三炉一塔石灰石/石膏湿法脱硫技术 在热电厂的应用

　　导读：综合考虑脱硫系统运行的经济性、稳定性、可靠性，以及燃用煤种含硫量，脱硫耗材低廉易取，脱硫副产品出路等因素，对CFB锅炉常用的石灰石/石膏湿法脱硫(WFGD)、炉内喷钙+尾部加湿活化法(LIFAC)、烟气循环流化床干法脱硫(CFB-FGD)进行比较分析，该厂最终选用技术成熟、应用广泛、稳定可靠、脱硫率高、运行成本低但初投资大的WFGD。

　　石狮热电厂2001年投产的2×75t/hCFB锅炉，以燃烧含硫量低(St，ar≤1%)的福建无烟煤为主。原采用运行经济、成本低廉的炉内添加石灰石脱硫方式，满足《火电厂大气污染物排放标准要求》(GB13223-2011)中排放限值200mg/Nm³要求。但难以稳定达到福建省政府燃煤发电锅炉SO?排放限值100mg/Nm³要求。因此对其进行脱硫改造，并与1台新建的145t/hCFB锅炉脱硫系统同时进行。

　　综合考虑脱硫系统运行的经济性、稳定性、可靠性，以及燃用煤种含硫量，脱硫耗材低廉易取，脱硫副产品出路等因素，对CFB锅炉常用的石灰石/石膏湿法脱硫(WFGD)、炉内喷钙+尾部加湿活化法(LIFAC)、烟气循环流化床干法脱硫(CFB-FGD)进行比较分析，该厂最终选用技术成熟、应用广泛、稳定可靠、脱硫率高、运行成本低但初投资大的WFGD。

　　本文对单炉单塔、两炉一塔与三炉一塔WFGD方案进行比较分析，在设计上采取提高安全可靠性的措施，并介绍三炉一塔WFGD的实际运行效果，以供同行参考。

　　1、WFGD方案的比较分析

　　石狮热电厂WFGD脱硫方案包括单炉单塔、两炉(2×75t/h)一塔及三炉(1×145t/h+2×75t/h)一塔，主要区别在于烟气系统和SO?吸收系统。表1为从技术、经济等方面对3种方案进行综合比较分析后得出的结论。

　　限于现场空间紧张、场地狭小，综合考虑技术成熟程度、项目初投资和运行成本、运行经济性和安全可靠性、维护工作量和费用、年度运行时间和检修时间等因素，石狮热电厂选用三炉一塔WFGD方案，这是福建省首台多炉一塔WFGD设施。同时，石灰石浆液制备系统、石膏排出及脱水系统等、工艺水系统选择一用一备(2×100%容量)模式，氧化空气系统、压缩空气系统选择二用一备模式。

　　２、三炉一塔WFGD的设计和优化

　　2.1设计条件和参数

　　根据2×75t/h和1×145t/hCFB锅炉设计和运行参数、常用煤质资料，考虑一定的富裕量，设定三炉一塔WFGD入口烟气数据为:设计烟气量40万Nm3/h(标态，干基，6％O?，下同)，入口烟温150℃，SO?入口浓度2000(最大3000)mg/Nm³。要求在原煤含硫量波动较大的情况下WFGD出口烟气中SO?排放限值100mg/Nm³、液滴含量不大于70mg/Nm³。

　　WFGD的核心是烟气系统和SO?吸收系统。三炉一塔WFGD的吸收塔浆池与塔体为一体结构，采用喷淋空塔，吸收塔出口即为直排烟囱，总高度为80m。WFGD反应区设计参数：烟气流速2.75m/s，烟气在吸收塔内停留时间为4s，液/气比(L/G)13.4l/m³，CaCO3/SO?的摩尔比为1.03mol/mol，SO?脱除率大于95%。

　　2.2提高三炉一塔WFGD安全可靠性的措施

　　石狮热电厂运行模式为长期(6000h左右)3台锅炉运行，另有约1500h(春节前后热用户陆续放假和开工、供热淡季)为2台锅炉运行、300h(春节前后)为1台锅炉运行，这就要求WFGD年安全连续运行时间在7800h以上。为此，在提高三炉一塔WFGD安全可靠性方面采取以下措施：

　　(1)选用可靠性较高的喷淋空塔

　　3台炉WFGD合并设置1座吸收塔(直径φ8m，浆液池容积350m³，液位7m，塔高29m)，选用结构简单、可靠性较高、塔体利用率高的喷淋空塔，采用流体计算软件CFX流场数值模拟并优化喷淋管及喷嘴布置，设置4层喷淋层、配备112个喷嘴(每层28个，采用碳化硅SiC制作的螺旋空心锥型喷嘴SPJT，设计参数Q=52m3/h、P=50kPa)，利用不同高度布置的喷嘴，在吸收塔的上部将脱硫贫液强力高密度雾化，形成大量的、分散的、细小的微颗粒液体，确保塔内浆液覆盖率达到200%，为烟气和浆液能充分接触提供了足够大的比表面积，气液两相混合非常均匀、传质效率高，阻力小、能耗低，对烟气流量、压力、温度波动和进口SO?含量急剧变化具有很强的适应能力，能满足3台锅炉同时运行或1台锅炉单独运行的排放要求。

　　(2)入口设置事故烟气冷却系统防止超温

　　在取消烟气旁路的情况下，为防止锅炉烟气温度异常升高或者浆液循环泵故障停运时吸收塔入口烟气过高对吸收塔玻璃鳞片、喷淋层FRP管路和元件等造成损坏，在入口烟道设置消防水和工艺水两路并联的事故冷却水，并在吸收塔内设置了1层28个喷嘴的事故喷淋层(冷却介质采用工艺水)。吸收塔入口段烟道采用复合钢板(碳钢8mm，贴服2mm厚的镍基哈氏耐蚀合金C276)制作，喷嘴与伸入烟道内的管道由超级奥氏体防腐合金DIN1.4529制造。

　　(3)浆液循环泵吸入口配备滤网

　　浆液循环泵吸入口配备滤网，其作用是过滤浆液，截流吸收塔浆液中的杂质(如结垢物、脱落的防腐衬层和塔内部件等)，从而保护浆液循环泵过流部件、浆液管道防腐内衬和防止喷淋管道、喷嘴堵塞。滤网固定板材质为C276，滤网材质为DIN1.4529，滤网通流面积为3~4倍循泵入口管道通流面积(部分受堵情况下不会导致浆液循环泵入口负压增大，以保证浆液循环泵流量)，滤网做成受力较好的圆弧形，合理选择网孔孔径和布置，滤网孔径25mm，孔径间距6±1mm，厚度4mm(不允许负偏差)，采用法兰连接方式装于各台浆液循环泵入口。

　　(4)入口烟道下部设置吹扫风装置

　　为防止塔内浆液滴侵入烟道并被蒸干沉积及吸收塔入口干湿界面结垢堆积，在吸收塔入口烟道下部设置吹扫风装置，在入口连接烟道底表面形成一股高达20m/s的高速气流(为截面平均流速的2倍左右)，将落向烟道壁的浆液滴吹回吸收塔，可有效防止浆液滴落至烟道壁被蒸干成垢。

　　3、三炉一塔WFGD运行效果

　　一年多的运行实践结果证明，三炉一塔WFGD达到了预期的效果，3台CFB锅炉燃烧福建无烟煤运行时投运2～3台浆液循环泵即可满足SO?排放限值100mg/Nm³要求，脱硫率大于96%，为中小容量CFB锅炉深度脱硫，以及中小型热电厂节能减排提供借鉴和参考。