1000MW机组烟气脱硫工艺及主要设备选型分析

　第３０卷第５期华电技术Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．５　　　２００８年５月ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｙ．２００８　　１０００ＭＷ机组烟气脱硫工艺及主要设备选型分析ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｔｙｐｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｆｏｒＦＧＤｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｏｆ１０００ＭＷｕｌｔｒａｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｕｎｉｔ滕斌ＴＥＮＧＢｉｎ（华电国际电力股份有限公司，山东济南　２５００２１）（ＨｕａｄｉａｎＰｏｗｅｒＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄ，Ｊｉｎａｎ２５００２１，Ｃｈｉｎａ）摘　要：介绍了华电国际邹县发电厂１０００ＭＷ超超临界机组的烟气脱硫工艺，根据该电厂的实际运行情况，分析了对影响烟气脱硫系统运行及主机运行的主要设备，如增压风机、烟气换热器、旁路档板门及防腐材料等系统的不同选型方案，提出了一些选型的建议。关键词：超超临界机组；烟气脱硫工艺；设备选型中图分类号：ＴＫ２２３．２７　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１６７４－１９５１（２００８）０５－００７０－０６Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆｌｕｅｇａｓｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ（ＦＧＤ）ｐｒｏｃｅｓｓｕｓｅｄｉｎ１０００ＭＷｕｌｔｒａｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｕｎｉｔｏｆＺｏｕｘｉａｎＰｏｗｅｒＰｌａｎｔｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｒｅａｒｅｓｏｍｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｉｎＦＧＤｓｙｓｔｅｍｓｕｃｈａｓｂｏｏｓｔｅｒｆａｎ，ｇａｓｇａｓｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ，ｂｙｐａｓｓｄａｍｐｅｒａｎｄａｎｔｉｓｅｐｔｉｃｓ，ｗｈｉｃｈｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＦＧＤｓｙｓｔｅｍａｎｄｍａｉｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｐｌａｎｓｆｏｒｔｈｅｓｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅ，ａｎｄｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｓａｂｏｕｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｙｐｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｗｅｒｅｇｉｖｅｎｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｕｎｉｔ；ｆｌｕｅｇａｓｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ（ＦＧＤ）ｐｒｏｃｅｓｓ；ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｙｐｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎ收稿日期：２００８－０３－１０１　脱硫系统概况华电国际邹县发电厂（以下简称邹县电厂）四期工程２×１０００ＭＷ超超临界机组是国内首批百万千瓦超超临界机组，工程同时配套建设烟气脱硫装置。２台机组已经分别于２００６年１２月４日和２００７年７月５日通过１６８ｈ试运行，投入商业运行。烟气脱硫系统也与主机同步投运，实现了环保设施与主机建设“三同时”。该工程烟气脱硫系统采用石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺，每台机组设置１座吸收塔，单塔设计处理烟气量为３０４．７８５万ｍ３／ｈ，每塔配套４台浆液循环泵、２台增压风机、１台ＧＧＨ、３台氧化风机、２台脉冲悬浮泵；公用部分包括浆液制备系统、压缩空气系统、工艺水系统、电气及热工控制系统；另外，事故浆液箱、石膏脱水系统和废水处理系统与三期２套６００ＭＷ机组烟气脱硫系统共用，设在该期扩建工程场地内。系统设计钙硫摩尔比１．０３，脱硫效率大于９５％，除尘效率７５％，设计工况下每年可减排二氧化硫约３．９万ｔ。该工程总投资约３．３亿元。该湿法烟气脱硫工艺流程图如图１所示。图１　湿法烟气脱硫工艺流程图　第５期滕斌：１０００ＭＷ机组烟气脱硫工艺及主要设备选型分析·７１·　２　烟气脱硫工艺及设备选型分析２．１　烟气脱硫工艺的选则目前，全世界脱硫工艺共有２００多种，经过几十年不断地探索和实践，在火电厂上应用的脱硫工艺仅有１０种左右，其中广泛使用的烟气脱硫工艺主要包括石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺、海水烟气脱硫工艺、旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺、炉内喷钙加尾部烟道增湿活化脱硫工艺、循环流化床烟气脱硫工艺及湿式氨法烟气脱硫工艺等。石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺是目前世界上应用最广泛，技术最成熟的烟气脱硫技术，也是在大型发电机组上应用业绩最多的工艺。不同脱硫公司开发的石灰石－石膏湿法脱硫工艺各有特点，如日本三菱重工的液柱喷淋塔技术、德国鲁奇比晓夫公司的池分离器技术和脉冲悬浮系统、美国Ｍａｒｓｕｌｅｘ公司的吸收塔液相再分布装置（ＡＬＲＤ）等。邹县电厂四期脱硫工程选择以德国鲁奇比晓夫（ＬＬＡＧ）公司为技术支持方的石灰石－石膏湿法脱硫工艺。该工艺除具有石灰石－石膏湿法脱硫工艺技术的共同特点外，还具有独特的技术特点。（１）采用池分离器技术，将吸收塔反应池分为ｐＨ值不同的２部分，可以在单回路系统内获得双回路系统的效果，分别为氧化和结晶过程提供最佳反应条件，提高石膏质量并得到最佳的氧化空气利用效率，从而进一步提高脱硫效率。将反应池分为２个反应区的优点是：１）反应池上部浆液的ｐＨ较低，根据亚硫酸盐和亚硫酸之间的平衡关系，较低的ｐＨ值有利于提高氧化效率；２）由于鼓入氧化空气，造成石灰石溶解度降低的ＣＯ２被强制从浆液中排除，因此，底部加入的石灰石的溶解过程得以优化；３）石膏浆液排出处的石灰石浓度最低而石膏浓度最高，这对于获得高纯度石膏最为有利；４）底部添加新鲜的石灰石，ｐＨ值随之上升，提高了吸收ＳＯ２的能力。（２）采用脉冲悬浮系统，避免在吸收塔内安装易磨损腐蚀、搅拌不够均匀的机械搅拌部件。该系统具有节省能量、搅拌均匀、在长时间停运后重新投运时可使吸收塔浆液快速悬浮、停车时无需运行脉冲悬浮泵等优点。脉冲悬浮系统（如图２所示）是利用吸收塔外部的脉冲悬浮泵提供浆液脉冲能量。塔内不安装搅拌器，而是采用几根带有朝向吸收塔底的喷嘴的管子。在运行或停机后重新投运时，通过脉冲悬浮泵将液体从吸收塔反应池上部抽出，经管路重新输送回反应池底部。当液体从喷嘴中冲出时就产生了脉冲，该脉冲可以搅拌起塔底固体物，防止产生沉淀。脉冲悬浮搅拌是ＬＬＡＧ的专利技术。图２　脉冲悬浮系统示意图　　脉冲悬浮系统的优点为：　　（１）吸收塔反应池内没有机械搅拌器或其他的转动部件；（２）塔底不会产生沉淀；（３）所需能量低于机械搅拌器，脱硫装置停运期间无需运行，搅拌效果可以调节；（４）提高了脱硫装置的可用率和操作安全性。可以在吸收塔正常运行期间更换或维修脉冲悬浮泵，无需中断脱硫过程或是排空吸收塔；（５）加入反应池内的新鲜石灰石可以得到连续而均匀的混合，进而有利于降低吸收剂化学计量比。邹县电厂四期２台１０００ＭＷ机组烟气脱硫系统及三期２台６００ＭＷ机组烟气脱硫系统均采用了德国鲁奇比晓夫技术，通过投运后观察，脉冲悬浮系统优点较为明显。６００ＭＷ机组因备用原因，脱硫系统（包括脉冲悬浮系统）曾停运２０ｄ，重新启动后搅拌效果良好，吸收塔内部未产生沉淀。１０００ＭＷ机组烟气脱硫系统备用重启后，也未发生沉淀现象。根据运行经验，备用期间每间隔一周启动脉冲悬浮泵２４ｈ，可以保证重启后不会发生沉淀现象。另外，吸收塔反应池内没有机械搅拌器或其他转动部件，不但节省了厂用电，而且不会有搅拌器叶片磨损等故障，使系统的故障率减少、可靠性增加。针对近期有些电厂脱硫系统反应池搅拌器叶片断裂、磨损等情况，结合邹县电厂实际运行情况，笔者认为脉冲悬浮系统值得推广。２．２　增压风机的选型湿法烟气脱硫工艺系统中，增压风机是主要设备之一。在ＦＧＤ中，烟气流经脱硫烟道系统及吸收塔内时，均会产生一定压力损失。为使ＦＧＤ出口烟　·７２·华电技术第３０卷　气保持足够压力进入烟囱排放，需外加压力以克服系统内阻力，这部分外加压力由增压风机提供。２．２．１　增压风机的位置及选型由于该工程烟气脱硫系统设置烟气换热器（ＧＧＨ），增压风机选择布置在Ａ位置（如图３所示），这样增压风机可以不采取防腐措施，避免了可能因防腐不过关而引起的腐蚀问题，也可以实现增压风机的国产化，大大降低了初投资。图３　增压风机布置位置　　增压风机的选型，根据需要可以在离心风机、静叶可调轴流式风机（以下简称静调风机）和动叶可调轴流式风机（以下简称动调风机）中进行选择。离心风机由于存在体积大、占地面积大及检修起吊困难等弊端，在烟气脱硫工程中较少被采用，增压风机一般选择轴流风机。动调风机和静调风机各有优缺点。动调风机的优点是可随负荷变化调节叶片开度，调节方式灵活，在低负荷时效率比离心风机和静调风机高、运行功耗小、经济性好；缺点是带有液压系统，结构比较复杂、转动部件较多、安全系数降低、初投资和维修费用较高。静调风机的优点是结构简单、转速较低、可靠性较高、初投资和维修费用低，但其调节效率低于动调风机，对负荷的适应性不如动调风机好、运行时功耗大、运行费用高、风机体积较大。由于动调风机和静调风机在结构特性、运行维护、功率消耗及初投资等方面各有特点，不同的工程应该根据实际情况进行分析和选择。另外，增压风机布置在Ａ位置，其运行条件与锅炉引风机相同，为了保持调节上的一致性，脱硫风机最好选用与锅炉引风机同种类型甚至同型号的型式。综上所述，静调风机在初投资和维修方面有优势，而动调风机在运行性能方面有优势，所以，应根据工程实际情况来考虑增压风机的选型。２．２．２　邹县电厂四期脱硫系统该工程脱硫系统开始倾向于选择动调风机，后来根据工程具体情况进行分析，确定选用静调风机。每炉设２台增压风机，共４台。该工程选择静调风机主要基于以下３点考虑。（１）由于四期工程锅炉引风机采用静调风机，为保持与其型式上的一致，便于运行调节，脱硫增压风机也宜采用静调风机；另外，静调风机结构简单、转速低、可靠性好一些，对保证百万千万机组污染物“零排放”更加有利。（２）性能和功耗方面。四期工程采用超超临界机组，热效率高，发电煤耗比亚临界机组节省标准煤５０～８０ｇ／（ｋＷ·ｈ），所以从降低发电成本的角度来讲，２台１０００ＭＷ机组投产后，会首先保证这２台机组的负荷，机组运行在高负荷区域的时间较多。静调风机在高负荷时的效率与动调风机差不多，功耗也差不多，动调风机在调峰方面运行经济性好的特点体现不出来，二者的运行经济性差别不大。（３）成本方面。静调风机在初投资和维修方面有优势，动调风机比静调风机初投资高１００万元左右，维护费用高２５万元左右。根据邹县电厂所在电网情况及机组计划负荷分配及运行模式，综合考虑机组调峰、电价、运行费用、初投资等因素，对动调风机和静调风机的成本进行了估算，选用动调风机比选用静调风机的成本每年高－２．９７～＋７．３１万元［１］。即选用动调风机比选静调机的成本可能高也可能低，这主要取决于其负荷分配、运行模式、上网电价等因素。因此，从综合成本方面来讲，选用动调式风机和静调风机的差别不大。ＤＬ５０００—２０００《火力发电厂设计技术规程》中要求：“大容量锅炉的吸风机宜选用高效离心风机或静叶可调轴流式风机。当风机进口烟气含量能满足风机要求，且技术经济比较合理时，可采用动叶可调轴流风机”。电力规划设计总院在审查《６００ＭＷ引进型机组主厂房参考设计》初步设计后的结论是：静调风机优于动调风机，动调风机优于双速离心风机。静调风机价格比动调风机低２０％左右，效率低３％左右，特别在低负荷情况下，效率下降比较大。静调风机的主要优势是价格低、具有较高的耐磨性能、结构简单、需要维护的部分少。后导叶是最主要的易磨件，通常设计成可拆卸式，更换方便。同时，叶轮叶片经过１～２个大修期后还可在原轮毂上实　第５期滕斌：１０００ＭＷ机组烟气脱硫工艺及主要设备选型分析·７３·　表２　技术参数比较表方案原烟气进口温度／℃净烟气出口温度／℃原烟气侧传热面积／ｍ２净烟气侧传热面积／ｍ２主要材质外形尺寸（长×宽×高）／ｍｍ质量／ｔ１１１３．７５８０２０３８０２０３８０碳钢镀搪瓷２１５００×２１５００×５６１５６８２２１１３．７５８０１０３００（单台）１０３００（单台）碳钢镀搪瓷１５４９０（单台）×１５４９０（单台）×４５２５（单台）６９０３１１３．７５８０３８１１１３９８４５碳钢镀搪瓷１３０００×１６０００×２５０００２８６６现３～４次更换叶片处理，进一步延长了叶轮寿命。参考锅炉引风机的选型，