小型热电厂烟气脱硫系统改造设计优化与实践

浏览数量:110     作者:本站编辑     发布时间: 2020-08-06      来源:本站

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小型热电厂烟气脱硫系统改造设计优化与实践

摘要: 在石灰石-石膏湿法脱硫工艺物料衡算的基础上,对 SO2吸收系统的石膏排出和脱硫废水处理系统的污泥脱水环节风险点进行了分析。同时在可行性论证的基础上进行了取消石膏排出泵和板框压滤机,联合浆液循环泵和皮带脱水机实现石膏排出和脱硫废水处理的优化设计和改造。改造结果显示石膏排出及污泥脱水系统可在不影响原有设备稳定达标运行条件下有效并入总脱硫系统,同时有效降低电厂的生产及运行成本。

为了控制燃煤火电污染,国家出台了《煤电节能减排升级与改造行动计划》( 2014-2020 年) ,提出到 2020 年东部地区现役燃煤机组通过改造基本达到燃气轮机排放限值的要求。为加快超低排放改造进程,环保部、发改委、能源局再次发布《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》,要求东部地区提前至2017年前,中东部地区分别于2018年、2020年前完成超低排放改造。为响应国家政策,各地电厂纷纷进行超低排放环保改造。当前30万千瓦级以上燃煤发电机组的脱硫超低排放改造多已基本完成,目前主要以10万千瓦级以上燃煤发电机组改造为主。

1 小型热电厂湿法脱硫工艺物料衡算及风险点分析

石灰石-石膏湿法脱硫工艺具有脱硫效率高、技术成熟、对煤种变化适应性强等优点,在大中型电厂烟气脱硫中应用广泛,当前的超低排放改造多是此基础上进行的升级改造。小型机组在实际脱硫超低排放改造过程中因机组容量小,导致部分工艺设备处理量较小,难以满足设备常规运转要求,长期运行存在一定风险。因此小型机组的湿法脱硫超低排放改造工艺在实施过程中不宜全盘照搬大中型机组经验,而应根据小机组的实际情况在部分工艺段作相应的优化,以防改造完成后系统在运行中出现风险,从而实现机组的安全节能高效运行。为此,需要在物料衡算、风险点分析以及改造方案可行性论证的基础上,探索出一套适用于小型机组进行湿法脱硫超低排放改造的优化方案。

1.1 脱硫工艺物料衡算

2×12mW热电厂进行脱硫超低排放改造工程采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,一炉一塔配置,脱硫除尘一体化技术。该热电厂脱硫超低排放湿法脱硫工艺参数表如表1所示( 单台炉) 。根据大中型机组石灰石-石膏湿法脱硫工艺脱硫超低排放改造经验,对于SO2吸收系统的设计,一般按一运一备,设置两台石膏排出泵,保证在12~15 h 内能够排空吸收塔; 对于脱硫废水处理系统,一般对废水进行中和、絮凝、沉淀处理,采用板框压滤机对反应产生的污泥进行浓缩处理,脱水处理后污泥外运。

1 某热电厂脱硫超低排放湿法脱硫主要参数

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1.2 脱硫工艺设备选型

根据物料衡算,结合大中型机组脱硫超低排放经验,对设备计算选型情况如下:

(1) 单台塔的石膏排出量为 4m3/h,因3台炉脱硫共用一套石膏后处理系统,所以系统设置了一台石膏浆液缓冲箱,用于收集3台炉的石膏排出浆液,后通过石膏浆液缓冲泵,打入石膏旋流器进行石膏一级脱水。经计算,石膏浆液排出至石膏浆液缓冲箱的最大水力压头为15m。每台炉设置两台石膏排出泵,一运一备,流量为5m3/h,扬程为15m。

(2) 单台塔的废水处理量为0.4m3/ h,因3台炉脱硫共用一套废水处理系统,所以全厂脱硫废水处理量为0.8m3/h ( 锅炉两运一备)。按脱硫废水含固率 1.11%,污泥含固量20%~30%,折算板框压滤机污泥处理量为0.06m3/ h。

1.3 脱硫超低排放湿法风险点分析

1.3.1 石膏排出泵堵塞

(1) 湿法脱硫石膏浆液要求石膏排出泵材料防堵耐磨耐腐蚀,通常选用卧式离心泵,因本工程泵选型流量为5m3/h,对泵体的过流通道截面要求较小,泵后期运行存在堵塞的风险。

(2) 受锅炉负荷和燃煤煤质影响,若设置石膏排出泵,后期经常会处于间歇运行工况,由于其入口管较小,管内没有介质流动,工程试运阶段就发生了石膏浆液沉积、固化结垢,以至越堵越严重; 如频繁冲洗又会造成系统水平衡失衡。

1.3.2 板框压滤机损坏且运行维护费用高

因处理污泥量较小,若采用板框压滤机,由于结构原因,后期运行时若供料不足,易造成板框本身受力过多损坏。当污泥过稠或干块遗留时,会造成供料口堵塞,此时滤板间没有了介质只剩下液压系统本身的压力,导致板块本身长时间受压损坏。滤板清理不净时,易造成介质外泄,进而冲刷板框边缘,介质的大量外泄造成压力无法升高,泥饼无法形成。滤板滤布属于易损件,需定期维护更换。

2 小型热电厂烟气脱硫超低排放设计优化及实践

2.1 浆液循环泵取代石膏排出泵方案优化

2.1.1 浆液循环泵取代石膏排出泵方案

优化前,采用石膏排出泵排浆,方案系统图如1.  优化后,采用浆液循环泵取代石膏排出泵,向石膏浆液缓冲箱、事故浆液箱及pH计测量罐进行供浆,方案系统图如2。

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1 优化前系统图( 石膏排出泵)

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2 优化后方案( 浆液循环泵)

2.1.2 实施方案后效果分析

(1) 改造后对循环泵和脱硫效率的影响石膏排出泵流量5m3/ h,流量较小,而循环泵额定流量515m3/h,占比不到1% ,对浆液泵循环系统无明显影响,为了实现优化后不对循环泵系统运行及脱硫效率造成任何影响,在物衡计算的循环浆液量基础上增加石膏排出的浆液量来进行设计选型,循环泵选型流量取 520m3/h。此外,本工程循环泵的设计扬程为16.8m/18.6m/20.4m,泵出口管道压头完全满足石膏排出的 15m 压头要求; 且循环泵入口设置有滤网,减少了石膏排出管道堵塞的风险。

(2) 改造后对成本费用的影响

采用图 2 方案,节省了石膏排出泵设备成本和维护成本,取消排出泵也将减少脱硫系统的电耗。

2.2 污泥真空皮带机脱水优化

2.2.1 污泥真空皮带机脱水优化方案

优化前,脱硫废水澄清浓缩池底部的污泥经重力浓缩后,部分污泥作为凝聚的晶种由污泥输送泵送回中和箱,其余污泥由污泥输送泵送入压滤机进行脱水,脱水泥饼落入泥斗,由车外运至灰场堆置。方案系统图如图 3 所示。优化后,在真空皮带机入口设置了污泥管道入口,将澄清池底部污泥排至两台真空皮带机,与石膏浆液一起脱水,方案系统图如图 4 所示。


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3 污泥真空皮带机脱水优化前方案

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4 污泥真空皮带机脱水优化后方案

2.2.2 实施方案后效果分析

(1) 优化改造后对石膏品质的影响废水经处理后产生的污泥不会对石膏成分造成较大影响。考察污泥真空皮带机脱水对石膏品质的影响,主要是考察掺入污泥后对脱水石膏含水量的影响: 废水反应生成污泥的含水量一般为70%~80% ,污泥具有不易脱水的特性,一般脱水后含水率45%~55% ,按照0.06m3/ h 的污泥处理量,石膏脱水后,石膏的含水率仍小于10% ,满足石膏含水率要求。

(2) 优化改造后对成本费用的影响

废水澄清池底部污泥改至由皮带脱水机进行脱水,避免了压滤机频繁故障的毛病,使得皮带脱水机一机两用,提升了皮带脱水机的附加值,解决了污泥处理难的问题,降低了废水系统压滤机及所属设备购置及运维成本( 约 5 万元) ,不再使用压滤机后,每年可减少1 辆污泥拉运翻斗车的管理费、人工费约10 万元,共计15 万元。综上,污泥采用皮带脱水机处理的方案具有技术和经济可行性。

3 结语

本文提出的适用于小机组的石灰石-石膏湿法脱硫工艺的节能优化改造方案,避免了原设计方案可能出现的堵塞及设备损坏风险,提高了既有设备利用率,实现了脱硫系统的低成本可靠稳定运行,在当前燃煤机组脱硫超低排放背景下具有重要的推广价值。小型热电厂采用上述优化设计后,具体应用及实践效果如下:

(1) 浆液循环泵能够实现对石膏脱水系统的稳定供浆,脱硫效率未受影响,脱硫效率≥98.51% ,脱硫出口SO2浓度小于35mg/m3。

(2) 采用真空皮带机对废水污泥进行脱水,可实现对污泥量和石膏浆液量的并行处理,生成石膏品质达标,含水率低于10% 。

(3) 脱硫系统总能耗降低20% 以上.

 


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