寧海電廠600 MW機組脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化運行及節(jié)能改造

邱振波，董傳深

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

隨著電力建設的發(fā)展，發(fā)電廠裝機容量不斷增大，濕法脫硫裝置整體配套單體設備的容量也逐漸增大，耗電量約占整個廠用電的1%，如果運行不好，將造成很大的浪費。寧海發(fā)電廠通過運行技術分析，認真查找設備和系統(tǒng)上存在的問題，并進行優(yōu)化，對不同運行方式下的電耗進行試驗比較，選擇合理的運行方式，在滿足環(huán)保要求的前提下最大限度地降低廠用電，提高了經(jīng)濟效益，將脫硫系統(tǒng)耗電量降至廠用電的約0.75%[1]。

1 脫硫工藝簡介

寧海發(fā)電廠一期4×600 MW機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，脫硫效率不低于95%，煙氣脫硫系統(tǒng)（FGD）為電廠1-4號機組在鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況下100%的煙氣量進行全煙氣脫硫，脫硫裝置采用一爐一塔，各塔設3層漿液噴淋，分別對應3臺漿液循環(huán)泵，石灰石塊在石灰石磨制車間磨制成粉，通過氣力輸送至粉倉，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)進行再循環(huán)。鍋爐煙氣經(jīng)電除塵器除塵后，通過增壓風機進入吸收塔，煙氣中的二氧化硫與石灰石漿液中的碳酸鈣進行化

學反應被脫除，最終反應產(chǎn)物為石膏（CaSO4·2H2O）。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器除去帶出的細小液滴，最后通過煙囪排出，脫硫石膏漿液脫水后回收。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)化運行及節(jié)能改造

2.1 利用脫硫單耗進行預測與調控

在脫硫裝置正常投用且脫硫效率達95%（設計值）以上時，以脫硫單耗（每脫除1 kg SO2的電耗、粉耗、水耗）最小為目標，進行運行方式的優(yōu)化和調控，以達到綜合節(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/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)，建立各項脫硫單耗指標的數(shù)學模型[2]：

及時掌握各項脫硫單耗情況后，可以通過趨勢分析實施優(yōu)化控制。實踐證明，額定工況時的脫硫裝置運行效率最高，經(jīng)濟性最好。隨著負荷降低，煙氣進口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，其對應的粉、水單耗基本保持不變，總耗電量呈下降趨勢，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，負荷變動時只能通過泵的優(yōu)化組合和停泵的方式來調節(jié)，但不能頻繁進行。工況相對固定時，脫硫單耗電量也相對穩(wěn)定。運行人員可以根據(jù)這些規(guī)律，在實踐中進一步探索更好的調整方法，達到節(jié)能降耗、經(jīng)濟運行的目的。

2.2 工藝參數(shù)的合理調整

石灰石漿液pH值、密度、液氣比、漿液停留時間等是脫硫系統(tǒng)運行的關鍵工藝控制參數(shù)，影響脫硫性能及經(jīng)濟性。通過脫硫調試和運行實踐，總結出主要運行參數(shù)與脫硫性能、經(jīng)濟性的關系，見表1。運行人員可根據(jù)這一規(guī)律，綜合考慮脫硫性能和電耗、粉耗等經(jīng)濟性因素，適時調整運行參數(shù)。

表1 濕法脫硫的主要運行參數(shù)與脫硫性能的關系

運行實踐證明，將液氣比、漿液pH值和鈣硫比控制在一定范圍內可以起到最佳效果。寧海發(fā)電廠600 MW機組額定負荷時入口煙氣SO2濃度約為1 710 mg/m3，當進料石灰石粒徑為40 mm、氣液比為12.89、鈣硫比為1.03時，石灰石粉耗為23.96 t/h，電耗為19 195 kWh/h，此時系統(tǒng)運行穩(wěn)定，脫硫效率超過95%，節(jié)電效果明顯。

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)正常運行時，A，B，C 3臺漿液循環(huán)泵同時運行，電機功率分別是800 kW，710 kW，630 kW。經(jīng)過研究分析，于2009年對循環(huán)泵、電機進行了初步改造，將A漿液循環(huán)泵電機換為原B漿液循環(huán)泵電機，B漿液循環(huán)泵電機換為原C漿液循環(huán)泵電機，C漿液循環(huán)泵電機換為原A漿液循環(huán)泵電機，并對更換后的循環(huán)泵電機運行電流進行計算，結果見表2。

表2 漿液循環(huán)泵電機更換前后參數(shù)變化

通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，得出了以下結論：

（1）B電機調換至A泵，在漿液濃度不變的情況下，提高了原B電機的效率。原A泵電機額定功率為800 MW，原B泵電機額定功率為710 MW?？蛰d損失為5%～10%，取最大值10%計算，則理論上電動機消耗功率下降9 kW，實際試驗測得的電動機消耗功率下降約14.2 kW。

（2）C電機調換至B泵，原C電機效率提高。原B泵電機額定功率為710 MW，原C泵電機額定功率為630 MW?？蛰d損失為5%～10%，取最大值10%計算，則電動機消耗功率下降8 kW。正常運行時，B，C脫硫漿液循環(huán)泵電機電流皆為63 A左右，C電機移至B泵位置運行時，電機效率雖有提高，但節(jié)能空間不大。

（3）A電機調換至C泵位置，加入脫硫添加劑保證脫硫效率時，可長期停止該泵運行。A電機移位至C泵時，與原C泵的電流一致，但電機的空載損失將增加。原電機實際運行電流為60 A，則實際運行功率計算可知為530 kW。加入脫硫添加劑后，C泵在正常工況下不運行，故空載損失暫不計算。

2.4 脫硫添加劑的使用

添加劑既可以加快石灰石溶解，提高脫硫劑的利用率，還能加速H+的傳遞，緩沖吸收液的pH值，抑制因SO2溶解引起的氣-液界面上酸度的降低，加速SO2的吸收，提高脫硫率。此外，脫硫添加劑具有分散作用，可以增強石灰石的表面活性，增加石灰石的分散性，降低其沉降速度，增大有效傳質面積，促進石灰石的溶解，減少設備結垢。

漿液循環(huán)泵電機完成改造后，在保證吸收塔管路暢通的情況下進行了脫硫添加劑的效果試驗，運行數(shù)據(jù)見表3。試驗結果表明，循環(huán)泵改造后，通過合理運行，達到了節(jié)能降耗的目的。

（1）添加脫硫添加劑后，脫硫系統(tǒng)吸收塔入口 SO2濃度在 1 500～1 900 mg/Nm3、 負荷在 450～600 MW時，停運任意一臺脫硫漿液循環(huán)泵，脫硫效率均大于90%。A泵停運，B/C泵組合運行時，脫硫效率受負荷影響不明顯，脫硫效率在90%～95%；B泵停運，A/C泵組合運行時，受負荷變化的影響較大，負荷550～600 MW時，效率不小于95%，負荷450～500 MW時，效率間斷大于95%；C泵停運，A/B泵組合運行時，脫硫效率基本大于95%，且受負荷變化的影響不明顯。

（2）脫硫添加劑耗量為：第一次每臺機組添加1 000 kg/次·機組，以后每次80 kg/天·機組。4套脫硫系統(tǒng)每月計算耗量為10 t/月，脫硫添加劑含稅單價為2.735萬元/t，每月需新增運行成本約27.35萬元。

（3）試驗期間，脫硫系統(tǒng)吸收塔入口SO2濃度在 1 500～1 900 mg/Nm3， 負荷在 300～600 MW，加入脫硫添加劑后，C泵停運，A/B泵組合運行時，脫硫效率基本大于95%（如圖1），且受負荷影響不明顯。如全月停運C泵，4套脫硫系統(tǒng)可節(jié)省運行費用56.6249萬元。

圖1 脫硫添加劑使用后脫硫效率

2.5 密封風加熱器的改造

脫硫煙道擋板密封風電加熱器額定功率為219 kW，正常使用時為150 kW。電加熱器出口密封風溫度設計值為80～120℃，實際運行溫度為89℃。投運以來，該電加熱器存在以下問題：

（1）電加熱器加熱管因制造缺陷，經(jīng)常損壞，造成加熱效果不佳，出口風溫達不到要求。而加熱管故障后，只能在機組停機或大小修期間更換，影響了脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

表3 脫硫添加劑使用前后單臺機組運行數(shù)據(jù)

（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，出口風溫達不到要求。

（3）電加熱器實際運行時出口風溫偏低。脫硫煙道擋板為百葉窗式，采用機械密封的雙重密封結構，密封溫度低，會造成擋板葉片兩側溫差變大，熱應力增大，加大了擋板葉片變形的風險，影響了脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

（4）加熱器長期運行，經(jīng)濟性能差。

由于寧 海電廠的廠用蒸汽壓力為0.8～0.9 MPa、溫度為210～280℃，經(jīng)過研究分析，認為可以利用廠用蒸汽加熱替代電加熱器。從安全可靠性及設備檢修維護方面考慮，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可從輔汽管道接出一個DN80的支管，從加熱器蒸汽母管引出一個DN65的支管至旁路煙道下管架，再分別引出2根支管與蒸汽加熱器連接，蒸汽管道及加熱器設置疏水引至機組回收水槽。實踐證明，改造后的運行效果良好，年節(jié)省電費約50萬元。

3 結語

寧海發(fā)電廠4臺600 MW機組FGD裝置的運行優(yōu)化及設備改造在一定程度上達到了節(jié)能降耗、提高裝置性能的目的，降低了脫硫單耗，有一定的經(jīng)濟效益。運行優(yōu)化的前提是穩(wěn)定運行，但目前還有許多常見問題影響脫硫裝置的穩(wěn)定運行，應根據(jù)具體情況采取相應的措施。

[1]孔亮，韓建朋，張國防．關于600 MW 脫硫機組運行方式的優(yōu)化[J]．科技信息，2007，（32）∶313.

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