韦 飞，惠润堂，杨爱勇

(国电科学技术研究院，江苏 南京 210031)

1 现有火电机组脱硫状况

湿法烟气脱硫技术在现有发电机组中应用最为广泛，占脱硫总装机容量的85%左右，而其中石灰石－石膏湿法脱硫工艺是目前世界上较成熟、运行状况较稳定的脱硫技术。据调查研究，截止到2012年9月底，某发电集团公司采用石灰石－石膏湿法脱硫技术的机组占火电机组总容量94.1%。

近年来，在我国电煤供需矛盾突出的情况下，部分电煤质量下降严重，一些电厂实际燃用煤种已与原设计煤种有较大差异。据有关调查显示，有部分湿法脱硫装置不能正常运行，投运率较低。

2 环保政策的新要求

目前湿法脱硫装置中出于脱硫系统故障时保护主机设备及不停机检修维护脱硫系统的考虑，设有旁路烟道系统，包括旁路烟道、旁路挡板门及密封装置等。但根据环保部2010年6月17日下发通知《关于火电企业脱硫设施旁路烟道挡板实施铅封的通知》(环办［2010］91号)要求:“各级环保部门和各电力集团公司要积极鼓励火电企业逐步拆除已建脱硫设施的旁路烟道，……。对暂时保留旁路烟道的，所有旁路挡板必须实行铅封。旁路挡板铅封后，各火电企业不得擅自启封。要求所有新建燃煤机组不得设置脱硫旁路烟道”。其中根据江苏省环保厅(苏环函［2010］247号文)的通知及指示精神，要求燃煤电力企业应在2013年前完成烟气旁路拆除工作。因此，燃煤电厂脱硫系统旁路烟道的取消工作势在必行。

3 取消旁路烟道对脱硫装置的影响

取消烟气旁路烟道后，锅炉、电除尘器、引风机和脱硫装置成为串联的系统。脱硫装置必须与主机设备按照同样的标准和要求进行运行和维护，才能保证全厂生产设备的利用率和发电小时数。由于取消旁路烟道后对脱硫装置的运行可靠性要求更高，因此，脱硫装置的设备性能、关键设备的备用等方面要求进一步完善，以保证脱硫装置能够长期稳定运行。从运行来看，取消旁路烟道将脱硫装置和主机锅炉、除尘器形成串联的系统，简化环境监控的难度，同时也强制电厂将脱硫装置的运行水平提升到和主机组同样的水平，运行过程中需将脱硫信号传递至主机控制。

在管理方面，将脱硫装置纳入主设备的管理范畴，使脱硫系统的管理水平与主机组一致。同时电厂燃料部门应加强燃煤硫分的控制，使入炉煤硫分在设计范围之内，确保脱硫装置的安全、可靠、稳定运行。

4 取消旁路烟道设计时注意的几个问题

山西某电厂脱硫装置是一套较高硫分及较高脱硫效率的石灰石－石膏湿法脱硫装置，以下结合该项目在无旁路脱硫装置的设计过程中，对提高脱硫运行可靠性方面所采取的措施，探讨提高无旁路脱硫塔可靠性的方法。

山西某2×135 MW 机组烟气脱硫装置改造项目，设计燃煤硫分2.0%，校核燃煤硫分2.4%，FGD入口SO2浓度按5804 mg/m3。采用一炉一塔方案，FGD 出口SO2浓度不超过200 mg/m3，脱硫效率97%。烟气脱硫系统不设置GGH，引风机和增压风机合并设置，根据环保要求取消旁路系统。

常规石灰石－石膏法脱硫工艺技术脱硫效率基本为95%左右，要实现97%的脱硫效率则要求较高的液气比等设计参数，由于取消旁路烟道，势必要提高设备的运行可靠性，保证脱硫投运率，以满足主机运行要求。

4.1 设计参数的选择

4.1.1 液气比的选择

液气比L/G 是脱硫设计中决定脱硫效率的最重要参数之一，液气比L/G 增加时，浆液比表面积增加，吸收SO2的碱度也增加，增强了气液传质能力。因此，对于较高含硫量、要求较高脱硫效率的吸收塔设计，要提高吸收塔的脱硫效率，提高液气比是一个重要的技术手段。

但浆液液气比并不可能无限制的提升，液气比超过一定值之后，脱硫效率的提升将很缓慢，根据本工程设计经验，在相同燃煤硫分下，脱硫效率由95%提高到96%，液气比需增加约8%;而脱硫效率由95%提高到97%时，液气比需增加约20%。同时提高液气比意味着增大浆液循环的流量，从而增加了设备的投资和能耗，同时增大吸收塔内的压力损失，增加了风机的能耗。从综合性价比方面来看，应结合工程的实际情况综合考虑硫分及脱硫效率选取最佳的液气比。

4.1.2 吸收塔设计选项

吸收塔的设计是整个脱硫工程设计的核心，吸收塔设计中对脱硫效率影响较大的技术指标有氧化停留时间、固体停留时间及雾化停留时间等，设计中对于以上关键设计指标均留有一定裕度。

氧化停留时间决定着浆液池的容积，浆液池的容积关系到石灰石的溶解、亚硫酸钙的氧化以及石膏的结晶，一般氧化停留时间选择为4～6 min。

吸收塔雾化区高度一方面决定了烟气与吸收剂的接触时间，另一方面也决定了吸收反应区的雾滴停留时间，这两个时间都对脱硫效率有着重要的影响，一般雾化区高度为5～15 m。

改造工程设计中，适当放大氧化停留时间，保证吸收塔浆液池容积，满足溶解、氧化以及结晶的时间要求;同时适当增加的吸收塔雾化区高度以满足烟气停留接触以及雾滴停留时间要求，从而从根本上保证脱硫装置对脱硫效率的要求，满足脱硫系统投运率要求。

4.1.3 公用系统的选择

(1)吸收剂供应。为了保证石灰石吸收剂的供应，结合工程场地条件，脱硫工程设计采用外购石灰石粉制浆，同时适当放大石灰石粉仓的储存时间，由3d 增加为5d;以增强供浆系统对较高燃煤硫份系统的适应性及石灰石粉市场供应的适应性，增加脱硫装置运行的可靠性。同时，设置2 套石灰石浆液箱，通过联通管道实现互为备用;保证每台机组的2 台供浆泵分别连接2 个石灰石浆液箱，保证供浆系统的互为备用。通过上述设置提高了吸收剂供应系统的可靠性。

设计时要求石灰石粉粒的细度必须要满足要求(325 目＞90%)，同时反应活性满足要求以增加脱硫装置的运行工况的适应性及可靠性。

(2)石膏脱水。石膏脱水系统的设计能力按照要求出力的200%设计，提高其备用性，即配置2 台石膏脱水皮带机，单台皮带机出力能够满足2 台机组运行要求。排出浆液通过石膏浆液排出泵送入石膏旋流器，通过旋流器分离后浓缩的大石膏颗粒石膏浆液从旋流器的下流口排出，自流至真空皮带机。脱水石膏堆积在石膏库中，用装载车装车后运走。

为提高脱水系统的可靠性，本工程设计中通过石膏旋流器底流分配箱实现两台皮带脱水机互通，互为备用。

(3)氧化空气。FGD 装置设计1 套氧化空气系统，空气通过氧化风机升压进入吸收塔氧化空气喷枪，通过吸收塔搅拌机的破碎搅拌均匀的将氧化空气分布在吸收塔浆液池上部，将亚硫酸钙氧化为硫酸钙。为保证高硫分的氧化效率，设计中采用较高的氧化空气倍率。由于氧化空气倍率的提高，氧化空气量增加较多，设计中采用较大转动叶片及功率的搅拌器，分散破碎氧化空气，才能使得浆液的氧化效果提高。

4.2 提高装置可靠性

4.2.1 设备配置

(1)浆液循环泵配置。根据工程实际情况，喷淋层设计可以采用2 种方案:方案A 是采用3 台循环泵，泵容量5500 m3/h;方案B 是采用4 台循环泵，泵容量4200 m3/h。

通过比较，方案A 造价略低，维护工作量略少;方案B 运行调整较灵活，尤其是对较高燃煤硫分波动变化的适应性较强，同时4 台浆液循环泵起到互为备用的作用，提高运行可靠性。因此，塔内布置4层雾化喷淋层，分配装置采用变径管设计，保证喷淋液的均匀分布。喷嘴采用碳化硅或陶瓷材料制作。

(2)地坑泵配置。吸收塔地坑通常设计为1 台地坑泵，但是根据运行情况分析，吸收塔地坑泵的故障率较高，影响脱硫系统运行。本工程设计中使用单塔2 台地坑泵，一用一备，提高备用系数，保证脱硫装置运行的可靠性。

4.2.2 部分材料选择

本工程由于不设置GGH，吸收塔入口烟温较高，因此吸收塔入口烟道干湿界面处加强防腐，采用碳钢贴衬2 mm 厚的C276 合金钢板的防腐措施。

吸收塔为钢体结构，内表面采用碳钢衬橡胶等防腐耐磨处理，以增强吸收塔塔壁的耐磨耐腐蚀性能，防止防腐层脱落及塔壁磨损穿孔等。

4.3 增设事故烟气降温系统

无烟气旁路脱硫装置使得脱硫系统成了锅炉烟风系统的一部分，考虑到锅炉在启动及低负荷稳燃运行时的烟气温度、烟气成分等特征，同时为确保吸收塔内件的安全，不受高温烟气冲击损坏，脱硫系统必须增设事故烟气冷却系统，选取消防水及工艺水两路水源作为事故冷却水源，以保证水源供应稳定。

本工程中在吸收塔入口段烟道上增设事故喷淋水系统，设置两级喷嘴。每台机组设置事故喷淋水箱，布置在吸收塔钢平台上，水箱的水源分为两路，一路来至工艺水系统，一路来至消防水系统。

设置事故烟气冷却系统一方面能够保护吸收塔内件及防腐，特别是在循环泵全部故障停运、FGD断电的情况下确保塔内喷淋层、除雾器、防腐材料的安全。另一方面在锅炉投油启动或低负荷投油稳燃过程中，事故喷淋系统能够对含油污的高温烟气进行预洗涤，达到消除油污对浆液品质的污染隐患，保证脱硫系统安全运行。

5 结语

国家环保部已作出明确要求，取消旁路烟道势在必行。因此取消旁路烟道，需要进一步优化脱硫装置的设计参数，在设计中修正不能满足系统要求或不合理的参数，完善设备的配置保证足够的余量，同时要提高材质等级以保证设备的质量，从而保证设备的投运率，进而提高脱硫装置的投运率，实现电厂主发电机组能够长期、安全、稳定及经济运行。同样，取消旁路烟道后在脱硫工艺设计和设备配置方面需要相应增加部分设备费用等。

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