火电厂炉内喷钙法烟气脱硫改造方案比选.pdf

火电厂炉内喷钙法烟气脱硫改造方案比选 陈活虎 宝钢工程技术集团有限公司， 上海 201900 摘要 针对某电厂新增炉内喷钙尾部增湿干法脱硫工艺无法满足排放要求， 分别从技术、 投资、 运行费用及对环境的改 善等方面对三个改造方案进行比较， 循环流化床干法因吸收剂耗量大导致运行费用过高失去优势， 石灰石 － 石膏法无 GGH 的投资和运行费用均比石灰石 － 石膏法设 GGH 经济， 但由于其污染物扩散性差、 烟气排放指标较高， 且存在低 温排烟腐蚀和石膏雨等问题， 综合技术、 投资、 运行费用和环境等因素， 石灰石 － 石膏法设 GGH 是最佳选择。 关键词 火力电厂; 无 GGH; 烟气脱硫; 石灰石 THE SELECTION OF REBUILDING SCHEMES OF LIMESTONE INJECTION INTO FURNACE DESULPHURIZATION IN THERMAL POWER PLANT Chen Huohu Baosteel Engineering ＆ Technology Group Limited Corporation，Shanghai 201900，China AbstractAccording to the fact that the flue gas emission cannot meet the limits，it is done a comparison of re schemes from technology，investment，operation cost and environmental enhancement． The results show that the CFB FGD with huge operation cost due to the huge requirement of absorbent is out of superiority． The investment and operation cost of the limestone- gypsum FGD without GGH are lower than those with GGH． On the other hand，the limestone-gypsum FGD with GGH has obvious advantage in pollutants diffusion，temperature of flue gas，erosion and gypsum drop and so on． In a conclusion，the limestone-gypsum FGD with GGH is the optimization scheme． Keywordspower plant;GGH-free;flue gas desulphurization;limestone 本文针对上海某电厂 350 MW 机组已建炉内喷 钙尾部增湿干法脱硫装置， 建成后在设计煤种情况下 烟气出口二氧化硫的浓度仍然超标， 综合脱硫效率一 直在 40 以下， 很难达到上海所要求排放的限值 小 于 200 mg/m3 ， 因此已建设施无法满足环保要求， 需 要对其进行整体 改造， 拟 从 石 灰 石 － 石 膏 湿 法 设 GGH、 石灰石 － 石膏湿法不设 GGH 和循环流化床干 法脱硫三种技术进行比选， 以期获得集经济效益、 环 境效益和社会效益最佳的改造方案。 1改造前脱硫现状 1. 1炉内喷钙尾部增湿工艺 炉内喷钙尾部增湿工艺流程见图 1。脱硫主要分为 两段进行， 第一段称之为 Rotamix 段， 通过向锅炉内高湍 流区、 混合良好的区域喷入石灰石粉， 喷入炉膛内的 CaCO3分解成多孔状的 CaO， 并与 SO2结合生成 CaSO3 及 CaSO4。使在锅炉内部实现一次脱硫。同时， 富余的 石灰石粉通过在锅炉空预器和除尘器之间的 IDH 反应 器内喷水增湿活化， 使之实现第二段脱硫 ［1- 2 ］。 图 1炉内喷钙尾部增湿工艺流程 1. 2脱硫运行现状 调试期间锅炉燃烧煤的含硫率约为 0. 84 ， 烟 气量约为 150 m3/h 标干 ， 温度为 150 ℃ ， 理论计算 锅炉排放烟气二氧化硫浓度约 2 000 mg/m3。经炉内 喷钙尾部增湿活化处理后， 脱硫效率始终小于 40 ， 通过近半年的调试， 脱硫效率无提高， 因此宣告该工 艺技术应用失败。 2拟改造的工艺方案 2. 1石灰石 － 石膏湿法设 GGH 以下对石灰石 － 石膏湿法设 GGH 简称为方案 15 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 一， 主要工艺流程见图 2。主要考虑从引风机和烟囱 之间的烟道引出烟气进入烟气脱硫装置。 图 2石灰石 － 石膏法脱硫工艺流程 石膏浆液在脱硫塔底池内驻留一定时间生成石 膏晶体。主要包括烟气换热系统、 吸收氧化系统、 吸 收剂制备和供应系统、 工艺水系统、 石膏脱水系统和 废水处理系统等。 2. 2石灰石 － 石膏湿法不设 GGH 以下对石灰石 － 石膏湿法不设 GGH 简称为方案 二， 主要工艺流程见图 2。与方案一的差别是不设 GGH， 因此脱硫处理后排放的烟气温度仅为 47 ℃ ， 而 烟气中有一定量的二氧化硫， 因此具有一定的腐蚀 性， 故原有老烟囱无法满足其直接排放的要求， 需新 上一座 120 m 高的湿烟囱排放脱硫处理后的烟气， 老 烟囱仅作为紧急工况下锅炉排烟用。 2. 3循环流化床干法 以下对循环流化床干法简称为方案三， 其主要工 艺流程见图 3。主要考虑从引风机和烟囱之间的烟 道引出烟气进入烟气脱硫装置。引出的烟气经过循 环流化床脱硫、 新增布袋除尘器后， 由新增脱硫增压 风机排往现有老烟囱另一侧入口。该方案主要由脱 硫塔、 脱硫除尘器、 脱硫灰循环系统、 吸收剂制备及供 应系统、 烟气系统、 工艺水系统、 流化风系统、 脱硫灰 外排系统等组成。 图 3循环流化床干法脱硫工艺流程 3方案比较 3. 1主要技术参数 三种方案的主要技术参数见表 1。 表 1各方案的主要技术参数 项目方案一方案二方案三 设计脱硫效率 /9595 95 出口 SO2浓度 / mgm － 3 100100100 排烟温度 /℃90 4780 运行电负荷 /kW4 3003 900 4 300 工业水耗 / th － 1 508555 CaCO3耗量 / th － 1 5. 15. 1－ CaO 耗量 / th － 1 －－6. 9 蒸汽 / th － 1 －－2. 0 压缩空气 / m3min － 1 44670 由表 1 可知 三种方案在保证出口 SO2浓度低于 100 mg/m3情况下， 水耗、 排烟温度、 吸收剂消耗、 电 耗等方面均不同。工业水消耗量方案一和方案三基 本一致， 明显低于方案二， 因此在工业用水紧张或缺 水的情况下， 耗水必然成为方案二限制条件。排烟温 度方案一最高， 可达 90 ℃ 以上， 烟气温度越高， 越有 利于烟气扩散， 可降低污染强度。方案二温度最低， 仅为 47 ℃ ， 低温烟气排放将会出现白烟、 烟气下沉、 石膏雨等环境问题 ［3- 4］， 将会造成一定的二次污染， 且 低温烟气腐蚀性较强， 将会对烟囱的使用寿命造成严 重威胁。吸收剂的消耗方案一同方案二， 均可利用石 灰石泥浆废料。方案三采用的吸收剂为氧化钙， 由于 高脱硫效率要求较高， 因此其 Ca/S 比很高， 将近达到 2. 5 以上， 因此氧化钙耗量为 6. 9 t/h。方案二的电耗 最低， 仅为 3 900 kW， 而方案一和方案三基本一致。 此外， 方案二的压缩空气消耗量最小， 主要用于仪表 用气， 方案一和方案三的压缩空气耗量相当。 3. 2占地 方案一用地面积最高， 为 2 800 m2， 方案二和方 案三的用地面积相当， 约为 2 500 m2。 3. 3投资与运行费用 各方案的投资及运行费用见表 2。投资费用的高 低顺序依次为方案一、 方案三和方案二。方案二的投 资费用明显低于方案一， 其主要由于不设 GGH， 该设 备钢结构及其附属烟道的费用将达到 1 500 万元， 但是 相对方案一， 其需要新建一湿烟囱， 投资费用约为 1 200万元， 其他投资基本相同， 因此方案二比方案一 低 300 万元。方案三投资费用基本和方案一相同。 表 2各方案的投资及运行费用 万元 项目方案一方案二方案三 投资费用9 9009 6009 750 运行总费用3 5303 3907 290 吸收剂费用50503 870 电费2 5802 3402 580 其他费用9001 000840 25 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 此外， 方案一的年运行费用略高于方案二， 其主 要是方案一的电费高于方案二所致。方案三的运行 费用最高， 高达 7 290 万元 /a， 其主要是方案三的吸 收剂为氧化钙， 其量大、 价格高所致。 3. 4烟气排放指标 根据 GB132232003火电厂大气污染排放标 准 要求， 对全厂历史最低月平均气温和最高月平均 气温进行计算， 得出所对应的全厂二氧化硫极端最高 允许排放速率见表 3。 由表 3 可知 由于脱硫率一致， 因此全厂 SO2排 放速率 Q 相同， 均为 122 kg/h。而对应于全厂历史 平均温度最高月和最低月， 方案一和方案三的全厂 SO2最高允许排放速率对应相同， 均为 4 040 kg/h。 而方案二由于烟囱高度的不同， 其与方案一、 方案三 不同， 其全厂历史平均温度最高月和最低月的允许排 放速率分别为 1 630， 1 122 kg/h。因此相对方案一、 方案三来说， 方案二全厂 SO2排放速率 Q 占所允许 排放速 率 Q1、 Q2的 比 率 最 高， 分 别 达 到 7. 5 和 10. 9 。因此可见方案一和方案三对于环境的贡献 明显要高于方案二。 表 3各方案二氧化硫排放速率比较 SO2排放指标 方案一 方案二 方案三 烟囱高度 /m 2001201200 全厂排放速率 Q / kgh － 1 122122122 全厂最高允许排放速率 Q1/ kgh － 12 2 6001 1222 600 全厂最高允许排放速率 Q2/ kgh － 13 4 0401 6304 040 注 1 方案二为新建烟囱， 120 m 高; 2 Q1对应全厂历史平均温度最高月为 29. 8 ℃ ; 3 Q2对应全厂历史平均温度最低月为 0. 2 ℃ 。 3. 5烟气扩散浓度分布 针对大气稳定度级别的差异， 利用高斯烟羽模型 分别计算冬季最大温差时 SO2、 NO2的地面最大落地 浓度及其对应出现的距离， 结果见表 4。 表 4各方案烟气主要污染物 1h 扩散浓度分布 方案指标 大气稳定度级别 ABCDE-F 二级标准限值1 方案一烟气有效高度 /m SO2地面最大落地浓度 / 10 － 3mgm－ 3 NO2地面最大落地浓度 / 10 － 3mgm－ 3 最大落地浓度出现的距离 /m 572 28. 6 171. 6 1 035 529 5. 8 34. 8 3 207 490 3. 8 22. 8 6 765 456 2. 3 13. 8 34 280 426 2. 1 12. 6 85 150 － 500 240 － 方案二烟气有效高度 /m SO2地面最大落地浓度 / 10 － 3mgm－ 3 NO2地面最大落地浓度 / 10 － 3mgm－ 3 最大落地浓度出现的距离 /m 333 56 336 798 308 15. 2 91. 2 1 983 286 11 66 3 764 267 8 48 14 647 249 7. 6 45. 6 32 980 － 500 240 － 方案三烟气有效高度 /m SO2地面最大落地浓度 / 10 － 3mgm－ 3 NO2地面最大落地浓度 / 10 － 3mgm－ 3 最大落地浓度出现的距离 /m 603 30. 6 183. 6 1 009 562 6. 4 38. 4 3 100 519 4. 2 25. 2 6 418 484 2. 6 15. 6 31 830 449 2. 3 13. 8 78 730 － 500 240 － 注 1 GB30951996 环境空气质量标准 及 2000 年环境空气质量标准修改单; 2 锅炉排放烟气中 NO2浓度为 600 mg/m3。 由表 4 可知 因实施脱硫后烟气排放中二氧化硫 浓度较低， 其地面最大落地浓度较低， 大气稳定度为 A 级 时， SO2地 面 最 大 落 地 浓 度 为 28 ～ 56 10 － 3mg/m3， 且随着大气稳定度从 A 到 F 逐渐降低， 扩 散性提高， 该值显著降低， 最低值约为 2 10 － 3mg/m3， 其占环境空气质量标准 500 10 － 3 mg/m3的比率较 低， 因此其对环境二氧化硫背景值无明显影响。但 NO2地面最大落地浓度则相对环境空气质量标准较 高， 这主要是目前该电厂还没有实施脱硝所致。尤其 是方案二 NO2地面最大落地浓度在大气稳定度级别 为 A 时， 将使周边环境中 NO2的浓度超过标准限值， 因此该电厂在未实施烟气脱硝改造前， 若选择方案二 作为脱硫方案， 将会大大影响周边居民生活质量。 由表 4 还可看出 在同一大气稳定度级别时， 不 论从污染物地面最大落地浓度还是最大落地浓度出 现的距离， 方案一的扩散效果优于方案三， 这主要是 因为两者 的 排烟 温 度差 异 所 致， 方 案 一 排 烟 温 度 ≥90℃ ， 其与环境温差越大越有利于扩散。方案三的 扩散效果显著优于方案二， 这主要是因为方案二的排 烟烟囱的高度为 120 m， 远低于老烟囱的高度， 烟囱 高度越高， 越有利于扩散。其次其排烟的温度也较 低， 仅为 47 ℃ ， 低于方案三的 70 ℃ ， 因此其扩散效果 较方案三差。 3. 6其他 针对 GGH 设与不设， 对上海石洞口电厂进行调 下转第 60 页 35 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 图 4改造后的屋顶排气罩 2. 2. 2旋转罩 两台新初炼炉一备一用， 公用一个旋转式烟罩; 排烟立管及旋转法兰靠墙安装， 炉顶平台 地面 安 装轮式导轨。旋转罩三面围挡、 一面进料， 炉子大修 和操作比移动罩更加灵活方便。 3结束语 原有的布袋除尘器排放口是完全达标的; 本次改 造主要是消除无组织排放问题; 由于测试工作量大， 改造后未组织测试; 用目测对比改造前后屋顶气楼的 排气情况， 就可以肯定其效果。 1 系统改造后， 以前屋顶气楼烟尘飘逸的那种 情景不见了， 所带来的不仅是环境方面的改善， 粉尘 销售收入也增加。 2 由于粉尘细且黏， 反吹清灰后的滤阻偏高; 新 建系统采用长袋低压清灰除尘器比较好。 3 以屋顶代罩， 在小型电炉除尘系统上是可行 的经济实用方案。 4 “清洁生产审核” 的理念和方法应用于污控工 程改造所带来的是环境效益和经济效益的“双赢” 。 参考文献 ［1］陈明绍． 除尘技术的基本理论与应用［M］． 北京 中国建筑工业 出版社， 1981． ［2］胡 鉴 仲． 袋 式 收 尘 器 手 册［M］． 北 京 中 国 建 筑 工 业 出 版 社， 1984． ［3］严兴忠． 工业防尘手册［M］． 北京 劳动人事出版社， 1989． ［4］郭丰丰． 钢铁企业采暖通风设计手册［M］． 北京 冶金工业出版 社， 1996． ［5］吴碧容． 气幕隔尘法在电炉屋顶烟罩排烟系统中的应用分析 ［J］． 环境工程， 2011， 29 5 64- 66． 作者通信处罗运平410014湖南省长沙市香樟路 601 号湖南有 色冶金劳动保护研究院 E- maillyp_007 126． com 2011 － 10 － 24 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 53 页 研考查， 方案一和方案二排烟实况见图 4。 图 4设 GGH 和不设 GGH 排烟实况对比 图 4 中间的烟囱为不设 GGH 的脱硫排烟， 两侧 烟囱为设 GGH 的脱硫排烟。很明显， 不设 GGH， 将 会出现浓烟， 将会携带石膏雨， 使厂区内的绿化、 构筑 物、 设备设施表面均会受到石膏雨的侵蚀， 当扩散条 件较好时， 石膏雨扩散距离相对较远， 将使周边居民 生活造成很大影响， 此类问题将会面临诸多投诉。 4结论 1 一次投资方案一高于方案三高于方案二， 但 总体差距不大。 2 方案三的运行费用大大超过方案一和方案 二， 主要差异是由于其吸收剂费用太高所致， 因此对 于二氧化硫浓度较高的烟气脱硫， 该方案在运行费用 上不具备优势。 3 从烟气排放指标和烟气扩散浓度分布来说， 方 案一无疑是最佳， 其排放总量和最大落地浓度及对应 的距离均使环境的污染最低， 达到的环境效益最优。 4 由于电厂尚未实施脱硝改造， 方案二将可能 会造成 NO2地面最大落地浓度超过标准限值， 将会 影响周边居民生活质量。 5 方案一相对方案二来说， 将不会面临石膏雨 腐蚀、 居民投诉等问题， 真正意义上会大大改善周边 环境质量。 参考文献 ［1］郑继成． 炉内喷钙 /尾部增湿活化脱硫成套技术与装备［J］． 电 站系统工程， 2010， 26 2 67- 69． ［2］廖传华， 周玲， 朱廷风， 等． 烟气脱硫工艺过程的比较与选择 ［J］． 环境工程， 2008， 26 6 74- 77． ［3］程永新， 曹佩． 湿法烟气脱硫系统中 “石膏雨” 问题的分析及对 策［J］． 电力建设， 2010 11 94- 97． ［4］郭得锋，袁布景． 关于湿法脱硫系统取消 GGH 的研究［J］． 环 境工程， 2007， 25 S1 40- 43． 作者通信处陈活虎201900上海市铁力路 2510 号宝钢工程技术 集团有限公司 E- mailchenhuohu 163． com 2011 － 08 － 26 收稿 06 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期