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国电聊城发电有限公司1石灰石－石膏湿法双循环脱硫技术张绍振2014.12国电聊城发电有限公司21我国大气污染物排放标准国电聊城发电有限公司3《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)表1火力发电锅炉及燃气轮机组大气污染物排放浓度限值(单位mg/m3)序号燃料和热能转化设施类型污染物项目适用条件限值污染物排放监控位置1燃煤锅炉烟尘全部30烟囱或烟道二氧化硫新建锅炉100200(注1现有锅炉200400(注1氮氧化物(以NO2计)全部100200(注2汞及其化合物全部0.03•注1:位于广西壮族自治区、重庆市、四川省和贵州省的火力发电锅炉执行该限值。•注2:采用W型火焰炉膛的火力发电锅炉,现有循环流化床火力发电锅炉,以及2003年12月31日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉执行该限值.国电聊城发电有限公司4《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)表2大气污染物特别排放限值(单位mg/m3)序号燃料和热能转化设施类型污染物项目适用条件限值污染物排放监控位置1燃煤锅炉烟尘全部20烟囱或烟道二氧化硫全部50氮氧化物(以NO2计)全部100汞及其化合物全部0.03•注:重点地区的火力发电锅炉和燃气轮机组执行表2规定的大气污染物排放特别排放限值。国电聊城发电有限公司5环保部2013年03月05日第14号公告目前，我国对火力发电厂的环保要求越来越严格，火电厂大气污染物排放标准进一步提高，根据环保部2013年03月05日发布的第14号《关于执行大气污染物特别排放限值的公告》，位于“三区十群”内的火力发电机组在“十三五”期间，都必须达到二氧化硫50mg/m3的排放限值；这就意味着不论是新建电厂，还是现有电厂，都将面临着脱硫效率要求大于98%的情况。此时，在不改变石灰石做为脱硫剂的前提下，石灰石－石膏湿法双循环脱硫技术就成为了一个很好的解决方案。国电聊城发电有限公司6针对新环保政策及未来形势的几种改进路线•脱硝：SCR与炉内低氮结合•除尘：电除尘增加电场、电袋与湿除结合•脱硫：逐步向湿钙法统一，并普及双循环技术，包括单塔双循环和双塔双循环•脱汞及重金属：主要以湿除为主•脱碳：目前还以采集深埋为主要研究方向国电聊城发电有限公司72石灰石－石膏湿法单塔双循环脱硫技术国电聊城发电有限公司82.1工艺流程双循环脱硫技术原是德国诺尔公司的一种石灰石-石膏湿法脱硫技术.由于德国诺尔公司已经被德国FBE公司收购，技术属FBE公司所有。国电聊城发电有限公司9图1双循环工艺流程图国电聊城发电有限公司102.2工艺描述•烟气经过两个不同的循环过程和石灰石反应后得到净化：Quench循环（一级循环）Absorber循环（二级循环）•每个循环回路有不同的化学反应过程，固体浓度，固体类型和pH值：Quench循环pH值=4.5-5.3Absorber循环pH值=5.8-6.4•氧化空气被鼓入到Quench循环，在较低的pH值下，有利于氧化过程。氧化空气同时也被鼓入到Absorber循环，以避免结垢。•如果采用石灰石作为脱硫剂，则细碎的或者粒径较大的石灰石都能使用；输送方式可以采用：干磨和气力输送给料系统湿磨和浆液给料系统国电聊城发电有限公司112.3系统优点•对SO2的大范围变化有很好的适应性；尤其适用于含硫量较高的煤质或者脱硫效率要求97％的FGD系统。•能适应烟气中二氧化硫的较大偏差和快速变化。•在Quench循环中，烟气能够得到预处理：降低烟气中含尘量降低HCl和HF含量——有利于箱罐材质选择•每个循环的控制都是独立的，并且易于优化和快速调整。对于一些不利的运行工况，能够迅速反应：燃料变化负荷变化国电聊城发电有限公司122.3系统优点—续•在Quench循环由于pH值较低4–5，能够保证脱硫剂的溶解吸收过程，并生成高品质的石膏。•在Absorber循环由于pH值较高6，能够保证非常高的脱硫效率和较低的液气比，大幅降低循环泵的能耗。•每个循环的化学反应都是独立控制的，能够允许使用：品质较差的脱硫剂粒径较大的石灰石粉•石灰石输送给料系统比较简单，易于操作控制国电聊城发电有限公司132.4技术经济优点•由于Quench的浆池容积较小，降低了吸收塔的高度：降低抗风载和地震载荷的等级降低了投资成本•独立分离的Quench浆池和ATF浆池可以减小事故浆罐的存储容积：降低投资成本•锥型结构的收集碗用于分隔两个循环区域，均布烟气，减少烟气分层：均布烟气流场较小的液气比L/G降低投资和运行费用•可以优化材质，降低投资成本。国电聊城发电有限公司142.5材质选择范围•奥氏体不锈钢和镍基合金（完全使用和内衬）：吸收塔外壁收集碗漏斗喷淋层支撑结构•有机的防腐蚀材料（丁基橡胶和玻璃鳞片）：吸收塔外壁碳钢衬胶（和/）或防腐涂层收集碗烟道•玻璃纤维增强塑料（FRP）：吸收塔外壁收集碗喷淋层支撑结构烟道国电聊城发电有限公司153双循环吸收塔的改进国电聊城发电有限公司163.1双循环吸收塔原烟气入口的改进原设计改进后国电聊城发电有限公司173.2双循环吸收塔收集碗和返回AFT浆池管道的改进原设计改进后国电聊城发电有限公司183.3双循环吸收塔内部结构的改进原设计改进后国电聊城发电有限公司194双循环吸收塔的业绩国电聊城发电有限公司204.1双循环吸收塔的运行业绩表•原烟气SO210.000mg/m3(标，干)：共20台•原烟气SO210.000mg/m3(标，干)：共55台国电聊城发电有限公司214.2投运实例：德国黑泵2X800MW电厂国电聊城发电有限公司22•基本负荷电站•无旁路系统•无可用时间限制（16000小时）•无可用率限制•石膏品质高含水量6％•石灰石粒径：90％90微米•石灰石存储容积：大约5个小时•在第二个循环不含亚硫酸盐4.2.1德国黑泵电厂烟气脱硫双循环系统的基本情况国电聊城发电有限公司234.2.2黑泵电厂+IVBoxberg电厂FGD材料选择(褐煤SO2：7500mg/Nm3)国电聊城发电有限公司244.2.3黑泵电厂FGD设计数据•机组容量800兆瓦2台机•褐煤硫含量在0.3－1.4％每台炉的设计数据•烟气流量1.8×106m3/h标态，湿态•烟气温度130-190°C。•二氧化硫最大输入7250mg/m3标态，干态正常4000mg/m3标态，干态•二氧化硫最大输出5％400mg/m3标态，干态•石灰石最大耗量18.5t/h•石膏最大产量33.5t/h国电聊城发电有限公司254.2.4黑泵电厂烟气脱硫技术的特点•通过冷却塔排放烟气－增强烟气扩散效果•无烟气换热器•无烟气旁路－减少烟道•全金属吸收塔－延长使用寿命，降低维护费用•玻璃钢浆液管道－无腐蚀，延长使用寿命•高品质固体颗粒分离－石膏质量高•双循环吸收塔－脱硫率高，能耗低国电聊城发电有限公司264.2.5黑泵电厂烟气脱硫装置的主要组成•吸收塔H=45MD=18米重量500吨镍合金，不锈钢，包覆钢进口和收集碗2.4819Quench循环2.4819覆盖上部流程1.4565/1.4529出口1.4439•AFT浆液罐高=15MD=16m材料：1.4565•泵（全金属）Absorber循环浆液泵4×8000m3/hQuench循环浆液泵3×3600m3/h•管道：浆液管道FRP－玻璃纤维增强塑料（Dmax=1.4m）水和空气碳钢•真空皮带机：过滤面积3×53m2国电聊城发电有限公司274.2.6黑泵电厂净烟气冷却塔排放（烟塔合一）国电聊城发电有限公司284.2.7黑泵电厂净烟气冷却塔排放（烟塔合一）国电聊城发电有限公司294.3投运实例：Jänschwalde电厂（6X500MW）国电聊城发电有限公司30jänschwalde电厂（6×500MW）的设计数据•机组容量6X500兆瓦•烟气流量18×106m3/h标态，干态•原烟气SO2浓度6000mg/m3标态，干态•脱硫前的硫排放量108000kg/h•脱硫效率95％•脱硫后的硫排放量5400kg/h•水耗250.000m3/h•石灰石耗量700.000t/年•石膏产量1.300.000t/年•石膏用途工业综合利用国电聊城发电有限公司315对比单循环湿法烟气脱硫系统国电聊城发电有限公司325.1单塔单循环工艺流程国电聊城发电有限公司335.2单循环吸收塔结构图国电聊城发电有限公司345.3双循环吸收塔结构图国电聊城发电有限公司355.4吸收塔本体阻力比较•以泰州电厂二期工程脱硫为例，在同样的入口SO2浓度3500mg/Nm3条件下，保证出口SO2浓度为50mg/Nm3。•单循环设计•吸收塔直径：21.5m•塔内烟气流速：3.24m/s•液气比：17.36l/m3•喷淋层（循环泵）数量：6•循环泵流量：12500m3/h•浆池容积：6263m3•吸收塔高度：50.1m•吸收塔阻力：1452Pa•双循环设计•吸收塔直径：21.5m•塔内烟气流速：3.24m/s•一级循环液气比：5.44/m3•二级循环液气比：10.87l/m3•喷淋层（循环泵）数量：下2上4•循环泵流量：11500m3/h•一级循环浆池容积：1950m3•二级循环浆池容积：3541m3•吸收塔高度：54m•吸收塔阻力：1458Pa•由此看出单塔单循环和单塔双循环的系统阻力差别不大。国电聊城发电有限公司365.5吸收塔本体系统电耗比较•同样以泰州电厂二期工程脱硫为例，由于公用系统出力和系统阻力基本相同，故这部分电耗也基本相同，这里只比较吸收塔本体系统的电耗。•单循环设计•循环泵流量：6X12500m3/h•循环泵轴功率：940/1022/1105/1187/1270/1352kW•浆池容积：6263m3•浆池高度：17.25m•过氧空气系数：3.5•氧化空气量：32000Nm3/h•氧化风机轴功率：1330kW•搅拌器数量：下5上8•搅拌器轴功率：13X45kW•双循环设计•循环泵流量：6X11500m3/h•一级循环泵轴功率：885/960kW•二级循环泵轴功率：928/1003/1077/1213kW•一级循环浆池容积：1950m3液位高度：5.37m•一级循环浆池容积：3541m3液位高度：23m•一级循环过氧空气系数：2.0•一级循环氧化空气量：12500Nm3/h•一级循环氧化风机轴功率：282kW•一级循环过氧空气系数：5.0•一级循环氧化空气量：14500Nm3/h•一级循环氧化风机轴功率：710kW•一级循环搅拌器数量：5•二级循环搅拌器数量：下3上４•搅拌器轴功率：12X45kW•比较结果：双循环吸收塔本体系统电耗比单循环吸收塔本体系统电耗小约1193kW。国电聊城发电有限公司375.6单循环和双循环的对比单循环设计•喷淋空塔，单循环•光滑内壁，无附件•径向烟气入口•强制氧化系统•浆池容积大双循环设计•喷淋空塔，双循环•光滑内壁，内有收集碗•径向烟气入口•强制氧化系统，包括AFT浆池吸收塔浆池•吸收塔Quench循环浆池容积较小•吸收塔高度较小国电聊城发电有限公司385.6单循环和双循环的对比—续单循环设计•液气比L/G和能耗较高-设计工况时-连续运行时•烟气流速较高•单循环化学反应-PH值：5.3~5.8•在吸收塔内浆液易受电除尘故障/高氟/高铝等情况的污染双循环设计•液气比L/G和能耗较低-设计工况时-连续运行时•Quench循环的功能能够降低浆液被污染的风险•锥型收集碗能均布烟气流•双循环化学反应-Quench循环PH值：4~5.3-Absorber循环PH值：5.8~6•碳酸盐含量小•石膏纯度高国电聊城发电有限公司395.7烟气脱硫系统净烟气SO2的测量数据国电聊城发电有限公司405.8单循环和双循环的对比单循环设计•整个吸收塔采用单一材质•如果采用橡胶内衬，会产生较高的运行和维护费用•FRP或不锈钢喷淋层双循环设计•如果采用全金属吸收塔，可分层采用不同的金属材料•采用金属材质寿命较长•FRP或全金属喷淋层•事故浆罐容积较小国电聊城发电有限公司415.9单循环和双循环的应用范围对比影响因素•Cl浓度•含尘