沙角B電廠地處珠三角大氣污染物防治重點(diǎn)地區(qū)，需執(zhí)行50mg/m3的二氧化硫排放限值，現(xiàn)有石灰石/石膏濕法煙氣脫硫能力不能滿足即將執(zhí)行的新環(huán)保要求。本文針對(duì)沙角B電廠現(xiàn)有脫硫裝置狀況及現(xiàn)場(chǎng)條件，提出了氧化鎂濕法脫硫工藝和石灰石/石膏濕法脫硫工藝相應(yīng)的提效改造技術(shù)路線，通過綜合比較，確定采用氧化鎂工藝完成脫硫提效改造，滿足新的環(huán)保要求，并對(duì)氧化鎂脫硫提效改造實(shí)施方案進(jìn)行分析探討，為同類燃煤機(jī)組煙氣脫硫提效改造提供參考和借鑒。

國(guó)家持續(xù)保持污染物減排的高壓態(tài)勢(shì)，2012年10月，環(huán)境保護(hù)部發(fā)布“關(guān)于印發(fā)《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》的通知”【環(huán)發(fā)[2012]130號(hào)】，2013年2月，環(huán)境保護(hù)部發(fā)布《關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》(環(huán)境保護(hù)部公告2013年第14號(hào))，要求重點(diǎn)控制區(qū)域(19個(gè)省的47個(gè)城市)新建燃煤機(jī)組自2013年4月1日起全部執(zhí)行特別排放限值，煙塵、二氧化硫、氮氧化物分別為20、50、100毫克/立方米;對(duì)于現(xiàn)役機(jī)組，位于重點(diǎn)控制區(qū)主城區(qū)的自2014年7月1日起執(zhí)行特別排放限值。非主城區(qū)的在“十三五”期間執(zhí)行特別排放限值。

地方環(huán)保行政要求不斷強(qiáng)化，加強(qiáng)對(duì)燃煤電廠的污染物減排力度，增加了燃煤電廠污染物減排工作的壓力。如廣州市政府常務(wù)會(huì)議2014年2月24日審議并通過了《廣州市燃煤電廠“超潔凈排放”改造工作方案》，使廣州市燃煤電廠大氣污染物排放濃度達(dá)到：氮氧化物50mg/m3以下、二氧化硫35mg/m3以下、煙塵5mg/m3以下。

沙角B電廠處于珠三角重點(diǎn)控制區(qū)域范圍，需執(zhí)行50mg/m3的二氧化硫排放限值，現(xiàn)有石灰石/石膏濕法煙氣脫硫能力不能滿足即將執(zhí)行的新環(huán)保要求，必須進(jìn)行脫硫系統(tǒng)提效改造。

1、氧化鎂脫硫提效改造背景概述

1.1原脫硫系統(tǒng)概況

沙角B電廠#1、#2燃煤發(fā)電機(jī)組(2×350MW)脫硫工程原設(shè)計(jì)燃煤含硫量為1.06%(FGD入口SO2濃度2379.8mg/m3)，由山東三融工程有限公司總承包建設(shè)，采用石灰石/石膏濕法煙氣脫硫、一爐一塔脫硫系統(tǒng)，逆流布置，設(shè)計(jì)脫硫效率不小于95%，脫硫后凈煙氣SO2濃度不大于120mg/m3，采用德國(guó)魯奇比曉夫脫硫工藝，噴淋塔內(nèi)徑11.5m，塔高34.3m，每座吸收塔配置3臺(tái)漿液循環(huán)泵，2臺(tái)脈沖懸浮泵(1運(yùn)1備)和2臺(tái)石膏漿液排出泵(1運(yùn)1備)，設(shè)兩級(jí)屋脊型除霧器，兩塔各配備1臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，另1臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)通過母管為兩塔備用。

1.2新標(biāo)準(zhǔn)需達(dá)到的脫硫效率

按照燃煤含硫量推算，新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)脫硫效率的要求如下。

火電廠新SO2的排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙氣脫硫效率的要求

1.3脫硫裝置摸底測(cè)試按照新標(biāo)準(zhǔn)，沙角B廠位于珠三角重點(diǎn)地區(qū)，鍋爐煙氣SO2排放應(yīng)不高于50mg/m3。沙角B電廠原設(shè)計(jì)燃煤含硫量為1.06%，校核煤種含硫量為1.2%，脫硫效率應(yīng)達(dá)到97.9%。若考慮脫硫GGH1%的泄漏率，脫硫提效改造設(shè)計(jì)吸收塔脫硫效率需達(dá)到98.9%。

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行性能進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試情況：2號(hào)機(jī)組脫硫裝置在2013年4月26日至2013年4月27日滿負(fù)荷測(cè)試時(shí)段內(nèi)，原煙氣SO2濃度的平均值為1521mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2)，凈煙氣SO2濃度的平均值為83mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2)，脫硫效率平均值為94.58%;在2013年5月4日滿負(fù)荷測(cè)試時(shí)段內(nèi)，原煙氣SO2濃度的平均值為2228mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2)，凈煙氣SO2濃度的平均值為158mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2)，脫硫效率平均值為92.89%。以上測(cè)試時(shí)段內(nèi)的凈煙氣SO2排放濃度均不滿足國(guó)家對(duì)重點(diǎn)區(qū)域SO2小于50mg/m3的環(huán)保要求。

2、氧化鎂脫硫提效改造技術(shù)路線的確定

根據(jù)摸底測(cè)試，電廠GGH泄漏率在1.1%左右，兩側(cè)總壓差909Pa。如若不改造GGH，則吸收塔脫硫效率需達(dá)到98.9%。根據(jù)國(guó)內(nèi)同類電廠調(diào)研情況，GGH新改造后其泄漏率可以控制在0.5%左右，但長(zhǎng)期運(yùn)行且維護(hù)充分時(shí)其泄漏率一般在1%左右，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行GGH泄漏率有可能進(jìn)一步增大，對(duì)煙氣SO2排放造成很大的壓力，對(duì)吸收塔的脫硫效率提出了更高的要求。

2.1脫硫提效改造目標(biāo)與原則

1)本次改造按燃煤含硫量1.06%，原煙氣中FGD入口SO2濃度2379.8mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)，脫硫系統(tǒng)出口SO2濃度≤50mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)設(shè)計(jì)，脫硫系統(tǒng)效率達(dá)到97.9%以上，滿足新的環(huán)保要求，并盡可能在使用周期內(nèi)適應(yīng)環(huán)保要求的進(jìn)一步提高。

2)保留GGH，脫硫吸收塔效率按98.9%設(shè)計(jì)。拆除脫硫系統(tǒng)GGH可消除GGH固有漏煙額外排放、減少系統(tǒng)阻力，但排煙溫度降低，煙囪排放“白汽”，影響可視環(huán)境，在珠三角區(qū)域難以通過環(huán)保驗(yàn)收，且煙囪需重新防腐，耗資較大。

3)結(jié)合電廠脫硫系統(tǒng)現(xiàn)狀和場(chǎng)地，采用技術(shù)成熟可靠的脫硫工藝完成提效改造，在滿足新環(huán)保要求的前提下，盡可能降低初投資和運(yùn)行成本。

2.2脫硫工藝的選擇

國(guó)內(nèi)電廠有一定應(yīng)用業(yè)績(jī)的的煙氣脫硫方法主要有：循環(huán)流化床煙氣半干法、海水法、濕式氨法、石灰石/石灰-石膏濕法、氧化鎂濕法。

石灰石/石灰-石膏濕法煙氣脫硫工藝是技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硫技術(shù)，我國(guó)90%左右的電廠煙氣脫硫系統(tǒng)都是采用該種工藝。對(duì)于本次改造，由于原系統(tǒng)為石灰石/石膏法，采用本工藝改造還可以利舊原有的石灰石制漿、供漿、排漿、石膏脫水和氧化系統(tǒng)等，可以大大減少改造工程量，大大縮短改造工期和節(jié)省改造費(fèi)用。但從國(guó)內(nèi)石灰石/石膏脫硫噴淋塔運(yùn)行情況來看，噴淋單塔效率很難達(dá)到98.9%，而脫硫效率要達(dá)到98.9%，需采用串聯(lián)雙塔模式。但新建串聯(lián)塔投資較大(靜態(tài)投資預(yù)估在6500～7000萬左右)，且沙角B電廠場(chǎng)地條件非常緊張，無法滿足布置串聯(lián)吸收塔要求。

石灰石/石膏濕法煙氣脫硫工藝，增加兩層噴淋層(方案一)或增加一層噴淋層和一層持液層(方案二)，改造后吸收塔效率可以達(dá)到98.4%以上(國(guó)內(nèi)近兩年來部分改造可見滿負(fù)荷接近設(shè)計(jì)硫份下脫硫效率98.9%運(yùn)行畫面，但目前尚無收集到長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行在此效率下的案例)，要實(shí)現(xiàn)98.9%的脫硫效率，需通過燃煤選擇，控制原煙氣SO2入口濃度在2000mg/Nm3以下。

氧化鎂濕法脫硫工藝(方案三)，吸收劑為MgO熟化后的強(qiáng)堿性Mg(HO)2，由于鎂離子的溶解性大大高于鈣離子，對(duì)二氧化硫(SO2)的吸收反應(yīng)強(qiáng)度高數(shù)十倍，在相對(duì)較低的液氣比下顯示出很高的脫硫效率，可以達(dá)到99%以上[3]，工藝流程與石灰石-石膏法基本接近，可很大程度上利舊原有脫硫設(shè)備，且近年來國(guó)內(nèi)具有一定的應(yīng)用業(yè)績(jī)，(如魯北電廠2×330MW機(jī)組采用氧化鎂脫硫工藝運(yùn)行良好)，是一種可選擇的高效脫硫方法。在設(shè)計(jì)燃煤含硫量下，可滿足沙角B電廠脫硫系統(tǒng)出口SO2濃度≤50mg/m3的排放要求。

石灰石/石膏濕法煙氣脫硫工藝根據(jù)吸收塔結(jié)構(gòu)型式的不同又可以分成許多類別，其中應(yīng)用較多的吸收塔塔型有：鼓泡塔、液柱塔、噴淋塔。氧化鎂濕法脫硫吸收塔也為與石灰石/石膏濕法脫硫工藝相似的噴淋塔，可通過改造現(xiàn)有脫硫塔噴淋層來實(shí)現(xiàn)，由于氧化鎂法液氣比低，在設(shè)計(jì)脫硫效率目標(biāo)條件下，可通過更換吸收塔內(nèi)的三層噴淋層及對(duì)應(yīng)噴嘴來實(shí)現(xiàn)。需新建氧化鎂制漿儲(chǔ)存及制漿系統(tǒng)，采用旋流分離進(jìn)行脫水，并利用現(xiàn)有漿液循環(huán)泵，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的改動(dòng)量小，需停機(jī)施工工期短，更易達(dá)到較高的脫硫效率。

2.3氧化鎂脫硫原理

氧化鎂法工藝是以氧化鎂作為原料，通過與水熟化后生成Mg(OH)2，再通往吸收塔內(nèi)與SO2反應(yīng)生成MgSO3或MgSO4。該法脫硫效率高，可達(dá)到99%以上。由于鎂鹽溶解度較高，不容易造成設(shè)備結(jié)垢，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。氧化鎂濕法煙氣脫硫在美國(guó)、日本發(fā)展最早，上世紀(jì)70年代末就開始開發(fā)鎂法脫硫，并陸續(xù)上了一些工業(yè)性裝置，例如PECOEnergyCompany的Cromby1電廠以及Eddystone1和Eddystone2電廠。隨后韓國(guó)和臺(tái)灣地區(qū)也發(fā)展了自己的濕式鎂法脫硫技術(shù)，在臺(tái)灣有95%的電站采用氧化鎂法脫硫。近幾年國(guó)內(nèi)氧化鎂濕法脫硫發(fā)展較快，已經(jīng)有十幾個(gè)鎂法煙氣脫硫項(xiàng)目投入運(yùn)行。氧化鎂脫硫包括四個(gè)工藝過程，兩種運(yùn)行模式：

1)氧化鎂熟化制漿：MgO+H2O→Mg(OH)2(漿液)

2)脫硫吸收：Mg(OH)2+SO2→MgSO3+H2O(漿液)

3)氧化：MgSO3+1/2O2→MgSO4(溶液)

脫硫形成的副產(chǎn)物中主要含有固態(tài)的MgSO3˙3H2O，MgSO3˙6H2O，及溶液中的MgSO4˙H2O。

4)脫水：對(duì)脫硫排出的漿液進(jìn)行脫水后得到以MgSO3為主要成份的副產(chǎn)品，含水量<10%。

脫硫漿液的氧化程度決定了兩種運(yùn)行模式：1)溶液模式：即對(duì)脫硫副產(chǎn)物漿液進(jìn)行強(qiáng)制氧化，全部生成硫酸鎂溶液，經(jīng)廢水處理后達(dá)標(biāo)排放。2)固態(tài)模式：即抑制氧化，產(chǎn)生亞硫酸鎂固體，經(jīng)脫水后成為固態(tài)副產(chǎn)物，便于利用。

2.4氧化鎂法脫硫技術(shù)特點(diǎn)[1]

1)工藝成熟，原料有保證。我國(guó)氧化鎂儲(chǔ)量為160億t，占全世界的80%，分布在遼寧、山東、四川、河北等地，遼寧、山東占前二位，資源豐富。

2)脫硫效率高，設(shè)備不結(jié)垢。在化學(xué)反應(yīng)活性方面，氧化鎂要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈣基脫硫劑，而且氧化鎂的分子量比CaCO3和CaO都小，在相同的條件下脫硫率高，用量少，且亞硫酸鎂不結(jié)垢。

3)投資少，運(yùn)行費(fèi)用低。氧化鎂制取漿液比較簡(jiǎn)單，不用粉磨，而且在吸收塔中液氣比小，塔徑小，循環(huán)泵流量、功率降低，吸收劑的用量也少。

4)副產(chǎn)品價(jià)值高。亞硫酸鎂主要有兩種用途:一是制硫酸和氧化鎂，氧化鎂循環(huán)再使用，只補(bǔ)充8%的氧化鎂，副產(chǎn)硫酸，經(jīng)濟(jì)效益顯著;二是亞硫酸鎂可以制做硫鎂肥料，無二次污染。

2.5氧化鎂法與石灰石/石膏法脫硫技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

氧化鎂法(方案三)與石灰石/石膏法(方案一、方案二)提效改造方案運(yùn)行成本差異，主要是脫硫劑的價(jià)格，廠用電消耗;脫硫裝置的初投資、運(yùn)行人工、日常維護(hù)費(fèi)用基本相當(dāng)。石灰石/石膏法(方案一、方案二)難以達(dá)到97.9%以上的效率，本次技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較采用97.9%的脫硫效率為基準(zhǔn)，石灰石價(jià)格到廠價(jià)格按150元/噸，氧化鎂到廠價(jià)格按750元/噸計(jì)，石灰石純度(CaCO3)按91%計(jì)，氧化鎂純度(MgO)按85%計(jì)，廠用電價(jià)格按0.512元/KWH計(jì)算。

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

在現(xiàn)有石灰石/石膏法脫硫基礎(chǔ)上進(jìn)行提效改造，氧化鎂脫硫(方案三)與石灰石/石膏法脫硫(方案一、方案二)相比，脫硫效率更高，吸收塔不需增加噴淋層，效率可達(dá)99%以上，設(shè)計(jì)煙氣流量下，原煙氣SO2入口濃度在2379.8mg/Nm3下，可滿足重點(diǎn)區(qū)域SO2小于50mg/m3的環(huán)保要求，而石灰石/石膏法脫硫(方案一、方案二)需適控制原煙氣SO2入口濃度在2000mg/Nm3以下才能滿足新環(huán)保排放要求。

氧化鎂工藝流程與石灰石-石膏法基本接近，可很大程度上利舊原有脫硫設(shè)備，改造初投資和運(yùn)行成本低，考慮脫硫劑成本，綜合運(yùn)行成本與石灰石/石膏濕式脫硫相當(dāng)，若進(jìn)一步做好副產(chǎn)品的綜合利用，優(yōu)勢(shì)更加明顯。本項(xiàng)目副產(chǎn)品亞硫酸鎂已與廣州某肥料廠達(dá)成銷售意向。經(jīng)上述綜合比較分析，確定選擇采用氧化鎂工藝實(shí)施脫硫提效改造。

3、氧化鎂脫硫提效改造實(shí)施方案

3.1氧化鎂脫硫工藝流程

工藝流程說明：氧化鎂脫硫劑原料用“噸袋”海運(yùn)到場(chǎng)后，儲(chǔ)存在廠區(qū)倉庫內(nèi)，至少儲(chǔ)存一周的使用量(約700t)。然后由倉庫轉(zhuǎn)運(yùn)至制漿車間，采用噸袋拆包機(jī)拆包，然后用羅茨風(fēng)機(jī)輸送至氧化鎂倉內(nèi)存儲(chǔ)，通過螺旋計(jì)量輸送機(jī)計(jì)量后進(jìn)入熟化罐，加水熟化制成氫氧化鎂漿液，然后經(jīng)除砂機(jī)凈化漿液后泵入漿液罐中存儲(chǔ)，漿液罐中的漿液再通過漿液輸送泵輸送至脫硫塔中。

現(xiàn)系統(tǒng)的原煙氣經(jīng)GGH降溫后從下部進(jìn)入噴淋吸收脫硫塔，脫硫漿液經(jīng)循環(huán)泵至上而下循環(huán)噴淋，與煙氣逆向接觸吸收，凈化后的煙氣經(jīng)除霧后排出，經(jīng)GGH加熱后經(jīng)煙囪排放。吸收了SO2的亞硫酸鎂漿液經(jīng)漿液排出泵進(jìn)入濃縮池進(jìn)行濃縮，濃縮后的漿液經(jīng)下置泵進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行脫水，脫水后生產(chǎn)亞硫酸鎂副產(chǎn)物。濃縮池的清液和脫水機(jī)的濾液則進(jìn)入回水池。回水池大部分清液返回脫硫系統(tǒng)重新回用，小部分則進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，控制系統(tǒng)內(nèi)的氯根濃度。

3.2SO2吸收系統(tǒng)改造

1)保留現(xiàn)有三臺(tái)循環(huán)泵，由于氧化鎂法液氣比低，提效改造后循環(huán)泵的流量?jī)H為原有循環(huán)泵的60%，更換吸收塔內(nèi)的三層噴淋層及對(duì)應(yīng)噴嘴。噴淋層母管及支管采用316L不銹鋼材質(zhì)，噴嘴采用鈷合金外螺旋噴嘴，每層噴淋層布置72個(gè)噴嘴?？梢圆捎枚\(yùn)一備(如魯北電廠的運(yùn)行模式)，降低耗電，提高可靠性。

2)保留主循環(huán)管道;

3)除霧器利舊;新增一層管式除霧器。

4)脫硫漿液不需要氧化，要拆除氧化風(fēng)機(jī)和塔底漿池內(nèi)氧化器設(shè)施;

5)拆除懸浮脈沖泵及其管線，更換成側(cè)進(jìn)式攪拌器，每塔配置四臺(tái);

6)脫硫塔漿液排出泵利舊，用于將漿液輸送至濃縮池中。

3.3煙氣系統(tǒng)改造

保留GGH，對(duì)GGH密封進(jìn)行改造，減少GGH泄漏率。GGH及其進(jìn)出口膨脹節(jié)，以及GGH配套的設(shè)備利舊。電廠引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合一改造已進(jìn)行。

3.4制漿系統(tǒng)改造

采用氧化鎂做脫硫劑，氧化鎂用噸袋袋裝到場(chǎng)，氧化鎂的消耗量?jī)H為石灰石耗量的40%左右。按98.9%效率設(shè)計(jì)的氧化鎂耗量為4.6噸/小時(shí)(85%MgO)，利用小時(shí)按5500小時(shí)計(jì)，年耗量約2.5萬噸。

1)新增兩臺(tái)拆包機(jī)，用于氧化鎂噸袋拆袋;

2)新增一臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)，用于把氧化鎂輸送至儲(chǔ)倉內(nèi);

3)原有石灰石倉利舊，用于儲(chǔ)存氧化鎂;

4)原有石灰石倉配置的所有閥門不變，在卸料閥下部增設(shè)一個(gè)振動(dòng)料斗，方便氧化鎂下料;5)拆除原有石灰石振動(dòng)給料機(jī)、皮帶稱重給料機(jī)，新增一臺(tái)螺旋計(jì)量輸送機(jī)，用于氧化鎂計(jì)量和輸送至熟化罐;

6)拆除原有磨機(jī)制漿設(shè)備，包括球磨機(jī)、磨機(jī)漿液箱、磨機(jī)漿液泵、磨機(jī)旋流站、附屬管道;

7)新增一個(gè)熟化罐和攪拌器，用于氧化鎂熟化制漿;

8)利用兩臺(tái)原有漿液輸送泵作為熟化泵，一運(yùn)一備，將熟化罐中的漿液輸送至漿液罐中;

9)漿液罐利舊，新增除砂機(jī)一臺(tái)，用于除去漿液中的雜質(zhì);

10)新增三臺(tái)漿液泵，每塔配置一臺(tái)，一臺(tái)備用，將漿液輸送至吸收系統(tǒng)。

3.5脫水系統(tǒng)改造

1)增加一個(gè)濃縮池供兩套脫硫系統(tǒng)排漿共用，并做玻璃鋼防腐;

2)新增兩臺(tái)下置泵，用于將濃縮后的漿液輸送至皮帶脫水機(jī)。

濃縮池新增管道至回水池，其他所有設(shè)備利舊;

3.6工藝水系統(tǒng)、事故漿液系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)設(shè)備利舊。

4結(jié)束語

1)氧化鎂脫硫活性好，與鈣法脫硫相比，液氣比小，只需鈣法的1/3-1/5，脫硫漿液循環(huán)泵容量較小，吸收塔阻力小，脫硫效率可達(dá)99%以上。沙角B電廠通過氧化鎂脫硫提效改造，可滿足污染物重點(diǎn)防治區(qū)域脫硫系統(tǒng)出口SO2濃度≤50mg/m3的排放要求，并可適應(yīng)使用周期內(nèi)環(huán)保要求的進(jìn)一步提高。

2)在石灰石/石膏濕式脫硫的基礎(chǔ)上采用氧化鎂脫硫工藝進(jìn)行提效改造，改造初投資和運(yùn)行成本低，考慮脫硫劑成本，綜合運(yùn)行成本與石灰石/石膏濕式脫硫相當(dāng)，若進(jìn)一步做好副產(chǎn)品的綜合利用，優(yōu)勢(shì)更加明顯。

3)與鈣法脫硫相比，鎂法脫硫在脫硫效率方面有其獨(dú)特的優(yōu)越性，國(guó)內(nèi)有300MW等級(jí)機(jī)組應(yīng)用業(yè)績(jī)，在國(guó)家新污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和超潔凈排放概念下，是一種具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的脫硫提效改造技術(shù)。