广州市广天明科技有限公司

广东省电力设计研究院

2003/3/15

 

瑞明电厂现有装机容量2H 125MW。根据省市环保局的要求, 配置一套石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置(以下简称FGD), 用于处理瑞明电厂2台125MW机组在B-MCR工况下100%的烟气。

该项目由广州市广天明科技有限公司（GTM）以“建造、运营、转让” （BOT）的方式承包建设，广东省电力设计研究院(GEDI)以EPC总承包的方式负责建造工作，核心技术采用奥地利环境与能源公司的石灰石石膏湿法脱硫工艺，建设周期24个月，预计于2003年8月开始试运行。

 

一、公司简介

广州市广天明科技有限公司(GTM)是2001年3月在广州注册成立的民营高新技术公司。公司致力于洁净能源的开发利用以及环境保护和治理方面的业务，在大气污染控制（特别是烟气脱硫）、污水综合治理、新型清洁发电技术等领域，将利用自身的优势，通过与国内外有经验、有实力的企业或科研院所的紧密合作，研究开发适合中国国情的环境保护和新能源产品。广东省电力设计研究院(GEDI)为其主要的技术支持方，拥有全国建设工程总承包资质、甲级勘测设计资质、环保工程设计资质等，技术力量雄厚，在全国百强企业中排名名列前茅，成功设计了广东省主要大中型电厂。

主要业绩有：

l         粤连电厂烟气脱硫工程

l         瑞明电厂烟气脱硫工程总承包

l         沙角A电厂烟气脱硫工程国内部分EP承包

l         台山电厂烟气脱硫工程BOP设计

l         沙角C电厂脱硫工程可行性研究

l         黄埔电厂脱硫工程可行性研究

GTM/GEDI致力于电厂环保工程的设计、设备成套及工程建设管理，并可提供融资、咨询、顾问、运营等服务，在电力行业具有较强的工程实力和经验，拥有大量的技术人员和经验丰富的商务人员，专业配置齐全，采用现代化的管理，具有严谨的工作程序和质量目标，通过了ISO9000、ISO14000、ISO18000的认证。强有力的质量保证体系、富有经验的科技工作者、具有丰富积累的工程资料、严谨的工作作风，决定了企业强大的市场竞争力。我们有信心，也有能力，为中国环保事业提供卓越的服务。

 

二、瑞明电厂烟气脱硫项目的建设模式

    基于以下原因，2000年12月1日，瑞明电厂董事会决定，采用BOT模式建设烟气脱硫项目：

    1、资金问题：瑞明公司是一家股份制企业，刚刚完成瑞明电厂#2机组扩建的投资计划。原审批的投资计划没有考虑脱硫项目的资金。

2、技术风险问题。烟气脱硫系统虽然在国际上有许多成功的经验，但在国内大中型发电厂应用不多，而且大部分是由国外有经验的承包商承建的，造价较高，工期较长。

因此，瑞明电厂与广天明科技有限公司签署了BOT建设烟气脱硫项目的合同。BOT合同的主要内容是由广天明公司投资建设瑞明电厂烟气脱硫项目，建设期二年，运营期十年。特许期结束后，项目无偿移交给瑞明电厂。在项目运营十年中，瑞明电厂每年向广天明公司支付相应的烟气脱硫费用。

为了降低造价，缩短工期，该项目的设计、施工、安装、调试均由国内承包，大部分设备由国内采购，同时为保证质量，委托国外有经验的承包商提供技术支持并供应部分关键设备。该项目主合同于2001年9月签署。2002年2月开工。目前该项目正在按照原定计划实施中，并已进入安装高峰阶段。预计2003年6月正式投产。

瑞明项目建设模式对电厂脱硫工程具有示范意义

    1．由于火电厂装机容量大，脱硫系统投资额大，资金的短缺仍是困扰企业的最大问题，因此，改革投融资体制，在二氧化硫污染治理领域引入BOT模式，吸引外资和民间资本，将是推广脱硫事业最便捷的措施。

    2．目前情况下，由国内设计院或环保工程公司进行EPC总承包，由国外有经验的工程公司给予技术支持，是降低脱硫造价，推动脱硫技术自主化、脱硫设备国产化的有效方法。

3．二氧化硫污染治理任务艰巨同时也具有广阔的市场前景和无限商机。我国未来20年二氧化硫污染治理需要投入的资金将达数千亿元。在政府相关政策或措施的引导下，二氧化硫污染的治理将会形成专业化、产业化。

三、工程概况

工程燃用山西晋北煤，含硫量为0.8%, 用一套脱硫装置同时处理2台锅炉的烟气，并能灵活置换和解列，脱硫率高达90%以上，且占地小，布置紧凑，运行可靠率高，并成功地将国外先进技术与国内自主化设计和工程管理相结合，取得了较好的技术经济性能。

 

主要设计数据概要见下表：

 

 

四、化学反应过程

    吸收塔里的浆液含有碳酸钙物质，其pH值为5─7，吸收塔的主要作用就是使用这种浆液除去烟气中的SO₂。吸收塔反应池用于促进碳酸钙的溶解、强制氧化作用和固体析出。

  1）吸收塔里进行的主要反应过程：

 SO₂ + CaCO₃  ——>  CaSO₃ + CO₂ 

 SO₃ + CaCO₃  ——>  CaSO₄ + CO₂ 

     中间进行了许多反应，在水溶液中形成了钙离子。

 CaCO₃(s)——>  CaCO₃(aq)

 CaCO₃(aq) + H₂O ——>  Ca²⁺ + HCO₃^‑ + OH^‑

      在吸收塔里的气液表面形成了SO₃^2-阴离子。

           SO₂(g)  ‑‑‑>  SO₂(aq)

 SO₂(aq) + H₂O  ‑‑‑>  H₂SO₃  ‑‑‑>  HSO₃^‑ + H⁺

           HSO₃^‑  ‑‑‑>  H⁺ + SO₃^2-

2） 在强制氧化环境中产生了主要的析出物­——石膏。

 SO₃^2-+ 1/2 O₂  ‑‑‑>  SO₄^2-

           Ca²⁺ + SO₄^2-+ 2 H₂O  ‑‑‑>  CaSO₄^.2H₂O(s)

     亚硫酸盐离子和钙离子反应产生了亚硫酸钙半水化合物。

 Ca²⁺+ SO₃^2-+ 1/2 H₂O  ‑‑‑>  CaSO₃^.1/2H₂O(s) 

     吸收塔不仅可除去烟气中含有的SO₂，还可除去氯化氢和氟化氢。

 2 HCl + CaCO₃  ‑‑‑>  CaCl₂ + H₂O + CO₂ 

 2 HF + CaCO₃  ‑‑‑>  CaF₂ + H₂O + CO₂   

 

五、工艺说明

    为瑞明电厂#1、#2机组项目设计的烟气脱硫系统,采用一塔处理两炉烟气的工艺流程，采用塔内强制氧化的石灰石-石膏湿法。这套石灰石-石膏湿法的工艺流程,产生商品化的副产品：石膏。锅炉的烟气,经过气气换热器,通过喷淋式空塔的进口烟道,进入吸收塔,烟气在吸收塔中脱硫。净化后的烟气从吸收塔排出，经过气气换热器加热，然后从现有烟囱中排入大气。吸收塔能处理百分之百的烟气量。这套脱硫设备也具有将烟气百分之百从旁路烟道经现有烟囱排入大气的功能。烟气以93℃的温度进入吸收塔，脱硫后被水蒸气饱和的烟气以约50LC进入GGH。烟气在GGH中加热，然后以不低于80LC的温度进入现有烟囱。

    吸收塔的烟道（进口段）是由带内衬碳钢制成。进口烟道是脱硫设备中易发生腐蚀的部位。根据经验，如采用316L（普通不锈钢）在维修状况不理想的情况下，很容易发生腐蚀。而采用碳钢加内衬即便在维护状况不理想的情况下，也不会发生腐蚀。所以采用带内衬碳钢，减轻了维护人员的工作量。

    一个吸收塔里安装有三个工作的喷淋层，能够使烟气脱硫率达90%以上。当煤的含硫量少于0.9%时,三个喷淋层工作能够满足脱硫率达90%的要求。在正常工作状态下，三个喷淋层工作。当锅炉负载减低时，可以关掉一层喷嘴, 这样可以节省能量而又能确保脱硫率为90%以上, 运行上较为灵活经济。

        在吸收塔中产生的石膏浆被抽吸到石膏浆第一级水力旋流分离器，进行预浓缩,水力旋流分离器的溢流中有带有尚未被利用的石灰石颗粒，所以溢流被送回到吸收塔中，以提高系统的石灰石利用率。所有从水力旋流分离器出来的底流用泵抽到125%出力的真空带式过滤器上。真空带式过滤器产出具有商品价值、湿度为10%的石膏。过滤出来的水可作为石灰石粉制浆所需水的一部分。

        整个工艺流程简单, 由于工艺水采用多次循环利用,  耗水量小, 基本无废水排出。

主要分系统说明如下：

l         烟气系统

从两台炉的静电除尘器中出来的烟气,经过脱硫风机和气气换热器（GGH）,  进入吸收塔中与成雾态的石灰石浆液逆向接触。气体向上流动经过三层浆液喷淋层，烟气中的SO₂与石灰石浆液良好反应。雾态浆液使烟气被水蒸气饱和并将烟气降至约50℃，然后烟气经过两级除雾器将气体中带有的浆液小颗粒除去。喷淋吸收塔中的烟气从吸收塔出来，再次进入气气换热器。烟气被加热至大于摄氏80度（约82℃），然后从现有烟囱中排向大气。

为保证电厂机组的正常运行以及电厂机组运行的相对独立性，另设旁路烟道，脱硫烟气的接出将不影响电厂机组的布置、建设和今后的运行，因此设置了2个旁路档板，以保证今后运行的灵活性和可操作性，并且在FGD建设过程中不影响原#1机的运行，也不影响#2机的建设。

l         吸收系统

    烟气进入吸收塔的喷淋部分的底部，向上流动与呈细小雾态液滴

的循环浆液反应.循环浆液具有与SO₂中和反应所需的碱性。烟气与三

层喷嘴中喷出的浆液密切接触。这个流程达到了在吸收塔出口大于90%

的脱硫率。从吸收塔进口至烟囱出口，整个烟气的脱硫率不小于90%。

    每个喷射层由一系列喷嘴组成，这些喷嘴用于完成再循环浆液的

雾化。循环浆液泵为循环浆液的流动提供了动力。每一层喷嘴配一台

泵。

    吸收塔循环浆池为石膏的结晶析出提供了充分的停留时间。合理的设计可确保石灰石的充分利用。循环浆池中设有空气分流器，将氧化空气均匀地分布在浆池中，以保证CaSO₃的强制氧化，保证石膏的品质。

    吸收塔顶部设有二级除雾器。第一级除雾器除去烟气中携带的大

部分液滴。第二级除雾器除去烟气中剩余的细小液滴。除雾器用清水

周期性冲洗；这样可以保持除雾器表面清洁，降低烟气压头损失。由

清洗头组成的喷射层清洗第一级除雾器的上下两面以及第二级除雾器

的底面。清洗周期频率可以调节。该周期频率是根据系统补充水的要

求来决定的。除雾器清洗水来自FGD工艺水补偿系统。

为提高吸收塔的反应效率，采用计算机模拟系统进行塔内烟气分布优化设计，以防止烟气短流，并能有效防止结垢和堵塞，提高反应效率。

 

l         制浆系统

325目的石灰石粉运到一个石灰石粉贮存仓。该粉仓容量为满负荷操作时7天的用粉量。粉仓不设卸料系统，由罐车直接向粉仓卸粉，石灰石粉仓将配备料位计，布袋除尘器和排放系统，并包括闸板阀和给料设备。通过输送器，粉仓内的石灰石粉被送至一个石灰石浆液罐内。该石灰石浆液罐装有一台搅拌器，用于把石灰石粉和工艺水混合成含固量约为30%的石灰石浆液。安装两台100%容量的石灰石浆液给料泵和一个再循环管线，石灰石浆液被输送至吸收塔内。

l         脱水系统

一级脱水

    在吸收塔浆液池中，石膏将不断生产。为了保证其浆液密度的稳定，析出浆液由吸收塔浆液排出泵送至石膏水力旋流站处理。

    在石膏水力旋流器的作用下，从吸收塔内抽出的石膏浆液被浓缩

至浓度约50%。，这些水力旋流器具有双重功能： 1.   石膏浆液的预脱

水；2.  石膏晶体的分级。

石膏浆液切向进入水力旋流器而形成一个离心运动，此时重的颗粒被推向壁面并向下流动，而细颗粒则沿着水力旋流器的中心向上流动。

 

二级脱水

含有大颗粒石膏的浓缩底流液被送至一台125%出力的真空带式过滤器上，石膏在此被脱水至含水量小于10%。石膏冲洗将由额外的工艺水在带式过滤机上完成。过滤机下来的滤液被送回吸收塔。

石膏水力旋流器的溢流部分含固量为 0.5~3 %。该溢流部分通过重力回流至吸收塔，在那里石灰石被进一步溶解，小颗粒的石膏晶体可进一步长大。另一部分的溢流液将进一步用于石灰石浆液的制备。第三部分的溢流液送至废水层流器进行处理。

l         辅助系统

工艺水送至FGD工艺水箱, 安装两台工艺水泵, 用于冲洗所有管道、GGH和除雾器等设备。

设有一个安装有三个搅拌器的紧急事故浆罐, 用于储存吸收塔事故或检修时的底部浆液。

在FGD区域和石膏脱水区域均设有一个排水坑，用于管道排放、溢流和泄露等的收集，并将收集的浆液打回吸收塔，节省吸收剂的用量。

仪用空气系统用量很少, 由电厂仪用空气供给。

废水层流器处理后的水回到吸收塔循环使用，少量泥渣排入电厂灰渣前池。

FGD系统将是一个完整的系统, 包括楼梯、走道和正常维护区域的平台。占地小，结构简洁，并结合电厂的总体布置统一考虑，总体设计合谐美观。

l          电气系统

瑞明电厂烟气脱硫电气部分自两路接入6kV进线柜，包括控制、测量、保护、信号、直流、防雷接地、照明、检修、电缆敷设和火灾报警系统等。

FGD装置不设专门电气控制楼，电气设备及热工自动控制设备均分别设于电厂空压机房二、三楼内。

瑞明电厂烟气脱硫厂用电系统电压为6kV和400V，FGD装置由支接于#7、#8机6kV工作段供电，6kV工作段为单母线分段结线。6kV系统动、热稳定电流满足国家规定的技术要求。

双套辅机分接于两段母线，以保证FGD系统能正常运行。

脱硫低压负荷由两台1000kVA低压工作变供电。低压变采用D/Yn11。两台低压工作变分别接自脱硫6kVA、B段，400V工作段为单母线分段，工作段母联开关平时不投入，只有当一段失电时才将该段负荷通过手动合母联切换到另一段母线上(当用户需要时，母联也可自投).当其中一台变压器故障时，另一台可带两段的全部低压负荷。

 FGD装置的直流系统由220V和24V两个电压等级组成,220V直流系统由两组蓄电池及三套充电整流器组成,24V直流系统由两组220VDC/24VDC转换器组成。

脱硫系统设置二套UPS装置,一套为三相UPS,输出400V/230V,50HZ,容量为20kVA,主要供不停电的挡板电动机及火灾报警装置电源。

l         仪表和控制系统

采用脱硫控制室集中控制方式。以分散控制系统(DCS)的CRT和键盘作为机组的主要监视和控制中心，并配备光字牌和控制设备(布置在CRT台上)，在集控室内完成装置的启停及正常工况的监视和调整，异常工况的报警和紧急事故处理。

 DCS系统主要具备三个功能：数据采集和处理（DAS），模拟量控制（MCS）及开关量顺序控制（SCS）。

   分散控制系统控制的范围主要包括下列系统：

烟气系统 (包括升压风机、烟气－烟气加热器)；SO₂