFB鍋爐常用的石灰石/石膏濕法脫硫(WFGD)、爐內(nèi)噴鈣+尾部加濕活化法(LIFAC)、煙氣循環(huán)流化床干法脫硫(CFB-FGD)進行比較分析，該廠最終選用技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、穩(wěn)定可靠、脫硫率高、運行成本低但初投資大的WFGD。

　　石獅熱電廠2001年投產(chǎn)的2×75t/hCFB鍋爐，以燃燒含硫量低(St，ar≤1%)的福建無煙煤為主。原采用運行經(jīng)濟、成本低廉的爐內(nèi)添加石灰石脫硫方式，滿足《火電廠大氣污染物排放標準要求》(GB13223-2011)中排放限值200mg/Nm³要求。但難以穩(wěn)定達到福建省政府燃煤發(fā)電鍋爐SO?排放限值100mg/Nm³要求。因此對其進行脫硫改造，并與1臺新建的145t/hCFB鍋爐脫硫系統(tǒng)同時進行。

　　綜合考慮脫硫系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、可靠性，以及燃用煤種含硫量，脫硫耗材低廉易取，脫硫副產(chǎn)品出路等因素，對CFB鍋爐常用的石灰石/石膏濕法脫硫(WFGD)、爐內(nèi)噴鈣+尾部加濕活化法(LIFAC)、煙氣循環(huán)流化床干法脫硫(CFB-FGD)進行比較分析，該廠最終選用技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、穩(wěn)定可靠、脫硫率高、運行成本低但初投資大的WFGD。

　　本文對單爐單塔、兩爐一塔與三爐一塔WFGD方案進行比較分析，在設(shè)計上采取提高安全可靠性的措施，并介紹三爐一塔WFGD的實際運行效果，以供同行參考。

　　1、WFGD方案的比較分析

　　石獅熱電廠WFGD脫硫方案包括單爐單塔、兩爐(2×75t/h)一塔及三爐(1×145t/h+2×75t/h)一塔，主要區(qū)別在于煙氣系統(tǒng)和SO?吸收系統(tǒng)。表1為從技術(shù)、經(jīng)濟等方面對3種方案進行綜合比較分析后得出的結(jié)論。

　　限于現(xiàn)場空間緊張、場地狹小，綜合考慮技術(shù)成熟程度、項目初投資和運行成本、運行經(jīng)濟性和安全可靠性、維護工作量和費用、年度運行時間和檢修時間等因素，石獅熱電廠選用三爐一塔WFGD方案，這是福建省首臺多爐一塔WFGD設(shè)施。同時，石灰石漿液制備系統(tǒng)、石膏排出及脫水系統(tǒng)等、工藝水系統(tǒng)選擇一用一備(2×100%容量)模式，氧化空氣系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)選擇二用一備模式。

　?。?、三爐一塔WFGD的設(shè)計和優(yōu)化

　　2.1設(shè)計條件和參數(shù)

　　根據(jù)2×75t/h和1×145t/hCFB鍋爐設(shè)計和運行參數(shù)、常用煤質(zhì)資料，考慮一定的富裕量，設(shè)定三爐一塔WFGD入口煙氣數(shù)據(jù)為:設(shè)計煙氣量40萬Nm3/h(標態(tài)，干基，6％O?，下同)，入口煙溫150℃，SO?入口濃度2000(最大3000)mg/Nm³。要求在原煤含硫量波動較大的情況下WFGD出口煙氣中SO?排放限值100mg/Nm³、液滴含量不大于70mg/Nm³。

　　WFGD的核心是煙氣系統(tǒng)和SO?吸收系統(tǒng)。三爐一塔WFGD的吸收塔漿池與塔體為一體結(jié)構(gòu)，采用噴淋空塔，吸收塔出口即為直排煙囪，總高度為80m。WFGD反應(yīng)區(qū)設(shè)計參數(shù)：煙氣流速2.75m/s，煙氣在吸收塔內(nèi)停留時間為4s，液/氣比(L/G)13.4l/m³，CaCO3/SO?的摩爾比為1.03mol/mol，SO?脫除率大于95%。

　　2.2提高三爐一塔WFGD安全可靠性的措施

　　石獅熱電廠運行模式為長期(6000h左右)3臺鍋爐運行，另有約1500h(春節(jié)前后熱用戶陸續(xù)放假和開工、供熱淡季)為2臺鍋爐運行、300h(春節(jié)前后)為1臺鍋爐運行，這就要求WFGD年安全連續(xù)運行時間在7800h以上。為此，在提高三爐一塔WFGD安全可靠性方面采取以下措施：

　　(1)選用可靠性較高的噴淋空塔

　　3臺爐WFGD合并設(shè)置1座吸收塔(直徑φ8m，漿液池容積350m³，液位7m，塔高29m)，選用結(jié)構(gòu)簡單、可靠性較高、塔體利用率高的噴淋空塔，采用流體計算軟件CFX流場數(shù)值模擬并優(yōu)化噴淋管及噴嘴布置，設(shè)置4層噴淋層、配備112個噴嘴(每層28個，采用碳化硅SiC制作的螺旋空心錐型噴嘴SPJT，設(shè)計參數(shù)Q=52m3/h、P=50kPa)，利用不同高度布置的噴嘴，在吸收塔的上部將脫硫貧液強力高密度霧化，形成大量的、分散的、細小的微顆粒液體，確保塔內(nèi)漿液覆蓋率達到200%，為煙氣和漿液能充分接觸提供了足夠大的比表面積，氣液兩相混合非常均勻、傳質(zhì)效率高，阻力小、能耗低，對煙氣流量、壓力、溫度波動和進口SO?含量急劇變化具有很強的適應(yīng)能力，能滿足3臺鍋爐同時運行或1臺鍋爐單獨運行的排放要求。

　　(2)入口設(shè)置事故煙氣冷卻系統(tǒng)防止超溫

　　在取消煙氣旁路的情況下，為防止鍋爐煙氣溫度異常升高或者漿液循環(huán)泵故障停運時吸收塔入口煙氣過高對吸收塔玻璃鱗片、噴淋層FRP管路和元件等造成損壞，在入口煙道設(shè)置消防水和工藝水兩路并聯(lián)的事故冷卻水，并在吸收塔內(nèi)設(shè)置了1層28個噴嘴的事故噴淋層(冷卻介質(zhì)采用工藝水)。吸收塔入口段煙道采用復(fù)合鋼板(碳鋼8mm，貼服2mm厚的鎳基哈氏耐蝕合金C276)制作，噴嘴與伸入煙道內(nèi)的管道由超級奧氏體防腐合金DIN1.4529制造。

　　(3)漿液循環(huán)泵吸入口配備濾網(wǎng)

　　漿液循環(huán)泵吸入口配備濾網(wǎng)，其作用是過濾漿液，截流吸收塔漿液中的雜質(zhì)(如結(jié)垢物、脫落的防腐襯層和塔內(nèi)部件等)，從而保護漿液循環(huán)泵過流部件、漿液管道防腐內(nèi)襯和防止噴淋管道、噴嘴堵塞。濾網(wǎng)固定板材質(zhì)為C276，濾網(wǎng)材質(zhì)為DIN1.4529，濾網(wǎng)通流面積為3~4倍循泵入口管道通流面積(部分受堵情況下不會導(dǎo)致漿液循環(huán)泵入口負壓增大，以保證漿液循環(huán)泵流量)，濾網(wǎng)做成受力較好的圓弧形，合理選擇網(wǎng)孔孔徑和布置，濾網(wǎng)孔徑25mm，孔徑間距6±1mm，厚度4mm(不允許負偏差)，采用法蘭連接方式裝于各臺漿液循環(huán)泵入口。

　　(4)入口煙道下部設(shè)置吹掃風(fēng)裝置

　　為防止塔內(nèi)漿液滴侵入煙道并被蒸干沉積及吸收塔入口干濕界面結(jié)垢堆積，在吸收塔入口煙道下部設(shè)置吹掃風(fēng)裝置，在入口連接煙道底表面形成一股高達20m/s的高速氣流(為截面平均流速的2倍左右)，將落向煙道壁的漿液滴吹回吸收塔，可有效防止?jié){液滴落至煙道壁被蒸干成垢。

　　3、三爐一塔WFGD運行效果

　　一年多的運行實踐結(jié)果證明，三爐一塔WFGD達到了預(yù)期的效果，3臺CFB鍋爐燃燒福建無煙煤運行時投運2～3臺漿液循環(huán)泵即可滿足SO?排放限值100mg/Nm³要求，脫硫率大于96%，為中小容量CFB鍋爐深度脫硫，以及中小型熱電廠節(jié)能減排提供借鑒和參考。