湿法脱硫在燃用低硫褐煤机组上的应用

1湿法脱硫在燃用低硫褐煤机组上的应用韩伟(华能呼伦贝尔公司，内蒙古呼伦贝尔市021008)摘要：主要介绍石灰石-石膏湿法脱硫用在燃用低硫褐煤机组的背景、方案确定以及投运效果，希望通过对燃用低硫褐煤伊敏发电厂脱硫的介绍,使大家对燃用低硫煤的火力发电厂，采用湿法脱硫有更详细的了解，同时也为燃用低硫煤的火力发电厂，在脱硫工艺选型方面提供参考。关键词：烟气脱硫背景方案效果1三期工程考虑脱硫的背景华能伊敏电厂位于内蒙古自治区呼伦贝尔市伊敏河镇境内，一期工程建设2×500MW超临界燃煤机组，1999年投产；二期扩建工程安装2×600MW亚临界燃煤机组，2007年投入运行。三期扩建工程安装2×600MW超临界燃煤机组，锅炉、汽机、发电机分别由哈尔滨锅炉厂、哈尔滨汽轮机厂、哈尔滨电机厂供货。2008年开工，2010年投产发电。伊敏电厂燃用低硫褐煤，一、二期工程根据国家当时“火电厂大气污染物排放标准”，没有安装脱硫设备，三期工程如果不加装脱硫设备，烟气排放浓度不超标，但二氧化硫排放总量将会超过当地环保部门批复的总量。企业从发展的角度考虑，同时结合自己的实际情况，决定同步安装脱硫设备，并于2008年获得国家发展和改革委员会核准，同年进行开工建设。2脱硫方案的确定对于伊敏电厂燃用的硫份低（最高硫份为0.17%）、水分高、烟气量大的褐煤炉上安装什么工艺的烟气脱硫装置？既要考虑它的脱硫效果、投资、运行的可靠性、经济性又要考虑最终能否满足当地环保部分批复的二氧化硫排放总量，针对这些因素和担心，结合国内已有的十多种烟气脱硫工艺技术，根据伊敏发电厂三期机组容量、电厂燃料、地理位置等因素，对几种烟气脱硫工艺的成熟程度，适用性、可靠性和投资进行了比选，初步决定从石灰石-石膏湿法脱硫、循环流化床半干法中，确定一种脱硫方案，但针对这两种方案，我们有针对性的，从以下几个方面进行了调研：2.1场地问题伊敏电厂位于伊敏河镇境内，远离城市，是1989年国务院为实施资源优化配置批准的全国第一个煤电联营项目，伊敏电厂在开始建厂之前，按2000MW装机和1000万吨煤产量进行统一规划、统一设计、同步建设。将一次能源就地转化成二次能源，变输煤2为输电，成为东北经济区大型的能源基地。电厂燃煤通过煤矿至电厂的胶带机供给，机组循环冷却水补给水源采用煤矿开采过程中的疏干水，电厂的灰渣通过输灰栈桥长皮带由电厂送至煤矿回填采空区。正是由于这个优越的地理位置，丰富的资源及前期的合理规化，三期工程虽然是新建工程，但场地已得到解决。因此场地因素不是考虑的主要问题，只要按照规化用地即可。2.2两种脱硫工艺的主要特点2.2.1石灰石－石膏湿法脱硫工艺特点（1）可以直接采购石灰石粉或在厂内设置湿式球磨机，将易得且价格低廉的粒径20mm左右石灰石磨制成石灰石浆液，做为脱硫吸收剂。（2）脱硫效率和吸收剂的利用率很高。能够适应各种煤种和机组容量的烟气脱硫，运行可靠，可用率高，尤其适应大容量机组。脱硫效率可达到90%以上。（3）脱硫副产品石膏品质稳定，具有商业价值。（4）该工艺系统较复杂，占地面积大，且产生废水。2.2.2循环流化床半干法脱硫工艺特点（1）采用干态的消石灰粉作为吸收剂，吸收剂的利用率较低，脱硫效率一般在85%左右。（2）工艺流程简单，占地面积小，但消石灰制备系统复杂，投资大，硝化系统运行问题较多。（4）对电除尘器要求较高，粉尘排放指标较难控制。（5）适应煤种硫份变化能力较差，当煤种含硫量变化较大时难于保证脱硫效率。（6）脱硫工艺简单、工艺设备要求低，转动设备少，系统耗能少，脱硫过程不产生废水等二次污染。2.3经济与技术比较2.3.1两种脱硫工艺的经济对比分析由于国内尚无600MW机组循环流化床半干法脱硫系统应用实例，对其经济性无法确切分析，因此仅就目前掌握的数据进行对比分析。对于2×600MW机组湿法脱硫系统，EPC总承包方式的投资约在1.5亿元，加上静电除尘器（按四电场考虑）投资约0.45亿元，除尘脱硫总投资近2亿元。对于2×600MW机组半干法脱硫系统（含除尘器），EPC总承包方式的投资约2.2～2.5亿元（国内某2×600MW机组投标报价，尚未包括石灰石煅烧系统）。可见，从目前国内湿法和半干法脱硫系统发展状况看，2×600MW机组半干法脱硫系统在投资上并无优势。32.3.1两种脱硫工艺的在三期工程应用的技术分析（1）循环流化床半干法脱硫工艺循环流化床半干法脱硫工艺在国内只有300MW机组以下的运行业绩，在运行中暴露出的问题较多，此种脱硫工艺有待于进一步研究和完善。对于三期工程600MW机组，且燃用褐煤、烟气量大的情况，即使每台炉做成两套对应300MW机组容量的循环流化床半干法脱硫系统，尚存在两套系统运行及调节的平衡问题，实际运行并不完全等同于单台300MW机组配一套脱硫系统的情况，更需做深入的研究和试验。循环流化床半干法脱硫系统应用于三期工程具有一定的风险性。由于伊敏飞灰中的成份特性，若采循环流化床半干法脱硫系统要特别注意物料循环及电除尘器的结构设计，才能确保该系统正常运行并满足环保要求。循环流化床半干法使用的吸收剂为消石灰，原材料需要生石灰，锻烧石灰石的回转窑系统复杂、占地及投资大。经现场了解机组满负荷运行时，循环流化床的烟尘排放浓度高已超过国家环保总局制定的《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003）》第3时段排放的要求，其中排放的烟尘浓度小于50mg/Nm³。脱硫效率低，同时水耗、厂用电率、每千瓦造价并没有显示出优越性。（2）石灰石－石膏湿法脱硫工艺在国内600MW机组已得到广泛应用，工艺系统成熟、运行稳定可靠，应用于三期工程不存在风险，脱硫效率高，脱硫反应速度快，钙利用率高，烟气排放能满足国家环保总局制定的《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003）》第3时段排放的要求，其中排放的烟尘浓度都小于50mg/Nm³。通过对两种脱硫系统的调研及分析，石灰石－石膏湿法脱硫系统技术成熟，运行可靠，脱硫效率高，适用各种煤种，运行调整方便，市场占有率在90%以上，湿法的各种消耗及排放指标优于半干法，且投资相差不大，同时考虑以后国家制定的烟气排放标准会提高，最终确定了采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺用于三期工程。3石灰石-石膏湿法脱硫在伊敏发电厂的应用情况3.1设计资料三期工程脱硫采用一炉一塔方式，烟气进行100％处理，脱硫效率大于90%。主要包括以下系统：吸收塔系统、烟气系统、吸收剂制备系统、石膏处理系统、事故浆液系统、工艺水系统和废水处理系统等。燃煤为本地褐煤，主要是挥发份高，水分大、排烟温度高，烟气量大等特点。主要设备参数、煤质分析、灰熔点特性、灰成份分析、烟气参数4见下表1、表2、表3、表4、表5。表1主要设备参数设备名称参数名称单位参数锅炉型式超临界参数变压运行直流炉过热器蒸发量(BMCR)t/h1900锅炉排烟温度(BMCR)（除尘器出口修正后）℃137.5锅炉实际耗煤量(BMCR)t/h472（校核煤质502）除尘器数量（每台炉）2型式双室四电场除尘效率％99.7引风机出口灰尘浓度（Ｏ２＝６％，干态）200mg/Nm3引风机型式及配置(BMCR)动叶可调轴流风机，2台风量（BMCR）TBm3/s634.9(单台风机)风压TBPa8182电动机功率kW6300烟囱高度m240材质外筒混凝土、内筒砌筑防腐玻化砖表2煤质分析名称符号单位设计煤种上限煤种下限煤种收到基碳份Car%34.5936.0432.77收到基氢份Har%2.032.131.94收到基氧份Oar%11.3011.7510.71收到基氮份Nar%0.350.360.33收到基硫份Sar%0.140.170.12收到基灰份Aar%12.0910.5514.13收到基水份Mar%39.5039.0040.00空气干燥基水份Mad%11.1013.999.13干燥无灰基挥发份Vdaf%4544.3044.30低位发热量Qnet,ar(kcal/kg)2815295826355可磨性系数HGI-77.881.566磨损指数AImg/kg2321.528表3灰熔点特性名称符号单位设计煤种上限煤种下限煤种灰变形温度DT℃115512051110灰软化温度ST℃121012551150灰流动温度FT℃124312901170表4灰成份分析名称符号单位设计煤种校核煤种二氧化硅SiO2%26.2829.60三氧化二铝Al2O3%22.7721.0三氧化二铁Fe2O3%6.328.28二氧化钛TiO2%0.850.78三氧化硫SO3%6.249.21氧化钙CaO%13.327.32氧化镁MgO%2.701.98氧化钾K2O%1.682.04氧化钠Na2O%0.390.68二氧化锰MnO2%0.150.13表5烟气参数表项目单位设计煤种校核煤质备注烟气成分CO2Vol%12.482912.3681（标准状态、湿基、实际氧）O2Vol%4.75524.7297N2Vol%67.522467.0561SO2Vol%0.03380.0355H2OVol%15.205515.81056项目单位设计煤种校核煤质备注烟气成分CO2Vol%14.721414.6908（标准状态、干基、实际氧）O2Vol%5.60805.6172N2Vol%79.630779.6490SO2Vol%0.03990.0422FGD入口烟气量(单台炉量)Nm3/h19606241970109标态，干基实际氧Nm3/h24280392458310标态，湿基实际氧Nm3/h18103911816296标态，干基6%O2Nm3/h22419902266382标态，湿基6%O2FGD入口烟气温度℃165165FGD设计温度180180旁路烟道最高连续运行烟温（不超过20min）180180最高（旁路烟温）FGD入口烟气压力Pa8080额定工况SO2mg/Nm310851085标态，干基，6％O2SO3mg/Nm32020标态，干基，6％O2Cl(HCl)mg/Nm35050F(HF)mg/Nm315157项目单位设计煤种校核煤质备注烟尘浓度（引风机出口）mg/Nm32002003.2投运效果机组投产后，脱硫与主机同步运行，通过对一年后的数据分析，同时也进行了性能考核试验，发现脱硫效率都超过90%；二氧化硫排放浓度都小于100mg/Nm3；烟气粉尘平均浓度小于30mg/Nm3；石灰石粉耗量平均值约为3.5t/h；除雾器出口的雾滴含量平均值小于75mg/m3；吸收塔阻力分别为867Pa和812Pa。电耗、水耗等其余各项指标也均达到设计保证值的要求。4建议随着社会的发展，人们对环保工作的越来越重视，国家制定的火电厂大气污染物排放标准的也在相应提高，所以对于燃用低硫煤的火电机组来说，烟气脱硫也成了迫在眉睫需要解决的问题，在脱硫工艺选型方面一定要慎重，希望本文能给同仁提供一个借鉴，同时还应注意脱硫后的烟囱防腐，对于北方地区还应考虑烟囱筒首结冰问题。伊敏电厂的投产，既拉动了少数民族边疆地区的经济建设，同时也始终贯彻公司“在开发中保护，在保护中开发”可持续发展方针，改善周边环境，给这片美丽的大草原留下一片蓝天。参考文献：[1]华能伊敏电厂三期(2×600MW)扩建工程脱硫岛初步设计。[2]华能伊敏电厂三期(2×600MW)扩建工程烟气脱硫专题报告。[3]伊敏三期机组性能试验报告及环保实验室实测数据。