脫硫漿液循環(huán)泵電耗影響因素分析與優(yōu)化

楊天桃，翟學(xué)軍

（江蘇射陽港發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇射陽 224300）

江蘇省射陽港發(fā)電有限公司3號、4號機(jī)組設(shè)計(jì)配備1套300 MW級100%煙氣處理量的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置(FGD),采用二爐一塔，設(shè)計(jì)3臺(tái)石膏漿液循環(huán)泵，同時(shí)配備石灰石儲(chǔ)存、制粉系統(tǒng)。脫硫效率設(shè)計(jì)不低于95%。2009年實(shí)施“上大壓小”關(guān)停3號機(jī)組后，1套300 MW級的FGD只處理1臺(tái)137.5 MW機(jī)組的煙氣。

1 優(yōu)化前工況

石膏漿液循環(huán)泵為臥式離心機(jī)械密封泵，室內(nèi)布置，每臺(tái)循環(huán)泵與各自的噴淋層連接，漿液循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)越多，噴淋層投入層數(shù)越多，液氣比越大，脫硫效率越高。2009年1～5月，1號、2號、3號漿液循環(huán)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，脫硫效率高達(dá)96.3%，運(yùn)行電耗602 kW·h。當(dāng)1號、3號同時(shí)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)脫硫效率降低到91.5%，運(yùn)行電耗419 kW；當(dāng)運(yùn)行1號、2號漿液循環(huán)泵時(shí)，系統(tǒng)脫硫效率降低至90.1%，運(yùn)行電耗399 kW；當(dāng)只運(yùn)行2號、3號漿液循環(huán)泵時(shí)，系統(tǒng)脫硫效率為88%，運(yùn)行電耗為386 kW，只占全泵運(yùn)行時(shí)電耗的64%左右。漿液循環(huán)泵為FGD系統(tǒng)最大的耗電設(shè)備，一般占整個(gè)FGD系統(tǒng)電耗的33%～35%左右，優(yōu)化運(yùn)行方式對于降低系統(tǒng)電耗意義重大。

2009年1～6月4號機(jī)組運(yùn)行與石膏漿液循環(huán)泵相關(guān)的主要參數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均值如表1所示。表1顯示，石膏漿液密度、pH值等接近或超過設(shè)計(jì)值，脫硫系統(tǒng)一直保持穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)未有重要的、影響安全穩(wěn)定運(yùn)行的缺陷，但脫硫系統(tǒng)耗電率較高，單日平均耗電量也偏高，日廠用電率達(dá)1.97%。

2 影響石膏漿液循環(huán)泵電耗因素分析及調(diào)整控制

為了降低脫硫系統(tǒng)石膏漿液循環(huán)泵電耗，可優(yōu)化脫硫系統(tǒng)運(yùn)行方式，加強(qiáng)對石膏漿液pH值、密度及吸收塔漿池液位的控制，在保證脫硫效率的基礎(chǔ)上，力求石膏漿液循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)合理組合，以達(dá)到降低脫硫系統(tǒng)總電耗的目的。

表1 2009年1～6月與石膏漿液循環(huán)泵相關(guān)的主要參數(shù)

2.1 吸收塔液位的影響與控制

脫硫吸收塔運(yùn)行中，離心式石膏漿液循環(huán)泵的運(yùn)行工況比較復(fù)雜，但是從實(shí)際運(yùn)行調(diào)整情況來看，其電流與吸收塔液位（進(jìn)口靜壓）具有一定的正比關(guān)系[1]，吸收塔液升高，泵電流就升高，反之亦然。實(shí)際運(yùn)行曲線如圖1所示。

圖1 吸收塔漿池液位與石膏漿液循環(huán)泵電流說明

根據(jù)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行工況來調(diào)控吸收塔漿液池液位是一項(xiàng)細(xì)致的工作。如機(jī)組負(fù)荷高、煙氣流量大、煙氣SO2含量高、石灰石品質(zhì)較差時(shí)，需要控制較高的液位，使?jié){液有較大氧化空間，循環(huán)泵有較高的出力，從而保證脫硫效率。從圖1可以看出，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低后（且有較長低負(fù)荷時(shí)間段），及時(shí)調(diào)整吸收塔漿池液位由最高10.97 m降至8.96 m，在石膏漿液密度基本不變的情況下，2號泵電流由31.77 A降至30.92 A，3號泵電流由36.33 A降至35.02 A。吸收塔漿池液位每下降1 m，2號、3號石膏漿液循環(huán)泵電流分別下降0.425 A，0.655 A，特別是3號石膏漿液循環(huán)泵下降最為明顯，且脫硫效率幾乎不降。

2.2 石膏漿液密度的影響與控制

石膏漿液循環(huán)泵電流與傳輸介質(zhì)的密度成正比，石膏漿液密度越低，泵的電流就越小，反之就越大[1]。濕法煙氣脫硫系統(tǒng)一般要求石膏漿液密度為1 075～1 300 kg/m3，各脫硫系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況不一，故石膏漿液密度運(yùn)行空間也不盡一樣。該公司二期脫硫系統(tǒng)原運(yùn)行區(qū)間為1 080～1 180 kg/m3。石膏漿液密度直接關(guān)系到石膏脫水和性能，密度過低，石膏結(jié)晶時(shí)間短，石膏生成量少，脫水效果不佳，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性也不好；密度過高，石膏得不到及時(shí)脫出，易造成噴淋層噴咀、除霧器和煙氣換熱器結(jié)垢，甚至?xí)绊懨摿蚰芰2]。

石膏漿液密度與泵電流關(guān)系如圖2所示，石膏漿液密度區(qū)間在 1 090～1 139 kg/m3之間，1號、2號泵電流分別為38.86～40.2 A，30.55～31.73 A，石膏漿液密度每下降10 kg/m3，1號、2號泵電流分別下降0.268 A，0.236 A。故盡可能使石膏漿液保持低密度運(yùn)行，但不能因?yàn)榻档褪酀{液密度而增加脫水系統(tǒng)電耗。以下幾種優(yōu)化方式可作為參考：（1）與吸收塔漿液池液位一起調(diào)整，如運(yùn)行中需要低液位向高液位調(diào)整時(shí)，盡量以工藝水向吸收塔內(nèi)補(bǔ)充，液位升高的同時(shí)，密度也相應(yīng)下降；（2）根據(jù)脫水系統(tǒng)運(yùn)行情況來調(diào)整漿液密度，當(dāng)真空皮帶機(jī)濾布上部的石膏餅厚度能夠保持設(shè)定值時(shí)（該公司設(shè)定為20 mm），盡可能降低石膏漿液密度在低水平（可控制在1 080～1 100 kg/m3之間，2009年上半年控制在1 120～1 190 kg/m3之間）；（3） 當(dāng)原煙氣含硫量小于設(shè)計(jì)值工況時(shí)，在脫硫能力不受影響的條件下，保持低密度運(yùn)行，石膏漿液可達(dá)到吸收SO2量與石膏產(chǎn)生量的平衡；（4）維持低pH值運(yùn)行，石膏漿液對石灰石的需求量減少，也可有效降低石膏漿液密度。

2.3 煙氣流速（煙氣量）的影響與控制

圖2 石膏漿液密度與泵電流說明

淺顯地看，脫硫系統(tǒng)煙氣流速與石膏漿液循環(huán)泵電耗無直接聯(lián)系，但從脫硫吸收塔噴淋層噴咀的布置及吸收塔進(jìn)口前煙道布置情況來看，石膏漿液循環(huán)泵的負(fù)荷與脫硫系統(tǒng)煙氣流速有一定關(guān)系。煙氣流速與煙氣量成正比，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷一定時(shí)，煙氣量基本保持不變，但脫硫系統(tǒng)中各部位的煙氣流速卻是不同的。

原煙氣流速高，在吸收塔內(nèi)經(jīng)過的時(shí)間縮短，煙氣與石膏漿液霧化層接觸時(shí)間少，SO2吸收就會(huì)相應(yīng)減少。吸收塔進(jìn)口煙道前布置了均流板，進(jìn)入吸收塔前有一段下降部分，且煙道入口截面積很大，煙氣進(jìn)入吸收塔時(shí)分布并不均勻，而呈紊流狀，特別是在水平方向上存在較大的流速偏差，當(dāng)煙氣流速增加后，這種流速偏差現(xiàn)象更為嚴(yán)重，進(jìn)而造成吸收塔內(nèi)部煙氣發(fā)生旋流或煙氣在筒體內(nèi)帖邊旋轉(zhuǎn)、煙氣流分布不均等，脫硫效率會(huì)有所下降，在相同工況下，需相應(yīng)提高液氣比，才能維持脫硫效率，石膏漿液循環(huán)泵出力必然增加。特別是在鍋爐燃煤品種發(fā)生變化、偏離原設(shè)計(jì)煤種時(shí)，煙氣量發(fā)生較大變化，脫硫系統(tǒng)原煙氣流速增加較多時(shí)，這種情況更加嚴(yán)重。

由此可見，降低和穩(wěn)定原煙流速，也是降低石膏漿液循環(huán)泵電耗的因素之一。原煙氣流速越低，需要的液氣比就小，石膏漿液循環(huán)泵出力需求就小；反之亦然。運(yùn)行中進(jìn)行以下優(yōu)化，可以有效穩(wěn)定或降低原煙氣流速：（1）減少鍋爐制粉系統(tǒng)漏風(fēng)，在滿足鍋爐燃燒效率的情況下，保持鍋爐較低的過剩空氣系數(shù)，以降低煙氣量。（2）在機(jī)組負(fù)荷高，煙氣量大的情況下，適當(dāng)減小增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉角度，改控制增壓風(fēng)機(jī)前煙氣壓力為控制其出口壓力，適當(dāng)減小增壓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓，但原煙氣壓力不能波動(dòng)大，應(yīng)滿足鍋爐燃燒的需要。（3）運(yùn)行中加強(qiáng)對煙氣換熱器、吸收塔除霧器的沖洗，確保原煙氣側(cè)、凈煙氣側(cè)的壓差和吸收塔除霧器的壓差在規(guī)定范圍，且越小越好。（4）利用停機(jī)機(jī)會(huì)，消除鍋爐及尾部煙道等漏風(fēng)，檢查換熱器前煙道內(nèi)導(dǎo)流板、煙道進(jìn)入吸收塔前段的均流板的腐蝕情況，當(dāng)發(fā)生腐蝕或變形時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，確保進(jìn)入吸收塔的煙氣流均勻且穩(wěn)定分布。

2.4 石膏漿液pH值的影響與控制

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中，石膏漿液pH值越高，鈣硫比越高，脫硫效率就會(huì)越高，反之越低[3]。運(yùn)行相同數(shù)量的石膏漿液循環(huán)泵情況下，提高石灰石漿液的供給量，提高pH值，當(dāng)脫硫系統(tǒng)負(fù)荷在一定范圍內(nèi)增加時(shí)，仍可滿足脫硫效率的要求。但在實(shí)際運(yùn)行中，pH值高至5.8以上，石膏漿液中亞硫酸鹽的含量易升高，增加了石膏漿液在設(shè)備中結(jié)垢的可能性，當(dāng)pH值達(dá)到6.0以上，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。特別是長期運(yùn)行在高pH值，吸收塔噴淋層噴咀、除霧器、煙氣換熱器都會(huì)發(fā)生結(jié)垢堵塞現(xiàn)象。

吸收塔噴淋層噴咀堵塞，會(huì)使對應(yīng)的石膏漿液循環(huán)泵電流下降，但不能形成均勻的石膏漿液噴淋覆蓋區(qū)，煙氣經(jīng)過噴淋層洗滌不充分，脫硫效率將下降。為了滿足脫硫效率要求需增加石膏漿液循環(huán)泵的運(yùn)行數(shù)量，甚至在高負(fù)荷時(shí)把pH值提高更多，這就形成了惡性循環(huán)。吸收塔除霧器、煙氣換熱器結(jié)垢，煙氣差壓增大后，增壓風(fēng)機(jī)電耗會(huì)增加，局部發(fā)生堵塞或結(jié)垢嚴(yán)重現(xiàn)象，會(huì)造成煙氣流不穩(wěn)定或分布不均勻，增加石膏漿液循環(huán)泵電耗。

pH值控制得當(dāng)，可有效降低石膏漿液循環(huán)泵電耗。（1）石膏漿液循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)相同時(shí)，盡量提高pH值來滿足脫硫效率要求，但pH值不應(yīng)在5.8以上連續(xù)運(yùn)行超過6 h。（2）當(dāng)pH值高值運(yùn)行后，在脫硫系統(tǒng)負(fù)荷允許的情況下，應(yīng)立即降低pH值至低限運(yùn)行，以消耗石膏漿液中過剩的亞硫酸鹽，降低其含量。（3）在提升pH值過程中，石灰石應(yīng)均量間斷供給，切勿大量集中供給，防止石灰石在吸收塔中形成局部富裕而來不及反應(yīng)。（4）在相同工況下，合理調(diào)整pH值在高低區(qū)間間斷運(yùn)行，使循環(huán)漿液泵的運(yùn)方更為靈活。該廠采用上述方式，使pH值在高低區(qū)間間斷運(yùn)行（如圖3所示），保證了石膏漿液的活性，從而顯著降低了脫硫系統(tǒng)電耗。

圖3 石膏漿液pH值高低間斷運(yùn)行說明

2.5 設(shè)備的影響與控制

離心式泵葉輪、集流器發(fā)生磨損，泵體及進(jìn)出口管道發(fā)生結(jié)垢、堵塞，運(yùn)行中發(fā)生汽蝕等現(xiàn)象，都會(huì)增加泵的容積損失和水力損失，功率因素下降，泵的能耗上升[1]。石膏漿液循環(huán)泵為離心式泵，在運(yùn)行中防止以上現(xiàn)象發(fā)生，是降低電耗的主要途徑。（1）防止泵葉輪、進(jìn)口集流器磨損。石膏漿液含有大量復(fù)雜的成分，與泵體磨損有直接關(guān)系的運(yùn)行參數(shù)有煙塵含量、漿液密度、石灰石粉細(xì)度等。運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)煤種的摻配，降低鍋爐飛灰含碳量；提高電除塵設(shè)備的完好性，保持除塵效率，降低煙塵含量；根據(jù)脫硫系統(tǒng)整體運(yùn)行工況，選擇適當(dāng)?shù)臐{液密度和石灰石漿液密度。（2）防止泵體與石膏漿液接觸部位腐蝕。石膏漿液正常運(yùn)行中pH值控制在5.0～5.8之間[4]，不同的系統(tǒng)以及不同的石灰石品質(zhì)，對pH值的要求是不同的。運(yùn)行中嚴(yán)格控制pH值不低于4.5，是減少泵腐蝕的主要手段。（3）運(yùn)行中加強(qiáng)泵體及進(jìn)出口管道沖洗，減小結(jié)垢、堵塞的可能性，提高石膏漿液循環(huán)泵的出力。（4）防止汽蝕的產(chǎn)生。汽蝕是導(dǎo)致泵體損壞的原因之一，運(yùn)行中保持吸收塔漿池液位在一定的高度是必要的，一般不低于7.5 m。（5）加強(qiáng)設(shè)備檢修，細(xì)化檢修工藝和檢修項(xiàng)目。應(yīng)定期（1個(gè)小修期內(nèi)）對石膏漿液循環(huán)泵進(jìn)行解體檢查，或在運(yùn)行中根據(jù)泵的運(yùn)行情況，進(jìn)行點(diǎn)檢維修。主要是檢查泵輪、集流器有無磨損、腐蝕現(xiàn)象；轉(zhuǎn)子與靜子部分的裝配間隙是否合格；泵體內(nèi)襯是否完好；是否有結(jié)垢現(xiàn)象；吸收塔停運(yùn)時(shí)，還應(yīng)檢查石膏漿液循環(huán)泵進(jìn)口及濾網(wǎng)是否有結(jié)垢或堵塞。

3 優(yōu)化前后效果對比

2009年上、下半年該公司石膏漿液循環(huán)泵電耗、及脫硫系統(tǒng)電耗對比如表2所示，脫硫系統(tǒng)月度耗電率統(tǒng)計(jì)如表3所示，1～10月循環(huán)泵的運(yùn)行方式如表4所示。

表2 2009年石膏漿液循環(huán)泵電耗及脫硫系統(tǒng)電耗對比

表3 2009年脫硫系統(tǒng)月度耗電率統(tǒng)計(jì)

表4 2009年1～10月循環(huán)泵的運(yùn)行方式

可見，2009年1～5月原來高負(fù)荷時(shí)需3臺(tái)循泵同時(shí)運(yùn)行，下半年通過對pH值、漿液密度、吸收塔液位、煙氣流速等進(jìn)行優(yōu)化，至10月可以保持一大一小2臺(tái)循泵即能滿足機(jī)組脫硫要求，進(jìn)而在低負(fù)荷時(shí)只運(yùn)行1臺(tái)大泵（1號）即能滿足脫硫效率要求（受脫硫系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)的限制，不可以單臺(tái)泵長期運(yùn)行），降低了石膏漿液循環(huán)泵的電耗。

4 結(jié)束語

合理而完善的脫硫系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化方式，需要經(jīng)過長期的實(shí)踐和摸索。在運(yùn)行中，應(yīng)根據(jù)鍋爐燃煤品質(zhì)進(jìn)行綜合調(diào)整，制定完善的管理制度，提高脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益雙贏。

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