山西漳山电厂RCFB烟气脱硫工程介绍
本文主要介绍漳山电厂的脱硫设计、系统组成、布置以及调试运行数据。漳山电厂脱硫系统成功投运，为大型干法脱硫工程的设计及运行提供了经验及借鉴。
1、概述
山西漳山发电有限责任公司所建设的山西漳泽发电厂三期扩建工程安装2×300MW燃煤空冷发电机组，配备二台由武汉锅炉股份有限公司生产的1045t/h亚临界煤粉炉,机组年运行小时数为6000小时。根据环保要求，机组配备尾部烟气脱硫装置，与发电工程同步建设、同步投产、同步运行。根据合同要求，脱硫装置的保证脱硫效率为85%，按合同条件每年可脱除 9258吨（设计煤种）/18516吨（校核煤种）SO2，极大的减少当地的SO2的排放和空气污染，排放烟气中的SO2含量将从851mg/Nm3（设计煤种）、1702mg/Nm3（校核煤种）减少至127mg/Nm3（设计煤种）、255mg/Nm3（校核煤种）以下，是改善当地的大气环境条件的重要保证措施。
武汉凯迪电力股份有限公司所提供的这二套烟气脱硫装置，采用德国WULFF Deutschland GmbH(下简称德国WULFF公司)先进成熟的回流式烟气循环流化床干法脱硫RCFB-FGD（Reflux Circulating Fluidized Bed）技术，对脱硫除尘岛进行总承包，包括岛内的土建、安装工程的施工图设计、设备供货、施工、调试、移交。
本工程于2003年4月份完成初步设计，2003年底完成施工图设计及设备招标工作； 2004年底和2005年初1、2号主机组分别通过168小时，FGD三个月后顺利通过168小时试运行。到现在为止，脱硫系统运行稳定良好。本工程的成功投运，是RCFB脱硫技术在300MW大型燃煤机组的首次应用，为我国火电厂烟气脱硫工艺的选择和在大型燃煤机组上的配套，提供了工程示范。
2005年7月份胡锦涛总书记参观了漳山电厂，他对漳山电厂在国内300MW机组上首家采用空冷、干法脱硫一体化技术，达到了节水、环保的目的表示了肯定。
2、脱硫原理及工艺过程
2.1 脱硫原理
漳山电厂的脱硫剂原料为生石灰粉，通过一套消化系统将生石灰粉制备成消石灰粉。消石灰粉利用输送系统最终被送到吸收塔内，在塔内发生酸碱中和及氧化反应，脱除SO2等酸性物质。Ca(OH)2粉末和烟气中的SO2、SO3、HCl、HF等，在Ca(OH)2粒子的膜相表面发生反应，在烟气循环流化床内，Ca(OH)2粉末，烟气及喷入的水分，在流化状态下，充分混合 ，并通过Ca(OH)2粉末的多次再循环，使实际反应的Ca/S比远远大于表观的Ca/S比，从而实现高效脱硫。
吸收塔内主要反应
* Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3+ H2O
* Ca(OH)2 + SO3 = CaSO4 + H2O
* CaSO3+ 1/2O2 = CaSO4
* Ca(OH)2+ CO2 = CaCO3 + H2O
* Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O
* Ca(OH)2 + 2HF = CaF2 + 2H2O
2.2 工艺流程
锅炉燃烧后排出的烟气通过空气预热器出口，进入第一级静电除尘器ESP1预除尘。除尘器捕捉下来的灰输送至电厂灰库，随后烟气从RCFB吸收塔下部两侧引入，与从吸收塔加速器上部喷入的雾化水混合，进到塔中央，反应过程中的烟气温度靠喷入的雾化水调节到75℃左右，RCFB喷射系统将由吸收剂制备系统提供的合格的吸收剂（合格细度的Ca(OH)2 干粉）喷入RCFB吸收塔，在塔内与烟气进行脱硫化学反应，反应后的大量的气--固混合物从吸收塔顶部水平排出，进入第二级除尘器ESP2。ESP2为一台二室四电场静电除尘器，它的第一、二电场脱除的固体颗粒在控制阀的调节作用下，通过固体循环系统，返回RCFB吸收塔继续参与脱硫反应；ESP2第三电场收集下来的物料既可返回吸收塔继续参与反应，也可被输送到残渣仓；四电场灰斗下部和RCFB吸收塔下部少量的脱硫渣被输送到残渣仓；残渣仓的脱硫灰渣再由仓泵系统输送到电厂灰库。ESP2出口净烟气经两台引风机引入烟囱后排出。
简易工艺流程如下图：
 图1 脱硫岛简易流程图 |
3、系统介绍
漳山电厂的脱硫工艺主要包括烟气系统（含两级电除尘器）、吸收塔系统（RCFB）、消石灰制备系统（LDH）、灰渣处理系统、电气系统、控制系统等部分组成。以下就各系统加以简单介绍
3.1主要设计输入
* 气象条件：
* 平均气压 908.1 hPa
* 平均气温 10.2 ℃
* 平均相对湿度 63 %
* 平均水汽压 9.2 hPa
* 平均降水量 555.5 mm
* 平均蒸发量 1697.2mm
* 基本风压 0.41kN/m2
主厂房零米高度(1956年黄海高程)20.50m
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3.2 烟气系统
基本流程：空气预热器出口烟气→电除尘器1（ESP1）→吸收塔（RCFB）→电除尘器2（ESP2）→吸风机→烟囱
ESP1为常规电除尘器，经过ESP1预除尘后的烟气经烟道流进吸收塔内，烟气在塔内发生脱硫反应，吸收塔出口含高浓度脱硫产物及粉尘的烟气直接进入后电除尘器ESP2，ESP2为双室四电场除尘器，ESP2入口烟气设计含尘量800g/Nm3,经ESP2除尘后的含尘量≤100mg/Nm3，经过两台引风机引入烟囱排放。
3.3 吸收塔系统
吸收塔为脱硫系统的关键设备，其主要有烟道接口、消石灰粉喷入接口、水接口、回流斜槽接口、脱硫灰渣排放接口。吸收塔直径为11.2米，高约49米。
消石灰粉通过消化器下端变频旋转阀控制给料量，输送到吸收塔内，与塔内烟气中的SO2进行脱硫反应，以控制SO2排放量；工艺水通过工艺水泵输送到吸收塔，来控制吸收塔内的温度，使反应在最佳温度下运行，由回水管路上的回流调节阀控制给水量；循环物料由斜槽输送到塔内，维持塔内差压，从而保证塔内固体物浓度，物料回流量通过斜槽上的调节阀来控制。
吸收塔内的气体与固体之间的反应取决于两个条件，一个是气体与固体的接触面积，另一个是气体在固体表面的停留时间。在气体速度较低的情况下，气体通过固体物间的缝隙进入到反应器中，气体在固体物表面的停留时间很短，非常不利于气体与固体的反应。而当流速增加到一定程度时，大部分颗粒在气体的带动下离开床层，但随后又回到床层，小部分会被带到反应器的上部，形成下部密相区，上部稀相区，这种类似于液态沸腾的状态称之为鼓泡床。这种状态固体物表面积较大，但大部分的反应时间较短。进一步加大气体流速，固体物将会较均匀地分布在整个反应器中，并且靠近壁面还有少量固体物的回流，这时，气体与固体物接触时间最长，接触面积较大。这种状态就称之为循环流化床。回流式循环流化床脱硫工艺正是利用这个原理，烟气从脱硫塔底部以12～18m/s的流速进入，通过脱硫塔内部的加速器后流速约为40～60m/s，这正是塔内形成流化床的理想流速。塔内加速器一般有200倾斜度，水、消石灰和循环灰均从此处进入，烟气向上流动，回流物料从上往下落，RCFB吸收塔中的烟气流速被控制在3.5～5m/s较低的速度，这使烟气停留在吸收塔中的时间可达5秒以上，反应时间较其它脱硫技术大大延长，脱硫效率大大提高。出塔后的固体物被收集下来再回送到反应器中进行循环，进一步延长了固体物的反应时间，加上固体物之间的碰撞、磨擦，会暴露出固体物的新表面，有利于固体物的利用率。气固停留时间约有10倍差别，为了保证接触时间达到半个小时，一般回流次数在100～150次，这样就可以充分保证了流化床的形成和脱硫效率的提高。
回流式烟气循环流化床（RCFB）的独特设计使其具体以下主要特点
(1) RCFB除了具有优良的传热、传质特点外，因在塔的顶部区域加装了导流板，在塔内加装了紊流装置，加上外部循环，延长了脱硫剂的停留时间，加大了固体物的碰撞、摩擦，从而提高了脱硫剂的利用率。
(2) 由于脱硫剂的利用率高，它所产生的脱硫灰（渣）也最少。
(3) 烟气在塔内的停留时间达5秒以上，使SO2与脱硫剂能得到充分的混合，提高了脱硫效率，且99%以上的脱硫反应均在塔内完成。
(4) 较低的塔内流速使塔内不易产生磨损。
(5) 因脱硫剂为干态，床温只取决于喷水量的多少，不受进口烟气中SO2浓度的制约，能非常方便的将床温控制在理想状态，防止床温偏低时设备的腐蚀，偏高时脱硫效率及脱硫剂利用率的下降。
(6) 塔内优良的混合条件，使塔内的水分迅速蒸发，所以，脱硫塔及其它设备不会产生粘结和堵塞，也不会产生腐蚀。
(7) RCFB转动部件少，整个装置可用率高。
(8) 在煤的含硫量适当增加或要提高脱硫效率时，无需增加任何设备，仅增加脱硫剂就行了。
3.4 消石灰制备系统
基本流程：罐车→石灰仓→生石灰日用斗→消化器→旋风分离器1→旋风分离器2→消石灰仓
生石灰粉通过密封罐车输送送到石灰仓，使用一台罗茨风机使石灰仓料斗的石灰处于流动状态，石灰仓下料的石灰再由输送空气喷入消化器中，在消化器内与一定量的雾化水混合，发生化学反应 ：
CaO + H2O = Ca（OH）2
消化器床温受到严格控制，以控制反应后消石灰中水的含量。反应后的气粉混合物离开消化器，再经过第一级旋风分离器，将大颗粒回送到消化器中继续消化。带细颗粒的Ca（OH）2的混合物再经过第二级旋风分离器将Ca（OH）2粉末分离出来送至消石灰仓待用，尾气直接引入脱硫塔，消除污染。此套消化系统也采用了循环流化床技术，使得Ca(OH)2粉末的表面积达18～２０m2/g(其它消化装置为1２～１４m2/g)，加大了SO2、SO3 与Ca（OH）2的接触面积，既提高了脱硫效率，也提高了吸收剂的利用率。
此系统为引进德国WULFF技术设计制造，原外方要求石灰品质较高，对CaO含量及消化速度均有较高要求。根据中国国情，符合上述品质的石灰一般必须是工业石灰，各地价格相差很大，而且均非常昂贵，各地较便宜的是建筑用石灰。凯迪公司在非常困难的情况下对此系统完善改造，最终在石灰品质非常差（CaO含量低，消化速度低）的情况下，通过此装置生产出来的消石灰品质仍能满足脱硫需要。
3.5 灰渣处理系统
本脱硫除尘岛有三处会产生灰、渣排放，即第一级电除尘器（ESP1）下除尘灰、RCFB吸收塔下脱硫灰和第二级电除尘器（ESP2）脱硫灰。ESP1收集的为常规粉煤灰，吸收塔及ESP2灰斗收集为脱硫灰。三处产生的灰渣通过仓泵系统把灰渣输送至灰场储存。漳山电厂的除灰系统不在本工程中。
RCFB烟气脱硫技术吸收剂为钙基化合物，脱硫渣中的主要成分为CaSO4、CaSO3等。CaSO4和CaSO3都是化学性质比较稳定的无毒物质，不会对环境造成危害。
脱硫渣的密度在500kg/m3至900 kg/m3之间,呈干粉状，可方便地采用气力输送或罐车输送。这是干法工艺的优点。RCFB法烟气脱硫的脱硫渣是一种灰白色干燥的微粒状粉末,其流动性与易液化性与飞灰相似。
在国外，干法脱硫渣已在不同的领域中得到利用。
3.6 电气系统
0.38kV配电系统采用PC（动力中心）一级供电方式。每台炉脱硫单元设3个低压PC段。脱硫PC段由脱硫变供电，该段为单母线分段接线，向相应机组脱硫装置及1号电除尘器电负荷供电。除尘PC段由除尘变供电，该段为单母线分段接线，向相应机组2号电除尘器电负荷供电。备用PC段由备用变供电，该段为单母线接线，向脱硫PC段及电除PC段提供备用电源。正常时脱硫PC段、除尘PC段各段的分段开关闭合，由相应段的工作变供电，事故时工作变退出，备用变自动投入供电。脱硫除尘岛内不设保安柴油发电机组，脱硫用交流不停电电源（UPS）的一路保安电源由业主负责提供至UPS装置处。75kW及以上的电动机回路、大容量馈电回路采用空气断路器，75KW以下的电动机回路、小容量馈电回路采用塑壳断路器。
3.8 控制系统
本工程的RCFB脱硫工艺的控制系统较其它的干法、半干法脱硫技术简单。它的控制主要通过三个部分实现。
(1) SO2排放量和消石灰给料量的控制
根据脱硫反应塔入口和出口烟气中SO2、O2浓度和烟气流量以及脱硫率来控制消石灰粉的给料量，以确保烟气排放中SO2的含量达到标准。消石灰粉的给料量的调节采用变频调节旋转阀，通过调节旋转阀的转速来调节给料量。
(2)循环流化床床压与物料回流量控制
循环流化床内固体物浓度是保证脱硫塔良好运行的重要参数。脱硫塔内固体物浓度可以通过沿床高度底部和顶部的压差ΔP来表示。床的压力损失越大，表示固体物浓度越大。因而根据沿床高度底部和顶部的压差ΔP来控制吸收塔进口灰的回流量，将ΔP控制在一定范围之间，从而保证了床内必需的固/气比，使吸收塔始终处于良好的运行工况。其调节方法是通过调节除尘器再循环斜槽的给料量，以控制送回反应器的再循环干灰量，来控制压差ΔP，从而保证床内必需的固/气比。
(3)脱硫烟温和喷水量的控制
通过反应塔顶部烟气设定温度与入口烟气温度的函数、烟气流量函数之差与高于露点温度15ºC比较取较大值，再与RCFB水箱水温温差的函数计算的数值作为主要控制，以反应塔顶部烟气温度与设定温度的PID 调节作为微调得出的结果作为喷水量的设定值，以四个喷嘴喷水总量作为过程值来控制喷水量。以确保反应器内的温度和水量处于最佳范围内。喷水量的调节方法一般采用回水调节阀，通过调节回流水量来调节喷水量。
这三套控制互相独立，不产生相互影响，这保证RCFB-FGD能够在锅炉不同的负荷范围内变动时，获得稳定的脱硫效率。
4、工程总体布置
本工程在锅炉尾部送风机室与烟囱之间留有脱硫装置的空地，在此空地四周有环形马路，脱硫装置按烟气流程顺流布置，沿从送风机室至烟囱方向依次布置预除尘器ESP1、RCFB吸收塔、脱硫除尘器ESP2及吸风机。脱硫岛的集控楼布置在两套装置中间的场地上。
石灰仓、消石灰仓和消石灰制备系统就近布置在脱硫塔外侧，以利于设备之间的管道联络，同时有利于吸收剂来料罐车卸料倒车用，还考虑了脱硫除尘岛整体布置的美观。
其它水箱、水泵、风机等布置在吸收塔及除尘器下部零米区域，即考虑就近原则，又留有空间检修维护，还兼顾整体布置美观。
控制室28000×24000，面积672m2,二层布置脱硫系统及除灰系统的电气柜、控制柜以及控制室，并布置一电缆夹层。
脱硫岛总布置简图见图2
 图2 脱硫岛总布置简图 |
5、主要性能参数
表6：168期间主要运行参数
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6、结束语
本工程是RCFB脱硫技术首次在300MW燃煤机组上的应用，其最终的顺利投运，以及凯迪后续的彭城项目及新海项目的成功投运，说明RCFB脱硫技术在300MW机组上运行是稳定可靠的，并且该项技术也是成熟的。
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