第2卷 火电厂湿法脱硫工艺部分.docx
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第2卷火电厂湿法脱硫工艺部分
T233C-J
国电霍州发电厂以大代小2x600MW
超临界空冷机组烟气脱硫工程
初步设计
第二卷工艺部分说明书
检索号：
T233C-J
北京国电龙源环保工程有限公司
2009年8月北京
国电霍州发电厂以大代小2x600MW
超临界空冷机组烟气脱硫工程
初步设计
总工程师
：
张华
设计总工程师
：
李晓金
校核
：
汪德志
编写
：
李晓金
北京国电龙源环保工程有限公司
工程设计证书建设部甲级第0175号
工程咨询资格证书国家计委工咨甲第9707007号
卷册总目录
第一卷总的部分T233C－A
第二卷工艺部分T233C－J
第三卷总图运输部分T233C－Z
第四卷土建部分T233C－T
第五卷电气部分T233C－D
第六卷仪控部分T233C－K
第七卷环保部分T233C－P
第八卷主要设备材料清册T233C－Q
目录
1．工艺说明1
1.1概述1
1.2设计依据1
1.3工艺设计的主要特点1
1.4设计范围2
1.5锅炉燃料2
1.6脱硫装置用吸收剂的供应3
1.7脱硫用各种能源、物质的供应4
1.8脱硫副产品及废弃物的处理5
2．工艺系统及主要设备选择5
2.1烟气系统6
2.2吸收塔系统7
2.3吸收剂储存及制备系统：
10
2.4石膏浆液一级脱水系统11
2.5石膏浆液二级脱水系统12
2.6工艺水系统13
2.7排水系统14
2.8废水处理系统14
2.9主要设计参数15
3．系统运行方式18
3.1FGD正常运行18
3.2FGD停运与检修19
3.3FGD装置故障的保护措施19
4．设备布置20
5．维护检修与起吊设施21
6．保温与油漆21
7．防腐与露天防护21
8．主要技术指标22
9．物料消耗表23
1．工艺说明
1.1概述
国电霍州发电厂厂址位于山西省霍州市南郊。
本期工程建设规模为：
2×600MW，安装二台超临界燃煤空冷凝汽式机组。
编号1号机组和2号机组。
烟气脱硫工程采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺（以下简称FGD），采用一炉一塔脱硫装置，脱硫率不小于96.5%。
烟气脱硫工程FGD为两台机组100%的烟气脱硫，锅炉额定出力为2030t/h，计划2009年7月1日开工，第1台机于2011年3月投产，第2台机于2011年6月投产。
本期工程同步建设脱硫装置。
1.2设计依据
●国电电国电霍州发电厂上大压小2×600MW机组烟气脱硫岛特许经营合同合同技术协议；
●《火力发电厂设计技术规程》DL5000--2000；
●国家现行有效的环保标准、法规；
●各专业现行有效的中华人民共和国电力行业标准DL/T系列；
●各专业所涉及的现行有效的中华人民共和国国家标准GB系列；
●北京国电龙源环保工程有限公司引进石灰石-石膏湿法脱硫技术文件、资料。
1.3工艺设计的主要特点
本工程烟气脱硫采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺。
两台炉脱硫系统的烟气系统、吸收系统、氧化系统和石膏一级脱水系统采用一炉一塔的单元配置。
本工程不设吸收剂制备系统，脱硫系统用吸收剂石灰石粉为外购。
本工程只在脱硫岛内设置吸收剂储存和制备系统，调制后的吸收剂浆液通过供浆系统向吸收塔供浆。
脱硫产生的副产品石膏经一级水力旋流器浓缩处理后成为含固量40~60%的石膏浆液，石膏浆液自流至真空脱水皮带机脱水成含水为10%的二水石膏。
脱硫石膏考虑综合利用，当综合利用有困难时，由运输车运至灰场堆放。
本工程设事故浆罐。
事故浆罐的容量可以满足一套脱硫系统停运排空的需要。
脱硫系统停运检修时石膏浆液泵送至事故浆罐。
检修结束，石膏浆液经石膏浆液返回泵送回吸收塔，从而缩短系统投运所需时间。
1.4设计范围
设计范围具体详见《初步设计说明书》总的部分中相关部分。
1.5锅炉燃料
表1-1锅炉燃煤煤质及灰份数据
项目
符号
单位
设计煤种
工
业
分
析
收到基碳
Car
%
48.39
收到基氢
Har
%
3.31
收到基氧
Oar
%
4.90
收到基氮
Nar
%
1.05
收到基硫（全硫）
St,ar
%
2.20
元
素
分
析
收到基灰分
Aar
%
31.43
收到基水分（全水）
Mt,ar
%
8.72
空气干燥基水分
Mad
%
1.10
干燥无灰基挥发分
Vdaf
%
26.50
收到基低位发热量
Qnet.ar
kJ/kg
19279
哈氏可磨指数
HGI
70
磨损冲刷指数
Ke
灰成份分析
二氧化硅
SiO2
%
47.22
三氧化二铝
Al2O3
%
33.96
三氧化二铁
Fe2O3
%
8.51
氧化钙
CaO
%
4.40
氧化镁
MgO
%
2.10
氧化钾
K2O
%
0.48
氧化钠
Na2O
%
0.22
三氧化硫
SO3
%
1.13
二氧化锰
MnO2
%
二氧化钛
TiO2
%
1.18
其它
%
0.44
变形温度
DT
℃
1500
软化温度
ST
℃
＞1500
流动温度
FT
℃
＞1500
1.6脱硫装置用吸收剂的供应
矿物组份分析
CaO
wt－％
54.05
MgO
wt－％
0.69
Fe2O3
wt－％
1.43
SiO2
wt－％
0.04
Al2O3
wt－％
0.20
K2O
wt－％
0.02
Na2O
wt－％
0.04
TiO2
wt－％
0.24
SO3
wt－％
0.02
P2O5
wt－％
0.20
烧失量
wt－％
42.55
根据业主提供的烟气参数，石灰石耗量如下（两台炉）：
小时耗量（t/h）
每天耗量（t/d）
年耗量（t/a）
38.6
772
212300
注：
1天按20小时计，1年按5500小时计。
1.7脱硫用各种能源、物质的供应
1.7.1工艺水
本期脱硫工程工艺用水采用辅机循环排污水，通过厂区补给水管网供至脱硫系统工艺水箱，工艺水经工艺水泵输送至各工艺水用户
两台脱硫装置工艺水平均耗量为240t/h，峰值用水量是290t/h。
表1-3水质全分析表
工程名称：
国电霍州电厂2x600MW以大代小工程
取样深度：
取样日期：
取样位置：
样品外观：
分析日期：
取样水温：
℃
水样编号：
数量单位
项目
mg/l
mmol/l
数量单位
项目
mg/l
mmol/l
阳
离
子
K++Na+
120.6
5.132
总固体
Ca2+
219.44
10.95
溶解性固体
Mg2+
78.4
6.45
悬浮性固体
Fe2+
0.06
0.002
电导率（25℃，μs/cm）
Fe3+
0.12
0.006
腐值酸盐
Al3+
0.06
0.007
总硬度
NH4+
0.03
0.002
碳酸盐硬度
Ba2+
0.021
0
非碳酸盐硬度
Sr2+
3.105
0.071
酚酞碱度
∑阳
421.84
22.62
甲基橙碱度
阴
离
子
Cl-
137.9
3.889
总碱度
SO42-
533.14
11.1
pH值
HCO3-
457.64
7.5
游离二氧化碳
CO32-
0
0.126
全硅
NO3-
7.8
0.002
溶解硅
NO2-
0.1
非活性硅（SiO2）
F-
耗氧量（O2）
S2-
（COD）Mn
（BOD）5
氨氮
∑阴
1136.58
22.62
浊度（NTU）
1.7.3压缩空气
脱硫系统仪用压缩空为8Nm3/h，由业主负责提供，岛内设置压缩空气灌。
1.8脱硫副产品及废弃物的处理
本工程对脱硫生成的石膏进行脱水处理，脱水后的石膏含水量为10%，真空皮带处理后的石膏直接落入石膏堆料间。
石膏堆料间的贮存量按2天容量的要求设置，其有效容积约为2000m3。
成品石膏考虑采用汽车外运进行综合利用或抛弃。
石膏装车考虑采用装载车装车的方式，考虑采用1班制运行，可以满足石膏外运的要求。
石膏堆料间的设计留有2台装载车同时作业的通道。
2．工艺系统及主要设备选择
#1、2机组两台锅炉的最大连续蒸发量均为2030t/h，每台锅炉设置一套烟气脱硫装置，处理烟气量按锅炉BMCR工况烟气量设计，设计参数按照设计煤种考虑，并留有一定的余量。
烟气脱硫系统主要包括：
·烟道系统
·吸收塔系统
·吸收剂制浆系统
·石膏浆液脱水系统
·工艺水系统
·排空系统
·氧化空气系统
·废水处理系统
2.1烟气系统
本脱硫工程对每台炉分别设置独立的烟气系统。
来自锅炉引风机出口的烟气进入烟道通向烟囱，当FGD装置运行时，烟道旁路挡板门关闭，烟气引入FGD系统。
烟气经过原烟道进入吸收塔。
从吸收塔出来的清洁烟气进入净烟道，经烟囱排入大气。
当FGD装置停运时，旁路挡板门打开，FGD装置进出口挡板门关闭，烟气从烟道进入烟囱直接排入大气。
本工程不设置增压风机，FGD装置烟气系统设备、烟道阻力，由主体引风机考虑。
本工程不设置烟气换热系统，为了防止吸收塔入口烟气温度过高，在吸收塔入口设置了事故喷雾系统，事故喷雾水箱为5m3。
烟气挡板门为带气体密封结构的双层百叶挡板，在最大压差的作用下具有100%的严密性。
烟道挡板的结构设计和布置将使挡板内的腐蚀和积灰减至最小。
旁路挡板为可调挡板门，并带位置变送器，具有快速开启的功能，全关到全开的开启时间在15-20秒，但是为了满足炉膛负压得要求，调试期间要确定合适的开启时间一般为45-60s。
烟气挡板门配有密封空气系统，设置2台100%密封风机，一运一备，用于密封原烟气入口挡板、旁路烟气挡板和净烟气挡板。
烟道根据可能发生的最差运行条件（例如：
温度、压力、流量、污染物含量等）进行设计。
还设有人孔、卸灰门及用于运行和观察的仪表，如压力表、温度计和SO2分析仪等。
布置将考虑安装、防腐、排水和积灰问题。
同时由于本工程没有安装烟气换热器，烟囱的冷凝水较多，为此我们在旁路烟道上设置冷凝水排水槽，冷凝水自流到排水地坑中，通过地坑泵再打回吸收塔，可以重复利用。
另外关于烟道防腐做如下说明:
吸收塔入口段约3m长采用耐酸胶泥加耐酸转防腐；吸收塔出口到水平烟道采用玻璃鳞片防腐；旁路挡板门后水平烟道采用耐酸胶泥防腐。
本工程烟道整体布置紧凑、合理。
烟道相对较短，弯头等异形零件较少，烟道阻力较低，可以大大减少引风机电耗，节省运行费用。
#1、#2炉FGD烟气系统主要设备配置表
序号
名称
规格及技术要求
单位
1号机数量
2号机数量
烟气系统
1
挡板门密封风机
Q=6000m3/h，H=4500Pa
台
2
2
2
原烟气挡板门
10500X6000，双叶挡板，双百叶挡板，电动
个
1
1
3
旁路挡板门
6000X10500，双百叶挡板，电动
个
1
1
4
净烟气挡板门
6000X9000，双百叶挡板，电动
个
1
1
2.2吸收塔系统
本脱硫工程中两台炉分别设有单独的吸收塔系统。
烟气从吸收塔下侧进入与吸收浆液逆流接触，在塔内进行吸收反应，对落入吸收塔浆池的反应物再进行氧化反应，得到脱硫副产品二水石膏。
2.2.1吸收塔中SO2，SO3，HF，HCl去除
在添加了新鲜石灰石的情况下，石灰石、副产品和水的混合物从吸收塔浆池送至喷淋层。
浆液由喷嘴雾化成一定直径的雾滴。
在雾滴下落的过程中与上升的烟气逆流接触，雾滴将吸收烟气中酸组份，如SO2，SO3，HF和HCl。
吸收塔内除了喷淋层及除雾器外，没有其他内部件。
所有吸收塔内表面尽可能光滑，以便使在吸收区内吸收液的停留时间最短。
因此，在沉降和结垢发生之前，液体轻易、迅速地流出了吸收区，收集在吸收塔反应箱内。
为充分、迅速氧化吸收塔浆池内的亚硫酸钙，设置氧化空气系统。
离开吸收塔洗涤部分的净烟气流过除雾器，以除去夹带的液滴，除去的液滴返回吸收塔。
吸收塔基本上可分为如下三个区域。
－洗涤区
在此区域，主要是SO2和SO3等酸组分被浆液中的水吸收和溶解，SO2吸收生成HSO3－，随后被氧化成SO42-，再接着与石灰石反应。
－吸收塔浆池
吸收塔浆池的功能为：
·氧化亚硫酸盐，生成硫酸盐
·溶解新鲜石灰石
·硫酸盐与溶解的石灰石反应，生成石膏
·石膏晶体成长
－气体区
在吸收塔上部，烟气经过两个水平安装的除雾器，以减少夹带的液滴。
2.2.2SO2、SO3和HCl吸收
烟气中SO2、SO3遇到液滴中的水后会发生如下反应：
SO2＋H2O→HSO3－＋H+
SO3＋H2O→H2SO4
生成的H2SO4将被石灰石迅速中和，以维持SO2和SO3的有效而持久的被吸收。
2.2.3与石灰石反应
SO2，SO3和HCl与下降浆液液滴中的细小石灰石颗粒反应：
CaCO3+2H++HSO3－→Ca2++HSO3－+CO2↑＋H2O
CaCO3+H2SO4→CaSO4+CO2↑＋H2O
CaCO3+2HCl→CaCl2+CO2↑＋H2O
上述为离子反应，因此反应在溶液中发生，与石灰石的反应在吸收塔浆池中完成。
2.2.4氧化反应
吹入吸收塔浆池的空气将亚硫酸盐氧化成硫酸盐：
氧化：
2Ca2＋＋2HSO3－＋O2→2CaSO4＋2H＋
氧化反应后接着就是石膏结晶：
结晶：
CaSO4＋2H2O→2CaSO4＋2H2O
结晶主要发生在吸收塔浆池内。
吸收塔浆池pH值由石灰石计量控制，约为5.0-5.5。
pH值是石灰石反应率和总的石灰石化学计量系数的函数，化学计量系数典型值是1.01～1.03.
2.2.5吸收塔的设计
吸收塔设计为单环开路喷淋塔，在吸收塔浆池的搅拌区安装有强制氧化系统。
氧化空气由容器壁装搅拌器的压力侧喷管喷入到洗涤液中。
吸收塔采用钢结构，工厂加工，现场拼装，内设防腐采用橡胶，吸收塔直径为17.50m，高度为39.65m（计算高度），浆池容积为3295m3，为降低维护工作量，吸收塔采用空塔，不设填料装置，浆池底层设有4台搅拌器，上层设有4台辅助氧化搅拌器，喷淋层设4层，材质为FRP，喷嘴材质为碳化硅。
每层喷淋层配一台循环浆泵，循环浆液量约为9900m3/h。
每座吸收塔的氧化空气系统各设有2台氧化风机，1运1备，1台氧化风机的氧化空气量为18600Nm3/h，氧化风机采用离心风机。
每个吸收塔系统设有两台石膏排出泵，一运一备，将石膏浆液送往石膏旋流器进行一级脱水，另外，如果需要将吸收塔排空时，也可以通过此泵将浆液送往二期事故浆罐。
单台石膏排出泵流量为250m3/h，当向事故浆罐输送时，可以同时开启两台泵，将吸收塔排空的时间约为13个小时。
#1、#2机FGD吸收系统主要设备配置表
序号
名称
规格及技术要求
单位
1号机数量
2号机数量
1
吸收塔
壳体材料:
碳钢衬橡胶或玻璃磷片,
直径高度=φ17.5m39.6m.
个
1
1
吸收塔浆池搅拌器
电动机功率总和：
4X37+4X55kW,
叶片、轴材料：
耐磨合金钢
个
8
8
吸收塔除雾器
两级，材料：
PP
套
1
1
吸收塔喷淋层喷嘴
层
4
4
吸收塔喷淋层管
材料：
FRP
层
4
4
滤网
DN1200材料:
合金
个
4
4
滤网
DN250材料:
合金钢
个
2
2
2
循环浆泵
Q=9900m3/h，H:
20.0/21.8/23.6/25.4m
电机功率800//900/950/1050kW
台
3
3
3
氧化风机
离心风机,P=0.09MPa,Q=18600Nm3/h
电机功率：
700kW
台
3
3
4
石膏浆液排出泵
离心式,Q=250m3/h,H=40m,叶轮材料:
耐磨合金钢,电动机功率:
9kW
台
2
2
5
膨胀节
DN1200
个
16
16
DN900
个
16
16
2.3吸收剂储存及制备系统：
本脱硫工程设置两套公用的吸收剂储存及制备系统，分别供#1、2机组使用。
吸收剂采用外购买成品石灰石粉，其细度为325目筛余量10%。
在电厂脱硫岛内制成石灰石浆液。
每套制备系统的容量按照两台600MW机组全烟气量、BMCR工况下石灰石耗量考虑，单台脱硫装置的石灰石耗量为19.3t/h。
成品石灰石通过密封罐车送往脱硫区域，系统设有两座有效容积为1200m3的石灰石粉仓，粉仓为混凝土结构，整个支撑结构采用钢筋混凝土。
为防止石灰石粉板结，粉仓底部设有气化装置。
粉仓顶部设有仓顶布袋除尘器，过滤面积为40m2，过滤风速低于0.5m/min，除尘器过滤效率应大于99.95%,排气侧粉尘排放浓度应不大于50mg/Nm3，每座粉仓设计2个出料口。
出料口的设计考虑防堵的措施。
石灰石粉贮仓的顶部应有密封的人孔门，该门设计成能用铰链和把手迅速打开，并且顶部应有压力释放阀。
石灰石浆液制备系统设有两座石灰石浆液罐，容积均为320m3，在不进行制浆的情况下，可以容纳两台600MW机组满负荷10小时用量。
正常情况下制浆水采用真空皮带机排出的过滤水，水量不足时由工艺水补充。
石灰石浆液浓度约为30%。
每座石灰石浆罐设有一台搅拌器，用于混合浆液，防止沉积。
每座石灰石浆罐配备两台石灰石浆液输送泵，一运一备，共4台泵，为防止机组负荷变化时，浆液管道发生沉积现象，供浆系统采用环管输送方式，每台机组石灰石浆液需要量为64m3/h，石灰石浆液输送泵容量为200m3/h。
石灰石供浆系统采用扩大单元制，正常运行时，供浆系统按单元制运行，即1套供浆系统供1台炉使用。
当1个石灰石储浆罐检修时，另1个储浆罐的供浆系统可以为2台吸收塔提供石灰石浆液。
#1、#2机吸收剂制备系统主要设备配置表
序号
名称
规格及技术要求
单位
1号机数量
2号机数量
1
石灰石储仓
V=1200m3,材料:
混凝土结构
座
1
1
2
螺旋称重给料机
出力Q=10-60t/h；称量精度0.5%;N=5.5kW
台
1
1
3
石灰石浆液箱
V=32m3,8m,H=6.5m,材料:
钢涂玻璃鳞片或衬胶
个
1
1
4
石灰石浆液箱搅拌器
电机功率：
N=13.5kW叶片、轴材料：
耐磨合金钢或钢衬胶
个
1
1
5
石灰石浆输送泵
Q=200m3/h,H=35m,电机功率：
N=75kW
台
1
1
6
石灰石仓布袋除尘器
处理风量2100-3200m3/h,配风机N=3kW
台
1
1
2.4石膏浆液一级脱水系统
吸收塔石膏输出泵输出浆液含固量为11～22%，由石膏（CaSO4·2H2O），盐类混合物（MgSO4，CaCl2）,石灰石（CaCO3），氟化钙（CaF2）和灰粒组成。
它被送往石膏旋流站进行浓缩和颗粒分级。
分离后的底流浆液含固量为50%（重量比），在重力作用下进入真空皮带机进行二级脱水；溢流浆液含固量为3～5%，大部分送往吸收塔，少量溢流浆液通过废水旋流泵送往废水旋流器处理，以保持循环浆液中有害物质不超过设计值。
废水旋流器底流返回吸收塔，溢流送往废水处理车间处理。
各石膏浆液泵与其出口关断阀之间设有冲洗水路。
当一台泵停运时，关闭泵出口关断阀，向石膏溢流浆液箱方向冲洗浆液泵及相应管路。
如果切换的泵不立即投运，则关闭浆液泵的入口关断阀，反向冲洗浆液母管及回流管。
石膏旋流器处理量为250m3/h，供10个旋流子，1个备用。
2.5石膏浆液二级脱水系统
真空脱水皮带机是石膏二级脱水设备。
经旋流器一级脱水后的石膏浆液（含水率50%wt），经底流分配箱送至真空脱水皮带机，通过真空泵的抽吸作用将石膏浆液进一步脱水，生成的石膏滤饼含湿率不大于10%，滤液送往滤液水箱。
石膏浆液经鱼尾形喂料口进入并均匀地分布在真空脱水皮带机的滤布上。
支撑滤布的胶带具有横向沟槽，沟槽中央有排液孔。
胶带携带滤布、滤布携带石膏匀速前进，通过真空室时，在真空抽吸的作用下，滤液透过滤布流向胶带排液孔，汇流进入皮带机真空室。
胶带的运行速度将随供料量变化来调整，从而使滤饼的厚度基本上保持恒定值。
真空室底部以一系列柔性真空密封软管与滤液汇流母管相连，滤液母管则以切向接入气水分离器。
气水分离器是实现气液两相分离的设备，其顶部连接水环真空泵的抽气口，底部接入滤液水箱。
水环真空泵是形成真空的动力设备。
真空泵工作时，因偏心叶轮的转动，真空泵内形成的水环与叶轮之间形成月牙形空腔，在系统内产生负压。
在负压作用下，石膏浆液的游离水随抽吸的空气一起，经皮带机真空箱进入滤液回流母管，然后切向进入气水分离器。
在气水分离器内，由于离心分离，气相与液相发生分离。
气相经真空泵排大气，液相在重力作用下进入滤液水箱。
本系统内各种工艺水及过滤水最终均回至滤液水箱。
当脱硫系统制浆时，利用滤液水泵将其送往石灰石制浆区和吸收塔。
石膏滤饼在皮带机尾端卸除。
由于卸料辊在此改变的转向，滤饼在重力作用下与滤布剥离，进入石膏转运皮带，经过两次转运，再经过梨式卸料器多点布料在0m的堆料间，通过装载车装车后运走。
卸除滤饼后的滤布在返回行程过程中通过滤布清洗区。
利用真空泵的乏水对滤布进行洗涤。
如果滤布跑偏，利用滤布纠偏辊进行纠偏，滤布行进路径由限位开关监控。
石膏脱水系统为两炉公用系统，分别设有两台真空皮带脱水机，每台真空皮带脱水机容量为两台炉脱硫时的75%的石膏量，出力约为53t/h。
每台真空皮带设有独立的辅助系统，包括水环真空泵，滤布冲洗水箱及其水泵，气水分离器等。
#1、#2机FGD石膏脱水系统主要设备配置表
序号
名称
规格及技术要求
单位
1号机数量
2号机数量
1
石膏水力旋流站
处理石膏浆量250m3/h浓度15%wt材料:
钢衬胶或聚氨脂
套
1
1
2
废水旋流泵
Q＝25m3/h,H=20m,叶轮材料:
耐磨合金钢电动机功率:
4.5kW
台
1
1
3
废水旋流站
处理量25m3/h浓度4.94%wt材料:
钢衬胶或聚氨脂
套
1
4
废水收集箱
V=15m3φ2.6m.,H=3m材料：
钢衬胶
个
1
5
废水收
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