沙角B電廠地處珠三角大氣污染物防治重點地區(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。本文針對沙角B電廠現(xiàn)有脫硫裝置狀況及現(xiàn)場條件，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的提效改造技術路線，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，并對氧化鎂脫硫提效改造實施方案進行分析探討，為同類燃煤機組煙氣脫硫提效改造提供參考和借鑒。

國家持續(xù)保持污染物減排的高壓態(tài)勢，2012年10月，環(huán)境保護部發(fā)布“關于印發(fā)《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》的通知”【環(huán)發(fā)[2012]130號】，2013年2月，環(huán)境保護部發(fā)布《關于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》(環(huán)境保護部公告2013年第14號)，要求重點控制區(qū)域(19個省的47個城市)新建燃煤機組自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;對于現(xiàn)役機組，位于重點控制區(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)保行政要求不斷強化，加強對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。如廣州市政府常務會議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)電機組(2×350MW)脫硫工程原設計燃煤含硫量為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，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，設計脫硫效率不小于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臺漿液循環(huán)泵，2臺脈沖懸浮泵(1運1備)和2臺石膏漿液排出泵(1運1備)，設兩級屋脊型除霧器，兩塔各配備1臺氧化風機，另1臺氧化風機通過母管為兩塔備用。

1.2新標準需達到的脫硫效率

按照燃煤含硫量推算，新環(huán)保標準對脫硫效率的要求如下。

火電廠新SO2的排放標準對煙氣脫硫效率的要求

1.3脫硫裝置摸底測試按照新標準，沙角B廠位于珠三角重點地區(qū)，鍋爐煙氣SO2排放應不高于50mg/m3。沙角B電廠原設計燃煤含硫量為1.06%，校核煤種含硫量為1.2%，脫硫效率應達到97.9%。若考慮脫硫GGH1%的泄漏率，脫硫提效改造設計吸收塔脫硫效率需達到98.9%。

脫硫系統(tǒng)運行性能進行試驗測試情況：2號機組脫硫裝置在2013年4月26日至2013年4月27日滿負荷測試時段內(nèi)，原煙氣SO2濃度的平均值為1521mg/m3(標態(tài)，干基，6%O2)，凈煙氣SO2濃度的平均值為83mg/m3(標態(tài)，干基，6%O2)，脫硫效率平均值為94.58%;在2013年5月4日滿負荷測試時段內(nèi)，原煙氣SO2濃度的平均值為2228mg/m3(標態(tài)，干基，6%O2)，凈煙氣SO2濃度的平均值為158mg/m3(標態(tài)，干基，6%O2)，脫硫效率平均值為92.89%。以上測試時段內(nèi)的凈煙氣SO2排放濃度均不滿足國家對重點區(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路線的確定

根據(jù)摸底測試，電廠GGH泄漏率在1.1%左右，兩側總壓差909Pa。如若不改造GGH，則吸收塔脫硫效率需達到98.9%。根據(jù)國內(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，但長期運行且維護充分時其泄漏率一般在1%左右，長時間運行GGH泄漏率有可能進一步增大，對煙氣SO2排放造成很大的壓力，對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(標態(tài)、干基、6%O2)，脫硫系統(tǒng)出口SO2濃度≤50mg/m3(標態(tài)、干基、6%O2)設計，脫硫系統(tǒng)效率達到97.9%以上，滿足新的環(huán)保要求，并盡可能在使用周期內(nèi)適應環(huán)保要求的進一步提高。

2)保留GGH，脫硫吸收塔效率按98.9%設計。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)保驗收，且煙囪需重新防腐，耗資較大。

3)結合電廠脫硫系統(tǒng)現(xiàn)狀和場地，采用技術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行成本。

2.2脫硫工藝的選擇

國內(nèi)電廠有一定應用業(yè)績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最成熟、應用最廣泛的煙氣脫硫技術，我國90%左右的電廠煙氣脫硫系統(tǒng)都是采用該種工藝。對于本次改造，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)省改造費用。但從國內(nèi)石灰石/石膏脫硫噴淋塔運行情況來看，噴淋單塔效率很難達到98.9%，而脫硫效率要達到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)投資預估在6500～7000萬左右)，且沙角B電廠場地條件非常緊張，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到98.4%以上(國內(nèi)近兩年來部分改造可見滿負荷接近設計硫份下脫硫效率98.9%運行畫面，但目前尚無收集到長期穩(wěn)定運行在此效率下的案例)，要實現(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熟化后的強堿性Mg(HO)2，由于鎂離子的溶解性大大高于鈣離子，對二氧化硫(SO2)的吸收反應強度高數(shù)十倍，在相對較低的液氣比下顯示出很高的脫硫效率，可以達到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備，且近年來國內(nèi)具有一定的應用業(yè)績，(如魯北電廠2×330MW機組采用氧化鎂脫硫工藝運行良好)，是一種可選擇的高效脫硫方法。在設計燃煤含硫量下，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)吸收塔結構型式的不同又可以分成許多類別，其中應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現(xiàn)，由于氧化鎂法液氣比低，在設計脫硫效率目標條件下，可通過更換吸收塔內(nèi)的三層噴淋層及對應噴嘴來實現(xiàn)。需新建氧化鎂制漿儲存及制漿系統(tǒng)，采用旋流分離進行脫水，并利用現(xiàn)有漿液循環(huán)泵，對現(xiàn)有系統(tǒng)的改動量小，需停機施工工期短，更易達到較高的脫硫效率。

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反應生成MgSO3或MgSO4。該法脫硫效率高，可達到99%以上。由于鎂鹽溶解度較高，不容易造成設備結垢，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。氧化鎂濕法煙氣脫硫在美國、日本發(fā)展最早，上世紀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。隨后韓國和臺灣地區(qū)也發(fā)展了自己的濕式鎂法脫硫技術，在臺灣有95%的電站采用氧化鎂法脫硫。近幾年國內(nèi)氧化鎂濕法脫硫發(fā)展較快，已經(jīng)有十幾個鎂法煙氣脫硫項目投入運行。氧化鎂脫硫包括四個工藝過程，兩種運行模式：

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：對脫硫排出的漿液進行脫水后得到以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行模式：1)溶液模式：即對脫硫副產(chǎn)物漿液進行強制氧化，全部生成硫酸鎂溶液，經(jīng)廢水處理后達標排放。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氧化鎂法脫硫技術特點[1]

1)工藝成熟，原料有保證。我國氧化鎂儲量為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，設備不結垢。在化學反應活性方面，氧化鎂要遠遠高于鈣基脫硫劑，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，且亞硫酸鎂不結垢。

3)投資少，運行費用低。氧化鎂制取漿液比較簡單，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，只補充8%的氧化鎂，副產(chǎn)硫酸，經(jīng)濟效益顯著;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/石膏法脫硫技術經(jīng)濟比較

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

主要技術經(jīng)濟指標比較

在現(xiàn)有石灰石/石膏法脫硫基礎上進行提效改造，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99%以上，設計煙氣流量下，原煙氣SO2入口濃度在2379.8mg/Nm3下，可滿足重點區(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備，改造初投資和運行成本低，考慮脫硫劑成本，綜合運行成本與石灰石/石膏濕式脫硫相當，若進一步做好副產(chǎn)品的綜合利用，優(yōu)勢更加明顯。本項目副產(chǎn)品亞硫酸鎂已與廣州某肥料廠達成銷售意向。經(jīng)上述綜合比較分析，確定選擇采用氧化鎂工藝實施脫硫提效改造。

3、氧化鎂脫硫提效改造實施方案

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”海運到場后，儲存在廠區(qū)倉庫內(nèi)，至少儲存一周的使用量(約700t)。然后由倉庫轉運至制漿車間，采用噸袋拆包機拆包，然后用羅茨風機輸送至氧化鎂倉內(nèi)存儲，通過螺旋計量輸送機計量后進入熟化罐，加水熟化制成氫氧化鎂漿液，然后經(jīng)除砂機凈化漿液后泵入漿液罐中存儲，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)漿液排出泵進入濃縮池進行濃縮，濃縮后的漿液經(jīng)下置泵進入真空皮帶脫水機進行脫水，脫水后生產(chǎn)亞硫酸鎂副產(chǎn)物。濃縮池的清液和脫水機的濾液則進入回水池?；厮卮蟛糠智逡悍祷孛摿蛳到y(tǒng)重新回用，小部分則進入廢水處理系統(tǒng)進行處理，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)泵的流量僅為原有循環(huán)泵的60%，更換吸收塔內(nèi)的三層噴淋層及對應噴嘴。噴淋層母管及支管采用316L不銹鋼材質，噴嘴采用鈷合金外螺旋噴嘴，每層噴淋層布置72個噴嘴?？梢圆捎枚\一備(如魯北電廠的運行模式)，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，要拆除氧化風機和塔底漿池內(nèi)氧化器設施;

5)拆除懸浮脈沖泵及其管線，更換成側進式攪拌器，每塔配置四臺;

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GGH密封進行改造，減少GGH泄漏率。GGH及其進出口膨脹節(jié)，以及GGH配套的設備利舊。電廠引風機與增壓風機合一改造已進行。

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，氧化鎂的消耗量僅為石灰石耗量的40%左右。按98.9%效率設計的氧化鎂耗量為4.6噸/小時(85%MgO)，利用小時按5500小時計，年耗量約2.5萬噸。

1)新增兩臺拆包機，用于氧化鎂噸袋拆袋;

2)新增一臺羅茨風機，用于把氧化鎂輸送至儲倉內(nèi);

3)原有石灰石倉利舊，用于儲存氧化鎂;

4)原有石灰石倉配置的所有閥門不變，在卸料閥下部增設一個振動料斗，方便氧化鎂下料;5)拆除原有石灰石振動給料機、皮帶稱重給料機，新增一臺螺旋計量輸送機，用于氧化鎂計量和輸送至熟化罐;

6)拆除原有磨機制漿設備，包括球磨機、磨機漿液箱、磨機漿液泵、磨機旋流站、附屬管道;

7)新增一個熟化罐和攪拌器，用于氧化鎂熟化制漿;

8)利用兩臺原有漿液輸送泵作為熟化泵，一運一備，將熟化罐中的漿液輸送至漿液罐中;

9)漿液罐利舊，新增除砂機一臺，用于除去漿液中的雜質;

10)新增三臺漿液泵，每塔配置一臺，一臺備用，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)新增兩臺下置泵，用于將濃縮后的漿液輸送至皮帶脫水機。

濃縮池新增管道至回水池，其他所有設備利舊;

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

4結束語

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，并可適應使用周期內(nèi)環(huán)保要求的進一步提高。

2)在石灰石/石膏濕式脫硫的基礎上采用氧化鎂脫硫工藝進行提效改造，改造初投資和運行成本低，考慮脫硫劑成本，綜合運行成本與石灰石/石膏濕式脫硫相當，若進一步做好副產(chǎn)品的綜合利用，優(yōu)勢更加明顯。

3)與鈣法脫硫相比，鎂法脫硫在脫硫效率方面有其獨特的優(yōu)越性，國內(nèi)有300MW等級機組應用業(yè)績，在國家新污染物排放標準和超潔凈排放概念下，是一種具有競爭力和發(fā)展前景的脫硫提效改造技術。