瑞明電廠煙氣脫硫技術(shù)
一、工程概況
工程燃用山西晉北煤，含硫量為0.8%,用一套脫硫裝置同時(shí)處理2臺(tái)鍋爐的煙氣，并能靈活置換和解列，脫硫率高達(dá)90%以上，且占地小，布置緊湊，運(yùn)行可靠率高，并成功地將國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與國(guó)內(nèi)自主化設(shè)計(jì)和工程管理相結(jié)合，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。
主要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)概要見下表：
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二、化學(xué)反應(yīng)過程
吸收塔里的漿液含有碳酸鈣物質(zhì)，其pH值為5─7，吸收塔的主要作用就是使用這種漿液除去煙氣中的SO2。吸收塔反應(yīng)池用于促進(jìn)碳酸鈣的溶解、強(qiáng)制氧化作用和固體析出。
1）吸收塔里進(jìn)行的主要反應(yīng)過程：
SO2+CaCO3—>CaSO3+CO2
SO3+CaCO3—>CaSO4+CO2
中間進(jìn)行了許多反應(yīng)，在水溶液中形成了鈣離子。
CaCO3(s)—>CaCO3(aq)
CaCO3(aq)+H2O—>Ca2++HCO3-+OH-
在吸收塔里的氣液表面形成了SO32-陰離子。
SO2(g)—>SO2(aq)
SO2(aq)+H2O—>H2SO3—>HSO3-+H+
HSO3-—>H++SO32-
2）在強(qiáng)制氧化環(huán)境中產(chǎn)生了主要的析出物—石膏。
SO32-+1/2O2—>SO42-
Ca2++SO42-+2H2O—>CaSO4.2H2O(s)
亞硫酸鹽離子和鈣離子反應(yīng)產(chǎn)生了亞硫酸鈣半水化合物。
Ca2++SO32-+1/2H2O—>CaSO3.1/2H2O(s)
吸收塔不僅可除去煙氣中含有的SO2，還可除去氯化氫和氟化氫。
2HCl+CaCO3—>CaCl2+H2O+CO2
2HF+CaCO3—>CaF2+H2O+CO2
三、工藝說明
為瑞明電廠#1、#2機(jī)組項(xiàng)目設(shè)計(jì)的煙氣脫硫系統(tǒng),采用一塔處理兩爐煙氣的工藝流程，采用塔內(nèi)強(qiáng)制氧化的石灰石-石膏濕法。這套石灰石-石膏濕法的工藝流程,產(chǎn)生商品化的副產(chǎn)品：石膏。鍋爐的煙氣,經(jīng)過氣氣換熱器,通過噴淋式空塔的進(jìn)口煙道,進(jìn)入吸收塔,煙氣在吸收塔中脫硫。凈化后的煙氣從吸收塔排出，經(jīng)過氣氣換熱器加熱，然后從現(xiàn)有煙囪中排入大氣。吸收塔能處理百分之百的煙氣量。這套脫硫設(shè)備也具有將煙氣百分之百?gòu)呐月窡煹澜?jīng)現(xiàn)有煙囪排入大氣的功能。煙氣以93℃的溫度進(jìn)入吸收塔，脫硫后被水蒸氣飽和的煙氣以約50LC進(jìn)入GGH。煙氣在GGH中加熱，然后以不低于80LC的溫度進(jìn)入現(xiàn)有煙囪。
吸收塔的煙道（進(jìn)口段）是由帶內(nèi)襯碳鋼制成。進(jìn)口煙道是脫硫設(shè)備中易發(fā)生腐蝕的部位。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如采用316L（普通不銹鋼）在維修狀況不理想的情況下，很容易發(fā)生腐蝕。而采用碳鋼加內(nèi)襯即便在維護(hù)狀況不理想的情況下，也不會(huì)發(fā)生腐蝕。所以采用帶內(nèi)襯碳鋼，減輕了維護(hù)人員的工作量。
一個(gè)吸收塔里安裝有三個(gè)工作的噴淋層，能夠使煙氣脫硫率達(dá)90%以上。當(dāng)煤的含硫量少于0.9%時(shí),三個(gè)噴淋層工作能夠滿足脫硫率達(dá)90%的要求。在正常工作狀態(tài)下，三個(gè)噴淋層工作。當(dāng)鍋爐負(fù)載減低時(shí)，可以關(guān)掉一層噴嘴,這樣可以節(jié)省能量而又能確保脫硫率為90%以上,運(yùn)行上較為靈活經(jīng)濟(jì)。
在吸收塔中產(chǎn)生的石膏漿被抽吸到石膏漿第一級(jí)水力旋流分離器，進(jìn)行預(yù)濃縮,水力旋流分離器的溢流中有帶有尚未被利用的石灰石顆粒，所以溢流被送回到吸收塔中，以提高系統(tǒng)的石灰石利用率。所有從水力旋流分離器出來的底流用泵抽到125%出力的真空帶式過濾器上。真空帶式過濾器產(chǎn)出具有商品價(jià)值、濕度為10%的石膏。過濾出來的水可作為石灰石粉制漿所需水的一部分。
整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)單,由于工藝水采用多次循環(huán)利用,耗水量小,基本無廢水排出。
主要分系統(tǒng)說明如下：
1、煙氣系統(tǒng)
從兩臺(tái)爐的靜電除塵器中出來的煙氣,經(jīng)過脫硫風(fēng)機(jī)和氣氣換熱器（GGH）,進(jìn)入吸收塔中與成霧態(tài)的石灰石漿液逆向接觸。氣體向上流動(dòng)經(jīng)過三層漿液噴淋層，煙氣中的SO2與石灰石漿液良好反應(yīng)。霧態(tài)漿液使煙氣被水蒸氣飽和并將煙氣降至約50℃，然后煙氣經(jīng)過兩級(jí)除霧器將氣體中帶有的漿液小顆粒除去。噴淋吸收塔中的煙氣從吸收塔出來，再次進(jìn)入氣氣換熱器。煙氣被加熱至大于攝氏80度（約82℃），然后從現(xiàn)有煙囪中排向大氣。
為保證電廠機(jī)組的正常運(yùn)行以及電廠機(jī)組運(yùn)行的相對(duì)獨(dú)立性，另設(shè)旁路煙道，脫硫煙氣的接出將不影響電廠機(jī)組的布置、建設(shè)和今后的運(yùn)行，因此設(shè)置了2個(gè)旁路檔板，以保證今后運(yùn)行的靈活性和可操作性，并且在FGD建設(shè)過程中不影響原#1機(jī)的運(yùn)行，也不影響#2機(jī)的建設(shè)。
2、吸收系統(tǒng)
煙氣進(jìn)入吸收塔的噴淋部分的底部，向上流動(dòng)與呈細(xì)小霧態(tài)液滴的循環(huán)漿液反應(yīng).循環(huán)漿液具有與SO2中和反應(yīng)所需的堿性。煙氣與三層噴嘴中噴出的漿液密切接觸。這個(gè)流程達(dá)到了在吸收塔出口大于90%的脫硫率。從吸收塔進(jìn)口至煙囪出口，整個(gè)煙氣的脫硫率不小于90%。
每個(gè)噴射層由一系列噴嘴組成，這些噴嘴用于完成再循環(huán)漿液的霧化。循環(huán)漿液泵為循環(huán)漿液的流動(dòng)提供了動(dòng)力。每一層噴嘴配一臺(tái)泵。
吸收塔循環(huán)漿池為石膏的結(jié)晶析出提供了充分的停留時(shí)間。合理的設(shè)計(jì)可確保石灰石的充分利用。循環(huán)漿池中設(shè)有空氣分流器，將氧化空氣均勻地分布在漿池中，以保證CaSO3的強(qiáng)制氧化，保證石膏的品質(zhì)。
吸收塔頂部設(shè)有二級(jí)除霧器。第一級(jí)除霧器除去煙氣中攜帶的大部分液滴。第二級(jí)除霧器除去煙氣中剩余的細(xì)小液滴。除霧器用清水周期性沖洗；這樣可以保持除霧器表面清潔，降低煙氣壓頭損失。由清洗頭組成的噴射層清洗第一級(jí)除霧器的上下兩面以及第二級(jí)除霧器的底面。清洗周期頻率可以調(diào)節(jié)。該周期頻率是根據(jù)系統(tǒng)補(bǔ)充水的要求來決定的。除霧器清洗水來自FGD工藝水補(bǔ)償系統(tǒng)。
為提高吸收塔的反應(yīng)效率，采用計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)進(jìn)行塔內(nèi)煙氣分布優(yōu)化設(shè)計(jì)，以防止煙氣短流，并能有效防止結(jié)垢和堵塞，提高反應(yīng)效率。
3、制漿系統(tǒng)
325目的石灰石粉運(yùn)到一個(gè)石灰石粉貯存?zhèn)}。該粉倉(cāng)容量為滿負(fù)荷操作時(shí)7天的用粉量。粉倉(cāng)不設(shè)卸料系統(tǒng)，由罐車直接向粉倉(cāng)卸粉，石灰石粉倉(cāng)將配備料位計(jì)，布袋除塵器和排放系統(tǒng)，并包括閘板閥和給料設(shè)備。通過輸送器，粉倉(cāng)內(nèi)的石灰石粉被送至一個(gè)石灰石漿液罐內(nèi)。該石灰石漿液罐裝有一臺(tái)攪拌器，用于把石灰石粉和工藝水混合成含固量約為30%的石灰石漿液。安裝兩臺(tái)100%容量的石灰石漿液給料泵和一個(gè)再循環(huán)管線，石灰石漿液被輸送至吸收塔內(nèi)。
4、脫水系統(tǒng)
一級(jí)脫水
在吸收塔漿液池中，石膏將不斷生產(chǎn)。為了保證其漿液密度的穩(wěn)定，析出漿液由吸收塔漿液排出泵送至石膏水力旋流站處理。
在石膏水力旋流器的作用下，從吸收塔內(nèi)抽出的石膏漿液被濃縮至濃度約50%。，這些水力旋流器具有雙重功能：
（1）石膏漿液的預(yù)脫水；
（2）石膏晶體的分級(jí)。
石膏漿液切向進(jìn)入水力旋流器而形成一個(gè)離心運(yùn)動(dòng)，此時(shí)重的顆粒被推向壁面并向下流動(dòng)，而細(xì)顆粒則沿著水力旋流器的中心向上流動(dòng)。
二級(jí)脫水
含有大顆粒石膏的濃縮底流液被送至一臺(tái)125%出力的真空帶式過濾器上，石膏在此被脫水至含水量小于10%。石膏沖洗將由額外的工藝水在帶式過濾機(jī)上完成。過濾機(jī)下來的濾液被送回吸收塔。
石膏水力旋流器的溢流部分含固量為0.5~3%。該溢流部分通過重力回流至吸收塔，在那里石灰石被進(jìn)一步溶解，小顆粒的石膏晶體可進(jìn)一步長(zhǎng)大。另一部分的溢流液將進(jìn)一步用于石灰石漿液的制備。第三部分的溢流液送至廢水層流器進(jìn)行處理。
5、輔助系統(tǒng)
工藝水送至FGD工藝水箱,安裝兩臺(tái)工藝水泵,用于沖洗所有管道、GGH和除霧器等設(shè)備。
設(shè)有一個(gè)安裝有三個(gè)攪拌器的緊急事故漿罐,用于儲(chǔ)存吸收塔事故或檢修時(shí)的底部漿液。
在FGD區(qū)域和石膏脫水區(qū)域均設(shè)有一個(gè)排水坑，用于管道排放、溢流和泄露等的收集，并將收集的漿液打回吸收塔，節(jié)省吸收劑的用量。
儀用空氣系統(tǒng)用量很少,由電廠儀用空氣供給。
廢水層流器處理后的水回到吸收塔循環(huán)使用，少量泥渣排入電廠灰渣前池。
FGD系統(tǒng)將是一個(gè)完整的系統(tǒng),包括樓梯、走道和正常維護(hù)區(qū)域的平臺(tái)。占地小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，并結(jié)合電廠的總體布置統(tǒng)一考慮，總體設(shè)計(jì)合諧美觀。
6、電氣系統(tǒng)
瑞明電廠煙氣脫硫電氣部分自兩路接入6kV進(jìn)線柜，包括控制、測(cè)量、保護(hù)、信號(hào)、直流、防雷接地、照明、檢修、電纜敷設(shè)和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等。
FGD裝置不設(shè)專門電氣控制樓，電氣設(shè)備及熱工自動(dòng)控制設(shè)備均分別設(shè)于電廠空壓機(jī)房二、三樓內(nèi)。
瑞明電廠煙氣脫硫廠用電系統(tǒng)電壓為6kV和400V，F(xiàn)GD裝置由支接于#7、#8機(jī)6kV工作段供電，6kV工作段為單母線分段結(jié)線。6kV系統(tǒng)動(dòng)、熱穩(wěn)定電流滿足國(guó)家規(guī)定的技術(shù)要求。
雙套輔機(jī)分接于兩段母線，以保證FGD系統(tǒng)能正常運(yùn)行。
脫硫低壓負(fù)荷由兩臺(tái)1000kVA低壓工作變供電。低壓變采用D/Yn11。兩臺(tái)低壓工作變分別接自脫硫6kVA、B段，400V工作段為單母線分段，工作段母聯(lián)開關(guān)平時(shí)不投入，只有當(dāng)一段失電時(shí)才將該段負(fù)荷通過手動(dòng)合母聯(lián)切換到另一段母線上(當(dāng)用戶需要時(shí)，母聯(lián)也可自投).當(dāng)其中一臺(tái)變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)可帶兩段的全部低壓負(fù)荷。
FGD裝置的直流系統(tǒng)由220V和24V兩個(gè)電壓等級(jí)組成,220V直流系統(tǒng)由兩組蓄電池及三套充電整流器組成,24V直流系統(tǒng)由兩組220VDC/24VDC轉(zhuǎn)換器組成。
脫硫系統(tǒng)設(shè)置二套UPS裝置,一套為三相UPS,輸出400V/230V,50HZ,容量為20kVA,主要供不停電的擋板電動(dòng)機(jī)及火災(zāi)報(bào)警裝置電源。
7、儀表和控制系統(tǒng)
采用脫硫控制室集中控制方式。以分散控制系統(tǒng)(DCS)的CRT和鍵盤作為機(jī)組的主要監(jiān)視和控制中心，并配備光字牌和控制設(shè)備(布置在CRT臺(tái)上)，在集控室內(nèi)完成裝置的啟停及正常工況的監(jiān)視和調(diào)整，異常工況的報(bào)警和緊急事故處理。
DCS系統(tǒng)主要具備三個(gè)功能：數(shù)據(jù)采集和處理（DAS），模擬量控制（MCS）及開關(guān)量順序控制（SCS）。
8、分散控制系統(tǒng)控制的范圍主要包括下列系統(tǒng)：
煙氣系統(tǒng)(包括升壓風(fēng)機(jī)、煙氣－煙氣加熱器)；SO2吸收系統(tǒng)；氧化空氣系統(tǒng)；石膏脫水系統(tǒng)(包括石膏旋流站和廢水旋流站)；脫硫廢水處理系統(tǒng)以及公用系統(tǒng)如石灰石制漿系統(tǒng)和真空帶式脫水機(jī)的石膏脫水系統(tǒng)等。
FGD裝置的分散控制系統(tǒng)按分層分級(jí)的原則設(shè)計(jì)。DCS系統(tǒng)分成機(jī)組監(jiān)控層和過程控制層，在過程控制層中分為兩級(jí)控制，即子功能組級(jí)和驅(qū)動(dòng)級(jí)。在不同層次和級(jí)別之間，通過通訊聯(lián)接起來。
儀表按照安裝地進(jìn)行分類，除非在儀表的技術(shù)規(guī)格上有說明,否則所有的設(shè)備都能滿足其安裝場(chǎng)地的環(huán)境條件和極端的過程條件的規(guī)定。專用化學(xué)分析儀表為電廠煙氣脫硫系統(tǒng)特殊用途而設(shè)計(jì)，作為控制或監(jiān)視信號(hào)源。
四、技術(shù)特點(diǎn)
設(shè)計(jì)自主化，而不是一味采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備來降低造價(jià)。采用國(guó)際化采購(gòu)，確保工程的質(zhì)量。
本工程配套安裝的煙氣脫硫裝置，貫徹增產(chǎn)不增污、污染治理以老帶新的要求，全廠SO2排放量減少80%。
工期短、投資低，與常規(guī)火電廠的建設(shè)相比，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，配套的脫硫工程一次投資省、運(yùn)行費(fèi)用低，機(jī)組建設(shè)單位造價(jià)大幅降低。
采用國(guó)際通用的項(xiàng)目管理模式。
由于電廠建設(shè)場(chǎng)地有限，F(xiàn)GD裝置的安裝占地面積小、無二次污染處置問題。
充分考慮了技術(shù)的成熟性、保證運(yùn)行的安全性、設(shè)備的可靠性等。
FGD工程作為一個(gè)系統(tǒng)工程來實(shí)施，GEDI具備了設(shè)計(jì)、采購(gòu)、工程實(shí)施等工程總承包的特點(diǎn)，有二十多個(gè)專業(yè)分工和成熟的工程管理經(jīng)驗(yàn)，特別是GEDI已承擔(dān)了瑞明電廠的設(shè)計(jì)工作，對(duì)電廠系統(tǒng)熟悉、接口清晰、設(shè)計(jì)完整統(tǒng)一、工期合理穿插等方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
集運(yùn)營(yíng)于一體，確保脫硫裝置正常運(yùn)行，并為環(huán)保產(chǎn)業(yè)化提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。
脫硫副產(chǎn)物無害化。
本工程最大的特點(diǎn)，是正確理解國(guó)產(chǎn)化的概念，如果不能掌握技術(shù)，即便全部設(shè)備在中國(guó)制造，以犧牲質(zhì)量求得低造價(jià)，也是沒有意義的。而如果中國(guó)掌握了技術(shù)，即便是設(shè)備在全世界采購(gòu)，但保證了低價(jià)高質(zhì)量，才可稱為真正的國(guó)產(chǎn)化，在世界經(jīng)濟(jì)一體化的條件下，GTM/GEDI已走出了這一步，將設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)備成套、建設(shè)和調(diào)試運(yùn)行等的管理國(guó)產(chǎn)化。
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