王曲电厂脱硫改造方案说明书.docx
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王曲电厂脱硫改造方案说明书
神华王曲电厂
2×600MW机组脱硫改建工程
技术方案说明书
福建龙净环保股份有限公司
2016年1月
序言
尊敬的各位领导、专家:
非常荣幸有机会参加神华王曲电厂2×600MW机组脱硫改建工程的技术交流工作,为此我们做了充分的准备,将以上市公司一流的产品质量和完善的售后服务,来赢的各位领导、专家的信赖和支持。
福建龙净环保股份有限公司(以下简称:
龙净环保),拥有国家发展与改革委员会、财政部等四部委联合认定的国家级企业技术中心,建立了国内最早的行业博士后科研工作站,是国内唯一同时拥有石灰石/石灰-石膏湿法烟气脱硫技术、循环流化床干法烟气脱硫技术、电除尘器、大型布袋除尘器、电袋除尘器、气力输送、烟气调质及脱硝等多项环境保护技术和设备,集研发、设计、制造、安装和环保运营等综合服务能力为一体的专业环保(集团)企业。
公司于2000年12月在上海证券交易所成功上市(沪市:
600388),成为全国环保除尘行业的首家上市公司,并已通过国际ISO9001、ISO14001、ISO18001管理体系认证;具有环境工程(废气)专项工程设计甲级证书、压力容器设计、制造许可证。
2001年10月,龙净环保以许可证方式引进了德国鲁奇公司的石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术。
经过8年多的实践,龙净环保的工程技术人员,依靠龙净环保强劲的研发、设计、制造和安装等设备成套方面的独特优势,在全面消化引进技术的同时,不断创新,形成了具有龙净特色、符合中国国情的湿法脱硫技术。
技术特点:
1、吸收塔进口烟道采用斜插式,既有利于烟气流在塔内的均匀分布,使气--液两相达到充分的接触,加长了烟气与浆液的接触时间,反应更加完全。
2、吸收塔反应池内采用氧化自动隔离器,提高石膏品质。
隔离器将传统的反应池分隔成氧化区和结晶区,氧化结晶过程均得到优化,石膏品质优于业内其他技术,完全达到商用级别,同时反应池内浆液吸收能力和石灰石溶解性能均得到提升。
3、反应池中摒弃传统搅拌器,采用射流搅拌系统。
在保证均匀搅拌防止沉淀的同时,成功地解决了机械搅拌装置易腐蚀、易磨损及搅拌不均匀、维修不方便等一系列问题,技术优势十分突出,运行维护成本低,在脱硫装置短期停运时可保证搅拌系统零能耗。
4、投资低、运行费用低。
齐备的上下游配套厂商、系统优化和吸收剂的高效利用使得投资和运行费用均可以做到与其它脱硫技术相等甚至更低。
5、采用常规措施,获得高脱硫率。
龙净环保湿法脱硫装置可轻松达到95%以上的脱硫效率,无需任何增加运行费用的额外措施。
塔内采用独有的双向偏心喷嘴,使得浆液雾化均匀,覆盖率高,吸收反应充分,脱硫效率高。
6、检修率低,高可靠性。
革新后的吸收塔反应池射流搅拌装置,彻底消除了机械搅拌装置常见的搅拌死角,根本克服了机械搅拌装置必须离线检修的致命弱点,极大地提高了装置的可靠性。
7、除雾效率高,系统安全可靠。
吸收塔顶部烟道轴向引出,塔内气流分布均匀,保证各工况下除雾器的高效除雾,防止下游设备堵塞,降低脱硫装置的阻力和能耗,大大提高系统运行的安全性。
我公司承诺,如果我公司中标,将成立“神华王曲电厂2×600MW机组脱硫改建工程项目部”,专职负责本项目的设计、制造、设备及材料供货、运输、土建、设备安装、调试、试验及检查、服务、培训、消防设施及消防验收、技术服务、项目建成后的托管运营等方面工作,从各环节予以重点保证。
我们将把已在其他已成功实施的烟气脱硫工程项目中的成熟经验积极地加以总结和完善,有机的结合到本项目中来。
在项目执行过程中,我公司将充分尊重业主的意见和建议,以项目质量、安全和工期为中心,严格设计,精心施工,积极努力地把工程建设成一个优质样板工程。
“您满意就是我们的追求”,龙净环保郑重承诺用最先进的技术,最优质的产品,最良好的服务和上市公司的实力确保本项目的圆满完成。
在工程完工以后,我公司将继续、及时地提供各项优良的售后服务工作,做到“一旦合作,终身服务”。
谢谢支持!
福建龙净环保股份有限公司
2016年1月
1设计参数
山西鲁晋王曲发电有限责任公司一期2×600MW机组烟气脱硫装置核心设计由日本石川岛播磨重工业公司技术总负责,整个系统的详细设计由上海发电设备成套设计研究所负责,采用石灰石石膏湿法工艺,按一炉一塔设计。
在燃用脱硫设计煤种硫份1.2%,BMCR工况时100%的烟气设计二氧化硫脱除率不小于97.2%。
为适应燃煤硫分提高的现状,以及满足SO2排放浓度的环保要求,需要对原有脱硫系统进行增容改造。
本技术方案适用于山西鲁晋王曲发电有限责任公司一期2×600MW机组超低排放改造工程的脱硫系统总承包工程,本工程要求采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,按照在原一炉一塔的基础上进行增容改造方式建设脱硫设施。
在BMCR负荷工况下,燃用脱硫设计煤种硫份1.51%时,脱硫系统综合脱硫效率≥99.1%(入口SO2浓度按3500mg/Nm3计);二氧化硫的排放浓度<35mg/Nm3;脱硫装置利用率满足锅炉机组的要求。
1.1FGD入口烟气参数
项目
单位
设计煤种
备注
烟气成分(标准状态,湿基,实际氧)
CO2
Vol%
12.35
O2
Vol%
5.66
N2
Vol%
74.53
SO2
Vol%
0.1
H2O
Vol%
7.35
烟气成分(标准状态,干基,实际氧)
CO2
Vol%
13.33
O2
Vol%
6.11
N2
Vol%
80.44
SO2
Vol%
0.11
烟气参数
脱硫装置入口烟气量(单台机组)
Nm3/h
2004661
标态干基实际氧
Nm3/h
2163743
标态湿基实际氧
m3/h
3446480
实际流量
脱硫装置入口烟气温度
℃
117.2
设计值
180
最大值
烟气中污染物成分(标态湿基实际氧)
SO2
mg/Nm3
3500
干态,6%O2
SO3
mg/Nm3
50
烟尘
mg/Nm3
≤20
Cl(HCl)
mg/Nm3
≤50
F(HF)
mg/Nm3
≤50
本次改造入口SO2浓度按3500mg/Nm3设计,现为了适应新环保排放要求,排放浓度为35mg/Nm3,脱硫效率大于99.1%。
粉尘入口20mg/Nm3,出口达到5mg/Nm3排放。
1.2石灰石分析资料
本工程脱硫吸收剂为外购石灰石粉,粒径≤44μm,石灰石品质分析详见下表。
项目
单位
数据
项目
单位
数据
CaO
wt-%
≥52.08
Fe2O3
wt-%
-
CaCO3
wt-%
≥93
酸不溶物
wt-%
<3
MgO
wt-%
≤0.74
过筛率
目
325
1.3工艺水水质
目前脱硫工业用水取自电厂工业水母管,脱硫工艺水采用循环水排污水。
本次改造脱硫工艺水采用循环水排污水处理系统反渗透浓水。
脱硫工艺水和工业水水质暂定如下:
工业水水水质
工艺水水质
电导率
PH值
碱度
硬度
电导率
PH值
碱度
硬度
Cl‾
1100
8.10
3.40
7.20
5910
8.42
7.30
19.80
1400
2单塔双区高效脱硫技术
2.1单塔双区高效脱硫新技术及工程应用
2.1.1前言
近年来,大气环境问题日益突出,大气污染治理已成为社会各界共同关注的重大民生问题。
2014年9月12日,国家发改委、环保部和能源局联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014~2020年)》,明确要求东部地区、中部地区、西部地区新建和在役燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到或接近达到燃气轮机机组排放限值(即在基准氧含量6%条件下,氮氧化物、二氧化硫、烟尘排放浓度分别不高于50、35、10mg/Nm3)。
同时,出于更高的社会责任感,部分地方和企业提出了更高的排放要求,如粉尘排放要求低于3mg/Nm3、二氧化硫排放低于10mg/Nm3、氮氧化物排放低于20mg/Nm3等等。
随着环保新政策的出台,火电厂大气污染物中SO2的排放浓度降低至35mg/Nm3将开始普遍实施,相比之前SO2排放浓度50mg/Nm3的要求,新标准意味着脱硫效率的大幅提升,脱硫效率将迈入99%机上的区间。
下表为入口SO2不同浓度情况下脱硫效率的比较。
入口SO2浓度
(mg/Nm3)
脱硫效率
(出口SO2≤50mg/Nm3)
脱硫效率
(出口SO2≤35mg/Nm3)
1000
95%
96.5%
2000
97.5%
98.25%
3000
98.3%
98.83%
4000
98.75%
99.13%
5000
99%
99.3%
6000
99.17%
99.42%
为实现99%甚至更高的脱硫效率,常规的石灰石-石膏湿法脱硫工艺需要革新。
目前出现的采用2个或类似2个吸收塔串联的方式来达到高脱硫效率的方案,不仅带来投资上的增加,而且很多项目由于占地原因而不具备实施的可行性。
龙净环保通过多年的研究和实践,研发出以“单塔双区”为核心的高效脱硫除尘新技术,并经过多个项目的工程应用,结果表明采用该技术完全可以实现99.3%以上的高脱硫效率。
在入口SO2浓度为5000mg/Nm3的情况下,龙净环保可采用以单塔双区为核心的高效脱硫除尘技术保证出口浓度不大于35mg/Nm3。
2.1.2龙净环保特有的单塔双区结构
2.1.2.1双区理论来源
双区是对石灰石-石膏湿法脱硫过程中吸收区和氧化区的统称。
吸收区完成对烟气中SO2的吸收,生成CaSO3或Ca(HSO3)2,而氧化区中则通过对SO32-或HSO3-的氧化并最终结晶,生成CaSO4·2H2O(石膏)。
采用双区是由于吸收和氧化过程所需的不同浆液酸碱性而决定的。
吸收区中需要浆液与SO2、HCl等酸性气体充分反应,因此浆液pH值应较高(7~8)。
氧化区中发生的氧化结晶反应需要较强的酸性环境,浆液pH值应较低(4~5)。
由于不同的pH值要求,在早期脱硫装置中这两个区域是独立的,脱硫装置的显著特点是采用“1塔+1罐”的方式,吸收区(塔)排出的浆液再进入氧化区(罐)反应,最终生成石膏外排。
吸收区和氧化区应分别有浆液调碱性和调酸性的环节,调碱一般通过吸收剂(如石灰、氨水等)的加入实现,而调酸则通过对烟气的单独洗涤或加入酸性物质实现,如图1、2所示。
图1吸收区(塔)图2氧化区(罐)
2.1.2.2单塔双区与单塔单区的区别
目前普遍采用的石灰石-石膏湿法脱硫装置均是单塔单区方式,主要特点是将早期的“塔+罐”型式合并为单个塔,将原吸收塔和氧化罐浆液部分合并为塔下部的浆池。
浆池内既要考虑碱性也要考虑酸性的要求,如图3所示。
采用了石灰石作为吸收剂,其基本呈中性或微弱碱性的特点,可以控制浆液在具有吸收能力的同时不至于呈现强碱性,使得“单塔单区”能够实现。
但单塔单区存在着明显的问题:
为兼顾吸收和氧化的效果,浆液pH值只能采用5-5.5的折中值。
这种结果虽能一定程度上兼顾酸碱度要求,但均离最佳值较远。
从吸收角度而言,脱硫效率受限,更高脱硫效率难以实现;而从氧化角度来看,则是牺牲掉一部分石膏纯度和粒径,易产生石膏纯度低与脱水困难等问题。
图3常规“单塔单区”图4龙净环保“单塔双区”
龙净环保在吸收借鉴单塔单区的基础上,对吸收塔浆池部分进行重大变革,成功实现在单塔浆池中维持上下2种不同pH值环境的区域,分别满足氧化和吸收所需,即实现“单塔双区”,如图4所示。
2.1.2.3龙净环保单塔双区结构
龙净环保吸收塔浆池部分布置有pH调节器和射流搅拌,通过两者的相互配合,使得浆液区pH调节器上部分pH可维持在4.9-5.5,而下部分pH可维持在5.1-6.3,这样不同的酸碱性形成的分区效果,就可实现“双区”的运行目的。
根据pH值计算原理可知,较小的差值也代表浆液的酸碱性有明显差别,如下表所示,其吸收能力最大可有6倍的提升。
pH差值
浆液酸碱性相差倍数
0.3
2
0.4
2.5
0.5
3.2
0.6
4
0.7
5
0.8
6.3
龙净环保吸收塔浆池部分布置示意如图5~图7所示,运行中浆池浆液的进出示意如图8所示。
图5“双区”浆池立面图图6双区调节器及氧化空气管道图7射流管道
图8龙净环保“双区”浆池特点
龙净环保单塔双区的分区效果在多个项目中均得到了验证:
2.1.2.4龙净环保单塔双区吸收塔具有如下优点:
(1)适合高含硫或高脱硫效率场合,可实现99.3%以上的高脱硫效率
(2)浆池pH分区,实现“双区”,其中:
上部氧化区pH4.9~5.5-生成高纯石膏
下部吸收区pH5.1~6.3-高效脱除SO2
(3)配套专有射流搅拌措施,吸收塔内无任何转动部件,且搅拌更加均匀,脱硫系统停机后可以很顺利地重新启动
(4)循环浆液停留时间可降至3.0min
(5)无任何塔外循环吸收装置
(6)吸收剂的利用率高、石膏纯度最高
(7)脱硫系统运行阻力低,比塔+罐或串联塔低150Pa~250Pa
(8)优于单塔双循环“塔+罐”系统和串联塔系统:
①全烟气均采用高pH值浆液进行脱硫吸收;
②所有石膏结晶均在同一塔低pH值区进行;
③无需塔外罐(塔)及其配套设施,可节省电耗约200kW·h/h(1×300MW机组);
④无需塔外罐(塔),节约占地面积
1×300MW机组,可节约占地面积500m2以上;
1×600MW机组,可节约占地面积700m2以上;
⑤无需塔外罐(塔),可节约大量投资;
⑥系统简单,检修方便,运行维护费用低。
2.1.3龙净环保高效脱硫的其他强化措施
2.1.3.1循环量总量
吸收塔内SO2的去除率主要是由吸收塔内循环浆液量(L)同烟气流量(G)的比值、浆液的pH值和原烟气中SO2的浓度决定的。
下面的经验公式可用于计算SO2的去除率:
SO2=(1--K).100(%)
K=V*f1*.Lf2*Gact-f3.*pHf4.*CSO2-f5
式中可以看出,由于正常运行中V、G、pH和CSO2均为常量,因此浆液循环量是影响脱硫效率的最重要参数,是实现高脱硫效率的基础。
达到高效脱硫时,循环量计算后系统安全余量在40~50%左右,明显高于常规30%的水平,这是高脱硫效率的直接保证与前提。
2.1.3.2塔内喷淋区域采取强化措施
单塔要实现高脱硫效率,塔内浆液的覆盖率和雾滴粒径是关键因素。
龙净环保采取如下5种措施:
2.1.3.2.1喷淋层数量
燃煤机组实现99.3%以上的高脱硫效率时,喷淋层设计值需3层以上,并保证每层有充足的喷淋覆盖率,通过多层喷淋覆盖叠加,保证烟气在塔内横截面上得到充分的洗涤。
多层喷淋的布置如图9、10所示,具体层数及覆盖要求根据项目实际情况确定。
图9多层喷淋层布置示意图图10多台循环泵布置示意图
2.1.3.2.2适当降低喷嘴流量,提高覆盖率
在单层循环流量确定的情况下,在超洁净脱硫下若计算覆盖率不满足要求时,可结合喷嘴选型,适当降低单个喷嘴流量以提升整体覆盖率。
2.1.3.2.3提高喷嘴背压,降低浆液喷淋粒径
喷嘴喷淋一次雾化粒径越小,其对气体和粉尘的捕捉及脱除效果越明显。
但由于雾化粒径的减少是以更大的能耗为代价,因此应在合理范围内,适当提高喷嘴背压,喷淋雾化粒径降低7%以上,以较小代价换取较好的效果。
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