首阳山2×600MW烟气脱硫工程
来源：山东三融环保工程有限公司 阅读：4303 更新时间：2009-05-19 14:51| 详细信息 | |||||
| 项目名称 | 首阳山2×600MW烟气脱硫工程 | ||||
| 建设地点 | 建设起始时间 | 建设结束时间 | |||
| 建设性质 | 新建 | 工程投资 | 废水性质 | ||
| 处理规模 | 进水水质 | 出水水质 | |||
| 处理工艺 | 运行费用 | 承包范围 | |||
工程说明
内容提供：山东三融集团有限公司
经济的高速发展使得人们的生活水平逐渐提高，但同时我们也为此付出了高昂的代价，使生活环境不断恶化，人们逐渐意识到环境污染的危害，并提出了经济与环境必须协调发展的要求。大气污染与人们的生活息息相关，因为它会直接造成人群死亡率增加，破坏生态系统，造成巨大的经济损失。而火电厂所排放的废气正是大气污染的主要来源。鉴于此，国家有关部委制定了法规要求电厂增加脱硫系统。当前行业内对减排二氧化硫的主要方法为烟气脱硫。目前国内大型火力发电厂常用的烟气脱硫成熟工艺为石灰石-石膏湿法脱硫，本文介绍石灰石-石膏湿法脱硫工艺在首阳山电厂的实际应用。
一、项目概况
河南华润电力首阳山有限公司2×600MW超临界燃煤机组，是2004年09月经过国务院、国家发展改革委员会核准的项目，是2005年国家重点建设项目和河南省政府大型重点项目。华润电力首阳山有限公司由华润电力控股有限公司、海港城实业发展（深圳）有限公司、偃师市神达实业有限公司合资建设，负责 2×600MW超临界发电机组的建设、生产、经营与管理。
遵循"经济建设与环境保护协调发展"的原则，华润电力首阳山2×600MW机组工程超临界燃煤锅炉，同期配套建设两台石灰石-石膏湿法、一炉一塔烟气脱硫装置。脱硫效率大于95％。由山东三融环保工程有限公司采用EPC总承包方式建造，内容包括脱硫岛以内且能满足2×600MW超临界凝汽式汽轮发电机组锅炉脱硫系统正常运行所必需具备的工艺系统设计、设备选择、采购、运输及储存、制造及安装、土建建（构）筑物的设计、施工、调试、试验及检查、试运行、考核验收、消缺、培训和最终交付投产等。
二、工艺总体布局和工程特点
2.1 总体布局：
根据厂区总平面布置的规划，脱硫装置布置在锅炉烟囱后部。脱硫岛整体布局紧凑、合理，系统顺畅，节省占地，节省投资。
两台机组的脱硫装置以烟囱为中心对称布置，公用系统除外。
增压风机紧挨锅炉尾部总烟道布置；脱硫装置进出口和旁路烟道上设有双挡板隔离门；浆液循环泵、石膏浆液泵紧凑布置在吸收塔周围。两个吸收塔氧化风机室内布置。公用系统电气控制楼布置于石膏脱水间与石灰浆液制备系统之间形成一个独立功能区。为便于石灰石的运输卸料，石灰石系统布置在场地东南角，主要建（构）筑物包含：石灰石卸料间、石灰石斗提机室、石灰石料仓、石灰石制备车间等；石膏脱水系统包含石膏脱水及储存间、废水处理间布置于场地西南角形成独立功能区。
2.2 工程特点：
（1）脱硫工艺采用引进德国技术，石灰石-石膏湿法，一炉一塔。吸收塔设4层喷淋层，采用屋脊式除雾器，吸收塔浆池采用脉冲悬浮搅拌技术。
（2）每套脱硫装置的烟气处理能力为所对应锅炉100%BMCR工况时的烟气量。FGD系统脱硫效率按不小于95%设计。
（3）脱硫系统设置100%烟气旁路，以保证脱硫装置在任何情况下不影响发电机组的安全运行。
（4）烟气系统不设烟气再热器，增压风机采用静叶可调轴流式，每台机组配两台。
（5）吸收剂制浆采用湿式磨机系统。
（6）脱硫副产品-石膏脱水后含湿量<10%，为综合利用提供条件。
（7）设废水处理系统。
（8）FGD装置可用率不小于95%。
三、主要设计参数
名 称 单 位 数 据
·入口烟气量（实际，湿基） Nm3/h 2989100
·入口烟气量（实际，干基） Nm3/h 2800400
·FGD工艺设计烟温 ℃ 120.64
FGD入口处污染物浓度 6％O2，标态，干基
·SO2 mg/Nm3 2564
·SO3 mg/Nm3 101.14
·HCl as Cl mg/Nm3 80.91
·HF as F mg/Nm3 25.29
·最大烟尘浓度 mg/Nm3 202.28
SO2脱除率 % 95.3
液气比 L/Nm3 12.73
－烟囱前烟温 ℃ 48.3
－FGD装置可用率 ％ 〉95
消耗品
－石灰石（规定品质） t/h 16.5（纯度93.4%）
－工艺水（规定水质） m3/h 211
－电耗（所有连续运行设备） kW 10808
－压缩空气 m3/h 300
FGD出口污染物浓度 6％O2，标态，干基
－SOx 以 SO2 表示 mg/Nm3 120.51
－SO3 mg/Nm3 50.58
－HCl 以Cl表示 mg/Nm3 12.12
－HF 以F表示 mg/Nm3 6.31
－烟尘 mg/Nm3 40.37
－NH3 mg/Nm3 /
－除雾器出口液滴含量 mg/Nm3 75
－最小液滴尺寸 μm 20
石膏品质
－CaSO4·2H2O ％ >90
－PH值 5.5-8
－气味 无味
－平均粒径 80%>25μm
－Cl（水溶性） % <0.01
－CaCO3和MgCO3 % <3
四、脱硫工作原理
4.1 工作原理
用于去除SOX的浆液收集在吸收塔浆池内。这个吸收塔浆池被分成氧化区和结晶区，在上部氧化区内，氧化空气通过一个分配系统吹入，在pH值为4-5的浆液中生成石膏；在结晶区，石膏晶种逐渐增大，并生成为易于脱水的较大的晶体，新的石灰石浆液也被加入这个区域。反应原理图（略）
化学反应过程描述如下：
石灰石的溶解：CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2
与SO2反应：Ca(HCO3)2 + 2SO2 Ca(HSO3)2 +2CO2
氧化：Ca(HSO3)2 + CaCO3 + O2 2CaSO4+CO2+H2O
石膏生成：CaSO4 + 2H2O CaSO4 ·2H2O
去除SO2总反应方程式：
CaCO3+ SO2 + ? O2 + 2H2O CaSO4 ·2H2O + CO2
石灰石或碳酸钙在水中的低溶解性在吸收塔内被二氧化碳提高。通过溶解过程，生成碳酸氢钙。碳酸氢钙与二氧化硫反应生成可溶的亚硫酸氢钙。在氧化区，亚硫酸氢钙与空气中的氧发生反应，生成硫酸钙。浆液中的硫酸钙再结晶生成二水硫酸钙，即石膏。
吸收塔由吸收塔浆池和吸收区组成。烟气中SOX的去除和石膏的生成就在吸收塔内完成。
吸收塔内布置4层喷淋层。循环浆液系统采用单元制，每个塔设4台浆液循环泵，通常情况下，3台或4台循环泵同时运行，这取决于未处理烟气量及烟气中 SO2的含量。循环泵把吸收塔浆池中的浆液输送至喷淋层，浆液通过喷嘴成雾状喷出。最上面的喷淋层只布置与烟气逆流的喷嘴，其余喷淋层均布置有顺流和逆流双向喷嘴。烟气在吸收塔内上升过程中与喷淋浆液接触，并发生反应。通过吸收区后的净烟气经位于吸收塔上部的两级除雾器排出。
空气通过氧化风机送入氧化区，每塔配两台氧化风机。氧化空气在进入吸收塔之前在管道中加入工艺水，目的是为了冷却氧化空气并使其达到饱和状态，防止热的氧化空气在进入吸收塔内后，在氧化空气管出口使浆液中的水份蒸发。氧化空气经过一个特殊的分配系统进入氧化区。这个分配系统是由几个管道组成的管线系统构成。氧化空气通过氧化管道上的开孔进入浆液。由于开孔向下，FGD停运时，浆液中的固体不会进入氧化空气分配系统。氧化空气分配管布置在分区管之间，相应减少了吸收塔自由横截面，增加了浆液进入结晶区的流速，从而阻止了浆液从结晶区向氧化区的回流混合。因为回流混合将会增加氧化区的pH值，从而使氧化反应变得困难。
结晶区位于吸收塔浆池中氧化区下部。在结晶区，逐渐形成大的易于旋流器分离的石膏晶体。结晶过程要求浆液中固体含量最大为150g/l，同时浆液在浆池中要有足够的停留时间。新的浆液也在此区域加入，以保持吸收剂的活性。通过控制系统调节加入的浆液量。
石膏浆液通过石膏浆液排出泵输送至石膏旋流站，每塔配两台石膏浆液排出泵，吸入口位于氧化空气分配系统的下部。
喷淋浆液在吸收塔中被氧化和更新，通过吸收塔循环泵输送至喷淋层。吸收塔浆池还配有脉冲悬浮系统，由一运一备的两台脉冲悬浮泵组成。脉冲悬浮系统的喷嘴把浆液喷向吸收塔底部，防止底部浆液沉积。
当浆液通过吸收区时会带走液滴。为了满足净烟气液滴含量的要求及防止液滴在下游部件中发生沉积，大部分液滴必须被再次分离。在吸收塔上部安装了一个两级除雾器，当净烟气通过第一级除雾器时，大部分液滴被分离出来，通过第二级除雾器可以获得更好的分离效果。
在每个吸收塔前的原烟道上装有两台静叶可调轴流式增压风机。原烟气增压后输送到吸收塔内除去SOX，净化后的烟气通过烟囱排放。烟囱采用复合钛钢板材料，具有极强的耐腐蚀能力，保证了脱硫系统的投用率。
五、系统简介
烟气系统：本工程每台机组配置两台静叶可调轴流风机，布置在吸收塔上游。
SO2吸收系统：吸收系统为一炉一塔，循环浆液系统采用单元制，每个塔设4台浆液循环泵，通常情况下，3台或4台循环泵同时运行，这取决于未处理烟气量及烟气中SO2的含量。每个塔配两台脉冲悬浮泵、两台氧化风机、两台石膏排出泵、一套仪表分析系统。
石灰石浆液制备系统：本系统为公用系统，共设置一套石灰石上料系统、两台湿式球磨机、两套石灰石浆液旋流系统、一个石灰石浆液箱。
石灰石贮仓的容量按脱硫在两台锅炉BMCR工况运行3天（每天按24小时计）的吸收剂耗量设计；每台磨机的额定出力按两台锅炉BMCR工况时75%的石灰石耗量设计。为两台机组公用，采用湿磨一级旋流系统。石灰石用卡车将石灰石(粒径≤20mm)送入卸料斗。经给料机、斗式提升机送至钢制石灰石贮仓内，再由皮带称重给料机送到湿式球磨机内磨制成浆液，2台湿式球磨机(每台磨机的额定出力按两台锅炉BMCR工况时75%的石灰石耗量设计，磨机出口物料细度应能满足SO2吸收系统的要求，粒径至少达到≤0.044mm(90%通过325目)，石灰石浆液用泵输送到水力旋流器经分离后，大尺寸物料再循环，溢流物料存贮于石灰石浆液箱中，然后经石灰石浆液泵送至吸收塔。
石膏脱水系统：本系统为公用系统，由两套脱水系统组成，两套脱水系统可交叉运行。每套脱水系统包括一台真空皮带脱水机、一台真空泵、两台滤布冲洗水泵、两台滤饼冲洗水泵。另外两套脱水系统公用两台石膏输送皮带。每台真空皮带脱水机的出力按75％的两台锅炉BMCR工况运行时产生的石膏浆液量配置。
来自吸收塔的石膏浆液经吸收塔排浆泵送至石膏旋流器，浓缩后的浆液经过真空皮带脱水机脱水，脱水的同时对石膏进行冲洗，以满足石膏综合利用的品质要求，脱水后石膏含水量小于10%（wt），进入石膏库贮存。滤出液及旋流器的上清液一部分返回吸收塔作为补充水，以维持吸收塔内的液面平衡，一部分进入废水旋流器，废水旋流器上清液泵送至废水处理系统，经中和、絮凝和沉淀等一系列处理过程，处理后达标排放。
电气部分：脱硫岛设6KV脱硫I段、脱硫II段（每台炉设一段）。每段6KV脱硫母线分别由主厂房6KV公用I、II段引接1路电源，并采用互为备用方式，两段脱硫段之间设联络开关，联络开关有快切装置，并与两进线开关设联锁装置。6KV每段至少有1个备用回路。
380/220V系统采用PC（动力中心）、MCC(电动机控制中心)两级供电方式。75KW及以上的电动机回路、所有MCC电源回路、100KW及以上的馈线回路及I类电动机由PC供电，其余负荷由MCC供电。
控制水平：整个脱硫岛采用先进可靠的分散控制系统集中控制，分散控制系统FGD_DCS按照功能分散和物理分散相结合的原则设计。其控制范围包括2台机组脱硫系统及其公用系统，FGD_DCS的功能包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）等。公用系统采用独立的控制器和I/O模件，并安置在独立的机柜内。
主要设备的运行情况通过工业电视系统在脱硫控制室实现监视。
五、主要设备参数
6.1吸收塔
制造单位：山东三融环保工程有限公司
结构形式：喷淋空塔 φ15×38.5m
6.2增压风机
制造厂：成都电力机械厂
结构形式：静叶可调轴流式
主要参数：额定通流量Q： 1638799m3/h
风压H： 2340Pa
电机功率P： 2000kW
额定电流I： 250A
6.3氧化风机
制造厂：长沙鼓风机厂
结构形式：罗茨式
主要参数：流量Q： 10800Nm3/h
风压H： 85kPa
电机功率P： 400KW
额定电流I： 49.4A
6.4浆液循环泵
制造厂：石家庄泵业集团有限公司
结构形式：离心式
主要参数：流量Q： 6100m3/h
扬程H： 22.7/24.7/26.7/28.7m
电机功率P： 630/710/710/800KW
额定电流I： 74.7/84/84/93.3A
6.5磨机
制造厂：德国FAM公司
结构形式：湿式钢球磨
主要参数：出力Q： 12.4t/h
6.6真空皮带脱水机
制造厂：烟台桑尼核星有限公司
结构形式：真空皮带
主要参数：出力Q： 22.1t/h（10%的含水率）
七、工艺设计特点
吸收塔浆池搅拌采用脉冲悬浮系统取代了侧进式搅拌器。脉冲悬浮系统的喷嘴把浆液喷向吸收塔底部，防止底部浆液沉积。脉冲悬浮泵有两个吸入管，通常情况下使用低位的吸入口。脉冲悬浮泵启动时，浆液取自高位吸入口，运行一段时间后，底部的固体沉积物被悬浮起来，然后转换至低位吸入口运行。脉冲悬浮系统与其他搅拌方式相比，具有以下优势：
*脉冲悬浮泵设置于容器外部，在需搅拌的容器内不设运动部件，因此可实现在线检修而不影响主工艺系统的运行，且可以避免传统的叶片式搅拌器存在的轴封处浆液渗漏，轴承、轴封易腐蚀、磨损等问题。
*由于射流的方向性好，能量集中，因此在达到同等的搅拌效果时该系统的能耗明显较低。
*脉冲悬浮系统对浆液的搅拌不需连续进行，吸收塔停运时，脉冲悬浮系统也停止运行，从而降低系统总电耗；
*脉冲悬浮系统可以在任何情况下快速启动且启动负荷小，设备使用寿命长。
*脉冲悬浮系统设计灵活，不受吸收塔直径的限制。塔径发生变化时，只需相应调整喷嘴数量和搅拌泵的容量。
塔内的氧化空气分配系统设计独特，氧化空气管道布置在分区管之间，且每条管道下部开有许多小孔，提高了氧化空气的利用率，同时减少了浆液从结晶区向氧化区的回流，对两个区域维持不同的PH值提供了有效的保证。
吸收塔浆液PH值是控制脱硫装置运行的重要指标，因此本工程每座吸收塔配置了2套PH计，提高了系统运行控制的可靠性。
八、工程主要里程碑
整个工程从2004年10月签定正式总承包合同，2005年3月28日施工开工， 2006年7月18日#1脱硫装置完成168h试运移交生产，#2脱硫装置2006年10月05日完成168h试运移交生产，总工期18个月比合同工期提前2个半月。具体节点如下：
第一次设计联络会 2004.10.12
第二次设计联络会 2004.11.26
第三次设计联络会 2005.09.16
第四次设计联络会 2006.01.19
基本设计完成 2004.12.15
施工图设计完成 2006.01.19
设备采购完成 2006.04.15
#1装置工程施工 2005.03.28～2006.05.30
#1装置分部试运完成 2006.05.23
#1装置系统调试完成 2006.06.08
#1装置168h 2006.07.11～2006.07.18
#2脱硫装置施工 2005.05.20～2006.09.20
#2装置分部试运完成 2006.09.18
#2装置系统调试完成 2006.09.21
#2装置168h开始 2006.09.28～2006.10.05
#2装置移交试生产 2006.10.06
九、存在的主要问题及解决情况
9.1根据常规设计，浆液循环泵出口不设出口门，浆液循环泵在设计时可以满足启动要求。在运行中发现，如果要在脱硫系统运行期间进行浆液循环泵的解体检修，需要临时降低机组负荷，或采取气囊进行封堵，防止烟气泄漏。
9.2在吸收塔内浆液循环泵、脉冲悬浮泵、石膏排出泵入口处设置了FRP滤网，防止大的固体颗粒细如泵内对造成设备破坏，运行中发现部分FRP滤网断裂，在后续工程中要严格控制滤网强度，确保脱硫系统正常运行。
9.3为了选择合适的斗提机高度，充分利用石灰石储仓的容积，在前期工程的设计中，大部分设计了石灰石仓顶皮带输送机。在运行中发现存在产生二次扬尘、皮带跑偏、容易振动等问题，在后续工程中取消了石灰石仓顶皮带输送机。
9.4在前期的脱硫工程中，各方对脱硫系统的了解都不多，要求石膏库落料均匀，设置石膏输送皮带机，在运行中发现，多一个设备多一个故障点，石膏经转运易在落料处产生堵塞，随着投运脱硫设施的增多，大家对系统的了解愈来愈多，取消石膏输送皮带机，脱水后的石膏直接落入石膏库已达成共识。
十、小结
10.1河南华润电力首阳山有限公司2×600MW机组烟气脱硫工程采用成熟的石灰石－石膏湿法逆流喷淋空塔工艺，技术可靠性高，为本工程投运后系统稳定运行打下了良好基础。
10.2该烟气脱硫工艺流程设计合理、从石灰石进料至石膏脱水和脱硫废水处理，系统配置完整。主要设备选型符合设计规程要求，性价比较好。布置合理且紧凑，满足运行操作、设备检修、交通运输和消防的有关规定。
10.3该工程自动化程度高，现场主要设备及辅助设备的参数基本都进入了DCS系统，运行人员在主控室即可进行设备和系统操作，特别是吸收塔浆液pH表计一次系统装有流量计，以监视和确保了pH计数据的可靠性；烟气挡板门密封风系统的压力、温度和流量也进入了DCS系统，为值班人员监视创造了条件。
10.4该FGD系统技术性能指标,如脱硫率、投运率、电耗、石灰石消耗、水耗、排烟温度、脱硫石膏品质等均达到或优于保证值的要求。
10.5FGD系统设计中取消了GGH，简化了烟气系统的设计，FGD烟气系统阻力均在1000Pa以下，降低了造价和运行成本，减少了运行维护工作量；
10.6 FGD系统按燃煤含硫量1%进行设计，吸收塔设计四层喷淋，而实际燃煤含硫量平均在0.5%左右，最大0.93%，因此，本系统设计裕量较大，便于运行调整，确保烟气排放不超标；
10.7该工程烟气系统设计了增压风机两台，机组低负荷运行时可停一台风机运行；吸收塔配置4层喷淋即4台循环泵，燃低硫煤时可停一台泵运行,上述措施节电效果显著；
10.8吸收塔内搅拌装置采用了脉冲悬浮方式，设计灵活，不受吸收塔直径的限制，有利于在FGD系统不停机情况下对搅拌设备检修和维护，且造价较低；
10.9脱硫设备的国产化程度较高，如增压风机、循环泵、脉冲悬浮泵、真空皮带脱水机以及氧化风机等均选用了国产设备，国产化率达87.4%，从性能试验报告和后评估期间满负荷运行的情况看，能满足脱硫系统运行要求。
