石灰石-石膏濕法煙氣脫硫運(yùn)行優(yōu)化研究

閻 冬

(上海龍凈環(huán)?？萍脊こ逃邢薰荆虾?200063)

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫運(yùn)行優(yōu)化研究

閻 冬

(上海龍凈環(huán)?？萍脊こ逃邢薰荆虾?200063)

以華能福州電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工程試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)脫硫裝置運(yùn)行優(yōu)化進(jìn)行了研究。分別考察了循環(huán)泵運(yùn)行組合、吸收塔漿液密度、pH值和液位等參數(shù)，及對(duì)整個(gè)脫硫裝置運(yùn)行電耗的影響。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析，提出了不同運(yùn)行條件下對(duì)參數(shù)選擇的意見，并實(shí)際驗(yàn)證了脫硫裝置運(yùn)行優(yōu)化以降低電耗的可行性，可為電廠脫硫系統(tǒng)運(yùn)行方案的優(yōu)化選擇提供參考。

煙氣脫硫;運(yùn)行優(yōu)化;電耗;運(yùn)行參數(shù)

1 引言

火力發(fā)電廠是我國主要的能源企業(yè)，目前在大力推行節(jié)能降耗的工作，其中降低脫硫系統(tǒng)（FGD）的電耗是重要方向。在火電廠普遍采用的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝中，漿液循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)是最主要的電耗點(diǎn)。煙氣負(fù)荷、入口SO2濃度、漿液密度、吸收塔反應(yīng)漿池液位等都會(huì)成為影響循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行的重要參數(shù)。在保證脫硫效率時(shí)，在脫硫裝置不同的工況下通過準(zhǔn)確的監(jiān)測措施對(duì)不同的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以達(dá)到降低系統(tǒng)電耗的目的。

煙氣負(fù)荷和入口SO2濃度直接決定所需的循環(huán)漿液量和石膏脫水系統(tǒng)運(yùn)行速率，導(dǎo)致電耗的不同；吸收塔內(nèi)的漿液密度與漿液循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)的電耗成正比，與石膏脫水系統(tǒng)的電耗成反比，同樣存在合理的運(yùn)行區(qū)間；而吸收塔反應(yīng)漿池液位直接影響氧化風(fēng)機(jī)、漿液循環(huán)泵的出口揚(yáng)程要求，進(jìn)而影響電耗。

以華能福州電廠一、二期4臺(tái)機(jī)組4套脫硫裝置為例，由于燃煤品質(zhì)波動(dòng)較大，設(shè)計(jì)時(shí)按照最高入口SO2濃度選型，但實(shí)際運(yùn)行中入口SO2濃度有可能維持在較低水平。若通過優(yōu)化運(yùn)行每套脫硫裝置有1臺(tái)循環(huán)泵可節(jié)約1/3的運(yùn)行時(shí)間，則1年就可節(jié)電3200MW·h，可實(shí)現(xiàn)巨大的節(jié)能效益。因此，該電廠一、二期機(jī)組脫硫裝置于2008年6月投入運(yùn)行后，運(yùn)行人員和脫硫裝置供貨方密切合作，共同完成了脫硫裝置運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

本試驗(yàn)主要進(jìn)行了4項(xiàng)脫硫運(yùn)行研究，分別考察了漿液循環(huán)泵運(yùn)行組合、循環(huán)漿液pH值、吸收塔漿池液位、吸收塔循環(huán)漿液密度等參數(shù)對(duì)脫硫裝置電耗的影響。

2.1 脫硫裝置工藝流程

本次試驗(yàn)脫硫裝置的工藝流程示意見圖1。

圖1 脫硫裝置工藝流程示意圖

從電廠引接的煙氣進(jìn)入吸收塔，與漿液循環(huán)泵噴淋的吸收漿液逆流接觸并脫硫后從吸收塔頂部排放，反應(yīng)后的漿液在吸收塔下部的漿池中被氧化風(fēng)機(jī)鼓入的空氣所氧化并生成石膏，通過石膏排出泵將石膏漿液排至石膏脫水系統(tǒng)完成脫水過程，生成固體石膏。

本項(xiàng)目中每個(gè)吸收塔設(shè)置4臺(tái)漿液循環(huán)泵、2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)、2臺(tái)石膏排出泵，石膏脫水系統(tǒng)為全部脫硫裝置公用。

2.2 吸收塔漿液循環(huán)泵組合優(yōu)化試驗(yàn)

試驗(yàn)的吸收塔設(shè)有4層噴淋層，從下到上依次為噴淋層A、B、C、D，分別對(duì)應(yīng)漿液循環(huán)泵A、B、C、D，設(shè)計(jì)條件下4層噴淋層都運(yùn)行。當(dāng)電廠負(fù)荷降低或入口SO2濃度降低至一定值后，理論上可以停運(yùn)1臺(tái)或數(shù)臺(tái)漿液循環(huán)泵，在保證脫硫效率的同時(shí)降低電耗。

本試驗(yàn)將在不同入口SO2濃度負(fù)荷下，通過不同循環(huán)泵投運(yùn)數(shù)量對(duì)應(yīng)的脫硫效率確定停運(yùn)的可行性，進(jìn)而可將脫硫效率最高的運(yùn)行組合作為最優(yōu)組合。由于華能福州電廠的鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中的負(fù)荷基本穩(wěn)定，而入口SO2濃度則有明顯波動(dòng)，所以本試驗(yàn)中對(duì)漿液循環(huán)泵的組合優(yōu)化主要通過入口SO2濃度的變化來確定。試驗(yàn)結(jié)果不僅可指導(dǎo)在入口SO2濃度降低時(shí)漿液循環(huán)泵的運(yùn)行方式，同時(shí)從等效角度出發(fā)也可以對(duì)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)漿液循環(huán)泵的投入進(jìn)行指導(dǎo)，以降低脫硫系統(tǒng)的電耗。

2.3 吸收塔漿液密度調(diào)整試驗(yàn)

如前所述，吸收塔內(nèi)的漿液密度存在一定的合理區(qū)間，可由試驗(yàn)確定，因此本試驗(yàn)進(jìn)行了2項(xiàng)內(nèi)容：

（1）吸收系統(tǒng)電耗。在保持吸收塔pH值和液位基本穩(wěn)定的情況下，測試不同密度下的漿液循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)電耗指標(biāo)，考察在最佳漿液循環(huán)泵組合情況下吸收系統(tǒng)電耗隨漿液密度的變化趨勢。

（2）吸收+脫水系統(tǒng)電耗。在保持吸收漿液塔pH值和液位基本穩(wěn)定的情況下，測試不同吸收塔漿液密度下的漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)和脫水系統(tǒng)的電耗指標(biāo)，考察在最佳漿液循環(huán)泵組合情況下“吸收+脫水”系統(tǒng)電耗隨漿液密度的變化趨勢。

2.4 吸收塔液位調(diào)整試驗(yàn)

吸收塔液位的變化對(duì)于循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)電耗影響呈相反的趨勢，液位變高可降低循環(huán)泵的電耗，但氧化風(fēng)機(jī)電耗相對(duì)增加，反之亦然，因此有必要對(duì)合理的液位區(qū)間進(jìn)行試驗(yàn)。本項(xiàng)試驗(yàn)在保持吸收塔pH值和正常密度范圍時(shí)，通過調(diào)整吸收塔液位，測試不同液位下運(yùn)行的漿液循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)的總電耗，找出最佳的吸收塔運(yùn)行液位區(qū)間。

3 結(jié)果及分析

3.1 入口SO2負(fù)荷變化及漿液循環(huán)泵組合試驗(yàn)

本試驗(yàn)在脫硫裝置不同入口SO2濃度的情況下，運(yùn)行不同的漿液循環(huán)泵（噴淋層）組合，保持吸收系統(tǒng)煙氣負(fù)荷、漿液pH值、漿液密度等條件基本不變，觀察不同漿液循環(huán)泵組合運(yùn)行在不同入口SO2濃度下的脫硫效率，確認(rèn)關(guān)閉1臺(tái)或2臺(tái)循環(huán)泵的可行性以及脫硫效率最高的組合。試驗(yàn)結(jié)果如表1。2臺(tái)漿液循環(huán)泵不同運(yùn)行組合時(shí)FGD入口SO2濃度與脫硫效率的關(guān)系曲線見圖2。

表1 2臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行組合數(shù)據(jù)

圖2 兩臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行組合曲線

由表1和圖2可以看出，在試驗(yàn)的入口SO2濃度區(qū)間內(nèi)，2臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的脫硫效率比較情況為：ηA/D ＞ηB/D＞ηC/D ＞ηB/C ＞ηA/B。

根據(jù)運(yùn)行要求，裝置的脫硫效率應(yīng)不低于95%，由試驗(yàn)結(jié)果表1、圖2可以看出，在一定入口SO2濃度范圍內(nèi)開啟2臺(tái)循環(huán)泵是可以滿足上述要求的，但不同組合的循環(huán)泵適用的區(qū)間有明顯區(qū)別。3臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行組合數(shù)據(jù)見表2，3臺(tái)漿液循環(huán)泵不同運(yùn)行組合時(shí)FGD入口SO2濃度與脫硫效率的關(guān)系曲線見圖3。

表2 3臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行組合數(shù)據(jù)

由表2和圖3可知，在試驗(yàn)的入口SO2濃度區(qū)間內(nèi)，吸收塔三臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的脫硫效率情況為：

ηA/C/D ＞ηA/B/D ＞ηB/C/D

圖3 三臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行組合曲線

根據(jù)運(yùn)行要求，裝置的脫硫效率應(yīng)不低于95%，由試驗(yàn)和圖表可以看出，在一定入口SO2范圍內(nèi)開啟3臺(tái)循環(huán)泵是可以滿足上述要求的，但不同組合的循環(huán)泵適用的區(qū)間有明顯區(qū)別。

（1）由試驗(yàn)可以看出，在電廠實(shí)際運(yùn)行的入口SO2濃度區(qū)間內(nèi)，可以在關(guān)閉1臺(tái)或2臺(tái)漿液循環(huán)泵的情況下仍達(dá)到不低于95%的脫硫效率指標(biāo)。運(yùn)行2臺(tái)漿液循環(huán)泵時(shí)，在機(jī)組滿負(fù)荷情況下，達(dá)到脫硫效率要求時(shí)的入口最大SO2濃度可達(dá)到2005mg/Nm3，而運(yùn)行3臺(tái)漿液循環(huán)泵時(shí)，同樣情況下入口最大SO2濃度至少可達(dá)到3032mg/Nm3（該值為試驗(yàn)期間出現(xiàn)的最高SO2濃度，實(shí)際上根據(jù)曲線趨勢該濃度仍可進(jìn)一步提高）。

（2）在吸收系統(tǒng)煙氣負(fù)荷、漿液pH值、漿液密度等條件不變及同等循環(huán)量的情況下，影響脫硫效率的因素主要有煙氣分布均勻性及氣液接觸時(shí)間。煙氣的均勻分布主要通過噴淋層實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過1層噴淋層后煙氣即可實(shí)現(xiàn)比較良好的均勻分布，后續(xù)噴淋層對(duì)分布的影響已經(jīng)明顯弱化。因此在相同數(shù)量噴淋層的情況下，噴淋層起始位置越低，煙氣可以越早實(shí)現(xiàn)均勻分布，對(duì)脫硫效果越理想。而氣液接觸時(shí)間主要由噴淋高度決定，相同分布和噴淋量的情況下，漿液作用的高度越高，則氣液接觸時(shí)間越長，脫硫效果越理想。由此可以推斷出最低噴淋層 +（次高噴淋層）+ 最高噴淋層的組合應(yīng)該最為有利，而上述試驗(yàn)結(jié)果很好地證實(shí)了這一推斷。

3.2 吸收塔漿液密度調(diào)整試驗(yàn)

3.2.1 吸收系統(tǒng)試驗(yàn)

在試驗(yàn)期間，華能福州電廠的煙氣負(fù)荷有一定波動(dòng)，漿液循環(huán)泵A、D運(yùn)行，氧化風(fēng)機(jī)A運(yùn)行。本試驗(yàn)主要通過調(diào)節(jié)吸收塔漿液密度，觀察吸收系統(tǒng)電耗的變化趨勢。電耗僅計(jì)A、D漿液循環(huán)泵及A氧化風(fēng)機(jī)的總和，試驗(yàn)結(jié)果見表3。吸收系統(tǒng)電耗與漿液密度的關(guān)系曲線見圖4。

表3 吸收塔密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4 吸收系統(tǒng)電耗與漿液密度的關(guān)系曲線

由表3和圖4分析可知，隨著吸收塔漿液密度的增加，漿液循環(huán)泵與氧化風(fēng)機(jī)的電耗也隨之增大。漿液密度增加后，泵與風(fēng)機(jī)克服阻力所做的功也隨之增加，因此電耗將隨之增大。

從圖4中還可看出，在不同漿液密度區(qū)間內(nèi)，電耗變化的敏感程度不同。當(dāng)漿液密度＜1095kg/m3時(shí)，電耗對(duì)密度的關(guān)系曲線的斜率較大，即電耗對(duì)密度的變化較敏感；而當(dāng)漿液密度＞1095kg/m3時(shí)，電耗對(duì)密度的關(guān)系曲線的斜率較小，電耗隨密度的變化趨于平緩。

3.2.2 石膏脫水系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)

本試驗(yàn)保持鍋爐負(fù)荷在小范圍內(nèi)波動(dòng)，保持脫硫裝置的入口煙氣量和SO2濃度不變，調(diào)節(jié)吸收塔漿液密度，維持真空皮帶脫水機(jī)出力相同，觀察吸收系統(tǒng)和石膏脫水系統(tǒng)的總電耗變化。由于脫水系統(tǒng)為間歇運(yùn)行方式，而吸收系統(tǒng)為連續(xù)運(yùn)行方式，為能準(zhǔn)確反映出總電耗的值，脫水系統(tǒng)的電耗將根據(jù)其每天的平均運(yùn)行時(shí)間折算至單位時(shí)間的電耗，再與吸收系統(tǒng)電耗相加作為總電耗值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。吸收系統(tǒng)和脫水系統(tǒng)電耗與漿液密度的關(guān)系曲線如圖5。

圖5 吸收系統(tǒng)和脫水系統(tǒng)電耗與漿液密度的關(guān)系曲線

由表4和圖5可看出，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，石膏脫水系統(tǒng)的日均電耗將隨著漿液密度的增加而減少，因?yàn)闈{液密度升高后，脫水系統(tǒng)總運(yùn)行時(shí)間將縮短，對(duì)應(yīng)的日均電耗值將下降。

整體而言，由于脫水系統(tǒng)電耗下降程度有限，因此總電耗仍將隨著漿液密度的增加而增大，但隨著漿液密度的增加其變化趨勢將變緩。

3.3 吸收塔液位調(diào)整試驗(yàn)

試驗(yàn)中將吸收塔液位由10m增加至12.1m，測試吸收系統(tǒng)主要設(shè)備的電耗變化。試驗(yàn)期間根據(jù)FGD入口SO2濃度，啟動(dòng)A/D漿液循環(huán)泵和A氧化風(fēng)機(jī)，電耗計(jì)A、D漿液循環(huán)泵及A氧化風(fēng)機(jī)。吸收塔漿池液位試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。吸收系統(tǒng)主要設(shè)備電耗與液位的關(guān)系曲線如圖6。

表5 吸收塔漿池液位試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 石膏脫水系統(tǒng)漿液密度變化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖6 吸收系統(tǒng)主要設(shè)備電耗與液位的關(guān)系曲線

從表5和圖6可看出，隨著吸收塔漿池液位的升高，漿液循環(huán)泵的電耗逐漸減小而氧化風(fēng)機(jī)的電耗隨之增大，但由于運(yùn)行的漿液循環(huán)泵數(shù)量多，其占電耗比例更高，因此總電耗隨著吸收塔漿池液位的升高呈現(xiàn)降低趨勢。

吸收塔漿池液位升高，對(duì)于氧化風(fēng)機(jī)而言，其出口液位增加意味著其出口阻力的增加，由此造成揚(yáng)程和電耗的上升。而吸收塔液位上升對(duì)漿液循環(huán)泵而言則會(huì)增加其入口壓力，因此在出口條件一定的情況下可通過降低揚(yáng)程來減小漿液循環(huán)泵電耗。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)以現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行結(jié)果為準(zhǔn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)整理后，可揭示脫硫裝置實(shí)際運(yùn)行的一些情況。試驗(yàn)研究結(jié)論如下：

（1）入口SO2負(fù)荷改變時(shí)，可通過改變運(yùn)行漿液循環(huán)泵數(shù)量達(dá)到節(jié)能降耗的目的。根據(jù)試驗(yàn)，運(yùn)行2臺(tái)漿液循環(huán)泵時(shí)，在機(jī)組滿負(fù)荷情況下，達(dá)到脫硫效率要求時(shí)的入口最大SO2濃度可達(dá)到2005mg/Nm3，而運(yùn)行3臺(tái)漿液循環(huán)泵時(shí)，同樣情況下入口最大SO2濃度至少可達(dá)到3032mg/Nm3。

在相同的入口SO2濃度下，當(dāng)吸收塔兩臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，使系統(tǒng)脫硫效率更高的組合運(yùn)行方式為： ηA/D＞ηB/D ＞ηC/D ＞ ηB/C ＞ ηA/B；當(dāng)3臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，使系統(tǒng)脫硫效率更高的組合運(yùn)行方式為：ηA/C/D ＞ηA/B/D ＞ ηB/C/D。

（2）吸收塔漿液密度對(duì)漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)和石膏脫水系統(tǒng)的電耗均有影響?？傮w電耗隨密度增加而逐漸增大。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，吸收漿液密度對(duì)脫硫效率有一定的影響，過低的漿液密度會(huì)使脫硫效率明顯下降，運(yùn)行中仍需適當(dāng)維持一定的漿液密度。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，吸收塔漿液密度在1095kg/m3左右時(shí)電耗敏感度存在分界點(diǎn)，因此建議運(yùn)行中將漿液密度控制在1085～1105mg/Nm3。

（3）吸收塔液位對(duì)吸收系統(tǒng)電耗影響較大，液位增加可明顯降低吸收系統(tǒng)的電耗。目前很多脫硫裝置中氧化風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型不合理，出口揚(yáng)程在未達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)就出現(xiàn)了噪聲加大、溫度升高的問題，甚至出現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行事故。為了使氧化風(fēng)機(jī)能連續(xù)運(yùn)行，很多脫硫裝置不得不降低吸收塔液位運(yùn)行，以保證氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全。根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，這將大幅增加吸收系統(tǒng)的電耗，長期運(yùn)行會(huì)造成巨大浪費(fèi)。因此在氧化風(fēng)機(jī)許可的情況下應(yīng)盡可能提高吸收塔液位至設(shè)計(jì)液位附近。

本試驗(yàn)不僅確認(rèn)了節(jié)約電耗的條件，也對(duì)脫硫裝置的運(yùn)行提出了可行的運(yùn)行方案，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)其它類似的脫硫裝置也具有參考意義。

Operation Optimum Study on Wet Process of Flue Gas Desulphurization for Limestone-gypsum

YAN Dong
(Shanghai Longking Environmental Protection Technology Engineering Co., Ltd, Shanghai 200063, China)

Based on the test data of wet process of flue gas desulphurization for limestone-gypsum in Huaneng Fuzhou power plant, operation optimum study on desulphurization equipment is conducted. The operation combination of circular pump,serum density of absorption tower, pH value and liquid parameter and effect of the operation power consumption on whole desulphurization equipment are studied separately. According to the test data and theory analysis, suggestions on parameter selection in different operation conditions are brought forward. The feasibility of operation optimum on desulphurization equipment that could reduce power consumption is validated, so that the references are shown for the optimum selection of operation program of desulphurization system in power plant.

flue gas desulphurization; operation optimum; power consumption; operation parameter

X701.3

A

1006-5377（2011）08-0038-05