周強，肖貴林

（四川廣安發(fā)電有限責任公司，四川廣安 638017）

600MW高硫煤機組脫硫單塔增容改造技術的應用

周強，肖貴林

（四川廣安發(fā)電有限責任公司，四川廣安 638017）

以某電廠600MW機組煙氣脫硫系統(tǒng)進行的增容改造為例，介紹了高硫地區(qū)電廠脫硫系統(tǒng)為適應燃煤變化及國家排放要求而進行增容改造方案的比選情況，分析了在原脫硫系統(tǒng)的單吸收塔基礎上進行增容改造的實施情況，為具有相同改造要求和相似改造環(huán)境的電廠提供參考案例。

600MW機組；高硫煤；單塔脫硫；增容改造

0 引言

近年來，由于煤炭市場不穩(wěn)定，較多電廠實際運行的燃煤煤質比原設計煤種質量差異較大，常造成脫硫裝置入口煙氣中SO2質量濃度較設計值更高，原有脫硫裝置容量不夠而造成超標排放事件。另外，國家環(huán)境保護部已修訂出臺了《環(huán)境保護法》，大氣污染物排放標準更加嚴格，最近又提出了“十三五”期間火電廠超低排放規(guī)劃，因此，許多火電廠面臨脫硫裝置改造或再次增容改造的問題。

1 脫硫增容改造的特點

1.1 制約條件多

脫硫系統(tǒng)進行增容改造的主要制約因素有與原有系統(tǒng)接口、設備選擇及布置、改造設備系統(tǒng)的安裝布置以及改造施工場地條件限制等。原有脫硫設施在建設時均按照當時確定的燃煤含硫量及煙氣排放標準設計和建造，基本沒有為將來可能的增容擴建做預留措施。這就造成在進行脫硫系統(tǒng)增容改造時，沒有預留系統(tǒng)接口，沒有布置改造設備系統(tǒng)的場地或空間，甚至沒有合適的改造施工場地。

另外，脫硫系統(tǒng)增容改造還受其他一些因素影響，如原有土建基礎承載能力是否夠增加設備系統(tǒng)，原系統(tǒng)的電源容量余量是否滿足增容改造新增設備用電負荷，增容改造中新設備選型如何與原有設備系統(tǒng)匹配，原有的脫硫系統(tǒng)和設備在較長時間運行中的磨損、腐蝕程度，如何在增容改造中客觀評判和利用其現(xiàn)有的實際出力等。

1.2 改造方案不確定

各個電廠的脫硫系統(tǒng)在設計、設備使用、建設及所采用的技術方式等都不盡相同，因此其脫硫系統(tǒng)的增容改造方案也無統(tǒng)一的規(guī)范和思路可遵循，只能結合其具體情況來針對性地制訂和實施。

現(xiàn)以某電廠600MW高硫煤機組脫硫裝置增容改造為例，介紹增容改造方案的選擇和單塔增容改造技術的具體實施情況。

該機組位于高硫煤地區(qū)，煙氣含硫量高，需脫硫系統(tǒng)脫除硫分的絕對值很大，因而原脫硫系統(tǒng)的容量配置龐大，實施增容改造難度很大。經(jīng)過增容改造后，該脫硫裝置各系統(tǒng)出力和容量在國內(nèi)脫硫項目中基本為最高，因此，該改造項目對于類似脫硫增容改造工程有一定的參考和借鑒意義。

2 原脫硫系統(tǒng)概述

某電廠＃61機組裝機容量為600MW，于2007年2月26日正式投入運行。同期建設的脫硫系統(tǒng)采用石灰石－石膏濕法脫硫（FGD）技術，配單臺吸收塔，采用空塔噴淋結構。原設計燃煤中硫的質量分數(shù)為2.39%，脫硫系統(tǒng)設計入口煙氣中SO2的質量濃度為7613mg／m3（標干，6%氧），系統(tǒng)設計的脫硫效率不小于95%。煙氣系統(tǒng)中配有1臺軸流式增壓風機、1套煙氣換熱器（GGH）。制漿系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、除霧器沖洗水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、石膏漿液拋棄系統(tǒng)及石膏漿液轉運系統(tǒng)等，與另一臺600 MW機組的脫硫系統(tǒng)公用。

3 脫硫系統(tǒng)增容改造原則

（1）該項目改造范圍包括＃61機組脫硫系統(tǒng)，以及＃61，＃62機組脫硫的公用系統(tǒng)。

（2）此次改造中，SO2質量濃度按照入口12 000 mg／m3（標態(tài)，干基，空氣過剩系數(shù)α＝1.4）、出口不大于400mg／m3（標態(tài)，干基，α＝1.4）進行設計。

（3）當FGD入口煙氣SO2質量濃度超出設計值20%時，保證脫硫裝置能長時間安全、連續(xù)運行。

（4）在工藝選擇和設備布置中充分考慮現(xiàn)有條件，盡量利用原設備，設備出力不足時優(yōu)先考慮增加部分設備，拆除的設備遵循利舊原則充分利用。

（5）脫硫系統(tǒng)可用率大于98%。

增容改造主要設計參數(shù)見表1。

表1 增容改造主要設計參數(shù)

4 增容改造方案比選

4.1 原有脫硫系統(tǒng)概況

＃61機組原有脫硫裝置設置獨立吸收塔1座，為空塔噴淋結構，總高44.47m，有5層噴淋層，無備用；配3臺氧化風機，2用1備，塔內(nèi)氧化風采用曝氣式氧化風管系統(tǒng)；設2臺脈沖懸浮泵，1用1備。吸收塔本體為變徑結構，吸收區(qū)直徑為16m，漿池區(qū)直徑為19m。

4.2 增容改造方案選擇

脫硫系統(tǒng)增容的主要思路是提高吸收系統(tǒng)的液氣比，同時增加漿液在吸收塔內(nèi)的停留時間。液氣比的提高主要通過增加噴淋量來實現(xiàn)，漿液停留時間的增加主要通過擴大漿池容積來實現(xiàn)。

在改造項目前期方案設計中，選取了目前最為典型的3種改造方案進行比選：方案1，原吸收塔拆除后重建；方案2，在原塔基礎上進行增容改造；方案3，保留原吸收塔不動，新增串聯(lián)塔作為一級或二級塔。

方案1：根據(jù)此次改造設計原則所確定的煙氣條件及SO2排放要求，全新設計、建造1座常規(guī)噴淋塔及其輔助配套系統(tǒng)。該方案的脫硫系統(tǒng)較簡單，脫硫系統(tǒng)運行參數(shù)易于控制，技術上較為可靠，原有的部分設備、系統(tǒng)也可以繼續(xù)利用。但是，因涉及舊塔本體的全部拆除和新塔重建，工程造價和施工工期要求均較高，與此次改造項目的相關條件不符。

方案2：利用舊塔進行增容改造。原有脫硫系統(tǒng)的漿液循環(huán)泵、氧化風機、除霧器、噴淋層噴嘴均可以利舊，且部分原有吸收塔塔體結構也可以利舊。新增部分噴淋系統(tǒng)、氧化風系統(tǒng)、加強排出系統(tǒng)，并加大吸收塔漿液池容積等。該方案對系統(tǒng)改動小，新增設備系統(tǒng)較少，工程造價和施工工期均便于控制。改造相關要求與原有設備系統(tǒng)健康狀況較好，但場地受限而不適于布置較多新設備等具體情況相符。采用該方案，原有吸收塔塔體結構和基礎的可利用性必須優(yōu)先得到論證確認。

方案3：新建1座吸收塔，并與原有的吸收塔串聯(lián)運行。原煙氣先后經(jīng)兩級吸收塔脫硫后再排出，如果僅考慮煙氣中SO2的脫除率，該方案易于實現(xiàn)。但該方案需新建吸收塔及其輔助設備系統(tǒng)，受場地制約最大，且操作較繁雜，新、舊2個吸收塔的主要運行參數(shù)不易控制，工程造價也較另外2個方案要高。

本著遵循系統(tǒng)延續(xù)性、實用性和經(jīng)濟性的原則，在充分考慮場地、費用和工期的前提下，在原有塔體結構及其基礎經(jīng)過論證可滿足本次增容改造要求的基礎上，確定以方案2作為此次脫硫系統(tǒng)增容改造的最終方案。該方案在國內(nèi)類似項目中有過應用，有較成熟的設計和建設經(jīng)驗。

5 各分項系統(tǒng)設備的改造方案

5.1 漿液循環(huán)泵及噴淋層

原脫硫裝置設置5臺漿液循環(huán)泵，采用5層漿液霧化噴淋方式。此次改造為增大脫硫系統(tǒng)的液氣比，需增加噴淋量，所以新增2臺漿液循環(huán)泵及其相應的噴淋層和噴嘴。原有漿液循環(huán)泵及其噴淋層和噴嘴均利舊使用，并進行檢查和局部修復。

5.2 吸收塔本體

原吸收塔最上層和次上層噴淋層之間切割并抬高4m，用于布置新增的2層噴淋層，漿池容積需增大，改造時將漿池區(qū)域塔體切割并整體抬高4.5m，吸收塔其他區(qū)域利舊不做改動。吸收塔及煙道增高總設計如圖1所示（圖中：①為吸收塔噴淋層加高區(qū)；②為吸收塔漿液池加高區(qū)；③④為原凈煙道加高區(qū)；⑤⑥為取消GGH后煙道直接連接區(qū)域），吸收塔增高前后主要參數(shù)對比情況見表2。

5.3 氧化空氣系統(tǒng)

吸收塔漿池容積及儲漿量增加，對吸收塔內(nèi)漿液的氧化能力要求更大，因此，原有氧化風系統(tǒng)需擴容。原FGD設有3臺氧化風機，“1運2備”或“2運1備”。改造新增2臺氧化風機以增容氧化風量，并在吸收塔內(nèi)單獨增設了1套氧化曝氣風管系統(tǒng)，使改造后吸收塔內(nèi)保持2套氧化風運行，大大提升漿液中亞硫酸鈣的氧化率。為保證原有氧化風機在漿液池擴容改造后可繼續(xù)使用，設計改造中將漿液池抬高區(qū)域定位于原有氧化風管系統(tǒng)以下，以保證改造后塔內(nèi)氧化風管與吸收塔液面之間的高差不變，原氧化風機的壓頭能滿足系統(tǒng)改造后的要求，可以利舊使用。新增氧化風機的形式和參數(shù)與原有風機保持一致，使新增風機可與原有3臺風機并聯(lián)運行，互為備用。

氧化風機及其管路布置設計如圖2所示，吸收塔內(nèi)氧化風管布置設計如圖3所示。

圖1 吸收塔及煙道增高總設計（示意）

表2 吸收塔增高前后主要參數(shù)對比

圖2 氧化風機及管路布置示意

圖3 吸收塔內(nèi)氧化風管布置

5.4 攪拌系統(tǒng)

吸收塔攪拌系統(tǒng)的配置，根據(jù)脫硫技術的不同主要分為攪拌器和脈沖懸浮2種方式。攪拌系統(tǒng)主要考慮因素為吸收塔漿池底面積和漿液池總容積。

原＃61機組脫硫吸收塔內(nèi)的攪拌系統(tǒng)為脈沖懸浮式。為保持系統(tǒng)的延續(xù)性，減少改造量，此次改造設計中依然采用原有攪拌形式。同時，根據(jù)增容后漿液池的參數(shù)與原有脈沖懸浮泵參數(shù)進行的核算結果，只將原脈沖懸浮泵的葉輪進行了改造更換，其余部分均利舊使用，可滿足改造后吸收塔內(nèi)的攪拌要求。

5.5 石膏排出系統(tǒng)

原FGD系統(tǒng)設置有2臺石膏排出泵（1運1備）和1套石膏旋流站。因增容改造后單位時間外排的石膏漿液量增加，此次改造中原有的2臺石膏排出泵及石膏旋流站利舊，并新增1臺與原泵參數(shù)一致的石膏排出泵，與原泵并列使用，相應新增1個石膏旋流站。

5.6 除霧器系統(tǒng)

原FGD除霧器性能良好，此次改造中檢查修整后利舊使用。

5.7 風煙系統(tǒng)

原吸收塔改造中升高，吸收塔的進、出口煙道中心標高均抬升，因此與原吸收塔相連接的原、凈煙道接口段分別升高，重新制作連接段。原脫硫系統(tǒng)設置有1套GGH，根據(jù)原GGH的運行狀況，以及可能對改造后脫硫系統(tǒng)帶來的不利影響，在此次改造中將GGH及其輔助系統(tǒng)全部拆除，將GGH位置的原、凈煙道分別連接成直通煙道。

經(jīng)核算，拆除GGH減少的煙氣系統(tǒng)阻力可以彌補因吸收塔噴淋層及煙道改造而增加的阻力，因此，原增壓風機出力可滿足改造后的系統(tǒng)運行要求，檢修利舊。

5.8 吸收劑制備和貯存系統(tǒng)

原制漿系統(tǒng)為2臺600MW機組脫硫系統(tǒng)公用，配備2臺套出力40 t／h的濕式球磨機系統(tǒng)。脫硫增容改造后石灰石漿液需求量加大，并綜合考慮另一套脫硫系統(tǒng)將要進行的增容改造，因此，在此次改造中新增1套出力40 t／h的制漿系統(tǒng)，仍供2套脫硫系統(tǒng)公用。

5.9 石膏拋棄系統(tǒng)

原脫硫系統(tǒng)拋棄泵設置有3組（2運1備），經(jīng)核算，原有拋棄系統(tǒng)可滿足增容后的石膏漿液排出需求，因此拋棄系統(tǒng)只檢修利舊。

5.10 工藝水系統(tǒng)

此次改造中取消了GGH，增設了1套制漿系統(tǒng)，且燃煤含硫量提高，因此，吸收塔蒸發(fā)水量、制漿耗水量、石膏結晶水和排出石膏漿液的含水量均有所增加。經(jīng)核算，工藝水使用量總計增加約120 t／h。為此，此次改造中新增2臺（1運1備）120m3／h流量的工藝水泵，用以補充改造后脫硫系統(tǒng)的用水。

另外，因吸收塔頂升而使除霧器升高8.5m，原除霧器沖洗水泵的揚程不能滿足改造后系統(tǒng)運行要求，因此，原有3臺原除霧器水泵更換為更高揚程的水泵。

6 增容改造技術方案的創(chuàng)新點

6.1 改造原則

必須核算并確認原吸收塔土建基礎及塔體結構可滿足改造后要求，才能確定在原有吸收塔基礎上進行局部增容改造的技術方案。

6.2 技術選擇

為保證原有技術的延續(xù)性，減少改造工程量和改造周期，最大限度地利用原有系統(tǒng)設備，改造中盡量在原脫硫系統(tǒng)設計思路及工藝方式基礎上進行增容設計，特別是氧化空氣系統(tǒng)，吸收塔攪拌系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)等。

6.3 吸收塔抬高點的選擇

原脫硫吸收塔中最上層噴淋層為單向噴嘴，其余各層均為雙向噴嘴。為使原有最上層噴淋層可以直接利舊使用，在設計中將噴淋層塔體的抬高點選擇在了最上層和次上層的噴淋層之間，這樣也不影響脫硫系統(tǒng)工藝的要求。

在經(jīng)核算滿足漿液池氧化效果的前提下，將漿池抬高位置選擇在原塔內(nèi)氧化風曝氣管層的下部，使改造后曝氣管距離吸收塔漿液池液面的相對高差不變化，原有氧化風機就可以直接利舊使用。

7 結論

（1）按照工程整體安排，＃61機組600MW煙氣脫硫增容改造工程按期完成，并順利通過168 h試運行和性能試驗。目前，增容改造后脫硫系統(tǒng)各項參數(shù)指標均符合設計要求，各項儀表投入齊全有效，各項設備系統(tǒng)運轉正常，達到了預期的改造目的和要求。

（2）脫硫增容改造是一項整體系統(tǒng)工程，改造設計不能只針對需增容的系統(tǒng)設備部分。原有系統(tǒng)設備的實際運行情況需提前摸底，確認原有其他系統(tǒng)中設計不合理或者運行異常的地方，結合原系統(tǒng)的磨損、腐蝕、設備出力等情況一并考慮，在改造中進行相應的改造和利用，以保證改造后整個脫硫系統(tǒng)的性能。

（3）增容改造工程是在原有設備系統(tǒng)的基礎上進行的，受原設備系統(tǒng)設計、布置以及計劃改造費用和工期的影響很大，設計和施工難度比新建系統(tǒng)更大。改造方案的選擇需緊密結合原有設備系統(tǒng)的性能及增容改造的要求，在保障改造后系統(tǒng)整體性能的同時，也要考慮改造過程中的施工方案、工期及費用等，以最有效、最經(jīng)濟及最便于施工的設計和方案，來保證改造工程的順利進行并取得最佳效果。

（本文責編：白銀雷）

X 701.3；TM 621.7

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1674－1951（2016）02－0068－04

周強（1972—），男，重慶銅梁人，助理工程師，從事脫硫、脫硝改造及運行維護方面的工作（E-mail：gazq333＠163.com）。

2015－10－23；

2016－01－26

肖貴林（1973—），男，四川成都人，工程師，從事環(huán)保改造及運行維護管理方面的工作（E-mail：13550999419＠163.com）。