石灰石-石膏湿法脱硫在中小锅炉上的应用

李钦武

（浙江博奇电力科技有限公司，杭州 310023）

近十多年来，电力行业上马了大批脱硫项目。其中，大型火电厂的烟气脱硫项目主要采用国外应用较成熟、业绩较多的石灰石-石膏湿法工艺，其脱硫效率高，但系统复杂、投资大、占地面积大、运行成本较高，所以中小锅炉多采用干法、半干法工艺，以降低投资和运行费用。但是随着环保标准的提升尤其是《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的发布，大多数采用干法、半干法工艺的脱硫项目很难达标。国内企业迫切需要投资少、运行成本低、效率高的脱硫技术。在此背景下，将大型湿法脱硫工艺应用到中小锅炉，成为一件迫切的事项。本文介绍了山东某自备电厂进行了石灰石-石膏法的优化改造工程。

1 工程概况

该自备电厂现有锅炉为一台130t/h循环流化床锅炉和一台150t/h煤粉炉同时运行。脱硫工艺采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺技术，两炉一塔。吸收塔采用逆流喷淋空塔，吸收塔上部设置顶标高为70m的直排烟囱，吸收塔及脱硫公用系统的容量按锅炉总负荷300t/h，100%BMCR工况设计。不设GGH，烟气直接从塔顶烟囱排放；不设石灰石粉磨制系统，直接采用外购石灰石粉制浆；不设废水处理系统，将脱硫废水排至锅炉冲渣沟道，统一处理。

2 工程设计

2.1 原始参数

工程原始参数如表1。

表1 原始参数

2.2 工艺原理

2.2.1 吸收过程

吸收液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。这些液滴与塔内烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，烟气中的SO2、SO3及HCl 、HF被吸收。SO2吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终生成石膏。

为了维持吸收液恒定的pH值并减少石灰石耗量，石灰石浆液被连续加入吸收塔，同时吸收塔内的吸收剂浆液被搅拌机、氧化空气和吸收塔循环泵不停地搅动，以加快石灰石在浆液中的均布和溶解。

2.2.2 反应原理

脱硫系统的化学过程描述如下：

（1）吸收反应

烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触，循环浆液吸收大部分SO2，反应如下：

（2）氧化反应

一部分HSO3-在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO3-在反应池中被氧化空气完全氧化，反应如下：

（3）中和反应

吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的浆液在吸收塔内再循环。中和反应如下：

（4）其他污染物

烟气中的其他污染物如SO3、Cl-、F-和尘都被循环浆液吸收和捕集。SO3、HCl和HF与悬浮液中的石灰石按以下反应式发生反应：

2.3 设计参数

脱硫除尘岛的设计按照锅炉最恶劣工况进行，具体设计参数如表2。

表2 设计参数

3 系统组成

该脱硫工程工艺系统主要由烟气系统、吸收塔系统、氧化空气系统、吸收剂制备及加浆系统、石膏脱水系统、工艺水系统等组成。

吸收塔为逆流喷淋空塔，就地强制氧化方式。脱硫产物石膏经一、二级脱水，汽车外运处置。吸收剂制备系统按买粉制浆方案考虑。脱硫废水为石膏滤液，直接送到锅炉房冲渣或粉煤灰调湿用，不另行设置脱硫废水处理系统。

3.1 烟气系统

烟气系统将未脱硫的烟气引入脱硫装置，脱硫后的洁净烟气从塔顶烟囱排放。

在脱硫系统的引入烟道设有双百叶窗式挡板门（FGD进口挡板门），脱硫装置投运时，FGD进口挡板门打开，烟气通过脱硫装置。在脱硫装置发生故障或检修时，FGD进口挡板门关闭，烟气可通过旁路烟道进入烟囱，从而不会影响锅炉和发电机组的运行，在旁路烟道上设双百叶窗挡板门。2台75t/h锅炉烟气挡板门及密封风机利用买方原有设备，130t/h和150t/h锅炉烟气挡板门及密封风机由卖方供货。

3.2 吸收塔系统和氧化空气系统

该脱硫工程设一座集吸收、氧化于一体的吸收塔，其上部为吸收区，下部为氧化反应槽。吸收塔内烟气与吸收浆液逆向接触。吸收塔壳体用碳钢制作，内采用耐磨玻璃鳞片树脂防腐。其中，吸收塔设4台浆液循环泵，塔内设4层雾化喷淋层，分别对应4台循环泵。吸收区上部设2级除雾器，除雾器材质为聚丙烯。除雾器的上下游均设冲洗喷嘴，定期自动冲洗。吸收塔下部为氧化槽，其功能是接受和储存脱硫吸收剂，鼓风氧化亚硫酸钙，结晶生成石膏。氧化槽侧壁设3台侧入式搅拌器。氧化空气分布装置提供CaSO3氧化成CaSO4所需的空气量，通过管网使之分布均匀。氧化风机共两台，一运一备。

3.3 吸收剂制备及加浆系统

外购的石灰石粉用粉罐车运至脱硫现场。粉罐车自带空压机用于卸料。脱硫现场设一粉仓，按3台锅炉3天用量考虑。石灰石粉通过仓底称重给料机进入制浆池，配成含固量约为30%的石灰石浆液，再通过石灰石加浆泵送到脱硫吸收塔。石灰石粉装料管由承包商负责设计、施工，接口位于距地面1.5m处，管道弯头应为耐磨材料。

石灰石浆液制备系统全套至少包括：卸料系统、石灰石粉贮仓、给料系统、石灰石供浆系统。

3.4 石膏排出及一、二级脱水系统

脱水系统中设两级脱水设备，一级脱水设备为水力旋流器，二级脱水设备为真空式皮带脱水机，配备一套水力旋流器和真空皮带脱水系统，并预留一套的空间，单台设备出力按设计工况下100%的石膏产量选择，且不小于50%校核工况下的石膏产量。

来自吸收塔的石膏浆液经吸收塔排浆泵后进入石膏旋流器，浓缩后的浆液再经过真空皮带脱水机脱水，脱水的同时对石膏进行冲洗，以满足石膏综合利用的品质要求，脱水后石膏含水量为10%（wt），进入石膏库或石膏仓贮存。滤液返回吸收塔作为补充水，以维持吸收塔内的液面平衡。旋流器的溢流返回吸收塔。

3.5 工艺水系统

从电厂供水系统引接至脱硫岛的水源一路。工艺水系统满足FGD装置正常运行和事故工况下脱硫工艺系统的用水。工艺水箱的可用容积按脱硫装置正常运行1小时的最大工艺水耗量设计。供方优化工艺水系统的设计，节约用水。设备、管道及箱罐的冲洗水和设备的冷却水回收至集水坑或浆池、浆液箱重复使用。

4 运行情况

2012年6月初，脱硫系统投运，顺利通过了168h的试运行考核，并移交给电厂运行。在考核运行时，脱硫除尘岛的入口SO2浓度最高达到近5000mg/Nm3，接近设计最大浓度值，可以确保97%以上的脱硫效率，最高达到99%，同时脱硫后出口粉尘排放在20～30mg/Nm3之间，满足环保要求。该次考核的运行参数如表3。

5 技术经济分析

技术经济分析结果如表4（按照BMCR负荷，设计煤种）。从表4可看出，脱硫系统优化后，每年可创造经济效益71.9万元。

表3 运行参数

表4 技术经济分析

项目 数据4.合计定员（人）8工资、福利总成本（万元/a） 24 FGD装置运行可减少SO2排污费（万元/a） -728.06石膏销售收入（万元/a） -72脱硫剂消耗成本（万元/a） 403.2厂用电消耗成本（万元/a） 288工艺水消耗成本（万元/a） 12.96脱硫成本合计（万元/a） -71.9

6 结语

该脱硫系统的成功运行表明，石灰石-石膏湿法脱硫工艺可以通过优化，运用到中小锅炉上，运行可靠稳定、经济。取消GGH而代之以塔顶湿烟囱，取消石灰石颗粒磨制系统，将排出的废水与厂区废水合并统一处理，可大大降低造价，取得良好的社会效益和经济效益。