第一篇:2×300MW机组石灰石-石膏烟气脱硫吸收塔设计
2008年 8月
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电
力
环 境 保
护
第 24卷
第 4期
2×300 机组石灰石一石膏烟气脱硫吸收塔设计 MW
Design of limestone—gypsum FGD absorber for 2×300 MW units in the thermal power plant
(扬州大学 环境科学与工程学院,江苏 扬州
薛 琴,王子 波,雒 维 国
225009)
摘要 :选 用石灰石 一石膏工艺对山西某电厂 2×300Mw 机组进 行烟 气脱硫,对其核 心设备吸 收塔 的本体进 行设计 计算,并对其 中的设备进行 了选型。
关键词 :烟 气脱硫 ;吸 收塔 ;循环 系统 ;设计
Abstract:A brief introduction of the desin and selction for FG D system,which is wet limestone—gypsum FG D
process for a power plnt in Shanxiprovince were put forward.The process design about the key equipment
and the iternalciculation system were dicussed.The equipment type selction were aloanalyzed.
Key WOrds:FG D;absorber;circultin system;design
中图分类号:XTO1.3 文献标识码:B 文章编号:1009—4032{2008)04—024—03
0 引言
1 喷淋吸收塔的工作原理
吸收塔是烟气脱硫系统的核心设备¨,浆液的
喷淋吸收塔多采用逆流方式布置,烟气从喷
制备以及 SO 的去除都在这个设备中进行,因此,塔 型设计以及其设备的选型直接影响到脱硫效果的好
坏。目前,吸收塔常用的塔型主要有喷淋吸收塔、填
过循环泵送至塔中布置于不同高度的喷淋层喷嘴,从喷嘴喷出的浆液雾化形成分散小液滴向下运动,淋区下部进入吸收塔,并 向上运动。石灰石浆液通
料塔、托盘塔、液柱塔、喷射式鼓泡塔等
。由于喷 淋吸收塔具有内部构件少,塔 内不易结垢和堵塞,压
与烟气逆流接触,气 液充分接触并对烟气中的 SO:
进行洗涤。塔内一般设 3~6个喷淋层,每个喷淋层
力损失也较小等优点,在全世界湿法烟气脱硫系统
装有多个雾化喷嘴,交叉布置。在塔底一般布置氧
中 占有突 出的地 位,已经成 为 应 用 最广 泛 的 吸 收塔
型 之一。
化池,用专门的氧化风机往里面鼓空气,而除雾器则
布置在吸收塔顶部烟气出口之前的位置。
山西 某 电厂 2×300MW 机 组 烟 气脱 硫 系统 采
用 了喷淋 式 吸收 塔,选 用 一般 300MW 以 上机 组 大 多采用的石灰石一石 膏湿法烟气脱硫工艺,该工艺
2
吸收塔的主要设计参数
该吸收塔采用底部浆池和塔体为一体的结构,技术成熟,应用广泛,运行稳定 可靠,对煤种适应性 其主要设计参数如表 1所示。
强,其脱硫效率可以达到95%。
表 1
吸收塔主要设计参数
数项
目
数
值
项 目
值
烟气量(湿态)/m /h
1 763462
脱硫浆 液含 固量/%
20
入 Il标况烟气量(干)/m ・h 入 口烟气温度/℃
1420000
石膏含水率/%
≤10
入口烟气压力/Pa 脱硫效率/%
一3000
入 IlSO2(干)/kg・h
96
出口烟气量/m ・h 出口烟气压力/Pa
3966 0
出口烟气温度/℃
氧化风机进气温度(标 况)/℃ 氧硫 比
亚硫酸钙氧化停留时间/min
钙硫摩尔比[5_
1 515 589
4
≥80
20
1.2
≥95
5.85—6.15
浆液 pH值…
1.02
24
薛 琴等:2 X 300MW机组石灰石一石膏烟气脱硫吸收塔设计
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第4期
3.1.3
啧 嘴选 型
3 吸收塔结构设计及选型
吸 收塔 喷淋 层 的 喷嘴 一般 分为 切 向、轴 向和旋
3.1 吸收塔 本体设 计
转 3种型式,本设 计 中采用轴 向式喷嘴,主要原 因是 在 同等压 力条 件下,这 种喷嘴 喷 出的液 滴粒 度较小,3.1.1
吸 收塔直径
吸收塔的直径(D)可由吸收塔出口实际烟气
而且 性价 比较 高。
体 积流量 和 烟 气流 速 确 定,烟气 流 速通 常 为 3.0~ 3.1.4
除雾 器 区的 高度 及选型 4.5 m/s,工程实 践 表 明,3.6~4.2 m/s是 性 价 比较
除雾器用来分离烟气所携带的液滴,在吸收塔
高的流速区域,因此,本工程 的设计烟气流速为
中,由上下两极 除雾 器(水平或菱形)及冲水系统
3.8 m/s。吸收塔直径可根据下列公式计算 :
(包 括管 道、阀门和喷嘴 等)构 成。湿法 烟气 脱 硫 系 统一般采用折流板和旋流板除雾器,为了适应塔内
Q=A× =丌(÷D 较 高的烟气流速,达到较高的除雾效率,本设计选用
式中 p为烟气体积流量,m /h;
为烟气流速,m/s; 折 流板 除雾 器 中的屋 顶 式 除雾 器,最 后一 层 喷 淋层
到 除雾器 的距 离 为 1.3m,除雾 器 的高 度 为 2.8m,A为烟气过 流断 面面积,m。
由上式计算得 D =12.81 m,本工程设计吸收塔 除 雾 器 到 吸 收塔 烟 道 出 口的距 离 为 0.6m,则 除雾
直 径 12.8 m。
区的总高度 为 7.5m。
3.1.2
吸收 区的 高度
3.2
再循环 系统 的设计
工程设计中,吸收 区的高度一般指烟气进 口水平中心线到喷淋层中心线的距离。根据吸收塔高度
由于该项 目的烟 气 含硫 量较 低,循 环泵 可采 用
单元 制,即每个喷 淋层 配 1台 与喷 淋层 管 道 系统 相
参考表(表 2),吸收区的高度一般为 5~15m,烟气 接触 反应时 间一般 为 2~5 S X
连接的吸收塔再循环泵。保证吸收塔内200%以上
。在 山西某电厂 2 的吸收浆液覆盖率。
300MW 机组 脱硫工 程 中为 了保证较 高 的脱 硫效 率,吸收 塔 内喷 淋层设 计 为 4层,每 台循 环 泵对 应
层 喷淋层 ;运行 的再 循 环 泵数 量 根据 吸 收浆 液 流
设计接 触反应 时间 为 2.4 S,则 吸收 区高度 h =2.4 S
量的要求确定,以达到每台锅炉负荷的吸收效率。4
X 3.80 m/s=9.12 m,本 工程设 计值取 层喷淋布置能够满足整套装置对脱硫率的要求。
9.1 m。
循 环浆液 量为要 脱除 SO,的量与单 位循环浆 液
吸收区一 般设置 3~6个 喷淋层,每个喷 淋层 都
吸收 SO,能力 的 比值。根据 2 X 300MW 机 组锅 炉 原
装有 多个 雾 化喷嘴,喷淋 覆盖 率 达 200% ~300%
始数 据 可 知 :本 项 目烟 气 量 为(湿)1 420000 m /(喷淋覆 盖率 指 喷 淋 层 覆 盖 的重 叠 度,由喷 淋 覆 盖
h;
高度、喷淋 角来 确 定。,喷淋 覆 盖 高 度 典 型 值取 为
要脱 除的 SO,量 为 3966 kg/h;单 位体积循 环浆 液吸
本过高,本设计中设置 4个喷淋层。喷淋层 间距一
般为 1.2~2m,为了便于检修和维修,层间距设为
1.9m。入口烟道到第一层喷淋层的距离一般为 2 1 m)。由于要求的脱硫效率较高,但又不能使成
收 sO,的能力约为 0.15 g/L,可 以计算得 出循环浆
液量为 26440 m /h(脱 硫 吸收 塔循 环浆 液 量通 常 为
4000~12 000 m /h)…,本项 目采用 4台浆 液循
环
泵,每 台泵 的流 量为 7000 m /h。
3.5 m,本方 案 为 3.4 m,符 合 要 求。据 表 2分 析,通过循 环浆 液量 与 吸收塔 出 口标 准 烟 气量(湿
最 后一层 喷淋层 到除雾器 的距离 设计 为 1.3 m。
态、1
515 589 m /h)的 比值 计 算 得 出 液 气 比为
表 2
吸收塔吸收区高度参考表
17.44L/m。喷淋 塔 的液 气 比是 决 定脱 硫效 率 的一 个重要因素…,也是湿法石灰石一石膏烟气脱硫工
目 范
围
吸收塔人口宽度与直径之比/% 60~9O
人口烟道到第一层喷淋层的距离/I 2—3.5
喷淋层间距/In
1.2—2
最顶端喷淋层到除雾器的距离/I 1.2—2
除雾器高度/In
2~3
除雾器到吸收塔出口的距离/In O.5—1
吸收塔出口宽度与直径之比/%
60~1OO 项
艺 的一个 重要参 数,它决 定 了脱 硫 系统 的石 灰 石耗
量 ”。一般情 况下,液气 比范 围为 15~25 L/m,本 工 程设计 液气 比为 17.44L/m。
3.3
吸收 塔 浆池 的设计
3.3.1
浆池容积及 高度
吸收塔浆池容量由液气比和浆液氧化停留时间
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确定
,而 浆液 氧化停 留时 间 由石膏 生 长停 留时 间
和石灰石溶解停留时间确定。
4
结语
力
浆池的容积等于循环浆液量与氧化停 留时间的
3600Pa,额定功率 1 800kW。
乘积,其值约为 1 770m。由浆池的容积及吸收塔
26
直径(12.8 m)计算得浆池高度为 13.7 m,由此可得
吸收塔的总高度为 30.3 m。
3.3.2
氧 化风机 的设 计及 选型
亚硫酸钙和亚硫酸氢盐 的氧化分为两个部分,是吸收塔 内烟气 中氧气进入浆液液滴 的 自然氧
化,二是空 气通过 曝气管 网进入浆 液池 的强制 氧
化。
理论氧化空气量约为 3470.2m /h,此值即为
亚硫酸钙完全转化为石膏所需要 的氧气量。
本项 目同时考虑了一定的空气 富裕量(即氧硫
比),计算得实际氧化风机进气量为 4470m /h。采
用 2台型号 为 GN35H 一3的 离心 式氧 化 风机,流 量 为 4736m /h(干),压头为 101.01 kPa,一用一备。
3.3.3
氧化吸 收 池搅 拌机 的选 型
在吸收塔底部浆液池设有 2台侧进式搅拌机,用来使石灰石 固体颗粒在浆液 中保持均 匀悬 浮状
态,保证浆液对 SO,的吸收和反应能力。搅拌器的
搅拌直径为 10.0m,转速 130 r/min,功率 3 kW。搅
拌器的转速不能太高,否则不利于石膏晶体成长,且
会造成叶轮磨损。
3.3.4
石灰石 浆 泵的选 型
根据要去除的 SO,量和浆液密度,可估算 出石
灰石浆 液(20%)的用 量 为 24.8 m /h。则 设计 采 用 的石灰 石浆泵 为 2台双 相流泵,流量 100m /h,扬 程
80m,功率 55 kW,一用一备。
3.4
脱硫增压 风机 的选 型
增 压风机 是用 于克 服 FGD装置 的烟 气 阻力,将 原烟气顺利引入脱硫系统,并稳定锅炉引风机 出 口
速低。在安装了烟气脱硫系统的情况下,锅炉的送、引风机将无法克服 FGD的烟气阻力,所以必须设置
增压风机。湿法烟气脱硫系统中一般采用轴流风机
或者离心风机¨。压力的重要设备。其运行特点是低压头、大流量、转
根据本工程的实际烟气流量(1 420000 m /h),以及 吸 收 塔、GGH、烟 道 的 总 压 力 损 失(分 别 为
1 500、1000、500Pa,总计 3000Pa)可选用轴流式静
叶可 调风 机,其流 量 为 1 562000m /h,额 定 压(1)由山西某 电厂 2 X 300MW 机 组脱硫 工 程 的
烟气参数计算得设计脱硫吸收塔直径为 12.8 m,吸
收塔总高度为 30.3m,采用 4层喷淋层和 4台循环
浆 液泵 体系,即可 充分保 证其 脱硫效 率。
(2)在吸收塔 的设计过程中,要对设计场地 的 大小以及业主其他 的合理要求进行综合分析,从而
塔要求。. 参考文献: 调整设计数据,以满足脱硫效率高、运行稳定的吸收
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收稿 日期 :2008一o4—15:修回 日期 :2008—06—12
作者简介 :薛 琴(1983.),女,江苏 泰州人,硕士,从事烟气脱硫、水处理 的研究。E—mail:showking605@163.cor
第二篇:石灰石石膏湿法脱硫工艺流程
石灰石石膏湿法烟气脱硫技术
1、石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术特点:
1).高速气流设计增强了物质传递能力,降低了系统的成本,标准设计烟气流速达到4.0 m/s。2).技术成熟可靠,多于 55,000 MWe 的湿法脱硫安装业绩。
3).最优的塔体尺寸,系统采用最优尺寸,平衡了 SO2 去除与压降的关系,使得资金投入和运行成本最低。
4).吸收塔液体再分配装置,有效避免烟气爬壁现象的产生,提高经济性,降低能耗。从而达到:
脱硫效率高达95%以上,有利于地区和电厂实行总量控制; 技术成熟,设备运行可靠性高(系统可利用率达98%以上); 单塔处理烟气量大,SO2脱除量大; 适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫;
对锅炉负荷变化的适应性强(30%—100%BMCR); 设备布置紧凑减少了场地需求; 处理后的烟气含尘量大大减少; 吸收剂(石灰石)资源丰富,价廉易得;
脱硫副产物(石膏)便于综合利用,经济效益显著;
2、系统基本工艺流程
石灰石(石灰)/石膏湿法脱硫工艺系统主要有:烟气系统、吸收氧化系统、浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统组成。其基本工艺流程如下:
锅炉烟气经电除尘器除尘后,通过增压风机、GGH(可选)降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中,以便脱除SO2、SO3、HCL和HF,与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏(CaSO42H2O),并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中,通过喷嘴进行雾化,可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接,即通常采用单元制。
在吸收塔中,石灰石与二氧化硫反应生成石膏,这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出,进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器(作为一级脱水设备)、浆液分配器和真空皮带脱水机。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾,在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的,一是防止除雾器堵塞,二是冲洗水同时作为补充水,稳定吸收塔液位。
在吸收塔出口,烟气一般被冷却到46—55℃左右,且为水蒸气所饱和。通过GGH将烟气加热到80℃以上,以提高烟气的抬升高度和扩散能力。最后,洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。石灰石(石灰)/石膏湿法脱硫工艺流程图
3、脱硫过程主反应
1)SO2 + H2O → H2SO3 吸收
2)CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CO2 + H2O 中和 3)CaSO3 + 1/2 O2 → CaSO4 氧化
4)CaSO3 + 1/2 H2O → CaSO3•1/2H2O 结晶 5)CaSO4 + 2H2O → CaSO4 •2H2O 结晶 6)CaSO3 + H2SO3 → Ca(HSO3)2 pH 控制
同时烟气中的HCL、HF与CaCO3的反应,生成CaCl2或CaF2。吸收塔中的pH值通过注入石灰石浆液进行调节与控制,一般pH值在5.5—6.2之间。
4、主要工艺系统设备及功能 1)烟气系统
烟气系统包括烟道、烟气挡板、密封风机和气—气加热器(GGH)等关键设备。吸收塔入口烟道及出口至挡板的烟道,烟气温度较低,烟气含湿量较大,容易对烟道产生腐蚀,需进行防腐处理。
烟气挡板是脱硫装置进入和退出运行的重要设备,分为FGD主烟道烟气挡板和旁路烟气挡板。前者安装在FGD系统的进出口,它是由双层烟气挡板组成,当关闭主烟道时,双层烟气挡板之间连接密封空气,以保证FGD系统内的防腐衬胶等不受破坏。旁路挡板安装在原锅炉烟道的进出口。当FGD系统运行时,旁路烟道关闭,这时烟道内连接密封空气。旁路烟气挡板设有快开机构,保证在FGD系统故障时迅速打开旁路烟道,以确保锅炉的正常运行。经湿法脱硫后的烟气从吸收塔出来一般在46—55℃左右,含有饱和水汽、残余的SO2、SO3、HCl、HF、NOX,其携带的SO42-、SO32-盐等会结露,如不经过处理直接排放,易形成酸雾,且将影响烟气的抬升高度和扩散。为此湿法FGD系统通常配有一套气—气换热器(GGH)烟气再热装置。气—气换热器是蓄热加热工艺的一种,即常说的GGH。它用未脱硫的热烟气(一般130~150℃)去加热已脱硫的烟气,一般加热到80℃左右,然后排放,以避免低温湿烟气腐蚀烟道、烟囱内壁,并可提高烟气抬升高度。烟气再热器是湿法脱硫工艺的一项重要设备,由于热端烟气含硫最高、温度高,而冷端烟气温度低、含水率大,故气—气换热器的烟气进出口均需用耐腐蚀材料,如搪玻璃、柯登钢等,传热区一般用搪瓷钢。
另外,从电除尘器出来的烟气温度高达130~150℃,因此进入FGD前要经过GGH降温器降温,避免烟气温度过高,损坏吸收塔的防腐材料和除雾器。2)吸收系统
吸收系统的主要设备是吸收塔,它是FGD设备的核心装置,系统在塔中完成。
第三篇:2×600MW机组烟气脱硫工程吸收塔与烟囱施工交叉作业安全措施
华电长沙电厂一期2×600MW机组烟气脱硫工程的吸收塔基础安全防护方案吸收塔与烟囱施工交叉作业安全措施
1.工程特点
1.1华电长沙电厂一期2×600MW机组烟气脱硫工程的吸收塔基础位于烟囱北边30m以内,直径16.2M,高3700 MM。其中心坐标1#吸收塔基础为A= 2218.4B= 1925.56,2#吸收塔基础为A= 2218.4B=1886.64。
1.2本工程施工时与烟囱施工交叉作业,吸收塔基础施工区域在烟囱施工危险区域内,为确保安全,吸收塔施工时采取作业区内搭设钢管架防护棚措施,同时烟囱施工单位相应采取防止物体下落措施。
2.主要措施
2.1防护棚搭设
吸收塔作业区范围内搭设双层防护棚及防护通道。防护棚搭设于吸收塔基础施工区域上方,并与防护
通道相连通,防护通道延伸至安全区域。防护棚钢管架采用外径48mm壁厚3.5mm焊接钢管,并采用扣件连接。钢管搭设立杆间距1.5~2m,高度为地面以上3.0m。按规范要求搭设剪刀撑。防护棚顶设二道防护架板,第一道为50mm厚松木板,第二道为竹架板,面铺塑料彩条布。
2.2在危险区域周边设置警戒绳及警戒牌。
2.3施工人员与各相关人员要戴安全帽,烟囱施工危险时段施工人员不能在危险区内逗留。正常施工时施工人员不能在防护棚外逗留。
3.对烟囱施工的安全要求
3.1烟囱施工单位每天应提前告知烟囱施工危险时段(如升模、浇注、冲洗浇注混凝土管道等)
3.2 冲洗浇注混凝土管道时,冲洗的废水排放要远离吸收塔基础施工区域。
3.3 烟囱施工要采取相应的安全措施,防止高空落物。尤其防止从防护网外向下落物。
3.4烟囱施工人员使用小型工具应加安全绳。
3.5 烟囱施工单位应对施工人员就吸收塔与烟囱施工交叉作业安全注意事项进行专项安全技术交底。
3.6 升模、浇注时,烟囱施工单位安全员和脱硫施工安全员在现场同时监护。烟囱施工单位应及时设置升模、浇注警示标志。
第四篇:石灰石-石膏湿法脱硫系统阀门材料的选用
湿法烟气脱硫设备阀门材料选用对策与探讨
蔡贵辉
(湖南永清脱硫有限公司,长沙410005)
摘要:本文通过对湿法烟气脱硫工艺与腐蚀现象的分析,对湿法烟气脱硫设备阀门材料的选用进行了探讨。
关键词:石灰石-石膏湿法脱硫工艺 腐蚀 阀门 蝶阀 材料选用
Investigation and Ways to Material Selection for Valves
in Wet Limestone & Gypsum Flue Gas Desulphurization Technology
Cai Guihui(Hunan Yonker Desulphurization Co., Ltd)Abstract
By analyzing the wet limestone & gypsum flue gas desulphurization technology and corrosion phenomena, this paper discussed the material selection of vales in wet limestone & gypsum flue gas desulphurization system.Keywords
wet limestone & gypsum flue gas desulphurization technology, corrosion, valve, butterfly valve, material selection
0 引言
腐蚀是材料在环境的作用下引起的破坏或变质。金属和合金的腐蚀主要是由于化学或电化学作用引起的破坏,有时还同时伴有机械、物理或生物作用。非金属的破坏一般由于化学或物理作用引起,如氧化、溶解、膨胀等。
石灰石-石膏湿法烟气脱硫装臵因其工艺技术成熟、煤种适用面宽、脱硫效率高、成本较低而成为国内外火电厂烟气脱硫系统的主流装臵,但是该装臵所用的石灰石-石膏湿法脱硫工艺造成整个系统的工作环境恶劣、防腐蚀工程量大,对系统设备的防腐性能提出了较高的要求。
阀门是流体输送系统中的重要控制设备,改变通路断面和介质流动方向,具有截断、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能,在整个脱硫过程中,阀门性能的优劣直接关系到整个脱硫系统能否正常有序高效运行。笔者根据多年的阀门设计制造经验,综合现在石灰石-石膏湿法烟气脱硫工况条件,就阀门防腐材料选用对策作如下分析与探讨。1 石灰石-石膏湿法脱硫工艺原理
石灰石-石膏湿法脱硫工艺是石灰石(CaCO3)经磨碎后加水制成浆液作为吸收剂,与降温后进入吸收塔的烟气接触、混合,烟气中的SO2与浆液中的CaCO3 及加入的空气进行化学反应,最后生成石膏。脱硫后的烟气经除雾、换热升温后通过烟囱排放。该工艺系统包括烟气烟道、烟气脱硫、石灰石制备、石膏处理和废水处理几大部分。其主要的化学反应过程如下: ①.SO2 + H2O → H2SO3 吸收
②. CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CO2 + H2O 中和 ③. CaSO3 + 1/2 O2 → CaSO4 氧化 ④. CaSO3 + 1/2 H2O → CaSO3•1/2H2O 结晶 ⑤. CaSO4 + 2H2O → CaSO4•2H2O 结晶 ⑥. CaSO3 + H2SO3 → Ca(HSO3)2 pH控制
另外,燃煤产生的卤化物(氯化物、氟化物)和氮化物的含量,除本身具有腐蚀作用外,会强化腐蚀环境PH值的变化,强化硫酸盐的腐蚀作用,具有强氧化性。2 主要腐蚀现象及腐蚀环境 2.1 主要腐蚀现象
烟气脱硫系统的腐蚀现象非常复杂,形式上有均匀腐蚀(一般腐蚀)和局部腐蚀(缝隙腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等),以及物理腐蚀(磨损腐蚀、气泡腐蚀和冲刷腐蚀)、电化学腐蚀等,又因温度、运行工况等因素交织,整个腐蚀是化学、物理和机械等因素迭加的复杂过程。
非金属材料的化学腐蚀较缓慢,而物理腐蚀破坏较迅速,是造成非金属腐蚀的主要原因。物理腐蚀主要表现为溶胀、鼓泡、分层、剥离、开裂、脱胶等现象,其起因主要由腐蚀介质的渗透和应力腐蚀所致。
烟气中的SO2、HCl、HF和NxO等酸性气体在与液体接触时,生成相应的酸液,其SO32-、Cl-、SO42-对金属有很强的腐蚀性,对防腐内衬亦有很强的扩散渗透破坏作用。
安放有垫圈的部位或附着沉积物的金属表面易发生缝隙腐蚀。
如果钝化膜再生得不够快,点腐蚀就会加速,使腐蚀程度加深。一般在含有氯化物的水溶液中易发生此类点腐蚀。
金属表面与水及电解质接触处易形成电化学腐蚀(此现象在不同金属之间的法兰连接处、焊缝处比较常见)。
溶液中的硫酸盐和亚硫酸盐随溶液渗入防腐内衬及其毛细孔内,当系统停运后,逐渐变干,溶液中的硫酸盐和亚硫酸盐析出并结晶,随后体积发生膨胀,使防腐内衬产生应力,发生剥离损坏。
浆液中含有的固态物,在一定流速下对系统设备有一定的冲刷作用,形成冲刷腐蚀。
……
2.2 主要腐蚀环境
按阀门使用区域划,将脱硫系统划分为制浆区、石膏浆液排出区、真空皮带脱水机系统区、工艺水箱区等区域。制浆区浆液中主要含有CaCO3颗粒和悬浮液,pH值一般在8左右,固体颗粒含量大(约28~32%),流速大,对设备冲刷作用较剧烈。如果制备石灰石浆液的工艺水是利用真空皮带脱水机冲洗石膏用的过滤水,则石灰石浆液中也会含有氯离子、硫酸根离子和亚硫酸根离子,氯离子的质量分数可达到2х10-2左右,浆液供应系统内可能会发生酸性腐蚀。
石膏浆液排出区:吸收塔内浆液pH值为5~6,氯离子浓度为2х10-2左右,含固量较大(14~16%),流速大则有冲刷。排出石膏浆液中主要含有氯离子、硫酸根离子和亚硫酸根离子,氯离子浓度为2х10-2以上,该区会发生酸性腐蚀。
真空皮带脱水机系统区:石膏浆液经水力旋流器一级脱水后,再经真空皮脱水机二级脱水,石膏浆液进一步脱水至含固率达到90%以上,已澄清的液体的含固率低(3~4%),冲刷磨损小,浆液中也会含有氯离子、硫酸根离子和亚硫酸根离子,氯离子的质量分数可能达到2х10-2左右,该区内可能会发生酸性腐蚀。
工艺水箱区:湿法脱硫系统中的吸收剂浆液制备、除雾器冲洗、石膏冲洗、浆液管道冲洗、设备冷却等需要大量水源,对水质无特殊要求,采用电厂循环水,则浆液中也会含有氯离子、硫酸根离子和亚硫酸根离子,氯离子的质量分数可能达到2х10-2左右,浆液供应系统内可能会发生酸性腐蚀。
根据上述主要腐蚀环境的分析,脱硫系统阀门的工况较为恶劣,尤以石膏浆液排出区腐蚀环境最为苛刻。以下阀门材料选用对策便依此腐蚀环境进行分析与探讨,其它腐蚀环境中的阀门材料选用可参照选用。3 阀门材料选用对策
阀门主要零件材质选择,首先考虑的是工作介质的物理特性(如温度、压力)和化学特性(腐蚀性),同时要考虑介质的清洁程度(有无固体颗粒,颗粒的密度等),再参照国家和使用单位的有关规定和要求选择。
阀门的主要组成部件有阀体、阀板、阀杆、阀座及轴封等。阀门种类繁多,其中蝶阀因其结构长度短、启闭速度快、具有截止、导通及调节流量等综合功能优势,在脱硫系统中无论是制浆区、石膏浆液排出区、真空皮带脱水机系统区还是工艺水箱区均应用广泛,下面就以蝶阀为例对阀门材料的选用对策进行分析探讨(其它类型阀门可参照选用)。蝶阀按密封材质的不同可分为金属密封蝶阀与橡胶密封蝶阀。金属密封蝶阀是金属对金属形成密封副,橡胶密封蝶阀是金属对橡胶或橡胶对橡胶形成密封副。3.1蝶阀运行工况分析
蝶阀与介质接触的部位主要为阀板、阀体、阀座、阀轴及轴封,如下图示:
阀杆在动力源的驱动下,带动阀板开启、阀体阀板阀杆介质流向关闭或调节流量,从而实现对介质流的控制。阀板始终处于介质流中,介质(带有固体颗粒)对其的冲刷磨损无可避免。当阀板开度较小(约0~15°),阀板对流体形成的节流效应,常常会引起冲刷和汽蚀(此工况在实际工作中应尽量避免)。在阀门的关闭过程中,阀门密封副之间会产生一定的滑移和摩擦、挤压作用,以形成一定的弹性变形,以起到密封作用,在这个过程中,密封副因滑移和挤压造成磨损。故除整个阀板受介质浸泡、冲刷腐蚀外,密封副局部还将承受严重的汽蚀和冲刷磨损,以及受固体颗粒的磨料磨损及破坏等。这种工况对阀板的密封副材质提出了较高的要求,除了要抗介质腐蚀外,还要抗挤压磨损。
阀体是介质通流部件,介质在其中通过或停留。阀体受一般腐蚀与冲刷腐蚀。
阀杆在动力源驱动下带动阀板转动,承受扭矩与弯矩作用,易发生应力腐蚀破裂。阀杆与轴套材质的不同、阀杆与轴封材质不同,或存在电价差,会导致发生电化学腐蚀。轴封处淤积或沉积介质,存在缝隙,可能发生缝隙腐蚀与点腐蚀。3.2 金属密封蝶阀材料选用对策
在烟气脱硫的实际运行中,我们发现阀体和阀板常采用316L不锈钢,有的项目采用双相不锈钢,但是通过2~3年实际工况运行后,蝶阀的腐蚀与磨损十分严重,不得不重新更换阀门。
针对烟气脱硫浆液特性:磨损性、腐蚀性和强氧化性等,常采用Ni-Cr-Mo合金制作阀板、阀座与轴。由于Ni-Cr-Mo合金材料牌号很多,有蒙乃尔合金、哈氏合金(牌号如DIN标准的2.4602、2.4686、2.4605),超级奥氏体合金(牌号如DIN标准的1.4529、1.4539)、超级双相不锈钢(牌号如DIN标准的1.4588、1.4593)、双相不锈钢(牌号如DIN标准的1.4507、1.4602、1.4469)等等。
在欧美国家的烟气脱硫系统中,浆液阀门的蝶板大都采用哈氏合金(哈氏合金材料在脱硫领域得到广泛应用是世界公认的),后来蒂森克努伯不锈钢公司开发出含Mo6%的超级奥氏体防腐合金—DIN1.4529,也称926合金(或称6钼合金),专门针对烟气脱硫进行试验开发,目前在湿法脱硫工艺系统中,阀门的阀板已成功采用DIN1.4529材料,具有良好的机械强度、机加工和焊接性能,且无焊缝开裂问题,并具有良好的热稳定性,除可承受一般腐蚀外,还可承受冲刷磨损及挤压磨损,使用效果较为理想,国际上有使用十多年未出现腐蚀的例子。DIN1.4529材料价格昂贵,阀门阀体、阀板材料整体采用DIN1.4529制作,直接增加了阀门的造价,增加了脱硫成本。对于阀体、阀板我们可考虑使用碳钢内衬DIN1.4529的可行性。对于阀杆,为了提高性价比,也可采用碳钢衬DIN1.4529材料(包焊DIN1.4529薄皮)。
金属密封蝶阀虽然价格高于橡胶密封蝶阀,但由于具有使用寿命长,性价比较高,较橡胶密封蝶阀更受市场的欢迎。3.3 橡胶密封蝶阀材料选用对策
橡胶密封蝶阀如果是“金属对橡胶”(金属与橡胶构成的密封副)的密封,则对金属密封圈材料采用DIN1.4529。橡胶中丁腈橡胶NBR、氟橡胶FPM、填充聚四氟乙烯PTFE、乙丙橡胶EPDM等都应用较广,其各自特性如下:
乙丙橡胶EPDM:密度小,色浅成本低,耐化学稳定性好(仅不耐浓硝酸),耐臭氧,耐老化性优异,电绝缘好,冲击弹性较好;但不耐一般矿物油系润滑油及液压油。适用于耐热-50度~120度。
丁腈橡胶NBR:耐汽油及脂肪烃油类性能好。有中丙烯腈橡胶(耐油、耐磨、耐老化性好。但不适用于磷酸,脂系液压油及含添加剂的齿轮油)与高丙烯腈橡胶(耐燃料油、汽油、及矿物油性能最好,丙烯脂含量高,耐油性好,但耐寒性差)。适用温度-30度~120度,应用广泛。适用于耐油性要求高的场合。
氟橡胶FPM:耐高温300度,不怕酸碱,耐油性是最好的。电绝缘机械性、耐化学药品、臭氧、大气老化作用都好,但加工性差、耐寒差,价贵,适用温度-20度~250度。
填充聚四氟乙烯PTFE:耐磨性极佳,耐热、耐寒、耐溶剂、耐腐蚀性能好,具有低的透气性但弹性极差,膨胀系数大。用于高温或低温条件下的酸、碱、盐、溶剂等强腐蚀性介质。
以上橡胶中的乙丙橡胶EPDM在脱硫系统中以其综合性能优、价廉物美而应用较广。
虽然橡胶的化学腐蚀较缓慢,而物理腐蚀破坏较迅速,在腐蚀介质的渗透和应力下腐蚀,表现为溶胀、鼓泡、分层、剥离、开裂、脱胶等。所以,橡胶密封蝶阀寿命较低,一股为3~5年。但是,橡胶密封蝶阀因价格低,一次投入少,橡胶密封圈易于更换,而致橡胶密封蝶阀亦被广泛应用于湿法脱硫系统中。4 结论
湿法烟气脱硫中需大量应用阀门进行工艺的调控,苛刻的腐蚀环境对阀门材料的选用提出了严格要求,合理选材可以提高阀门使用寿命,提高脱硫的经济性,保证整个脱硫系统正常有序高效运行。在国内脱硫系统中,因国产阀门选型不当及阀门材料选用不合适,导致大量购买国外阀门,本文对此的分析,希望能起到抛砖引玉的作用,改善国内脱硫阀门选用现状,推进电厂脱硫设备的国产化。
第五篇:现役火电机组脱硫设施拆除烟气旁路相关问题探讨
现役燃煤机组脱硫设施拆除烟气旁路相关问题探讨
王文福 段建民 刘维格
国电怀安热电有限公司 河北 张家口市 076150
[摘 要]:现役燃煤机组烟气脱硫设施大都设有烟气旁路,“十二五”期间,为适应减排要求,地方政府鼓励火电企业拆除烟气旁路,但拆除烟气旁路具有一定的技术风险,已成为电力企业广为关注的一个问题。本文以国电怀安电厂#1机组拆除烟气旁路的工程实践,对现役燃煤机组烟气脱硫设施拆除烟气旁路的相关问题进行了探讨。
[关键词]:现役燃煤机组 脱硫设施 拆除烟气旁路
一、引言
我国是燃煤大国,能源结构决定了以煤炭为主的能源格局将长期存在,煤炭占一次能源消费总量的70%,而电力以燃煤电厂为主。随着煤炭消费的不断增长,燃煤排放的二氧化硫也不断增加,我国已成为世界上二氧化硫排放量最大的国家,其中燃煤电厂二氧化硫排放量已达到总排放量的50%以上,致使我国酸雨和二氧化硫污染日趋严重,控制燃煤电厂二氧化硫污染排放的任务将越来越艰巨。
“十一五”时期是我国二氧化硫控制的关键时期,在政府环保政策的引导下,电力行业积极推进烟气脱硫事业,并做了大量卓有成效的工作,90%以上的现役燃煤电厂安装了烟气脱硫装置。但据有关权威部门的调查,由于多种原因,已建设完成的脱硫设施投运率并不高,烟气脱硫工程质量及运行效果不太令人满意。
进入“十二五”,新的《火电厂大气污染物排放标准》已颁布,要求2014年后燃煤电
33厂SO2排放浓度不得大于200mg/Nm,重点地区燃煤电厂SO2排放浓度不得大于100mg/Nm。根据《“十二五”节能减排综合性实施方案》的要求,为适应新形势下对大气污染物控制的日益提高,同时为顺利实现“十二五”污染减排目标,通过拆除燃煤电厂烟气旁路来提高脱硫设施投运率及运行效果成为电厂必须研究的课题。
二、国内电厂脱硫烟气旁路设置情况现状分析
2.1 国内电厂烟气旁路设置情况
目前,我国火力发电厂应用的烟气脱硫工艺有石灰石-石膏湿法、烟气循环流化床、海水脱硫法等十多种,而石灰石-石膏湿法脱硫(简称:FGD)比重占到90%以上。2010年以前建成投产的现役火电机组烟气脱硫设计出于对锅炉和FGD的安全考虑,均设置了烟气旁路,以保证机组的可靠性,保护FGD吸收塔装置在事故状态时不受损失。但同时这也造成了现役机组脱硫设施综合脱硫效率偏低,不能满足现阶段环保总量减排的要求。随着环保标准的提高,SO2排放总量控制更加严格。《燃煤发电机组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法(试行)》、《“十二五”节能减排综合性实施方案》等环保管理措施相继出台,现役机组拆除烟气旁路成为提高综合脱硫效率的必然的环保减排措施之一。
2.2 设置烟气旁路的作用
燃煤电厂机组FGD烟气系统包括烟道、烟气挡板门、增压风机等组成。在正常运行期间,旁路挡板门关闭,FGD出、入口挡板门打开。由锅炉引风机来的原烟气,经过增压风机增压后进入脱硫吸收塔,脱硫洗涤处理后的净烟气从吸收塔顶部出口排出,再经烟囱排放(见图一)。
而当锅炉启动和故障时或进入FGD的烟气超温和FGD装置故障停运时,紧急开启旁路挡板,关闭FGD出、入口挡板,锅炉原烟气由烟气旁路直接进入烟囱排放,不经过吸收塔,可有效保护脱硫装置及锅炉运行安全,提高机组运行可靠性。
烟囱出口挡板门 旁路挡板门吸收塔主机引风机来烟气 进口挡板门增压风机图一 烟气系统示意图
三、拆除烟气旁路存在的问题分析
原脱硫装置取消旁路后,脱硫系统成了锅炉烟风系统的一部分,脱硫系统必须与机组同步启停,与设置旁路的脱硫装置在启停操作上有很大的不同。既要保证主机顺利启动,同时又要充分考虑到脱硫系统设备的安全,并尽可能避免吸收塔内浆液品质受到污染而下降,影响脱硫效率。下面从拆除旁路对主机和脱硫系统两个方面的影响进行分析:
3.1 取消旁路对主机系统的影响
取消旁路后,引风机直接与增压风机串联运行,因增压风机一般为单台设计,一旦停运,引风机将无法克服整套系统阻力,整台机组只能被迫停运,所以增压风机的运行稳定性直接影响脱硫系统以及主机的运行安全。
取消旁路后,引风机直接与增压风机串联运行,如果运行协调不好,可能造成烟道蹩压,发生烟道爆破。
取消旁路后,脱硫系统不能单独解列,其可靠性直接影响整套主机的可靠性。
3.2 取消旁路对脱硫系统的影响
取消旁路后,锅炉事故工况下,吸收塔入口烟温异常升高时,直接影响烟道和吸收塔内防腐衬层的安全。
取消旁路后,锅炉启动吹灰和点火期间,烟气中会有大量的煤灰、烟尘和未烧尽的燃油随烟气进入吸收塔内,造成吸收塔内浆液污染及加速防腐衬层老化。
取消旁路后,浆液循环泵的重要性体现出来,其运行稳定性对脱硫效率影响显著,并影响整个脱硫系统可靠性,从而影响主机可靠性。
四、国电怀安电厂拆除烟气旁路具体方案分析 国电怀安热电有限公司位于河北省张家口市怀安县,现运营两台330MW空冷机组,燃用大同烟煤。工程配套建设两套石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置,采用一炉一塔的全烟气脱硫,烟气系统设有旁路烟道、增压风机。设置公用的石灰石制备和石膏脱水系统,吸收剂采用外购石灰石粉制备而成,石膏脱水采用石膏旋流和真空皮带机脱水的二级脱水系统。2012年8月,国电怀安热电有限公司#1机组脱硫设施进行了拆除烟气旁路改造。将脱硫装置旁路烟道挡板门拆除,对原烟气烟道和净烟气烟道进行单侧分别封堵,从而将脱硫入口的原烟道和脱硫后部的净烟气烟道机械性硬隔离,实现了脱硫与主机同步无旁路运行(见图二)。
烟囱出口挡板门 增压风机旁路挡板门吸收塔主机引风机来烟气 进口挡板门增压风机
图二 改造后烟气系统示意图
下面对怀安电厂#1机组脱硫烟气旁路拆除改造方案进行分析:
4.1增设增压风机旁路烟道
增压风机是整个脱硫系统的动力核心,锅炉烟气依靠增压风机克服整个脱硫系统阻力排入烟囱。取消脱硫装置旁路烟道后,引风机直接与增压风机串联运行,为提高主机运行安全可靠性,防止增压风机故障时主机跳机,增设增压风机旁路烟道,当增压风机故障时可以将其从脱硫系统解列,烟气走旁路烟道进入脱硫系统,此时主机可以降负荷运行。
4.2增设烟道防爆门
在增压风机上游的水平烟道和风机入口烟道,加设2个防爆门,防止引风机与增压风机协调不好时,烟道蹩压,发生烟道爆破。
4.3脱硫浆液循环泵增设6KV保安段供电
在机组运行中,应保证至少1台浆液循环泵运行,从而提高浆液循环泵及整个脱硫系统的可靠性。为此将#3浆液循环泵改由6KV保安段供电,同时将原浆液循环泵部分联锁跳闸信号改为报警信号。
4.4取消原旁路挡板和原烟气挡板的所有逻辑 4.5增设了吸收塔事故喷淋系统
由两级喷淋装置组成,事故状态下投用事故喷淋系统时,分级进行喷淋,当一级喷淋故障或无法将吸收塔入口烟温降低至设定值时第二级喷淋启动。解决了无旁路脱硫运行中,锅炉事故工况下,入口烟气温度异常升高对脱硫烟道和吸收塔防腐内衬的影响。
4.6增设废浆抛弃池
为防止无旁路情况下,在锅炉启动及低负荷运行或除尘器故障时,由于锅炉燃烧不稳定,煤粉燃烧不完全,使烟气中携带的粉尘等杂质增加。这此杂质随烟气进入吸收塔后,会被浆液洗涤下来,沉积在吸收塔浆池中,进而会影响二氧化硫吸收反应的进行。当这些杂质含量到达一定浓度后,使二氧化硫吸收反应无法进行,即造成浆液中毒,如果不及时处理,会使脱硫效率降低、石膏无法脱水和石灰石粉过剩率加大,系统无法运行。增设废浆抛弃池可将受污染中毒的浆液及时排放置换。中毒浆液由吸收塔石膏浆液排出泵,打到事故浆罐,再由事故浆液泵打到抛浆池,废弃浆液在池内沉淀。澄清液由便携式潜水泵从抛浆管道原路打回至事故浆罐,进入脱硫系统重复利用。
五、拆除烟气旁路后对主机和脱硫运行的影响
原脱硫装置取消旁路后,脱硫系统成了锅炉烟风系统的一部分,脱硫装置必须与机组同步启停,既要保证主机顺利启动,同时又要充分考虑到脱硫系统设备的安全,与以往设置旁路的脱硫装置在启停操作上有很大的不同。脱硫与主机烟风系统必须统一协调,以保证主机与脱硫参数稳定,尤其是增压风机入口压力和流量的控制。
在锅炉启动前应首先启动静电除尘器,脱硫系统应满足至少一台浆液循环泵运行。尽可能避免锅炉启动过程中投油或少投油和低负荷情况下燃烧不完全,污染吸收塔内浆液品质。
在锅炉事故工况下,吸收塔入口烟气温度异常高时,需要紧急投运事故喷淋系统。
六、建议
国电怀安电厂实施#1机组拆除烟气旁路改造后,实现了拆除烟气旁路的各项要求和目标,脱硫设施与主机同步启停、运行,提高了脱硫系统投运率(见图三);在机组启停、事故工况时,有效避免了烟气超标排放对周边环境的影响。但在模拟增压风机事故停运,烟气通过增压风机旁路,由引风机来的烟气直接进入脱硫吸收塔,锅炉降负荷运行的过程中,发现引风机出现异常喘振。下一步,在#2机实施拆除旁路改造中,考虑增压风机与引风机合并方案。
图三 无旁路运行效果图
七、结论
国电怀安电厂#1机组拆除烟气旁路改造是成功的,有效控制了污染物排放。“十二五”期间,为实现污染减排目标,减少大气污染,拆除烟气旁路是现役燃煤电厂提高脱硫设施投运率及脱硫效果的有效手段。
参考文献:
[1] GB 13223-2003 火电厂大气污染物排放标准 [2] GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准 [3] 《“十二五”节能减排综合性实施方案》
[4] 《河北省“十二五”节能减排综合性实施方案》 [5] 《电站信息》2013年第1期
作者简介:
王文福 环境工程高级工程师 国电怀安热电有限公司设备管理部主任助理 河北省张家口市怀安县新区 邮编076150 电话0313-7928878 邮箱wwf72@163.com