本文主要介紹漳山電廠的脫硫設(shè)計(jì)、系統(tǒng)組成、布置以及調(diào)試運(yùn)行數(shù)據(jù)。漳山電廠脫硫系統(tǒng)成功投運(yùn)，為大型干法脫硫工程的設(shè)計(jì)及運(yùn)行提供了經(jīng)驗(yàn)及借鑒。

1、概述

山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司所建設(shè)的山西漳澤發(fā)電廠三期擴(kuò)建工程安裝2×300MW燃煤空冷發(fā)電機(jī)組，配備二臺(tái)由武漢鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的1045t/h亞臨界煤粉爐,機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為6000小時(shí)。根據(jù)環(huán)保要求，機(jī)組配備尾部煙氣脫硫裝置，與發(fā)電工程同步建設(shè)、同步投產(chǎn)、同步運(yùn)行。根據(jù)合同要求，脫硫裝置的保證脫硫效率為85%，按合同條件每年可脫除 9258噸（設(shè)計(jì)煤種）/18516噸（校核煤種）SO₂，極大的減少當(dāng)?shù)氐腟O₂的排放和空氣污染，排放煙氣中的SO₂含量將從851mg/Nm3（設(shè)計(jì)煤種）、1702mg/Nm3（校核煤種）減少至127mg/Nm3（設(shè)計(jì)煤種）、255mg/Nm3（校核煤種）以下，是改善當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境條件的重要保證措施。

武漢凱迪電力股份有限公司所提供的這二套煙氣脫硫裝置，采用德國WULFF Deutschland GmbH(下簡稱德國WULFF公司)先進(jìn)成熟的回流式煙氣循環(huán)流化床干法脫硫RCFB-FGD（Reflux Circulating Fluidized Bed）技術(shù)，對脫硫除塵島進(jìn)行總承包，包括島內(nèi)的土建、安裝工程的施工圖設(shè)計(jì)、設(shè)備供貨、施工、調(diào)試、移交。

本工程于2003年4月份完成初步設(shè)計(jì)，2003年底完成施工圖設(shè)計(jì)及設(shè)備招標(biāo)工作； 2004年底和2005年初1、2號主機(jī)組分別通過168小時(shí)，F(xiàn)GD三個(gè)月后順利通過168小時(shí)試運(yùn)行。到現(xiàn)在為止，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定良好。本工程的成功投運(yùn)，是RCFB脫硫技術(shù)在300MW大型燃煤機(jī)組的首次應(yīng)用，為我國火電廠煙氣脫硫工藝的選擇和在大型燃煤機(jī)組上的配套，提供了工程示范。

2005年7月份胡錦濤總書記參觀了漳山電廠，他對漳山電廠在國內(nèi)300MW機(jī)組上首家采用空冷、干法脫硫一體化技術(shù)，達(dá)到了節(jié)水、環(huán)保的目的表示了肯定。

2、脫硫原理及工藝過程

2.1 脫硫原理

漳山電廠的脫硫劑原料為生石灰粉，通過一套消化系統(tǒng)將生石灰粉制備成消石灰粉。消石灰粉利用輸送系統(tǒng)最終被送到吸收塔內(nèi)，在塔內(nèi)發(fā)生酸堿中和及氧化反應(yīng)，脫除SO₂等酸性物質(zhì)。Ca(OH)2粉末和煙氣中的SO₂、SO₃、HCl、HF等，在Ca(OH)2粒子的膜相表面發(fā)生反應(yīng)，在煙氣循環(huán)流化床內(nèi)，Ca(OH)2粉末，煙氣及噴入的水分，在流化狀態(tài)下，充分混合 ，并通過Ca(OH)2粉末的多次再循環(huán)，使實(shí)際反應(yīng)的Ca/S比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表觀的Ca/S比，從而實(shí)現(xiàn)高效脫硫。

吸收塔內(nèi)主要反應(yīng)

    * Ca(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃+ H₂O

    * Ca(OH)2 + SO₃ = CaSO₄ + H₂O

    * CaSO₃+ 1/2O₂ = CaSO₄

    * Ca(OH)2+ CO₂ = CaCO₃ + H₂O

    * Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H₂O

    * Ca(OH)2 + 2HF = CaF2 + 2H₂O

2.2 工藝流程

鍋爐燃燒后排出的煙氣通過空氣預(yù)熱器出口，進(jìn)入第一級靜電除塵器ESP1預(yù)除塵。除塵器捕捉下來的灰輸送至電廠灰?guī)?，隨后煙氣從RCFB吸收塔下部兩側(cè)引入，與從吸收塔加速器上部噴入的霧化水混合，進(jìn)到塔中央，反應(yīng)過程中的煙氣溫度靠噴入的霧化水調(diào)節(jié)到75℃左右，RCFB噴射系統(tǒng)將由吸收劑制備系統(tǒng)提供的合格的吸收劑（合格細(xì)度的Ca(OH)2 干粉）噴入RCFB吸收塔，在塔內(nèi)與煙氣進(jìn)行脫硫化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的大量的氣--固混合物從吸收塔頂部水平排出，進(jìn)入第二級除塵器ESP2。ESP2為一臺(tái)二室四電場靜電除塵器，它的第一、二電場脫除的固體顆粒在控制閥的調(diào)節(jié)作用下，通過固體循環(huán)系統(tǒng)，返回RCFB吸收塔繼續(xù)參與脫硫反應(yīng)；ESP2第三電場收集下來的物料既可返回吸收塔繼續(xù)參與反應(yīng)，也可被輸送到殘?jiān)鼈}；四電場灰斗下部和RCFB吸收塔下部少量的脫硫渣被輸送到殘?jiān)鼈}；殘?jiān)鼈}的脫硫灰渣再由倉泵系統(tǒng)輸送到電廠灰?guī)?。ESP2出口凈煙氣經(jīng)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)引入煙囪后排出。

簡易工藝流程如下圖：

圖1 脫硫島簡易流程圖

3、系統(tǒng)介紹

漳山電廠的脫硫工藝主要包括煙氣系統(tǒng)（含兩級電除塵器）、吸收塔系統(tǒng)（RCFB）、消石灰制備系統(tǒng)（LDH）、灰渣處理系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。以下就各系統(tǒng)加以簡單介紹

3.1主要設(shè)計(jì)輸入

    * 氣象條件：
    * 平均氣壓      908.1 hPa
    * 平均氣溫      10.2 ℃
    * 平均相對濕度      63 %
    * 平均水汽壓      9.2 hPa
    * 平均降水量      555.5 mm
    * 平均蒸發(fā)量      1697.2mm
    * 基本風(fēng)壓      0.41kN/m2

主廠房零米高度(1956年黃海高程)20.50m

3.2 煙氣系統(tǒng)

基本流程：空氣預(yù)熱器出口煙氣→電除塵器1（ESP1）→吸收塔（RCFB）→電除塵器2（ESP2）→吸風(fēng)機(jī)→煙囪

ESP1為常規(guī)電除塵器，經(jīng)過ESP1預(yù)除塵后的煙氣經(jīng)煙道流進(jìn)吸收塔內(nèi)，煙氣在塔內(nèi)發(fā)生脫硫反應(yīng)，吸收塔出口含高濃度脫硫產(chǎn)物及粉塵的煙氣直接進(jìn)入后電除塵器ESP2，ESP2為雙室四電場除塵器，ESP2入口煙氣設(shè)計(jì)含塵量800g/Nm3,經(jīng)ESP2除塵后的含塵量≤100mg/Nm3，經(jīng)過兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)引入煙囪排放。

3.3 吸收塔系統(tǒng)

吸收塔為脫硫系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其主要有煙道接口、消石灰粉噴入接口、水接口、回流斜槽接口、脫硫灰渣排放接口。吸收塔直徑為11.2米，高約49米。

消石灰粉通過消化器下端變頻旋轉(zhuǎn)閥控制給料量，輸送到吸收塔內(nèi)，與塔內(nèi)煙氣中的SO₂進(jìn)行脫硫反應(yīng)，以控制SO₂排放量；工藝水通過工藝水泵輸送到吸收塔，來控制吸收塔內(nèi)的溫度，使反應(yīng)在最佳溫度下運(yùn)行，由回水管路上的回流調(diào)節(jié)閥控制給水量；循環(huán)物料由斜槽輸送到塔內(nèi)，維持塔內(nèi)差壓，從而保證塔內(nèi)固體物濃度，物料回流量通過斜槽上的調(diào)節(jié)閥來控制。

吸收塔內(nèi)的氣體與固體之間的反應(yīng)取決于兩個(gè)條件，一個(gè)是氣體與固體的接觸面積，另一個(gè)是氣體在固體表面的停留時(shí)間。在氣體速度較低的情況下，氣體通過固體物間的縫隙進(jìn)入到反應(yīng)器中，氣體在固體物表面的停留時(shí)間很短，非常不利于氣體與固體的反應(yīng)。而當(dāng)流速增加到一定程度時(shí)，大部分顆粒在氣體的帶動(dòng)下離開床層，但隨后又回到床層，小部分會(huì)被帶到反應(yīng)器的上部，形成下部密相區(qū)，上部稀相區(qū)，這種類似于液態(tài)沸騰的狀態(tài)稱之為鼓泡床。這種狀態(tài)固體物表面積較大，但大部分的反應(yīng)時(shí)間較短。進(jìn)一步加大氣體流速，固體物將會(huì)較均勻地分布在整個(gè)反應(yīng)器中，并且靠近壁面還有少量固體物的回流，這時(shí)，氣體與固體物接觸時(shí)間最長，接觸面積較大。這種狀態(tài)就稱之為循環(huán)流化床?；亓魇窖h(huán)流化床脫硫工藝正是利用這個(gè)原理，煙氣從脫硫塔底部以12～18m/s的流速進(jìn)入，通過脫硫塔內(nèi)部的加速器后流速約為40～60m/s，這正是塔內(nèi)形成流化床的理想流速。塔內(nèi)加速器一般有200傾斜度，水、消石灰和循環(huán)灰均從此處進(jìn)入，煙氣向上流動(dòng)，回流物料從上往下落，RCFB吸收塔中的煙氣流速被控制在3.5～5m/s較低的速度，這使煙氣停留在吸收塔中的時(shí)間可達(dá)5秒以上，反應(yīng)時(shí)間較其它脫硫技術(shù)大大延長，脫硫效率大大提高。出塔后的固體物被收集下來再回送到反應(yīng)器中進(jìn)行循環(huán)，進(jìn)一步延長了固體物的反應(yīng)時(shí)間，加上固體物之間的碰撞、磨擦，會(huì)暴露出固體物的新表面，有利于固體物的利用率。氣固停留時(shí)間約有10倍差別，為了保證接觸時(shí)間達(dá)到半個(gè)小時(shí)，一般回流次數(shù)在100～150次，這樣就可以充分保證了流化床的形成和脫硫效率的提高。

回流式煙氣循環(huán)流化床（RCFB）的獨(dú)特設(shè)計(jì)使其具體以下主要特點(diǎn)

(1) RCFB除了具有優(yōu)良的傳熱、傳質(zhì)特點(diǎn)外，因在塔的頂部區(qū)域加裝了導(dǎo)流板，在塔內(nèi)加裝了紊流裝置，加上外部循環(huán)，延長了脫硫劑的停留時(shí)間，加大了固體物的碰撞、摩擦，從而提高了脫硫劑的利用率。

(2) 由于脫硫劑的利用率高，它所產(chǎn)生的脫硫灰（渣）也最少。

(3) 煙氣在塔內(nèi)的停留時(shí)間達(dá)5秒以上，使SO₂與脫硫劑能得到充分的混合，提高了脫硫效率，且99%以上的脫硫反應(yīng)均在塔內(nèi)完成。

(4) 較低的塔內(nèi)流速使塔內(nèi)不易產(chǎn)生磨損。

(5) 因脫硫劑為干態(tài)，床溫只取決于噴水量的多少，不受進(jìn)口煙氣中SO₂濃度的制約，能非常方便的將床溫控制在理想狀態(tài)，防止床溫偏低時(shí)設(shè)備的腐蝕，偏高時(shí)脫硫效率及脫硫劑利用率的下降。

(6) 塔內(nèi)優(yōu)良的混合條件，使塔內(nèi)的水分迅速蒸發(fā)，所以，脫硫塔及其它設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)和堵塞，也不會(huì)產(chǎn)生腐蝕。

(7) RCFB轉(zhuǎn)動(dòng)部件少，整個(gè)裝置可用率高。

(8) 在煤的含硫量適當(dāng)增加或要提高脫硫效率時(shí)，無需增加任何設(shè)備，僅增加脫硫劑就行了。

3.4 消石灰制備系統(tǒng)

基本流程：罐車→石灰倉→生石灰日用斗→消化器→旋風(fēng)分離器1→旋風(fēng)分離器2→消石灰倉

生石灰粉通過密封罐車輸送送到石灰倉，使用一臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)使石灰倉料斗的石灰處于流動(dòng)狀態(tài)，石灰倉下料的石灰再由輸送空氣噴入消化器中，在消化器內(nèi)與一定量的霧化水混合，發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ：

CaO + H₂O = Ca（OH）₂

消化器床溫受到嚴(yán)格控制，以控制反應(yīng)后消石灰中水的含量。反應(yīng)后的氣粉混合物離開消化器，再經(jīng)過第一級旋風(fēng)分離器，將大顆?；厮偷较髦欣^續(xù)消化。帶細(xì)顆粒的Ca（OH）₂的混合物再經(jīng)過第二級旋風(fēng)分離器將Ca（OH）₂粉末分離出來送至消石灰倉待用，尾氣直接引入脫硫塔，消除污染。此套消化系統(tǒng)也采用了循環(huán)流化床技術(shù)，使得Ca(OH)2粉末的表面積達(dá)18～２０m2/g(其它消化裝置為1２～１４m2/g)，加大了SO₂、SO₃ 與Ca（OH）₂的接觸面積，既提高了脫硫效率，也提高了吸收劑的利用率。

此系統(tǒng)為引進(jìn)德國WULFF技術(shù)設(shè)計(jì)制造，原外方要求石灰品質(zhì)較高，對CaO含量及消化速度均有較高要求。根據(jù)中國國情，符合上述品質(zhì)的石灰一般必須是工業(yè)石灰，各地價(jià)格相差很大，而且均非常昂貴，各地較便宜的是建筑用石灰。凱迪公司在非常困難的情況下對此系統(tǒng)完善改造，最終在石灰品質(zhì)非常差（CaO含量低，消化速度低）的情況下，通過此裝置生產(chǎn)出來的消石灰品質(zhì)仍能滿足脫硫需要。

3.5 灰渣處理系統(tǒng)

本脫硫除塵島有三處會(huì)產(chǎn)生灰、渣排放，即第一級電除塵器（ESP1）下除塵灰、RCFB吸收塔下脫硫灰和第二級電除塵器（ESP2）脫硫灰。ESP1收集的為常規(guī)粉煤灰，吸收塔及ESP2灰斗收集為脫硫灰。三處產(chǎn)生的灰渣通過倉泵系統(tǒng)把灰渣輸送至灰場儲(chǔ)存。漳山電廠的除灰系統(tǒng)不在本工程中。

RCFB煙氣脫硫技術(shù)吸收劑為鈣基化合物，脫硫渣中的主要成分為CaSO₄、CaSO₃等。CaSO₄和CaSO₃都是化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的無毒物質(zhì)，不會(huì)對環(huán)境造成危害。

脫硫渣的密度在500kg/m3至900 kg/m3之間,呈干粉狀，可方便地采用氣力輸送或罐車輸送。這是干法工藝的優(yōu)點(diǎn)。RCFB法煙氣脫硫的脫硫渣是一種灰白色干燥的微粒狀粉末,其流動(dòng)性與易液化性與飛灰相似。

在國外，干法脫硫渣已在不同的領(lǐng)域中得到利用。

3.6 電氣系統(tǒng)

0.38kV配電系統(tǒng)采用PC（動(dòng)力中心）一級供電方式。每臺(tái)爐脫硫單元設(shè)3個(gè)低壓PC段。脫硫PC段由脫硫變供電，該段為單母線分段接線，向相應(yīng)機(jī)組脫硫裝置及1號電除塵器電負(fù)荷供電。除塵PC段由除塵變供電，該段為單母線分段接線，向相應(yīng)機(jī)組2號電除塵器電負(fù)荷供電。備用PC段由備用變供電，該段為單母線接線，向脫硫PC段及電除PC段提供備用電源。正常時(shí)脫硫PC段、除塵PC段各段的分段開關(guān)閉合，由相應(yīng)段的工作變供電，事故時(shí)工作變退出，備用變自動(dòng)投入供電。脫硫除塵島內(nèi)不設(shè)保安柴油發(fā)電機(jī)組，脫硫用交流不停電電源（UPS）的一路保安電源由業(yè)主負(fù)責(zé)提供至UPS裝置處。75kW及以上的電動(dòng)機(jī)回路、大容量饋電回路采用空氣斷路器，75KW以下的電動(dòng)機(jī)回路、小容量饋電回路采用塑殼斷路器。

3.8 控制系統(tǒng)

本工程的RCFB脫硫工藝的控制系統(tǒng)較其它的干法、半干法脫硫技術(shù)簡單。它的控制主要通過三個(gè)部分實(shí)現(xiàn)。

(1) SO₂排放量和消石灰給料量的控制

根據(jù)脫硫反應(yīng)塔入口和出口煙氣中SO₂、O₂濃度和煙氣流量以及脫硫率來控制消石灰粉的給料量，以確保煙氣排放中SO₂的含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。消石灰粉的給料量的調(diào)節(jié)采用變頻調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)閥，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)給料量。

(2)循環(huán)流化床床壓與物料回流量控制

循環(huán)流化床內(nèi)固體物濃度是保證脫硫塔良好運(yùn)行的重要參數(shù)。脫硫塔內(nèi)固體物濃度可以通過沿床高度底部和頂部的壓差ΔP來表示。床的壓力損失越大，表示固體物濃度越大。因而根據(jù)沿床高度底部和頂部的壓差ΔP來控制吸收塔進(jìn)口灰的回流量，將ΔP控制在一定范圍之間，從而保證了床內(nèi)必需的固/氣比，使吸收塔始終處于良好的運(yùn)行工況。其調(diào)節(jié)方法是通過調(diào)節(jié)除塵器再循環(huán)斜槽的給料量，以控制送回反應(yīng)器的再循環(huán)干灰量，來控制壓差ΔP，從而保證床內(nèi)必需的固/氣比。

(3)脫硫煙溫和噴水量的控制

通過反應(yīng)塔頂部煙氣設(shè)定溫度與入口煙氣溫度的函數(shù)、煙氣流量函數(shù)之差與高于露點(diǎn)溫度15ºC比較取較大值，再與RCFB水箱水溫溫差的函數(shù)計(jì)算的數(shù)值作為主要控制，以反應(yīng)塔頂部煙氣溫度與設(shè)定溫度的PID 調(diào)節(jié)作為微調(diào)得出的結(jié)果作為噴水量的設(shè)定值，以四個(gè)噴嘴噴水總量作為過程值來控制噴水量。以確保反應(yīng)器內(nèi)的溫度和水量處于最佳范圍內(nèi)。噴水量的調(diào)節(jié)方法一般采用回水調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)回流水量來調(diào)節(jié)噴水量。

這三套控制互相獨(dú)立，不產(chǎn)生相互影響，這保證RCFB-FGD能夠在鍋爐不同的負(fù)荷范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，獲得穩(wěn)定的脫硫效率。

4、工程總體布置

本工程在鍋爐尾部送風(fēng)機(jī)室與煙囪之間留有脫硫裝置的空地，在此空地四周有環(huán)形馬路，脫硫裝置按煙氣流程順流布置，沿從送風(fēng)機(jī)室至煙囪方向依次布置預(yù)除塵器ESP1、RCFB吸收塔、脫硫除塵器ESP2及吸風(fēng)機(jī)。脫硫島的集控樓布置在兩套裝置中間的場地上。

石灰倉、消石灰倉和消石灰制備系統(tǒng)就近布置在脫硫塔外側(cè)，以利于設(shè)備之間的管道聯(lián)絡(luò)，同時(shí)有利于吸收劑來料罐車卸料倒車用，還考慮了脫硫除塵島整體布置的美觀。

其它水箱、水泵、風(fēng)機(jī)等布置在吸收塔及除塵器下部零米區(qū)域，即考慮就近原則，又留有空間檢修維護(hù)，還兼顧整體布置美觀。

控制室28000×24000，面積672m2,二層布置脫硫系統(tǒng)及除灰系統(tǒng)的電氣柜、控制柜以及控制室，并布置一電纜夾層。

脫硫島總布置簡圖見圖2

圖2 脫硫島總布置簡圖

5、主要性能參數(shù)

表6：168期間主要運(yùn)行參數(shù)

6、結(jié)束語

本工程是RCFB脫硫技術(shù)首次在300MW燃煤機(jī)組上的應(yīng)用，其最終的順利投運(yùn)，以及凱迪后續(xù)的彭城項(xiàng)目及新海項(xiàng)目的成功投運(yùn)，說明RCFB脫硫技術(shù)在300MW機(jī)組上運(yùn)行是穩(wěn)定可靠的，并且該項(xiàng)技術(shù)也是成熟的。
 

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