石灰石石膏湿法双循环脱硫技术.ppt
石灰石石膏湿法双循环脱硫技术,1 我国大气污染物排放标准,火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011),表1 火力发电锅炉及燃气轮机组大气污染物排放浓度限值(单位mg/m3),注1:位于广西壮族自治区、重庆市、四川省和贵州省的火力发电锅炉执行该限值。注2:采用W型火焰炉膛的火力发电锅炉,现有循环流化床火力发电锅炉,以及2003年12月31日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉执行该限值.,火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011),表2 大气污染物特别排放限值(单位mg/m3),注:重点地区的火力发电锅炉和燃气轮机组执行表2规定的大气污染物排放特别排放限值。,环保部2013年03月05日 第14号公告,目前，我国对火力发电厂的环保要求越来越严格，火电厂大气污染物排放标准进一步提高，根据环保部2013年03月05日发布的第14号关于执行大气污染物特别排放限值的公告，位于“三区十群”内的火力发电机组在“十三五”期间，都必须达到二氧化硫50mg/m3的排放限值；这就意味着不论是新建电厂，还是现有电厂，都将面临着脱硫效率要求大于98%的情况。此时，在不改变石灰石做为脱硫剂的前提下，石灰石石膏湿法双循环脱硫技术就成为了一个很好的解决方案。,2 石灰石石膏湿法双循环脱硫技术,2.1 工艺流程,双循环脱硫技术原是德国诺尔公司的一种石灰石-石膏湿法脱硫技术.由于德国诺尔公司已经被德国FBE 公司收购，技术属FBE 公司所有。,图1 双循环工艺流程图,2.2 工艺描述,烟气经过两个不同的循环过程和石灰石反应后得到净化：Quench循环（一级循环）Absorber循环（二级循环）每个循环回路有不同的化学反应过程，固体浓度，固体类型和pH值：Quench循环 pH值=4.5-5.3Absorber循环 pH值=5.8-6.4氧化空气被鼓入到Quench循环，在较低的pH值下，有利于氧化过程。氧化空气同时也被鼓入到Absorber循环，以避免结垢。如果采用石灰石作为脱硫剂，则细碎的或者粒径较大的石灰石都能使用；输送方式可以采用：干磨和气力输送给料系统湿磨和浆液给料系统,2.3 系统优点,对SO2的大范围变化有很好的适应性；尤其适用于含硫量较高的煤质或者脱硫效率要求 97的FGD系统。能适应烟气中二氧化硫的较大偏差和快速变化。在Quench循环中，烟气能够得到预处理：降低烟气中含尘量降低HCl和HF含量有利于箱罐材质选择每个循环的控制都是独立的，并且易于优化和快速调整。对于一些不利的运行工况，能够迅速反应：燃料变化负荷变化,2.3 系统优点续,在Quench循环由于pH值较低4 5，能够保证脱硫剂的溶解吸收过程，并生成高品质的石膏。在Absorber循环由于pH值较高 6，能够保证非常高的脱硫效率和较低的液气比，大幅降低循环泵的能耗。每个循环的化学反应都是独立控制的，能够允许使用：品质较差的脱硫剂粒径较大的石灰石粉石灰石输送给料系统比较简单，易于操作控制,2.4 技术经济优点,由于Quench的浆池容积较小，降低了吸收塔的高度：降低抗风载和地震载荷的等级降低了投资成本独立分离的Quench浆池和ATF浆池可以减小事故浆罐的存储容积：降低投资成本锥型结构的收集碗用于分隔两个循环区域，均布烟气，减少烟气分层：均布烟气流场较小的液气比L/G降低投资和运行费用可以优化材质，降低投资成本。,2.5 材质选择范围,奥氏体不锈钢和镍基合金（完全使用和内衬）：吸收塔外壁收集碗漏斗喷淋层支撑结构有机的防腐蚀材料（丁基橡胶和玻璃鳞片）：吸收塔外壁碳钢衬胶（和/）或防腐涂层收集碗烟道玻璃纤维增强塑料（FRP）：吸收塔外壁收集碗喷淋层支撑结构烟道,3 双循环吸收塔的改进,3.1 双循环吸收塔原烟气入口的改进,原设计,改进后,3.2 双循环吸收塔收集碗和返回AFT浆池管道的改进,原设计,改进后,3.3 双循环吸收塔内部结构的改进,原设计,改进后,4 双循环吸收塔的业绩,4.1 双循环吸收塔的运行业绩表,原烟气SO210.000 mg/m3(标，干)：共20台原烟气SO210.000 mg/m3(标，干)：共55台,4.2 投运实例：德国黑泵2X800MW电厂,基本负荷电站无旁路系统无可用时间限制（16000小时）无可用率限制石膏品质高含水量6石灰石粒径：9090微米石灰石存储容积：大约5个小时在第二个循环不含亚硫酸盐,4.2.1 德国黑泵电厂烟气脱硫双循环系统的基本情况,4.2.2 黑泵电厂+IV Boxberg电厂FGD材料选择,(褐煤 SO2：7500mg/Nm3),4.2.3 黑泵电厂FGD设计数据,机组容量 800兆瓦 2台机褐煤硫含量 在0.31.4每台炉的设计数据烟气流量 1.8106m3/h 标态，湿态烟气温度 130-190C。二氧化硫最大输入 7250 mg/m3标态，干态 正常 4000 mg/m3标态，干态二氧化硫最大输出 5 400 mg/m3 标态，干态石灰石最大耗量 18.5 t/h石膏最大产量 33.5 t/h,4.2.4 黑泵电厂烟气脱硫技术的特点,通过冷却塔排放烟气增强烟气扩散效果无烟气换热器无烟气旁路减少烟道全金属吸收塔延长使用寿命，降低维护费用玻璃钢浆液管道无腐蚀，延长使用寿命高品质固体颗粒分离石膏质量高双循环吸收塔脱硫率高，能耗低,4.2.5 黑泵电厂烟气脱硫装置的主要组成,吸收塔 H=45 M D=18米 重量500吨 镍合金，不锈钢，包覆钢 进口和收集碗 2.4819 Quench循环 2.4819覆盖 上部流程 1.4565/1.4529 出口 1.4439AFT浆液罐 高=15 M D=16 m 材料：1.4565泵（全金属）Absorber循环浆液泵 48000 m3/h Quench循环浆液泵 33600 m3/h管道：浆液管道 FRP玻璃纤维增强塑料（D max=1.4m）水和空气 碳钢真空皮带机：过滤面积 353m2,4.2.6 黑泵电厂净烟气冷却塔排放（烟塔合一）,4.2.7 黑泵电厂净烟气冷却塔排放（烟塔合一）,4.3 投运实例：Jnschwalde电厂（6X500MW）,jnschwalde电厂（6500MW）的设计数据,机组容量 6X500兆瓦烟气流量 18106m3/h 标态，干态原烟气SO2浓度 6000 mg/m3标态，干态脱硫前的硫排放量 108000kg/h脱硫效率 95脱硫后的硫排放量 5400kg/h水耗 250.000m3/h石灰石耗量 700.000t/年石膏产量 1.300.000 t/年石膏用途 工业综合利用,5 对比单循环湿法烟气脱硫系统,5.1 单塔单循环工艺流程,5.2 单循环吸收塔结构图,5.3 双循环吸收塔结构图,5.4 吸收塔本体阻力比较,以泰州电厂二期工程脱硫为例，在同样的入口SO2浓度3500mg/Nm3条件下，保证出口SO2浓度为50mg/Nm3。,单循环设计吸收塔直径：21.5m塔内烟气流速：3.24m/s液气比：17.36 l/m3喷淋层（循环泵）数量：6循环泵流量：12500m3/h浆池容积：6263m3吸收塔高度：50.1m吸收塔阻力：1452Pa,双循环设计吸收塔直径：21.5m塔内烟气流速：3.24m/s一级循环液气比：5.44/m3二级循环液气比：10.87 l/m3喷淋层（循环泵）数量：下2上4循环泵流量：11500m3/h一级循环浆池容积：1950m3二级循环浆池容积：3541m3吸收塔高度：54m吸收塔阻力：1458Pa,由此看出单塔单循环和单塔双循环的系统阻力差别不大。,5.5 吸收塔本体系统电耗比较,同样以泰州电厂二期工程脱硫为例，由于公用系统出力和系统阻力基本相同，故这部分电耗也基本相同，这里只比较吸收塔本体系统的电耗。,单循环设计循环泵流量：6X12500m3/h循环泵轴功率：940/1022/1105/1187/1270/1352kW浆池容积：6263m3浆池高度：17.25m过氧空气系数：3.5氧化空气量：32000Nm3/h氧化风机轴功率：1330kW搅拌器数量：下5上8搅拌器轴功率：13X45kW,双循环设计循环泵流量：6X11500m3/h一级循环泵轴功率：885/960kW二级循环泵轴功率：928/1003/1077/1213kW一级循环浆池容积：1950m3液位高度：5.37m一级循环浆池容积：3541m3液位高度：23m一级循环过氧空气系数：2.0一级循环氧化空气量：12500Nm3/h一级循环氧化风机轴功率：282kW一级循环过氧空气系数：5.0一级循环氧化空气量：14500Nm3/h一级循环氧化风机轴功率：710kW一级循环搅拌器数量：5二级循环搅拌器数量：下3上搅拌器轴功率：12X45kW,比较结果：双循环吸收塔本体系统电耗比单循环吸收塔本体系统电耗小约1193kW。,5.6 单循环和双循环的对比,单循环设计喷淋空塔，单循环光滑内壁，无附件径向烟气入口强制氧化系统浆池容积大,双循环设计喷淋空塔，双循环光滑内壁，内有收集碗径向烟气入口强制氧化系统，包括 AFT浆池吸收塔浆池吸收塔Quench循环浆池容积较小吸收塔高度较小,5.6 单循环和双循环的对比续,单循环设计液气比L/G和能耗较高-设计工况时-连续运行时烟气流速较高单循环化学反应-PH值：5.35.8在吸收塔内浆液易受电除尘故障/高氟/高铝等情况的污染,双循环设计液气比L/G和能耗较低-设计工况时-连续运行时Quench循环的功能能够降低浆液被污染的风险锥型收集碗能均布烟气流双循环化学反应-Quench循环PH值：45.3-Absorber循环PH值：5.86碳酸盐含量小石膏纯度高,5.7 烟气脱硫系统净烟气SO2的测量数据,5.8 单循环和双循环的对比,单循环设计整个吸收塔采用单一材质如果采用橡胶内衬，会产生较高的运行和维护费用FRP或不锈钢喷淋层,双循环设计如果采用全金属吸收塔，可分层采用不同的金属材料采用金属材质寿命较长FRP或全金属喷淋层事故浆罐容积较小,5.9 单循环和双循环的应用范围对比,影响因素Cl 浓度含尘量温度电耗石膏品质石灰石品质维护费用布置空间,原烟气SO2浓度,5.10 FBE公司选择单循环/双循环的建议,节能要求,烟气SO2浓度和/或效率要求,6 双循环湿法烟气脱硫系统总结,6.1 双循环湿法脱硫系统的总结,对于效率要求很高的脱硫系统，是最可靠的脱硫方法。对于FGD入口高浓度的SO2，双循环是一种最有效的脱硫系统。在电除尘故障时，能够有效地预除尘，降低浆液被污染的风险。对石灰石品质的要求略低。石膏品质优良。大量投运电厂的应用，显示出双循环技术是成熟的，可用性高。,6.2 双循环湿法脱硫系统的优点,两个系统浆液性质分开后，可以满足不同工艺阶段对不同浆液性质的要求，更加精细地控制了工艺反应过程，用于高含硫量的项目或者对脱硫效率要求特别高的项目非常适合。两个循环过程的控制是独立的，避免了参数之间的相互制约，可以使反应过程更加优化，以便快速适应煤种变化和负荷变化。高PH 值的Absorber循环在较低的液气比和电耗条件下，可以保证很高的脱硫效率,高硫煤可以达到98.5%左右。低PH 值的Quench循环可以保证吸收剂的完全溶解以及很高的石膏品质，并大大提高氧化效率，降低氧化风机电耗。对SO2 含量的小幅变化和短时大幅变化适应性很强。Quench循环可以去除烟气中的杂质，包括部分的SO2、灰尘、HCL和HF。杂质对二级循环的反应影响将大大降低，提高二级循环效率。石灰石的流向为先进入二级循环再进入一级循环，两级工艺延长了石灰石的停留时间，特别是在一级循环中PH 值很低，实现了颗粒的快速溶解，可以使用品质稍差和粒径较大的石灰石，降低磨制系统电耗。,7 双塔双循环湿法烟气脱硫系统,7.1 概述,双循环技术主要应用于高含硫量、高脱硫效率的项目，虽然运行成本较低，但是实际造价相对较高。由于前些年高含硫量、高脱硫效率的项目相对较少，而且对造价要求较严格，所以在国内基本没有得到应用。国电肇庆电厂脱硫项目是国内首个采用单塔双循环技术的电厂，将于今年年底投运。双塔双循环技术是在双循环技术上的发展和延伸，非常适用于高含硫煤和高脱硫效率的改造工程。能有效的利用原有脱硫装置，避免了重复建设和资源浪费。国电永福电厂脱硫改造项目采用了双塔双循环技术，#4机组已于2011年11月投运，脱硫效率达到了99以上。,7.2 工艺流程,7.3 国电永福电厂2X300MW脱硫改造工程设计原则,采用石灰石-石膏湿法脱硫双塔双循环工艺。尽量利用原有脱硫设备设施，缩短停炉改造时间。烟气系统，吸收塔系统，石膏脱水系统，氧化空气系统等采用单元制配置，原有吸收塔保留不动，作为一级循环吸收塔；新增一座二级循环吸收塔，设计采用逆流喷淋空塔设计方案，设置3台循环泵，3层喷淋层，并预留有1层喷淋层的安装位置，设有AFT旋流站、侧进式搅拌器、除雾器、氧化喷枪等设备。增压风机不做改造，GGH拆除内部换热元件，改成内烟道。新增一套二级循环吸收塔的强制氧化空气系统，设置3台氧化风机，2运1备。石膏一级脱水系统增加2台石膏旋流器。石膏二级脱水系统增加1套真空脱水皮带机。脱硫剂制备系统新增一套石灰石粉储存制浆系统作为备用，新增1座石灰石粉仓，1座石灰石浆液箱及配套的供浆泵。原有石灰石卸料系统的设备不动，新增一列相同出力的石灰石卸料设备。原有事故浆罐拆除，利用一期吸收塔作为改造后的事故浆罐。其他系统利用原有系统。,7.4 国电永福电厂2X300MW脱硫改造工程,机组容量 300MW 2台机煤质含硫量 4.5-脱硫装置进口烟气参数烟气流量 1146468 Nm3/h(标况、湿态、6%O2)烟气流量 1109485 Nm3/h(标况、干态、实际O2)烟气O2含量 5.5%(标况、干态、实际O2)烟气SO2含量 11500 mg/Nm3(标况、干态、6%O2)烟气粉尘含量 100 mg/Nm3(标况、干态、6%O2)烟气温度 132,7.5国电永福电厂脱硫改造后的主要技术指标,-脱硫装置出口烟气参数烟气SO2含量193.5 mg/Nm3(标况、干态、6%O2)烟气粉尘含量23.9 mg/Nm3(标况、干态、6%O2)烟气温度 50 脱硫效率 98.3%（设计）脱硫效率 99%（实际）钙硫比：1.00 mol/mol,7.6国电永福电厂脱硫改造后的主要技术指标,7.7国电永福电厂脱硫改造平面布置图,7.8国电永福电厂脱硫改造剖面布置图,改造完成后，#4炉在168小时调试期间，脱硫效率达到了99.3%；在投运后6个月，完成了#4炉的性能检测报告，长期稳定运行的脱硫效率达到了98.7%，石膏含水率为6%。完全达到了改造的预期效果。2011年底新的环保排放标准颁布，广西作为高硫煤地区，现有机组执行400mg/Nm3的排放标准，电厂随即调整了运行方式，一级循环运行2台循环泵，二级循环运行2台循环泵，在FGD入口后SO2浓度为11500mg/Nm3的情况下，出口满足了400mg/Nm3的排放标准，脱硫效率达到了96.6%；而原有的石灰石-石膏单循环系统在相同条件下，运行4台循环泵时，却不能满足排放要求。由此说明了在达到相同脱硫效率的情况下，双循环技术比单循环技术的运行能耗要低；或者在相同液气比条件下，双循环技术比单循环技术的脱硫效率要高。,7.9 永福电厂改造后的实际运行情况,
