石灰石-石膏濕法脫硫在中小鍋爐上的應用

李欽武

（浙江博奇電力科技有限公司，杭州 310023）

近十多年來，電力行業上馬了大批脫硫項目。其中，大型火電廠的煙氣脫硫項目主要采用國外應用較成熟、業績較多的石灰石-石膏濕法工藝，其脫硫效率高，但系統復雜、投資大、占地面積大、運行成本較高，所以中小鍋爐多采用干法、半干法工藝，以降低投資和運行費用。但是隨著環保標準的提升尤其是《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）的發布，大多數采用干法、半干法工藝的脫硫項目很難達標。國內企業迫切需要投資少、運行成本低、效率高的脫硫技術。在此背景下，將大型濕法脫硫工藝應用到中小鍋爐，成為一件迫切的事項。本文介紹了山東某自備電廠進行了石灰石-石膏法的優化改造工程。

1 工程概況

該自備電廠現有鍋爐為一臺130t/h循環流化床鍋爐和一臺150t/h煤粉爐同時運行。脫硫工藝采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝技術，兩爐一塔。吸收塔采用逆流噴淋空塔，吸收塔上部設置頂標高為70m的直排煙囪，吸收塔及脫硫公用系統的容量按鍋爐總負荷300t/h，100%BMCR工況設計。不設GGH，煙氣直接從塔頂煙囪排放；不設石灰石粉磨制系統，直接采用外購石灰石粉制漿；不設廢水處理系統，將脫硫廢水排至鍋爐沖渣溝道，統一處理。

2 工程設計

2.1 原始參數

工程原始參數如表1。

表1 原始參數

2.2 工藝原理

2.2.1 吸收過程

吸收液通過噴嘴霧化噴入吸收塔，分散成細小的液滴并覆蓋吸收塔的整個斷面。這些液滴與塔內煙氣逆流接觸，發生傳質與吸收反應，煙氣中的SO2、SO3及HCl 、HF被吸收。SO2吸收產物的氧化和中和反應在吸收塔底部的氧化區完成并最終生成石膏。

為了維持吸收液恒定的pH值并減少石灰石耗量，石灰石漿液被連續加入吸收塔，同時吸收塔內的吸收劑漿液被攪拌機、氧化空氣和吸收塔循環泵不停地攪動，以加快石灰石在漿液中的均布和溶解。

2.2.2 反應原理

脫硫系統的化學過程描述如下：

（1）吸收反應

煙氣與噴嘴噴出的循環漿液在吸收塔內有效接觸，循環漿液吸收大部分SO2，反應如下：

（2）氧化反應

一部分HSO3-在吸收塔噴淋區被煙氣中的氧所氧化，其它的HSO3-在反應池中被氧化空氣完全氧化，反應如下：

（3）中和反應

吸收劑漿液被引入吸收塔內中和氫離子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的漿液在吸收塔內再循環。中和反應如下：

（4）其他污染物

煙氣中的其他污染物如SO3、Cl-、F-和塵都被循環漿液吸收和捕集。SO3、HCl和HF與懸浮液中的石灰石按以下反應式發生反應：

2.3 設計參數

脫硫除塵島的設計按照鍋爐最惡劣工況進行，具體設計參數如表2。

表2 設計參數

3 系統組成

該脫硫工程工藝系統主要由煙氣系統、吸收塔系統、氧化空氣系統、吸收劑制備及加漿系統、石膏脫水系統、工藝水系統等組成。

吸收塔為逆流噴淋空塔，就地強制氧化方式。脫硫產物石膏經一、二級脫水，汽車外運處置。吸收劑制備系統按買粉制漿方案考慮。脫硫廢水為石膏濾液，直接送到鍋爐房沖渣或粉煤灰調濕用，不另行設置脫硫廢水處理系統。

3.1 煙氣系統

煙氣系統將未脫硫的煙氣引入脫硫裝置，脫硫后的潔凈煙氣從塔頂煙囪排放。

在脫硫系統的引入煙道設有雙百葉窗式擋板門（FGD進口擋板門），脫硫裝置投運時，FGD進口擋板門打開，煙氣通過脫硫裝置。在脫硫裝置發生故障或檢修時，FGD進口擋板門關閉，煙氣可通過旁路煙道進入煙囪，從而不會影響鍋爐和發電機組的運行，在旁路煙道上設雙百葉窗擋板門。2臺75t/h鍋爐煙氣擋板門及密封風機利用買方原有設備，130t/h和150t/h鍋爐煙氣擋板門及密封風機由賣方供貨。

3.2 吸收塔系統和氧化空氣系統

該脫硫工程設一座集吸收、氧化于一體的吸收塔，其上部為吸收區，下部為氧化反應槽。吸收塔內煙氣與吸收漿液逆向接觸。吸收塔殼體用碳鋼制作，內采用耐磨玻璃鱗片樹脂防腐。其中，吸收塔設4臺漿液循環泵，塔內設4層霧化噴淋層，分別對應4臺循環泵。吸收區上部設2級除霧器，除霧器材質為聚丙烯。除霧器的上下游均設沖洗噴嘴，定期自動沖洗。吸收塔下部為氧化槽，其功能是接受和儲存脫硫吸收劑，鼓風氧化亞硫酸鈣，結晶生成石膏。氧化槽側壁設3臺側入式攪拌器。氧化空氣分布裝置提供CaSO3氧化成CaSO4所需的空氣量，通過管網使之分布均勻。氧化風機共兩臺，一運一備。

3.3 吸收劑制備及加漿系統

外購的石灰石粉用粉罐車運至脫硫現場。粉罐車自帶空壓機用于卸料。脫硫現場設一粉倉，按3臺鍋爐3天用量考慮。石灰石粉通過倉底稱重給料機進入制漿池，配成含固量約為30%的石灰石漿液，再通過石灰石加漿泵送到脫硫吸收塔。石灰石粉裝料管由承包商負責設計、施工，接口位于距地面1.5m處，管道彎頭應為耐磨材料。

石灰石漿液制備系統全套至少包括：卸料系統、石灰石粉貯倉、給料系統、石灰石供漿系統。

3.4 石膏排出及一、二級脫水系統

脫水系統中設兩級脫水設備，一級脫水設備為水力旋流器，二級脫水設備為真空式皮帶脫水機，配備一套水力旋流器和真空皮帶脫水系統，并預留一套的空間，單臺設備出力按設計工況下100%的石膏產量選擇，且不小于50%校核工況下的石膏產量。

來自吸收塔的石膏漿液經吸收塔排漿泵后進入石膏旋流器，濃縮后的漿液再經過真空皮帶脫水機脫水，脫水的同時對石膏進行沖洗，以滿足石膏綜合利用的品質要求，脫水后石膏含水量為10%（wt），進入石膏庫或石膏倉貯存。濾液返回吸收塔作為補充水，以維持吸收塔內的液面平衡。旋流器的溢流返回吸收塔。

3.5 工藝水系統

從電廠供水系統引接至脫硫島的水源一路。工藝水系統滿足FGD裝置正常運行和事故工況下脫硫工藝系統的用水。工藝水箱的可用容積按脫硫裝置正常運行1小時的最大工藝水耗量設計。供方優化工藝水系統的設計，節約用水。設備、管道及箱罐的沖洗水和設備的冷卻水回收至集水坑或漿池、漿液箱重復使用。

4 運行情況

2012年6月初，脫硫系統投運，順利通過了168h的試運行考核，并移交給電廠運行。在考核運行時，脫硫除塵島的入口SO2濃度最高達到近5000mg/Nm3，接近設計最大濃度值，可以確保97%以上的脫硫效率，最高達到99%，同時脫硫后出口粉塵排放在20～30mg/Nm3之間，滿足環保要求。該次考核的運行參數如表3。

5 技術經濟分析

技術經濟分析結果如表4（按照BMCR負荷，設計煤種）。從表4可看出，脫硫系統優化后，每年可創造經濟效益71.9萬元。

表3 運行參數

表4 技術經濟分析

項目 數據4.合計定員（人）8工資、福利總成本（萬元/a） 24 FGD裝置運行可減少SO2排污費（萬元/a） -728.06石膏銷售收入（萬元/a） -72脫硫劑消耗成本（萬元/a） 403.2廠用電消耗成本（萬元/a） 288工藝水消耗成本（萬元/a） 12.96脫硫成本合計（萬元/a） -71.9

6 結語

該脫硫系統的成功運行表明，石灰石-石膏濕法脫硫工藝可以通過優化，運用到中小鍋爐上，運行可靠穩定、經濟。取消GGH而代之以塔頂濕煙囪，取消石灰石顆粒磨制系統，將排出的廢水與廠區廢水合并統一處理，可大大降低造價，取得良好的社會效益和經濟效益。