圓盤脫水機在循環流化床鍋爐煙氣超低排放改造中的應用

文_劉氏燚 路光遠

1 河南天成環?？萍脊煞萦邢薰?2 洛陽礦山機械工程設計研究院有限公司

山西某煤業集團現有2×50MW發電機組配套有2臺220t/h熱電聯產循環流化床鍋爐。原有煙氣脫硫采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，采用2爐1塔的布置形式。據山西省SO2排放濃度執行排放限值35mg/Nm3、NOx排放濃度限值50mg/Nm3、煙氣含塵（包含塵+石膏）不大于5mg/Nm3的要求實施超低排放改造項目。

石膏脫水機是濕法脫硫公用系統的重要設備，早期國內常用的石膏脫水機是真空皮帶脫水機，近幾年隨著濕法脫硫在火電廠脫硫中的大量應用，加之國家對企業節能減碳要求下，越來越多的新建脫硫項目和技改提標項目開始傾向于使用濾布圓盤式脫水機。從原理上講，圓盤脫水機和皮帶脫水機都屬于真空脫水范疇，但圓盤脫水機由于自身結構形式的優勢，在占地面積、能源消耗、運行維護等方面和真空皮帶脫水機相比具有明顯的優勢。

本文結合圓盤脫水機在2×220t/h循環流化床鍋爐煙氣超低排放改造項目中的實際應用，對兩種脫水機的各項性能指標進行了對比分析。

1 脫硫系統及石膏脫水系統改造要求

1.1 脫硫系統改造總體思路

脫硫改造部分工程為該機組超低排放改造的重要內容之一，具有拆除工程量大、改造部分多等特點，主要實施內容為新建1#吸收塔對應1#鍋爐，改造原吸收塔（重新命名2#吸收塔）對應2#鍋爐。改造后，原2爐1塔的布置形式改為1爐1塔的布置形式。通過實現1爐1塔，從而優化了機組運行方式，特別是非供暖期低負荷運行時，大大降低了發電成本。

原石膏脫水處理系統按2臺爐同時運行設計，共設1臺20m2真空皮帶脫水機。真空皮帶脫水機出力按滿足處理2臺爐在燃燒脫硫設計煤種BMCR工況時排出的石膏漿液量的100%選型。

考慮到車間受限位置，根據現有燃料及廠用石灰脫硫劑石灰石成分擬新設置一臺10t/h產能的圓盤脫水機與原有真空皮帶脫水機形成1用1備。

1.2 脫水改造范圍及要求

新增1臺（套）濾布式圓盤真空脫水機本體，連續穩定出力不能低于10t/h（10%含水率），型式為“濾布圓盤石膏專用脫水機”。支撐框架(可能接觸到漿液的部分采用2205不銹鋼材料，扇形板采用316L不銹鋼邊框+超高分子材料)、槽體、扇形板、中心軸及分配頭、汽水分離器、本體內的沖洗水管刮料裝置、集氣罩，以及其它濾布圓盤石膏專用脫水機機本體所需的設備。系統附屬設備及部件等，包括基礎安裝底板及附件、配套儀器、儀表及就地控制柜。圓盤真空脫水機可能接觸到漿液的部分（含機架、主框架部分）采用耐腐蝕的合金材料制作。為實現過程控制，脫水機應該裝設變頻可調的電動驅動裝置，調節范圍應該在20%～100%。

2 設計條件及設備使用壽命

2.1 脫水前石膏漿液參數

脫水前石膏漿液（即石膏旋流器底流漿液）參數見表1。

表1 脫水前石膏漿液參數

2.2 脫水后石膏餅參數

洛陽礦山機械工程設計研究院有限公司根據實際石膏漿液樣品試驗，對新增圓盤脫水機設計脫水后石膏餅設計參數如表2所示。

表2 脫水后石膏餅參數

2.3 脫水系統主要設備參數

圓盤壓榨脫水機是工業用連續分離固液介質的設備，圓盤每旋轉一周，借助液壓油缸推動力，完成石膏旋流器底流的加壓、脫水、卸料全過程。目前圓盤脫水機廣泛應用于化工、造紙、冶金洗選等行業，具有處理量大、結構緊湊、占地面積小的特點，采用變頻調速技術，實現圓盤單元的無級變速，既擴大了工況的使用范圍，又節省了能源。

2.4 設備壽命及可利用率要求

脫水系統各設備年可利用率98%，年利用小時數不小于8000h；脫水機總體壽命30a（不包括易損件、易耗件），負壓泵壽命15a。

3 運行效果

3.1 濾布材料的優勢

石膏脫水是電廠濕法脫硫系統中的重要一環，設備出廠為整體發貨，方便現場安裝，無論是新建工程還是改造工程，都可以最大程度地降低土建投資。圓盤真空脫水機是近幾年針對石膏脫水研發應用的成套裝置，經過微孔陶瓷片和濾布的應用對比表面濾布式圓盤脫水機運行比較穩定，具有能耗低、占地小的突出優勢。

本次超低排放改造，為了實現脫硫一爐一塔運行在石膏脫水樓新安裝一臺10t/h濾布式圓盤脫水機，通過管路改造圓盤脫水機調試穩定后，運行效果良好，順利通過機組超低排放改造脫硫部分專項性能考核，在脫硫DCS操作員站上實現對脫硫增效系統的遠方監視和操作的全部功能。

3.2 性能考核結果

負壓泵：11kW·h/h/臺 (平均)；脫水機：1.5kW·h/h/臺(平均)；脫水機系統水耗：≤0.96t/h；濾餅含氯量為：100mg/L；單機系統石膏產量：≥10t/h（10%含水率）；石膏濾餅水分：≤10%（wt）；設備噪音：＜85dBA。

4 與真空皮帶脫水機技術對比

與真空皮帶脫水機技術對比分析如表3所示。

表3 技術經濟對比表

根據上表，每年按機組運行7200h，脫水設備運行時間為2400h，廠用電按0.4元/kWh，按圓盤脫水機運行后每年節省電耗費用：（110+3.7-11-1.5）×0.4×2400=9.7萬元；水費按4元/t，每年節省水費約2.5萬元。

5 結語

通過在火電廠石灰石石膏法脫硫改造中的應用，真空濾布式圓盤脫水機相比真空皮帶脫水機具有明顯的占地面積少、能耗低、自動化程度高的優勢，在企業提標節能改造中可以推廣，對于新建項目亦能節約土建工程投資。