600 MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行及節(jié)能改造

董傳深,邱振波

(1.神華國華浙能發(fā)電有限公司 生技部,浙江 寧海 315612;2.神華國華北京熱電分公司 設(shè)備部,北京 100025)

600 MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行及節(jié)能改造

董傳深1,邱振波2

(1.神華國華浙能發(fā)電有限公司 生技部,浙江 寧海 315612;2.神華國華北京熱電分公司 設(shè)備部,北京 100025)

以寧海電廠600 MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)為根據(jù),提出了優(yōu)化運(yùn)行的方法,降低了能耗;又通過對漿液循環(huán)泵的改造及脫硫添加劑的使用,保證脫硫效率的同時(shí)可以停用一臺循環(huán)泵,節(jié)約了成本,達(dá)到了節(jié)能降耗的目的,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

優(yōu)化運(yùn)行;脫硫效率;節(jié)能降耗

0 引 言

受國際環(huán)保大環(huán)境及國家環(huán)保政策對二氧化硫排放控制要求的推動(dòng),濕法煙氣脫硫環(huán)保技術(shù)(FGD)被廣泛應(yīng)用于各大、中型火力發(fā)電廠,并成為國內(nèi)火電廠煙氣脫硫主導(dǎo)工藝技術(shù),同時(shí)隨著電力建設(shè)的發(fā)展,電站建設(shè)裝機(jī)容量的不斷增大,濕法脫硫裝置的整體配套單體設(shè)備的容量也逐漸增大,耗電量約占整個(gè)廠用電的 1%,是比較大的,如果運(yùn)行不好,將造成很大浪費(fèi)。寧海電廠通過開展運(yùn)行技術(shù)分析,認(rèn)真查找設(shè)備和系統(tǒng)上存在的問題,進(jìn)行優(yōu)化設(shè)備系統(tǒng),并對不同運(yùn)行方式下的電耗進(jìn)行試驗(yàn)比較,選擇合理的運(yùn)行方式,開展節(jié)能降耗,在滿足環(huán)保要求的前提下最大限度地降低廠用電,經(jīng)濟(jì)效益得到了顯著提高,廠用電降至 0.75%左右[1]。

1 脫硫工藝設(shè)計(jì)簡介

寧海發(fā)電廠一期 4×600 MW機(jī)組煙氣脫硫工程采用高效脫除 SO2的川崎石灰石—石膏濕法工藝,一爐一塔脫硫裝置,脫硫效率不小于 95%,煙氣脫硫系統(tǒng) (FGD)處理煙氣量為電廠 1,2,3和 4號機(jī)組在 B MCR工況下 100%的煙氣量全煙氣進(jìn)行脫硫,脫硫裝置采用一爐一塔,各塔設(shè)三層漿液噴淋,分別應(yīng)對三臺漿液循環(huán)泵,吸收劑制漿方式采用廠外來石灰石塊 (粒徑小于 40 mm),在石灰石磨制車間磨制成粉,然后氣力輸送至吸收塔區(qū)域日粉倉,再由漿液制備裝置制成石灰石漿液,漿液經(jīng)石灰石漿液泵進(jìn)入吸收塔,吸收塔漿液經(jīng)漿液再循環(huán)泵送至吸收塔上部的噴淋系統(tǒng)進(jìn)行再循環(huán)。鍋爐煙氣經(jīng)電除塵器除塵后,通過增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入吸收塔,煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)被脫除,最終反應(yīng)產(chǎn)物為石膏 (CaSO4?2H2O)。脫硫后的煙經(jīng)除霧器除去帶出的細(xì)小液滴,最后通過煙囪排出,脫硫石膏漿液經(jīng)脫水裝置脫水后回收。由于吸收塔漿液循環(huán)利用,脫硫吸收劑的利用率很高。

2 脫硫裝置的優(yōu)化運(yùn)行及節(jié)能改造

2.1 利用脫硫單耗進(jìn)行預(yù)測與調(diào)控

只有在脫硫裝置正常投用且脫硫效率達(dá) 95%(設(shè)計(jì)值)以上時(shí),才以脫硫單耗 (每脫除1kgSO2的電耗、粉耗、水耗)最小化為目標(biāo)值,進(jìn)行運(yùn)行方式的優(yōu)化和調(diào)控,以達(dá)到綜合節(jié)能降耗的目的。具體的做法是：在線監(jiān)視和采集脫硫效率、煙氣流量、煙氣進(jìn)口 SO2含量、煙氣出口SO2含量、6 kV甲乙段用電量、石灰石加入量和工藝水泵的出口流量等參數(shù),建立脫硫各單耗指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型[2]：

借助于 Microsoft Excel就可以及時(shí)了解脫硫各項(xiàng)單耗情況,并通過發(fā)展趨勢分析實(shí)施優(yōu)化控制。通過實(shí)踐證明,工作在額定工況附近時(shí)脫硫裝置運(yùn)行效率最高,經(jīng)濟(jì)性最好。隨著負(fù)荷的降低,煙氣進(jìn)口 SO2含量呈下降趨勢;保持脫硫效率不變,石灰石粉和工藝水耗量呈下降趨勢,其對應(yīng)的粉、水單耗基本保持不變,電量總耗量呈下降趨勢,但脫硫單耗電量呈上升趨勢。由于吸收塔漿液循環(huán)泵為定速泵,可以當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)時(shí)只能通過泵的優(yōu)化組合和停泵的方式來進(jìn)行調(diào)節(jié),但不能頻繁進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)工況相對固定時(shí)脫硫電量的單耗指標(biāo)會好一些。運(yùn)行人員可以根據(jù)這些規(guī)律,在實(shí)踐中進(jìn)一步探索出更好的調(diào)整方法,以達(dá)到節(jié)能降耗經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

2.2 工藝參數(shù)的合理調(diào)整

漿液pH值、密度、液氣比、漿液停留時(shí)間等是脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵工藝控制參數(shù),不但影響脫硫性能,與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系也非常密切[3]。通過脫硫調(diào)試和運(yùn)行實(shí)踐,總結(jié)出主要運(yùn)行參數(shù)與脫硫性能、經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系見表1。運(yùn)行人員可根據(jù)這一規(guī)律,綜合考慮脫硫性能和電耗、粉耗等經(jīng)濟(jì)性因素,適時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。

表 1 濕法脫硫的主要運(yùn)行參數(shù)與脫硫性能的關(guān)系表Tab.1 Relationshipbetween main operating parameters and desu lfurization performance of wet desu lfurization

運(yùn)行實(shí)踐證明,液氣比、漿液 pH值和鈣硫比控制在一定的范圍內(nèi)時(shí)可以起到最佳效果。寧海電廠 600 MW機(jī)組額定負(fù)荷時(shí)入口煙氣 SO2的濃度約為 1 710 mg/m3,當(dāng)進(jìn)料石灰石粒徑為40mm、氣液比為 12.89、鈣硫比為 1.03時(shí),石灰石粉耗為 23.96 t/h,電耗為 19 195 kWh/h,此時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,脫硫效率在 95%以上,而且節(jié)電效果顯著。

2.3 漿液循環(huán)泵的節(jié)能改造

漿液循環(huán)泵的投用數(shù)量和組合方式會直接影響液/氣比和脫硫用電單耗。原脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí) A,B,C 3臺漿液循環(huán)泵均同時(shí)運(yùn)行,電機(jī)功率分別是 800 kW,710 kW,630 kW,負(fù)荷變化時(shí)循環(huán)泵存在空載損失的問題。2009年,經(jīng)過研究分析,對循環(huán)泵基礎(chǔ)、電機(jī)進(jìn)行了初步改造,將A漿液循環(huán)泵電機(jī)換為 B漿液循環(huán)泵電機(jī),B漿液循環(huán)泵電機(jī)換為 C漿液循環(huán)泵電機(jī),C漿液循環(huán)泵電機(jī)換為 A漿液循環(huán)泵電機(jī),并對更換后循環(huán)泵電機(jī)運(yùn)行電流進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果如表 2所示。

表 2 漿液循環(huán)泵電機(jī)更換前后參數(shù)比較Tab.2 Parameters com parison of slurry circu lating pumpmotor before and after replacem ent

通過對數(shù)據(jù)的分析,得出以下結(jié)論：

(1)B電機(jī)調(diào)換至 A泵位置時(shí),在漿液濃度一致的情況下,提高了原 B電機(jī)的效率。原 A泵電機(jī)額定功率為 800 MW,原 B泵電機(jī)額定功率為710 MW?？蛰d損失為 5%～10%,取最大值 10%計(jì)算,則理論上電動(dòng)機(jī)消耗功率下降 =(800-710)×10%=9 kW,而實(shí)際試驗(yàn)所得的電動(dòng)機(jī)消耗功率下降約 14.2 kW。

(2)C電機(jī)調(diào)換至 B泵位置時(shí),原 C電機(jī)效率將會提高。原 B泵電機(jī)額定功率為710 MW,原C泵電機(jī)額定功率為 630 MW?？蛰d損失為5%～10%,取最大值 10%計(jì)算,則電動(dòng)機(jī)消耗功率下降 =(710-630)×10%=8 kW。因正常運(yùn)行時(shí),B,C脫硫漿液循環(huán)泵電機(jī)電流皆為 63 A左右,C電機(jī)移至 B泵位置運(yùn)行時(shí),電機(jī)效率有一定的提高,但節(jié)能空間不大。

(3)A電機(jī)調(diào)換至 C泵位置,加入脫硫添加劑保證脫硫效率時(shí),可長期停止該泵運(yùn)行。A電機(jī)移位至 C泵位置時(shí),與原 C泵的電流一致,但電機(jī)的空載損失將增加。原電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流為60 A,則實(shí)際運(yùn)行功率 =1.732×6 kV×60 A×0.85=530 kW。由于考慮到加入脫硫添加劑后,C泵正常工況下是停止運(yùn)行的,故空載損失暫不予計(jì)算。

2.4 脫硫添加劑的使用

在對漿液循環(huán)泵電機(jī)改造的基礎(chǔ)上,保證吸收塔管路暢通的情況下,也加強(qiáng)對脫硫添加劑的效果試驗(yàn),提高設(shè)備的節(jié)能指標(biāo)。經(jīng)過深入的調(diào)研與為期兩輪的分階段使用試驗(yàn),脫硫添加劑在脫硫節(jié)能工作中得到了實(shí)際應(yīng)用,節(jié)能效果顯著。

(1)節(jié)約能耗：在保證現(xiàn)有脫硫效率的前提下,負(fù)荷適當(dāng)時(shí),可停止 1臺漿液循環(huán)泵的運(yùn)行。3臺漿液循環(huán)泵功率分別為 710 kW,630 kW,800 kW。初步按停運(yùn)最小功率 630 kW漿液計(jì)算,該漿液循環(huán)泵平均運(yùn)行電流為 55 A,平均功率為500 kW。每臺爐年節(jié)約電量為：500×7200=360萬 kW?h。每臺爐年增加電費(fèi)收入為 360×0.462=166.32萬元。

(2)當(dāng)磨石粉廠來的石灰石粉顆粒度略超標(biāo)時(shí),該石灰石仍可充分反應(yīng),減少吸收塔內(nèi)的沉積,減少結(jié)垢堵塞,并在一定程度上減少了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

(3)可提高漿液循環(huán)泵的備用系數(shù),間接的保證脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

經(jīng)過兩個(gè)階段的試驗(yàn)分析,即采用 2臺漿液循環(huán)泵加脫硫添加劑的運(yùn)行方式是最佳節(jié)能運(yùn)行方式 (如圖 1),每天每臺爐實(shí)際使用添加劑為80 kg,在原設(shè)計(jì)范圍內(nèi),鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)即使開啟兩臺石膏漿液循環(huán)泵,也能達(dá)到良好的脫硫效率,并且按照每臺爐停運(yùn)泵功率800 kW計(jì)算,單臺爐年節(jié)約廠用電 800×7 200=576萬 kW?h。在使用添加劑后,石灰石粉的使用量隨之下降,同時(shí)也會降低公司磨石粉廠運(yùn)行成本,石灰石漿液的使用量下降,脫硫系統(tǒng)的工藝水耗也將減少。綜合可得單臺爐脫硫在經(jīng)過使用添加劑后,每年給公司增加效益500萬元以上。

圖1 脫硫添加劑的節(jié)能作用Fig.1 Energy-saving role of desulphurization additives

2.5 密封風(fēng)機(jī)加熱器的改造

脫硫煙道擋板密封風(fēng)電加熱器每臺額定功率為219 kW,正常使用時(shí)功率是 150 kW。電加熱器出口密封風(fēng)溫度達(dá)到 80～120℃,實(shí)際運(yùn)行中,溫度為 89℃,自投運(yùn)以來,該電加熱器存在一系列問題。

(1)由于電加熱器加熱管設(shè)備本身制造的缺陷,經(jīng)常損壞,造成加熱效果下降,出口風(fēng)溫達(dá)不到要求,而加熱管故障后,又只能在機(jī)組停機(jī)大小修期間才能更換,影響脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)加熱元件經(jīng)常出現(xiàn)電氣故障,造成電加熱器加熱效率下降,出口風(fēng)溫達(dá)不到要求。

(3)電加熱實(shí)際運(yùn)行中,出口風(fēng)溫偏低,脫硫煙道擋板為百葉窗式,采用機(jī)械密封的雙重密封結(jié)構(gòu),密封溫度低,會造成擋板葉片兩側(cè)差變大,熱應(yīng)力增大,加大了擋板葉片變形的風(fēng)險(xiǎn),影響了脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)該加熱器長期運(yùn)行,其經(jīng)濟(jì)性能差。

經(jīng)過研究分析,確定利用廠用蒸汽進(jìn)行改造：寧海電廠現(xiàn)有壓力 0.8～0.9 MPa、溫度為 210～280℃的廠用蒸汽,利用廠用蒸汽加熱替代電加熱器。從安全可靠性及設(shè)備檢修維護(hù)方面考慮,將電加熱器改為蒸汽加熱器是可行的,蒸汽加熱器所需蒸汽管道從輔汽管道接出一個(gè) DN 80的支管,從加熱器蒸汽母管分別引出一個(gè) DN65的支管引至旁路煙道下管架后分別引出兩根支管與蒸汽加熱器連接,蒸汽管道及加熱器設(shè)置疏水引至機(jī)組回收水槽。實(shí)踐證明,改造后的運(yùn)行效果良好,且年節(jié)省電費(fèi)約 50萬元。

3 結(jié) 論

按照脫單位質(zhì)量 SO2相對生產(chǎn)成本最低的要求確定 FGD裝置的運(yùn)行工況,可以很好地兼顧FGD裝置的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。按此理論,對寧海電廠 4臺 600 MW機(jī)組 FGD裝置的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化及設(shè)備改造,在一定程度上起到了節(jié)能降耗,提高裝置性能等效果,節(jié)省了脫硫單耗,帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然,運(yùn)行優(yōu)化的前提是穩(wěn)定運(yùn)行,但目前還有許多常見的運(yùn)行問題影響脫硫裝置的穩(wěn)定運(yùn)行,應(yīng)根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施。

[1]孔亮,韓建朋,張國防.關(guān)于 600 MW脫硫機(jī)組運(yùn)行方式的優(yōu)化 [J].科技信息,2007,(32)：10-13.

[2]閻維平,劉忠,王春波,等.電站燃煤鍋爐石灰石濕法煙氣脫硫裝置運(yùn)行與控制 [M].北京：中國電力出版社,2005.

[3]邱振波.寧海電廠 600 MW機(jī)組濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化研究 [J].電力科學(xué)與工程,2010,26(7)：71-74.Qiu Zhenbo.Research on optim ization ofWet FGD system in Ninghaipower plant[J].Electric Power Science and Engineering,2010,26(7)：71-74.

Optimal Operation and Saving Energy for 600 MWUnit Desulfurization System

Dong Chuanshen1,Qiu Zhenbo2
(1.Production Technology Department,Shenhua Guohua Zheneng Power Generation Co.,Ltd.,NingHai 315612,China;2.Equipment Department,Shenhua Guohua Beijing Power Plant,Beijing 100025,China)

On the basis of 600 MWunitswith desulfurization system in NinghaiPower Plant,measures are put forward to achieve optimal operation which will reduceenergy consumption and cut the cost.Improvementof the slurry circulating pumpand the use of desu lphurization additives can ensure the desu lphurization efficiency with disabling a circulation pump,and finally attain the aim ofenergy saving and good econom ic benefits.

optimal operation;desulfurization efficiency;energy saving

TK 284.9

B

2010-06-29。

董傳深 (1965-),男,工程師,從事脫硫系統(tǒng)理論的研究工作,E-mail：dcs20070101@126.com。