劉紅蕾，李廣華，王智奇

（1.山東省電力學校，山東 泰安 271000；2.中國博奇環(huán)?？萍脊煞莨?，北京 100010）

1 火電廠脫硫系統(tǒng)改造的政策性要求

2011年初，國家環(huán)境保護部發(fā)布了《火電廠大氣污染物排放標準》（二次征求意見稿）（以下簡稱新標準）。與2009年發(fā)布的一次征求意見稿（以下簡稱2009年初稿）相比，其中的脫硫規(guī)定，無論是完成時間要求，還是減排力度，都有明顯提高。新標準將于2011年內頒布，2012年1月1日起開始執(zhí)行。

2009年初稿和舊標準對不同時期的火電廠建設項目劃分成 3個時段［1］，涉及的時間節(jié)點包括1996年12月31日、2010年和2015年，分別規(guī)定了排放控制要求；而新標準對現(xiàn)役機組采用了“一刀切”的方式，僅以2012年1月1日為界劃分為現(xiàn)有及新建機組2個時段，更加簡析明了：2012年1月1日前獲得環(huán)評批復的為現(xiàn)役機組，否則為新建機組?，F(xiàn)役機組的標準執(zhí)行時間為2014年1月1日，留給現(xiàn)役機組進行改造的時間只有2年。

新標準規(guī)定新建燃煤電廠二氧化硫的排放限值為100Mg/m3?，F(xiàn)有電廠分為兩類，燃煤硫分較高地區(qū)的電廠執(zhí)行400Mg/m3，其他現(xiàn)有燃煤電廠執(zhí)行200Mg/m3，重點地區(qū)的燃煤電廠執(zhí)行50Mg/m3。對比新標準、2009年初稿和舊標準可以看出，新標準調整了SO2污染物排放濃度限值，采取了更為嚴格的排放限制：

現(xiàn)役機組從舊標準執(zhí)行的最高2 100Mg/m3降至2009年初稿的800Mg/m3后再降至新標準的200～400mg/m3；新建機組從舊標準執(zhí)行的400mg/m3降至2009年初稿的200Mg/m3再降至新標準的50～100Mg/m3。新標準脫硫限值大幅下降，遠遠超出舊標準和2009年初稿，甚至超越歐美現(xiàn)用標準。

2 脫硫改造項目狀況

技改項目中的機組于2001年投產(chǎn)，機組容量為300MW。2007年應國家環(huán)保要求增加脫硫系統(tǒng)，根據(jù)對煙氣脫硫裝置投運近三年來的實際運行情況分析，其適用燃煤硫分、脫硫效率、出口二氧化硫排放濃度均難以滿足新規(guī)定的要求。近期電廠所在省環(huán)保廳和省電監(jiān)辦出臺了脫硫裝置設計燃煤硫份大于1%、綜合脫硫效率大于93%、凈煙氣二氧化硫排放濃度小于200Mg/m3的政策規(guī)定，加之燃煤電廠的電煤復雜多變，難以保證低硫煤的長期供應，這就為機組系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)的安全環(huán)保運行帶來壓力?？紤]到國家十二五期間節(jié)能減排和環(huán)保政策的趨嚴，該機組所在的發(fā)電有限責任公司對機組脫硫裝置必須進行增容改造，以提高系統(tǒng)脫硫效率，使整套脫硫裝置達到環(huán)保要求。

3 脫硫系統(tǒng)項目改造方案

3.1 脫硫系統(tǒng)改造的可研范圍

煙氣脫硫工藝增容改造方案的選擇、工藝流程及布置；

石膏脫水及貯存系統(tǒng)及布置改造方案；

儀表控制及電氣系統(tǒng)改造方案；

土建工程；

投資及經(jīng)濟分析。

3.2 主要設計原則

設計內容深度滿足 《火力發(fā)電廠可行性研究報告內容深度規(guī)定》［2］和《火力發(fā)電廠可行性研究報告內容深度規(guī)定煙氣脫硫部分暫行規(guī)定》［3］的要求。

大氣污染物排放應滿足 《火電廠大氣污染物排放標準》［4］。

脫硫工程產(chǎn)生的廢水、廢渣、噪音等環(huán)境污染物應滿足國家現(xiàn)行標準的要求，脫硫工程設計中應考慮防塵、防腐蝕、防噪音等措施。

脫硫工藝的選擇應遵照 “工藝成熟、運行穩(wěn)定、脫硫效率高、投資省、無二次污染”的原則；脫硫裝置采用一爐一塔，每套脫硫裝置的煙氣處理能力為一臺鍋爐100%BMCR工況時的煙氣量。

依據(jù)國家最新規(guī)定，火電廠脫硫系統(tǒng)不設置旁路。

脫硫煙氣入口含硫量按照設計燃煤硫分1.2%、校核燃煤硫分1.5%、出口二氧化硫濃度小于150Mg/m3。

3.3 改造條件

制備和供應方式。工程采用石灰石粉方案，原石灰石粉制漿系統(tǒng)全部利舊，無須改造。

脫硫場地條件。此次機組煙氣脫硫增容改造，基本上是在原來的脫硫島內設備布置位置進行調整，總體來說，脫硫場地對于工藝系統(tǒng)布置難度不大。新增循環(huán)泵出口管道布置相對較困難，要根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行改造。新增真空皮帶脫水機處理能力較大，項目實施過程中，要根據(jù)現(xiàn)有場地確定，將真空皮帶脫水機盡量做寬，做短。項目暫按新增工藝水系統(tǒng)設計，在原機組工藝水箱位置原地建設工藝水箱、工藝水泵以及除霧器沖洗水泵。

3.4 脫硫系統(tǒng)改造設想

3.4.1 脫硫工藝用水、汽、氣

脫硫裝置用水量約43M3/h，工程用壓縮空氣從主體引接，為FGD裝置提供檢修、吹掃用氣，不需要使用蒸汽。脫硫的工藝水水源由業(yè)主提供，工藝水系統(tǒng)滿足FGD裝置正常運行和事故工況下脫硫工藝系統(tǒng)的用水。

3.4.2 廢水處理

廢水的排放量經(jīng)計算為12.8 t/h，原有的脫硫廢水系統(tǒng)的出力為13 t/h，通過對原有脫硫廢水設備選型的核算，能滿足改造后廢水量要求，且鑒于原有脫硫廢水系統(tǒng)的投運時間較短，綜合考慮技術和經(jīng)濟各指標，建議本次改造脫硫廢水不進行增容。

改造方要求工藝專業(yè)廢水的含固量由1.2%提高至2.2%，依據(jù)以往脫硫廢水改造經(jīng)驗，采用以下方案：在污泥輸送泵出口母管增加回路，將污泥引至皮帶脫水機的濾餅沖洗盒，使其分布在脫水石膏的上部，保證了不因污泥的粒徑過細導致濾布的空隙被污泥填塞。而污泥引入量僅10M3/h，含固量5%～7%，對石膏品質影響較小。 這樣既利用脫水機的出力余量，在不影響皮帶的正常運行又解決了過量廢水污泥的處理。

3.4.3 電氣部分

由于燃煤含硫量增大，原設備容量無法滿足現(xiàn)在運行條件所需，故對原來脫硫系統(tǒng)進行相應改造，電氣設計范圍為相應的脫硫電氣部分的改造。由于原有電氣設備利舊困難，故本次改造電氣設備、材料原則上均為新增。

（1）初步設計思路。

電源：脫硫項目6 kV電動機及低壓脫硫變均由主廠6 kV工作段供電，脫硫保安負荷由主廠保安PC段供電。其電源與脫硫島的分界點在主體6 kV脫硫電源饋線柜及其380 V脫硫保安電源饋線柜出線端子處，此端子以后的供、配電設計與供貨均包含在本期脫硫改造工程中。

電纜：脫硫島區(qū)域內的電纜、主體6 kV脫硫電源饋線柜至脫硫島的電纜及主體380 V脫硫保安電源饋線柜至脫硫島的電纜設計與供貨均包含在本期脫硫改造工程中。

電纜敷設設施和照明：電纜敷設設施如橋架、電纜溝、電纜防火設施、照明設施（道路照明）等與主體分界點為脫硫島區(qū)域外1M。

（2）主要電氣設備選擇及布置。

0.4 kV低壓配電裝置。0.4 kV低壓開關柜選用MNS型抽屜開關柜，380/220 V系統(tǒng)采用PC（動力中心）、MCC（電動機控制中心）兩級供電方式。煙氣吸收系統(tǒng)、額定功率75 kW及以上的電動機、100 kW及以上的饋線回路和MCC電源回路由380 V動力中心供電，漿液制備、石膏脫水及廢水處理系統(tǒng)由公用MCC段供電。

電力及控制電纜。工程6 kV電纜采用ZRC-YJV22-6/6 kV，0.4 kV動力電纜采用ZRC-YJV22-0.6/1 kV，控制電纜選用銅芯ZRC-KVVP22-0.45/0.75 kV。

項目新增低壓開關柜均并接在原有脫硫380V PC段及公用MCC段上。3.4.4 儀表和控制部分改造

根據(jù)工藝專業(yè)增加1臺循環(huán)泵、增加1臺氧化風機（含排氣電動閥），增加事故噴淋系統(tǒng)，新增1臺工藝水箱；新增2臺工藝水泵；新增2臺除霧器沖洗水泵；拆除原真空皮帶脫水機B、C及其相應輔助設備，新增1臺處理能力較大的真空皮帶脫水機 （每套皮帶脫水機含DI：16點；DO：2點；AI：2 點；AO：2點）。DCS 需增加如下 I/O 點：DI點25個，DO點14個，RTD點7個，相應增加計算機及其控制電纜。

循環(huán)泵系統(tǒng)：增加就地隔膜壓力表1塊。

事故噴淋系統(tǒng)：增加電動執(zhí)行機構1臺，氣動執(zhí)行機構1臺，隔膜壓力液位計1臺。

氧化風機系統(tǒng)：增加1臺電動執(zhí)行機構。

水箱系統(tǒng)：增加就地彈簧壓力表4塊。 壓力液位計1臺。

增加1套CEMS系統(tǒng)，對煙囪入口的煙氣進行連續(xù)在線監(jiān)測，包括 SO2、O2、NOx、煙塵量、煙氣流量、壓力、溫度、濕度等。

3.4.5 土建部分改造

針對工藝新布置，土建需要新增部分設備基礎，改造石膏脫水樓、GGH支架結構，擴建漿液循環(huán)泵支架及需改造部分設備基礎，對改造的原有建（構）筑物進行復核計算。

1）新建（構）筑物結構。新增設備基礎采用大塊式鋼筋混凝土結構。

2）改造新建（構）筑物結構。

原有石膏脫水樓標高9M真空皮帶層設備更換，按新布置的真空泵及真空皮帶布置，進行核算。按核算結果對原有梁板進行改造或加固處理等；原沒有荷載點的位置需新增鋼梁。原有石膏脫水樓標高12.6M旋流器鋼平臺需要外擴2.5M，按要求新增鋼柱等，按核算結果對原有梁板進行改造或加固處理等。

原有GGH支架，按新的煙道布置，局部加高7.4M，需新增部分梁柱，按新荷載重新核算原GGH支架結構，根據(jù)核算結果對原結構進行改造或加固處理等。

漿液循環(huán)泵支架原為鋼筋混凝土框架結構，現(xiàn)需要將泵支架按工藝要求外擴5M，需要新增2個混凝土柱及相關梁、軌道等，基礎和結構形式按原有不變，大小按計算確定。對新的吸收塔荷載，土建進行了原有吸收塔樁基礎復核計算。經(jīng)核算原有吸收塔樁基礎滿足新荷載要求，不需要加固。

3.5 工藝方案設計改造

3.5.1 煙氣系統(tǒng)

增壓風機：根據(jù)廠家反饋意見需要更換葉輪、電機，電機功率由原來的2 300 kW增到到2 800 kW。

GGH：GGH全部利舊，無須改造。

擋板門：擋板門全部利舊，無須改造。

煙道：由于吸收塔出入口接口高度抬高，所以連接吸收塔與GGH的煙道也要增高，故煙道量有所增加。

膨脹節(jié)：由于有拆除煙道，故吸收塔出入口煙道膨脹節(jié)需要更換。

增壓風機檢修起吊：由于增壓風機電機增大，故須對原有檢修軌道以及檢修設施進行更換。

3.5.2 吸收塔（SO2吸收）系統(tǒng)

1）保證吸收塔出入口煙道尺寸不變，原吸收塔整體抬高7.4M，吸收塔漿池區(qū)增加5.4M，增加一層噴淋層（2M），吸收塔漿池高度由原來的7.7M加高到13.1M，漿池容積增大到1 383M3。 從吸收塔底板往上加高，原循環(huán)泵入口、吸收塔攪拌器開孔、石膏排放泵入口等管口需要重新開孔。吸收塔基礎的承載能力滿足改造后要求。

2）原氧化空氣管設計為噴槍結構，由于含硫量增加，吸收塔漿池增大，故如果繼續(xù)采用氧化噴槍形式，原氧化風機壓力不能滿足單層攪拌器要求，故本次設計為氧化空氣管網(wǎng)式，同時氧化空氣管線進行相應改造。

3）除霧器：利用原有除霧器。

4）循環(huán)泵改造方案。

原最高層循環(huán)泵電機和減速機挪至原次高層循環(huán)泵位置，次高層循環(huán)泵參數(shù)可從5 400M3/h×15.2M提高到5 740M3/h×16.5M。

原次高層循環(huán)泵電機和減速機挪至原最低層循環(huán)泵位置，最低層循環(huán)泵參數(shù)可從5 400M3/h×13.2M提高到5 740M3/h×14.4M。

原最高層循環(huán)泵重新設計和采購，參數(shù)為：流量 6 860M3/h，壓頭 23.7M；配套電機 800 kW；泵和電機基礎重做；循環(huán)泵進出口管路接口局部調整，主管路不變；對應噴淋層需重新設計采購。

增加1層噴淋層，新增循環(huán)泵規(guī)格型號為：流量6 980M3/h，壓頭25.7M；配套電機900 kW。

（5）噴淋層該改造方案：利舊兩層噴淋層，更換原最高層噴淋層，增加1層噴淋層。

（6）氧化風機：增加1臺氧化風機，規(guī)格型號與原氧化風機相同，最終配置為3臺氧化風機，運行模式為一運一備。

（7）循環(huán)泵檢修起吊：由于循環(huán)泵規(guī)格型號增大，故須對原有檢修軌道以及檢修設施進行更換。

3.5.3 石灰石漿液制備系統(tǒng)

全部利舊，設備容量可以滿足含硫量增加后系統(tǒng)所需容量要求。

3.5.4 石膏脫水系統(tǒng)

原石膏脫水系統(tǒng)處理能力為改造后石膏產(chǎn)量106%左右，余量過小，故本次可研方案對原石膏脫水系統(tǒng)進行了改造，改造后石膏脫水系統(tǒng)滿足另外2臺機組公用1套脫水系統(tǒng)的總容量150%設計。

1）拆除原真空皮帶脫水機及其相應輔助設備，新增1臺處理能力較大的真空皮帶脫水機。

2）拆除原石膏旋流器，新增1臺處理能力較大的石膏旋流器。

3）更換原兩臺廢水泵，廢水箱需要重新開孔。

4）原廢水旋流器不更換，加大入口壓力。

4 環(huán)境及社會效益預計

改造后，出口污染物濃度不超過150Mg/Nm3，二氧化硫排放量滿足 《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標準》的要求。另外，由于脫硫吸收塔的洗滌除塵作用，脫硫系統(tǒng)還可取得70%以上的除塵效果，保證煙囪出口煙塵濃度滿足《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標準》的要求。脫硫副產(chǎn)物石膏純度可達90%以上，具有綜合利用價值。脫硫廢水產(chǎn)生總量為11 t/h，廢水中的主要污染因子為鹽類、重金屬、水中懸浮物SS等，經(jīng)過廢水處理系統(tǒng)處理后各項指標均能達到國家污水綜合排放標準要求的一級標準［5］。