（动力工程及工程热物理专业论文）600mw燃煤机组脱硫系统设计与应用研究.pdf

东南大学工程硕士论文 摘要 题名：6 0 0 1 唧燃煤机组脱硫系统设计与应用研究 姓名：吴洋 学号：0 5 8 0 3 1 导师：赵长遂、陶新建 正文： 二氧化硫是造成空气污染的一个重要因素，2 0 0 5 年中国二氧化硫排放总量居世界第一， 其中燃煤电厂二氧化硫排放量已达到总排放量的5 0 左右，目前新建或在建的火电厂机组 都要求安装脱硫装置。本文根据平圩电厂具体情况，结合其安装脱硫装置和实施脱硫控制系 统的工作过程，对6 0 0 m w 机组脱硫系统的设计与应用进行了研究。 论文主要包括如下方面的内容： 简述了常见的烟气脱硫工艺并进行了比较，重点阐述了石灰石石膏湿法脱硫工艺原理 和设备，进一步针对该方法讨论了平圩电厂脱硫系统的设计范围、设计原则和主要技术指标。 详细分析了平圩电厂2x6 0 0 1 w 机组脱硫工程的设计和实施情况，首先分析了平圩电厂 的基本情况，然后从锅炉、燃料、f g d 入口烟气参数、脱硫石膏堆场等方面给出了脱硫工程 的设计条件，最后讨论了设计和实施脱硫系统过程中的关键问题，包括装置布置、仪控、电 气、土建、供水等方面内容。 重点阐述了脱硫控制系统的设计与开发，讨论了控制系统控制方式、控制室布置、监控 范围、硬件配置、功能组成等总体设计问题，并在着重分析脱硫系统主要热工过程控制方案 的基础上阐述了脱硫下位控制系统设计和上位机设计开发过程。 从环保角度分析了脱硫系统的实施效果，给出了平圩电厂脱硫系统的环保效益以及主要 环境保护标准和主要污染源及污染防治措施。 通过对以上问题的分析讨论，本文可对6 0 0 m w 燃煤机组安装脱硫装置提供有益参考和借 鉴。 关键词：湿法烟气脱硫；石灰石石膏；控制系统：环境保护 东南大学工程硕士论文 a b s t r a c t t i t l e ：r e s e a r c ha n dd e s i g no f f l u eg a sd e s u l f d z a t i o ns y s t e mf o r6 0 0 m wc o a lf e du n i t n a m e ：、7 y a n g s t u d e n tn u m b e r ：0 5 8 0 31 s u p e r v i s o r ：z h a oc h a n g - s u i ，t a ox i n - j i a n r e x t ： s u l f u rd i o x i d ei sam a j o rf a c t o rl e a d i n gt oa i rp o l l u t i o n i n2 0 0 5 ，t h et o t a lv o l u m eo fs u l f u r d i o x i d ee m i t t e df r o mc h i n ar a n k sn o 1 ，a m o n gw h i c ht h ee m i s s i o nf r o mc o a l - f i r ee l e c t r i cp l a n t t a k e sa r o u n d5 0 t h et h e r m a lp o w e rp l a n t sn e w l yb u i l to ru n d e rc o n s t r u c t i o na r ea l lr e q u i r e dt o i n s t a l le q u i p m e n t st h a tr e m o v es u l f m d i o x i d e b a s e do nt h er e a lc a s eo fp i n g y ue l e c t r i cp l a n t , a s w e l la st h ew h o l ep r o c e s st oi n s t a l la n do p e r a t et h eg a sd e s u l f u r i z a t i o ns y s t e m ，t h i se s s a ys t u d i e s t h ed e s i g na n da p p l i c a t i o no f6 0 0 m wc o a lf e du n i t d e s c r i b ea n dc o m p a r et h ep o p u l a rg a sd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g y f o c u s i n go nt h e t e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t so fl i m e s t o n e g y m s u mw e td e s u l f u r i z a t i o n ，t h ee s s a yf u r t h e rd i s c u s s e s t h ed e s i g ns c a l e ，p r i n c i p l ea n dm a j o rp a r a m e t e r so f t h ed e s u l f u r i z a t i o nf o rp i n g y ue l e c t r i cp l a n t ； a n a l y z et h ed e s i g na n de x e c u t i o no f2 x 6 0 0 m wc o a lf e du n i t s i n i t i a la n a l y s i si sm a d e r e g a r d i n gt h ea c t u a ls i t u a t i o no fp i n g y ue l e c t r i cp l a n t ，f o l l o w e db yaf u r t h e rl o o ka tt h e p r e c o n d i t i o n st od e s i g nt h ep r o c e s s ，i n c l u d i n gb o i l e r , f u e le t c f i n a l l y , t h ee s s a ya l s oe x p l o r e s s o m ek e yp r o b l e m sd u r i n gt h ed e s i g na n de x e c u t i o no ft h es u l f u rd i o x i d er e m o v a lp r o c e s s ， i n c l u d i n ge q u i p m e n tl a y o u t , c o n t r o ls y s t e m , e l e c t r i c i t y , c o n s t r u c t i o n , w a t e rs u p p l ye t e e l a b o r a t et h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h ec o n t r o ls y s t e m ，i n c l u d i n go v e r a l ld e s i g ni s s u e s l i k et h ec o n t r o lm o d eo ft h es y s t e m ，t h el a y o u to ft h ec o n t r o lr o o m , m o n i t o r i n gs c a l e ，h a r d w a r e c o n f i g u r a t i o n , f u n c t i o n a lc o m p o n e n t se t c e m p h a s i si sg i v e nt od e s c r i b et h ed e s i g no fd i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e ma n dt h ed i s p l a yo fo p e r a t o rs t a t i o n ，b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ep r i n c i p a lm e t h o d s o ff g d sc o n t r o lp r o c e s s a n a l y z et h ei m p l e m e n t a t i o nr e s u l t o ft h ed e s u l f u r i z a t i o ns y s t e m ，t h ee n v i r o n m e n t a l c o n t r i b u t i o no ft h ed e s u l f u r i z a t i o ns y s t e m ，m a j o re n v i r o n m e n tp r o t e c t i o ns t a n d a r d s ，m a j o r p o l l u t i o ns o u r c ea n dc o u n t e r m e a s u r e ； h o p e f u l l y , t h ea b o v ea n a l y s i sw i l lp r o v i d er e f e r e n c et ot h ei n s t a l l a t i o no ft h ed e s u l f u r i z a t i o n e q u i p m e n t so n6 0 0 m wc o a l f n e dp o w e rg e n e r a t i o nu n i t s k e y w o r d s ： w e tf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ；l i m e s t o n e g y p s u m ；c o n t r o ls y s t e m ；e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n h 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：导师签名：日期： 第一章绪论 1 1 课题背景及意义 第一章绪论 1 1 1 二氧化硫的来源及其危害 1 9 8 8 年世界卫生组织和联合国环境规划署公布的调查报告中指出：根据1 5 年来6 0 多 个国家监测获得的统计资料显示，由人类制造的二氧化硫每年达1 8 亿吨，已成为大气环境 的第一大污染物。 二氧化硫污染源分为两大类：天然污染源和人为污染源。其中天然污染源有：1 ) 海洋硫 酸盐盐雾；2 ) 缺少氧化的水和土壤中释放的硫酸盐；3 ) 细菌分散的有机化合物；4 ) 火山 爆发等。人为污染源有：1 ) 矿物燃料燃烧、2 ) 石化工厂生产；3 ) 金属冶炼等【l 】。从总量 上来看，虽然自然和人为原因产生的s 0 2 基本相当，但由于天然污染源分布面广、易稀释和净 化，对环境的危害不大，而人为污染源量大、集中、浓度高，对环境造成严重危害【2 l 。 二氧化硫的污染具有低浓度、大范围、长期作用的特点，其危害是慢性的和迭加累积性 的。大气中的s 0 2 对人体健康、自然生态、工农业生产和建构筑物材料等多方面都会造成危 害和破坏。s 0 2 是形成硫酸型酸雨的根源，当它转化为酸性降水时，对人类和环境的危害更 加广泛和严重。 1 ) 、s 0 2 对人体健康的危害 据中国环境报报道，二氧化硫是一种常见的对人体健康危害较大的大气污染物，不 仅对呼吸器官有毒理作用，可引起气管炎、哮喘、肺气肿等多种呼吸道疾病，而且对其他多 种器官( 如脑、心、肝、胃、肠、脾、胸腺、肾、睾丸及骨髓细胞) 均有毒理作用，是一种 全身性毒物，而且是一种具有多种毒性作用的毒物。 2 ) 、s 0 2 对植物和生态的危害【3 1 植物对s 0 2 敏感，主要通过叶面气孔进入植物体。如果s 0 2 浓度和持续时间超过了本身 的自解机能( 即阔值浓度) 时，就会破坏植物正常生理功能，使光合作用降低，影响体内物 质代谢和酶的活性，从而使叶细胞发生质壁分离、崩溃、叶绿素分解等。从表观看，叶片出 现伤斑、枯、黄、卷、落、枯死等。在植物中树对s 0 2 最为敏感，很容易造成叶绿素的破坏 和组织脱水坏死。 3 ) 、s 0 2 对金属的腐蚀【4 】 大气中的s 0 2 对金属的腐蚀主要是对钢结构的腐蚀。据统计，发达国家每年因金属腐蚀 而带来的直接经济损失占国民经济总产值的2 - - - 4 ，由金属腐蚀造成的直接损失远大于水 东南大学工程硕士论文 灾、风灾、火灾、地震造成损失的总和。金属腐蚀直接威胁到工业设施、生活设施和交通设 施的安全。 4 ) 、酸雨的危害 s 0 2 形成的酸雨和酸雾危害也是相当的大，主要表现为对湖泊、地下水、建筑物、森林、 古文物以及人的衣物构成腐蚀。同时，长期的酸雨作用还将对土壤和水质产生不可估量的损 失。 1 1 2 我国二氧化硫排放现状 中国国家环境保护总局污染控制司副司长李新民指出，二氧化硫是造成空气污染的一个 重要因素。2 0 0 5 年中国二氧化硫排放总量高达2 5 4 9 3 万吨，比2 0 0 0 年增加了2 7 ，居世 界第一，其中燃煤电厂二氧化硫排放量已达到总排放量的5 0 左右。随着我国社会经济的 发展，对电力的需求也就越大，作为以煤炭为主要一次能源的国家，我国二氧化硫排放量逐 年增加，如表1 - 1 所示。 表1 1 全国近年二氧化硫排放统计【5 1 项目二氧化硫排放量( 万吨) 年度合计 工业 生活 大量的二氧化硫排放使得大气中二氧化硫浓度过高，并且在部分地区形成酸雨。2 0 0 5 年开展酸雨检测的6 9 6 个市( 县) 中，出现酸雨的城市3 5 7 个( 占5 1 3 ) ，其中浙江省 象山县、安吉县，福建邵武市，江西瑞金市酸雨频率为1 0 0 1 5 1 。有关研究表明，中国 每排放一吨二氧化硫造成的经济损失约2 万元，这就意味着去年我国因二氧化硫排放造成经 济损失5 0 9 8 亿元，约占当年g d p 的2 8 ，制约了我国国民经济的可持续发展。因此，“十 一五”规划纲要明确提出，到2 0 1 0 年，全国二氧化硫排放总量将比“十五”期末减少1 0 。 全国二氧化硫排放总量必须控制在2 2 9 5 万吨。 在目前火电厂燃煤机组脱硫环保要求愈加严格和日益提高的大环境下，对6 0 0 m w 燃煤机 组设计和实施脱硫装置过程的各类问题进行全面讨论和重点分析，并针对某厂实际实施过程 进行研究，不仅对该厂脱硫系统的成功实施和有效运行具有十分重要的现实意义，而且对其 它同类型新建或在建电厂安装脱硫装置具有很强的指导意义，同时对我国脱硫系统相关技术 的完善和发展起到推动作用，对降低二氧化硫排放和提高燃煤机组环保水平均具有积极的作 用。 2 第一章绪论 1 2国内外研究动态 控制s 0 2 排放的技术研究与开发已有近百年的历史，概括起来可分为三大类，即：燃烧 前脱硫( 如洗煤技术、固硫技术等) 、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫( 烟气脱硫) 。其中烟气脱硫 ( f g b ) 是目前控制大气中s 0 2 排放最有效和应用最广的一项脱硫技术。烟气脱硫技术根据净 化原理可以分为吸收吸附法和氧化还原法两大类。根据脱硫剂的类型及操作特点可分为湿 法、半干法、干法脱硫三种隅1 。根据副产物的处理方式也可分为抛弃法和回收利用法。在世 界各国长期的研究、开发及应用过程中，各种烟气脱硫的技术和工艺已达2 0 0 多种，但是有 工业应用价值的目前为止不过1 0 余种。 1 2 1 二氧化硫控制技术 二氧化硫控制技术基本上可以分为三类：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫及燃烧后脱硫( 即烟 气脱硫) ，目前烟气脱硫被认为是控制s 0 2 排放的最行之有效的途径。 1 ) 、燃烧后脱硫 燃烧后脱硫技术是当前应用最广、效率最高的脱硫技术。就全世界而言，脱硫工程最多 的国家如日本、美国、德国，他们主要采取烟气脱硫的方法，而且其中8 5 以上是用石灰 石石膏湿法工艺【6 】。在今后一个相当长的时期内，这将是控制二氧化硫排放的主要方法。 主要脱硫工艺有：干法脱硫技术、半干法脱硫技术、湿法脱硫技术等f 7 】o 目前国内外火电厂 烟气脱硫技术的主要发展趋势为：脱硫效率高、装机容量大、技术水平先进、投资省、占地 少、运行费用低、自动化程度高、可靠性好等。 2 ) 、燃烧前脱硫 燃烧前脱硫即在煤燃烧前把煤中的硫分脱除，燃烧前脱硫技术主要有物理洗选煤法、生 物和化学洗选煤法、煤的气化和液化等。物理洗选煤法最经济，但只能脱除无机硫；生物、 化学法脱硫则不仅能脱除无机硫，也能脱除有机硫，但生产成本昂贵，和工业应用尚有较大 距离。燃烧前脱硫技术中物理洗选煤技术已成熟，煤的气化和液化还有待于进一步研究完善。 有的技术，如细菌脱硫等正在开发。煤的燃烧前脱硫技术尽管还存在着种种问题，但其优点 是能同时除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的沾污和磨损，减少电厂灰渣处理量，还可回收 部分硫资源。 3 ) 、燃烧中脱硫 燃烧中脱硫是在燃烧过程中，向炉内加入固硫剂如c a c 0 3 等，使煤中硫分转化成硫酸 盐，随炉渣排出。主要脱硫工艺有：炉内喷钙法、循环流化床燃烧法、整体煤气化联合循环 ( i g c c ) 、炉内喷钙尾部增湿活化活化法( l i f a c ) 等 6 】。其中l i f a c 脱硫工艺投资少、占 地面积小、没有废水排放，有利于老电厂改造，我国下关电厂使用的就是这种脱硫工艺。 1 2 2 国内烟气脱硫发展 我国烟气脱硫控制技术的研究开发始于6 0 年代初，对燃煤电厂、燃煤工业锅炉和冶金 3 东南大学工程硕士论文 废气开展了烟气脱硫工艺研究、设备研制，取得实验室小试和现场中试结果。8 0 年代以来， 开展了一系列研究、开发和产业化工作。原国家科委组织了“七五”和“八五”攻关项目， 对国际上现有脱硫技术主要方法进行研究和实用性工程装置实验；国家自然科学基金委员会 设立课题支持脱硫技术的基础研究，取得了很多成绩。目前我国自行研究开发的烟气脱硫方 法，尚处在工业化示范试验阶段。国家科技部在“九五”期间，组织“中小锅炉实用脱硫防 尘技术与装备研究及产业化”攻关课题，其中包括针对燃煤电厂烟气脱硫技术，采用脉冲电 晕等离子体烟气脱硫新技术研究；与此同时，引进了脱硫技术项目，进行示范规模试验和工 业化运行应用。目前，我国自行开发的烟气脱硫工程在经历了小试、中试和示范阶段后，正 在全国范围内实现产业化。 1 3 平圩电厂脱硫工程概况 作为坑口电站，平圩电厂一期工程安装两台采用引进国外技术、国内制造的6 0 0 m w 燃煤 亚临界发电机组，分别于1 9 8 9 年和1 9 9 2 年建成投产。这两台机组分别是国产第一、第二台 6 0 万千瓦火力发电机组，自投产以来，累计发电已超1 0 0 0 亿千瓦时，为保障华东电网稳定、 促进地方经济发展做出了卓越的贡献。二期工程安装2 x 6 0 0 姗超临界火力发电机组，已于 2 0 0 7 年底建成发电。三期工程规划建造2 1 0 0 0 1 卿超超临界火力发电机组，目前正在进行 前期工作。 平圩电厂一期建成的2 6 0 0 1 唧燃煤亚临界发电机组，鉴于当时技术经济条件没有建设 脱硫设施，也未预留场地。根据国家发改委发改能源 2 0 0 5 5 5 0 号国家发展改革委关于安 徽平圩电厂二期工程项目核准的批复和国家环保总局关于安徽淮南平圩发电有限责任公 司二期2 x6 0 0 兆瓦机组工程环境影响报告书审查意见的复函( 环审 2 0 0 4 1 5 0 0 号) ，要求 平圩电厂一期现有# 1 、2 机组安装石灰石一石膏湿法脱硫系统。2 0 0 6 年平圩电厂委托安徽省 环境科学院完成一期脱硫环境影响评价，安徽省环境保护局以“环评函 2 0 0 7 2 6 号”文审 查批复了平圩电厂2 6 0 0 1 唧机组脱硫改造工程的环境影响报告表。 平圩电厂一期2 6 0 0 1 岍机组脱硫工程总投资为1 3 8 8 6 万元，由北京博奇电力科技环境 工程公司总承包、设计、安装和调试。工程于2 0 0 6 年1 2 月开工建设，2 0 0 8 年5 月竣工， 2 0 0 8 年5 月1 4 日完成# 1 机组1 6 8 试运。 一期脱硫系统采用较为先进的“湿式石灰石石膏法”烟气脱硫工艺，以“一炉一塔” 设计脱硫装置，相应配套增压风机、烟气换热器、引接烟道、进行全烟气脱硫。 1 4 本文研究的主要内容 在6 0 0 m w 燃煤机组安装脱硫装置过程中，需要进行全面的设计规划和有效的实施，本文 针对其中关键问题进行研究和讨论，主要包括： ( 1 ) 脱硫工艺的选择和典型脱硫工艺 4 第一章绪论 在综述常见脱硫工艺的基础上，针对某电厂实际情况选择“石灰石石膏湿法脱硫”，并 进一步针对该工艺流程介绍相关的子系统和涉及的脱硫设备。 ( 2 ) 设计和实施脱硫系统过程中的关键问题 讨论脱硫装置布置以及热控、电气、建筑、水工和消防等安装脱硫装置过程中的关键环 节和问题，并对脱硫系统热控自动化部分进行详细讨论和重点分析。 ( 3 ) 脱硫控制系统下位机自动控制系统和上位机画面设计开发 研究脱硫系统的网络配置和控制系统逻辑组态、图形系统设计和开发、归档系统创建、 报表和记录系统实现等问题。 ( 4 ) 脱硫项目环保效益分析 分析脱硫中污染物及其治理，并结合平圩电厂实际特点分析脱硫项目的环保效益。 通过对以上问题的分析讨论，本文对6 0 0 m w 燃煤机组安装脱硫装置具有重要的指导价值 和实际意义。 5 东南大学工程硕士论文 第二章烟气脱硫工艺 2 1烟气脱硫技术概述 二氧化硫控制技术基本上可以分为三类：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫及燃烧后脱硫( 即烟 气脱硫) ，目前烟气脱硫被认为是当前应用最广、控制s 0 2 排放最为行之有效的途径【9 1 。 2 1 1 烟气脱硫工艺介绍及其应用 目前，国内外已开发出数百种烟气脱硫技术，而实际进入工业应用较为成熟的技术也不 过二十多种，由于脱硫工程是一项耗资巨大的环境治理项目，必须因地制宜地探索出技术上 可行、经济上合理的脱硫技术方案。下面就已在国内火电厂应用较成熟的6 种脱硫技术介绍 其工艺特点及国内外应用情况： 1 ) 、石灰石石膏湿法烟气脱硫 根据吸收塔型式的不同，该技术可分为喷淋塔、填料塔、格栅塔、鼓泡塔、液柱塔等几 种不同工艺1 1 们。该技术采用价廉易得的石灰石作为脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状 与水混合搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合。烟气中的s 0 2 与浆液 中的c a c 0 3 以及鼓入的氧化空气进行化学反应，而被脱除，最终反应产物为石膏 ( c a s 0 4 2 h 2 0 ) ，脱硫后的烟气经除雾器除去携带的细小液滴，经烟气换热器( g g h ) 加 热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后回收利用。 该技术的主要特点： 系统可用率高，大于9 9 【l l 】；适用于任何含硫量的煤种；脱硫效率高，可达到9 5 以 上；吸收剂来源广泛，价格低廉；吸收剂利用率高，c a s = 1 0 2 1 0 5 ；副产品为石膏，利 用价值高；单塔应用规模大，已达1 0 0 0 m w 。该方法是目前国内应用最为广泛的方法。 2 ) 、炉内喷钙尾部增湿活化脱硫( l i f a c ) l i f a c 技术是在炉内喷钙脱硫技术的基础上在锅炉尾部增设了增湿活化塔，以提高脱 硫效率。该技术多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷入炉膛9 5 0 l1 5 0 温度区， 石灰石受热分解为c a o 和c 0 2 ，c a o 再与烟气中的s 0 2 反应生成c a s 0 3 。由于反应在气固 两相之间进行，反应速度慢，吸收剂利用率较低，脱硫效率低，约为2 5 - - 3 5 【l3 | 。在尾部 增湿活化反应器内，增湿水以雾状喷入，与未反应的c a o 接触生成c a ( o i - 1 ) 2 进而与烟气中 的s 0 2 反应，可以将系统脱硫效率提高到7 5 1 1 3 j 。增湿水由于烟气加热而迅速蒸发，未反 应的吸收剂、反应产物被干燥，一部分从增湿活化器底部分离出来，其余的随烟气排出，被 除尘器收集下来。为了提高吸收剂的利用率，部分飞灰返回增湿活化反应器入口实现再循环。 6 第二章烟气脱硫工艺 该技术具有以下特点： 系统简单、占地面积少，投资及运行费用低，特别是可以分步实施，适应环保标准逐渐 提高的要求，特别适用于中小机组改造，但可能会引起原锅炉结焦及受热面磨损【1 4 1 ；主要 适用于燃煤含硫量低于2 。0 的中、低硫煤种；脱硫效率在6 0 8 5 之间，钙的利用率低， 一般c a s - - - - 2 0 3 0 ；脱硫副产品呈干粉状，无废水排放，副产品的利用有一定困难。锅炉 效率下降约0 3 。 此技术国际上应用最好的是芬兰f o r t u m 公司( 原i v o 公司) 开发的l i f a c 工艺。 该技术在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用，采用这一脱硫技术的最大单机容量已 达3 0 0 m w 。南京下关电厂2 x 1 2 5 m w 机组引进了全套技术，燃煤含硫0 9 2 ，设计脱硫效 率7 5 i 1 4 1 ；浙江钱清电厂也引进了该技术，配套1 2 5 m w 机组，设计脱硫效率6 5 甜1 3 1 。 3 ) 、旋转喷雾半干法烟气脱硫 喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳 由泵打入位于吸收塔内的雾化装置。在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接 触，并和烟气中的s 0 2 发生化学反应，生成c a s 0 3 和c a s 0 4 ，从而脱除烟气中的s 0 2 。与此 同时，吸收剂带入大量的水分迅速被烟气蒸发而干燥，脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以 干燥的颗粒物形态随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。为提高脱硫吸收剂的利用率， 将部分脱硫灰渣返回制浆系统进行循环利用，其余的可用作制砖或筑路，但多为抛弃至灰场 或回填废旧矿井。 该技术具有以下特点： 技术成熟，流程简单，系统可靠性高：单塔处理能力小( 约2 0 0 m w ) ；中等脱硫效率7 0 - 一 8 5 ，钙利用率较低，一般c a s = 1 2 2 0 ，对生石灰品质要求不高；脱硫副产品呈干粉状， 无废水排放，不过副产品利用有一定困难。 此技术适应于中小规模机组，燃煤含硫量一般不超过1 5 ，脱硫效率均低于9 0 ，此技 术在西欧的德国、奥地利、意大利、丹麦、瑞典、芬兰等国家应用比较多，主要应用于小型 电厂或垃圾焚烧装置，美国也有1 5 套装置( 总容量5 0 0 0 m w ) 正在运行，其中最大单机容 量为5 2 0 m w 。1 9 9 3 年，我国山东黄岛电厂4 号机组( 2 1 0 m w ) 引进了三菱旋转喷雾干燥脱 硫工艺装置，处理烟气量为3 1 0 6 m 3 h ，设计脱硫效率为7 0 1 1 2 j 。运行初期出现过吸收塔塔 壁积灰、喷嘴结垢堵塞、r a 圆盘磨损等问题，但经过改进后基本运行正常。 4 ) 、电子束法烟气脱硫 电子束法烟气脱硫即把锅炉排出的烟气经过除尘器的粗滤处理之后进入冷却塔，在冷却 塔内喷射冷却水，将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度( 约7 0 ) 。烟气的露点通常 约为5 0 。c ，被喷射呈雾状的冷却水在冷却塔内被完全蒸发，因此，不产生任何废水。通常 冷却塔后的烟气流进反应器，在反应器进口处将一定的氨气、压缩空气混合喷入，加入氨气 的量取决于s 0 2 浓度和n o x 浓度，经过电子束照射后，s 0 2 和n o x 在自由基作用下与氨进 7 东南大学工程硕士论文 行中和反应，生成硫酸氨与硝酸氨的混合粉体。这些粉体微粒一部分沉淀到反应器底部，通 过输送机排出，其余副产品被除尘器所分离和捕集。经过造粒处理制成肥料。 该技术的主要特点： 可同时脱硫脱硝；适用于各种含硫量的煤种：负荷跟踪性能好；脱硫效率 8 5 ：生成 的副产品可作农用肥料，无废水排放；对烟气条件的变化适应性强。 到目前为止，电子束法脱硫尚未有在大型机组脱硫系统上的应用业绩。中日合作进行的 电子束法脱硫工艺工业试验装置安装在成都热电厂一台2 0 0 m w 机组上，其处理烟气量为 3 1 0 5 m 3 h ，设计脱硫效率8 0 ，脱硝效率1 0 ，实际脱硫效率为8 6 8 ，脱硝率为17 6 ， 该装置已投入运行，也是目前世界上第一套工程应用的示范装置【1 8 】。杭州协联热电厂 ( 3 x 1 0 5 m 3 h 烟气量) 也采用电子束法烟气脱硫，设计脱硫效率8 5 ，脱硝效率5 5 t 1 8 1 。电子 束法脱硫技术目前造价较高，运行费用和燃煤含硫量呈反比，燃煤含硫量越高，副产物越多， 运行费用也就越低。副产品由于吸湿性和颗粒微小而难以捕集，尤其是脱硫脱硝效率受辐照 剂量和烟气温度的影响很大，而目前还无法生产大功率电子加速器，因此该技术目前还难以 大规模应用。但随着技术进步和环保标准尤其是脱硝要求的提高，电子束法脱硫脱硝技术将 在今后拥有越来越广阔的市场。 5 ) 、循环流化床半干法烟气脱硫 烟气循环流化床脱硫技术是2 0 世纪8 0 年代后期发展起来的一种新的烟气脱硫技术，该 技术是利用循环流化床强烈的传热和传质特性，在吸收塔内加入消石灰等脱硫剂，用高速烟 气使脱硫剂流态化从而与烟气强烈混合接触，烟气中的酸性污染物与脱硫剂中和、固化，从 而达到净化烟气的目的。增湿( 或制浆) 后的吸收剂注入到吸收塔入口，使之均匀地分布在热 态烟气中。此时，吸收剂得到干燥，烟气得到冷却、增湿，烟气中的s 0 2 在吸收塔中被吸收， 最终生成c a s 0 3 ，和c a s 0 4 。除尘器后的洁净烟气经引风机( 或增压风机) 升压后通过烟囱排 放。被除尘器捕集下来的含硫产物和未反应的吸收剂，部分注入吸收塔进行再循环，以达到 提高吸收剂利用率的目的。 该技术的特点是： 占地省，设备都布置在除尘器下；投资和运行费用低，具有优越的性价比：主要适用于 含硫量低于2 5 的中、低硫煤种，脱硫效率较高( 8 0 , - - - 9 5 0 , ) ，脱硫剂有效利用率i 9 0 ； 脱硫副产物为干态，无废水排放；吸收塔内无粘壁、堵塞、腐蚀现象。 世界上采用烟气循环流化床脱硫技术的机组已有几十台，其中最大的是奥地利t h i s s 电 厂的一台燃气蒸汽联合循环发电机组，处理烟气量为8 5 6 x 1 0 5 m 3 h 。国内采用烟气循环流 化床脱硫技术的己投运机组有：云南小龙潭电厂6 号机组( 1 0 0 m w ) ，处理烟气量 4 8 7 x1 0 5 m 3 h t l 9 l ；广州恒运电厂7 号炉1 0 0 m w 机组，处理烟气量7 0 7 x1 0 5 1 1 1 3 h t 2 0 1 和华能榆 社电厂2 台3 0 0 m w 机组我国采用烟气循环流化床脱硫装置的最大机组。该技术在中、 小机组( 3 0 0 m w ) 脱硫工程中占有越来越重要的位置。 8 第二章烟气脱硫工艺 6 ) 、海水烟气脱硫 天然海水中含有大量的可溶盐，其中的主要成分是氯化物和硫酸盐，也含有一定量的可 溶性碳酸盐。海水通常呈碱性，自然碱度约为1 3 2 5 m m o l l ，这使得海水具有天然的酸碱 缓冲能力及吸收s 0 2 的能力【1 5 1 。国外一些脱硫公司利用海水的这种特性，开发并成功地应 用海水洗涤烟气中的s 0 2 ，达到烟气净化的目的。此工艺按是否添加其他化学物质作吸收剂， 可将海水脱硫工艺分为两类： ( 一) 不添加任何化学物质，用纯海水作为吸收液的工艺，以挪威a b b 公司开发 f l a k t - h y d r o 工艺为代表，这种工艺已得到较多的工业化应用，在挪威本土和国外众多 地区建成2 0 多套装置，挪威的烟气脱硫装置全部采用这种脱硫工艺。 此工艺在脱硫吸收塔内用大量海水喷淋、洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气，烟气中的 s 0 2 被海水吸收而除去。净化后的烟气经除雾器除雾、烟气加热器加热后排放。吸收 s 0 2 后的海水与大量未脱硫的海水混合后，经曝气池曝气处理，使其中的s 0 2 被氧化成 为稳定的j s d ：一，并使海水的p h 值与c o d 调整达到排放标准后排入大海。我国深圳 西部电厂先后建成6 套3 0 0 m w 海水脱硫工程16 1 、漳州后石华阳电厂已建成4 套6 0 0 m w 的海水烟气脱硫装置 1 7 】。 ( 二) 在海水中添加一定量石灰，以调节吸收液的碱度，以美国b e c h t e 公司为代表， 这种工艺在美国建成示范工程，但未推广应用。 该技术的主要特点： 用海水作吸收剂，不需添加其它药物，所以系统简单可靠，性价比高；脱硫效率 9 0 ； 无结垢、堵塞问题，系统利用率高；不产生固体废弃物：投资及运行费用低，通常只有石灰 石石膏湿法脱硫技术的3 0 - - 7 0 ；但只适用于燃煤含硫量低于1 5 的海边电厂，并且对 海水水质、海水扩散能力、燃料中的重金属含量、除尘器效率等具有较高的要求，可在有条 件的海边电厂推广应用。 2 1 2 几种脱硫工艺的比较和发展趋势 前述6 种脱硫工艺综合比较如表2 1 所示。在这6 种工艺中除石灰石石膏法烟气脱硫 工艺外，其余各种工艺均适合中小型锅炉的烟气脱硫，但有的工艺在运用过程中受到一定的 局限性。 石灰石石膏湿法脱硫系统是应用最广、技术最为成熟的脱硫工艺之一。该工艺脱硫效 率高、运行可靠，但也存在着占地面积大、系统复杂和运行成本较高等缺陷。石灰石石膏 湿法脱硫技术已成为我国烟气脱硫尤其是大型火电机组( 3 0 0 m w ) 烟气脱硫的首选技术。 炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫具有投资低、工艺简单、运行成本低等优势，其最大的 缺点是对锅炉有不利的影响，有引起炉内结焦、受热面磨损的潜在威胁。炉内喷钙加尾部增 湿活化脱硫技术将在我国的中小机组脱硫改造中发挥积极作用。 旋转喷雾半干法具有投资省的优点，但脱硫吸收剂要用高品位的石灰，且脱硫率和吸收 9 东南大学工程硕士论文 剂的利用率均比较低，旋转雾化喷嘴磨损较厉害，而且要求电机转速较高，目前只有少数国 家能够生产这种雾化喷嘴及配套装置，其推广应用受到一定的限制。 电子束脱硫技术目前尚处于试验阶段，仅在脱硫剂与其副产品有可靠的来源和市场，且 运行成本合算时方可考虑采用。 海水脱硫工艺具有不需采购吸收剂、系统简单、运行费用低、脱硫效率可达9 0 9 5 等优点，对沿海电厂，当燃煤的含硫量小于1 时可优先考虑采用海水脱硫工艺，但当燃煤 中重金属元素、特别是毒性较强的重金属元素含量较高，或处于海洋生态保护区等要求严格 的海域，脱硫废水排放不能满足环保要求时，应避免采用此工艺。 循环流化床半干法脱硫工艺被公认为是一项前景广阔的技术，其投资费用仅为石灰石 石膏法的7 0 以下，运行费用也略低，该工艺具有高效、经济及节省空间的技术优势，该技 术将会在中小机组( 3 0 0 m w ) 烟气脱硫工程中占有越来越重要的位置。 表2 1 烟气脱硫工艺综合比较表【1 8 1 比较项目 石灰石石膏喷雾干燥海水脱硫技电子束循环流化床 硫工艺lifac 法法 术 法法 脱硫剂石灰石生石灰石灰石海水氨水石灰石 烟气脱硫系统占电厂总 9 5 能源消耗占发电量比 1 5 7 0 8 56 0 8 59 0 9 5 e 8 5 8 0 9 5 l o 51 o 1 52 5 - - 一2 5 o 5 2 o c a s 1 11 2 2 0 3 0 适用煤种含硫量广泛 1 5 2 0 1 5 占地面积k m 2 ( 3 0 0 m w ) 3 52 3 5 1 5 2 3 5 2 o 2 5 广泛 2 5 6 7l 2 湿法脱硫技术是我国火电厂主要应用的脱硫技术，但我国地域宽阔，各电厂的建设条件 不同，且我国属发展中国家，经济条件有限，对于具体工程项目应因地制宜，通过技术经济 比较确定脱硫技术方案。可见，我国火电厂的脱硫工程将会呈现以湿法脱硫为主，其他脱硫 技术并存的局面。 2 2 石灰石石膏湿法脱硫工艺原理及设备 目前，已经研究开发出第三代石灰石石膏湿法脱硫工业应用系统，传统的工艺系统应 用中堵塞、结垢问题已经得到很大改善。由于石灰石石膏法具有吸收剂资源丰富、运行成 本低廉等优点，成为世界上应用得最多的一种烟气脱硫工艺。在我国烟气脱硫系统中，石灰 1 0 第二章烟气脱硫工艺 石石膏湿法烟气脱硫工艺在烟气脱硫工艺中约占9 0 以上。而就全世界而言，脱硫工程最 多的国家如日本、美国、德国，他们主要采取烟气脱硫的方法，而且其中8 5 以上是用石 灰石石膏湿法工艺1 2 2 1 。发达国家的经验表明，石灰石石膏湿法烟气脱硫技术是一种最成熟 的脱硫工艺技术p o l 。 烟囱 原烟气 石灰石 简仓 图2 - 1 湿法脱硫系统工艺流程 石灰石石膏湿法烟气脱硫系统使用c a c 0 3 浆液吸收烟气中的s 0 2 ，副产品为石膏。其 典型的工艺流程如图2 一l 所示，包括：烟气系统( 烟道挡板、烟气换热器、增压风机等) ；吸 收系统( 吸收塔、循环泵、氧化风机、除雾器等) ；吸收剂制备系统( 石灰石储仓、磨石机、 石灰石浆液罐、浆液泵等) ；石膏脱水及储存系统( 石膏浆泵、水力旋流器、真空脱水机等) ； 事故浆液系统及公用系统( 工艺水、电气、压缩空气等) 。其工艺成熟，运行安全、可靠， 可用率在9 0 以上，能耗低。下面以国内某电厂2 x 3 0 0 m w 机组的石灰石石膏湿法烟气脱 硫系统为例，阐述各分系统的工艺原理及设备的基本构成。 2 2 1 烟气系统 本电厂l # 、2 # 炉燃煤烟气经过电除尘、引风机、原烟气挡板进入到增压风机，升压 后进入到脱硫系统。烟气经过g g h 吸热侧烟气温度降低到了设计温度后进入吸收塔，经过 吸收塔洗涤的净烟气经过g g h 放热侧烟气温度升高到了设计温度8 0 ，最后经过净烟气挡 板门由1 # 、2 # 炉烟囱排入大气。在脱硫系统解列或检修的时候，烟气脱硫系统原烟气挡 板关闭、旁路挡板打开，原烟气经过旁路烟道排入大气。 1 ) 、挡板门 本工程在烟气脱硫系统入口烟道、烟气脱硫系统出口烟道、旁路烟道以及吸收塔顶部上 分别设有零泄漏挡板门，用于锅炉运行期间脱硫装置的隔断和维护。1 、2 # 机组脱硫塔分别 配置l 台烟气脱硫系统入口挡板门、1 台烟气脱硫系统出口挡板门、1 台旁路烟道挡板门和 1 台吸收塔排空蝶阀。 2 ) 、密封空气系统 当锅炉烟气经旁路烟道进入烟囱时，原烟气和净烟气挡板均处于关闭位置，将密封风通 入原烟气和净烟气双挡板中间的腔室，由于双挡板中间腔室中空气的绝对压力高于烟道中烟 l l 东南大学工程硕士论文 气的压力，因而可起到密封的效果，避免烟气进入烟道系统，并可防止烟气中凝结水对挡板 造成的腐蚀。两套烟气脱硫系统每套配置2 台密封风机，当一台密封风机故障跳闸或出口压 力低时，备用密封风机联锁启动投入运行。 3 ) 、增压风机 为了补偿烟气流过脱硫装置的损失、提供烟气流动的动力【3 1 1 ，在每套烟气脱硫系统设 置了l 台静叶可调轴流式增压风机，风机压头取决于系统总阻力，包括各容器的内阻、挡板 阻力及管道阻力等。很明显，各设备分布得越散，管道越长，弯头越多，阻力越大，另外阻 力还取决于各管道中烟气的实际流速和烟气流态。 4 ) 、烟气换热系统( g g h ) 在g g h 里，利用原烟气的热量，加热来自吸收塔的净烟气，一方面降低了进入吸收塔 的烟气温度以防止高温烟气进入吸收塔造成损坏，另一方面加热吸收塔出来的饱和烟气以防 止由于烟气凝结对烟道产生腐蚀。g g h 由主、辅电机驱动，互为备用；内设有高压水冲洗 系统和低压冲洗系统以及压缩空气吹扫，用于清洁换热元件；正常运行时按程序启动压缩空 气进行冲洗，停运后进行低压水冲洗，根据需要启动高压冲洗系统进行冲洗。g g h 的辅助 设备有低泄漏风机和密封风机，在正常运行时均需启动。 2 2 2 石灰石浆液制备系统 二套烟气脱硫系统装置公用一套石灰石浆液制备系统，主要使用的设备如表2 - 2 所示， 整个系统可分为石灰石卸料系统和浆液制备及供应系统。 1 2 第二章烟气脱硫工艺 1 ) 、石灰石卸料系统 石灰石卸料按每天7 小时的运行模式配置，处理能力为6 0 t h 。用卡车或其他方式将石 灰石( 粒径、 2 0 m m ) 送入钢制卸料斗，卸料斗容积为1 5 m 3 ，料斗上部设有防止大粒径的石灰 石进入和均匀给料的振动篦子，下部设有手动关断闸门。手动闸门下面设有带金属分离器的 皮带输送机，输送机采用全密封结构，入口配设减压板，防止物料冲击损坏胶带：出料口旁 设有金属分离溜槽，自动分离出物料中的金属。皮带输送机出口的石灰石块进入斗式提升机 ( 输送能力为6 0 t h ) ，再由埋刮板输送机将石灰石输送到石灰石贮仓。石灰石贮仓底设有两 个出料口，对应两套磨机系统。出料口设有电动插板门和两台称重皮带给料机，称重皮带给 料机采用全密封结构，入口配设减压板，防止物料冲击损坏胶带，且带有给料量调节控制器， 在o 1 0 0 的范围内，