石灰石－石膏法煙氣脫硫節(jié)能探討

雷 達(dá)

（南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，江蘇 南京 210012）

石灰石－石膏法煙氣脫硫節(jié)能探討

雷 達(dá)

（南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，江蘇 南京 210012）

結(jié)合工程實(shí)際，分析了石灰石-石膏法煙氣脫硫節(jié)能的重點(diǎn)，分別從設(shè)計(jì)和運(yùn)行兩方面探討了石灰石-石膏法煙氣脫硫節(jié)能的可行性，指出了石灰石－石膏法煙氣脫硫節(jié)能應(yīng)采取的切實(shí)可行的方法，對實(shí)際工程具有一定的指導(dǎo)意義。

石膏;脫硫;節(jié)能

根據(jù)有關(guān)報(bào)道，2010年底我國電力總裝機(jī)容量達(dá)到 9．5億 kW， 其中火電為 7億 kW，占73．68%左右;而且，在“十二五”期間，我國平均每年的火電裝機(jī)容量仍將增加4000萬kW，火電將仍然是我國電力供應(yīng)的主角[1]。因此，我國的節(jié)能減排，環(huán)境保護(hù)的壓力仍然十分艱巨。石灰石－石膏法濕法脫硫作為目前火電機(jī)組最有效的脫硫方法，正被絕大多數(shù)燃煤發(fā)電機(jī)組所采用。然而，在脫硫減排，完成宏觀環(huán)境污染治理目標(biāo)，創(chuàng)造社會效益的同時(shí)，由于國家政策性補(bǔ)貼的局限性，企業(yè)也正承受著巨大的經(jīng)濟(jì)壓力，如何把建成的脫硫裝置運(yùn)行好，為國家分憂，為企業(yè)減負(fù)就成為當(dāng)務(wù)之急，本文著重從脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行兩方面入手，試圖探討脫硫系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，使得企業(yè)能在完成社會效益的同時(shí)，減輕企業(yè)一部分經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的同時(shí)創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

1 濕法脫硫系統(tǒng)能耗分析

在進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化之前，首先必須對濕法脫硫系統(tǒng)的能耗進(jìn)行必要的分析，以明確整套濕法脫硫系統(tǒng)的能耗分布，通過分析，找出能耗瓶頸，明確降低能耗的重點(diǎn)在哪里。以下以某廠300MW燃煤機(jī)組為例進(jìn)行分析。該套系統(tǒng)含有增壓風(fēng)機(jī)和石灰石磨制系統(tǒng)，無GGH系統(tǒng)。該廠的濕法脫硫系統(tǒng)主要電負(fù)荷清單見表1。

從表1可以看出，單臺300MW的機(jī)組實(shí)際總功耗為4692kW，其中，6000V高壓電耗為3993k W，占總功耗的85．1%，因此，如何降低6000V高壓設(shè)備的電耗就成為控制整個(gè)濕法脫硫系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵。

表1 主要電負(fù)荷明細(xì)表

2 脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段節(jié)能優(yōu)化

從上一節(jié)的分析可以看出，要有效降低能耗，就必須合理優(yōu)化占總能耗85．1%的6000V高壓能耗。仍以某廠300MW機(jī)組為例，在6000V高壓能耗中，增壓風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵占據(jù)了6000V高壓總能耗的94%，因此，這部分的優(yōu)化成為重點(diǎn)。通過對濕法脫硫系統(tǒng)的分析可知，增壓風(fēng)機(jī)的優(yōu)化主要應(yīng)通過對煙氣系統(tǒng)的優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)，而循環(huán)泵的優(yōu)化主要通過對以吸收塔為主的反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。

2．1 煙氣系統(tǒng)優(yōu)化

對于煙氣系統(tǒng)來說，在設(shè)計(jì)階段，合理地估算整個(gè)煙氣系統(tǒng)的阻力降是合理選擇增壓風(fēng)機(jī)流量、壓頭等參數(shù)的關(guān)鍵。對于煙氣流量參數(shù)，通常是由主機(jī)系統(tǒng)的負(fù)荷煙氣量決定的，脫硫系統(tǒng)沒有主動調(diào)節(jié)的空間，因此，這部分的設(shè)計(jì)優(yōu)化主要是在前期參數(shù)選取上和主機(jī)系統(tǒng)保持合理匹配。對于增壓風(fēng)機(jī)的壓頭來說，由于該部分壓頭是用于克服整個(gè)脫硫煙氣系統(tǒng)的阻力降，而這部分阻力降是由脫硫系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)計(jì)阻力決定的，因此，在增壓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)選型中，煙氣系統(tǒng)的阻力降就成為優(yōu)化系統(tǒng)的關(guān)鍵。脫硫煙氣系統(tǒng)的阻力降主要由以下幾部分組成:煙道阻力（包括原煙道和凈煙道）、吸收塔阻力、GGH阻力（或有）等。對于煙道阻力的優(yōu)化，由于煙道阻力包括沿程阻力（包括煙氣與煙道壁及煙氣本身的粘性產(chǎn)生的阻力損失）和局部阻力，因此，要減小這部分阻力主要在于優(yōu)化煙道走向，選擇合適的煙道截面形式和煙氣流速，以及在煙道內(nèi)局部設(shè)置導(dǎo)流板等。煙道走向的優(yōu)化必須根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和總圖布置，在可能的范圍內(nèi)盡可能縮短煙道長度，減少彎頭數(shù)量（尤其急彎）;對于煙道截面形狀，通常有矩形、圓形和橢圓形，圓形煙道可以節(jié)約材料費(fèi)約20%，但也有施工難度大，維修不便等缺點(diǎn)[2]，因此，采用何種煙道截面還要根據(jù)具體工程情況決定。在上述某300MW機(jī)組的增壓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型時(shí)，其脫硫系統(tǒng)計(jì)算阻力見表2。如果在其它條件和煙道截面積不變的情況下，將原矩形煙道改為圓形煙道，其計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 矩形煙道阻力降

表3 圓形煙道阻力降

因此，對于減小煙氣系統(tǒng)阻力來說，根據(jù)計(jì)算，在流速不變（煙道截面積相同），其它條件不變的前提下，圓形煙道的阻力約比矩形煙道小約18%，而增壓風(fēng)機(jī)軸功率和壓頭有如下關(guān)系:N＝QHψ／3670η，因此采用圓形煙道，增壓風(fēng)機(jī)的軸功率也相應(yīng)減少約18%，所以，在條件允許的前提下，采用圓形煙道是一種合理的節(jié)能降耗的選擇。

對于多數(shù)火力發(fā)電廠而言，鍋爐的負(fù)荷因季節(jié)和時(shí)段波動很大，因此，從節(jié)能降耗的目的出發(fā)，將增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方式改為變頻調(diào)節(jié)是另一種有效的優(yōu)化方式。增加變頻控制方式雖然增加了項(xiàng)目設(shè)備的一次投資，但對于今后脫硫系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行大有益處。根據(jù)某廠300MW機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行測定，大約1年左右，增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行節(jié)約的費(fèi)用就可以抵消增加變頻器的設(shè)備投資。

2．2 吸收系統(tǒng)優(yōu)化

循環(huán)泵的節(jié)能優(yōu)化是脫硫系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的另一個(gè)關(guān)鍵，由于吸收塔系統(tǒng)是整個(gè)煙氣脫硫系統(tǒng)的核心，因此，這部分優(yōu)化必須在保證脫硫效率，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下進(jìn)行。在設(shè)計(jì)階段，必須根據(jù)環(huán)保要求和項(xiàng)目特點(diǎn)，合理選擇各設(shè)計(jì)參數(shù)，既要先進(jìn)，又不能冒進(jìn);既要安全，又不能保守。

從理論上可以知道循環(huán)泵的軸功率和流量、揚(yáng)程等參數(shù)有以下關(guān)系⑷:N＝QHρ／102η， 其中，N表示循環(huán)泵軸功率，Q表示循環(huán)漿液量，H表示循環(huán)泵揚(yáng)程，ρ表示循環(huán)漿液密度，η表示循環(huán)泵效率。因此，對特定系統(tǒng)來說，要優(yōu)化循環(huán)泵能耗就必須通過優(yōu)化循環(huán)漿液量、循環(huán)泵揚(yáng)程、漿液密度和循環(huán)泵效率來解決。而在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，主要優(yōu)化參數(shù)是循環(huán)泵的流量和揚(yáng)程。

影響循環(huán)漿液量的主要因素是吸收塔內(nèi)液氣比，液氣比（L／G，L／m3）是指與流經(jīng)吸收塔單位體積煙氣量相對應(yīng)的漿液噴淋量，它直接影響設(shè)備尺寸和操作費(fèi)用。目前廣泛使用的噴淋塔內(nèi)持液量很小，要保證較高的脫硫率，就必需有足夠大的液氣比。根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)，在pH＝7，液氣比為15L·m－3時(shí)，脫硫率已接近100%了，液氣比超過15．5L·m-3后，脫硫率的提高非常緩慢，通常單純噴霧型吸收塔，其液氣比不會大于25L·m－3，帶篩孔板的不大于 18．5L·m－3。 在實(shí)際工程中，提高液氣比將使?jié){液循環(huán)泵的流量增大，從而增加設(shè)備的投資、能耗和物耗。同時(shí)，高液氣比還會使吸收塔內(nèi)壓力損失增大，增加風(fēng)機(jī)能耗，因此應(yīng)尋找降低液氣比的途經(jīng)。在設(shè)計(jì)階段的主要優(yōu)化目標(biāo)是根據(jù)脫硫效率和環(huán)保排放要求確定合適的液氣比。以某廠300MW機(jī)組為例，根據(jù)環(huán)保要求，SO2出口排放濃度≤200mg·Nm－3， 入口 SO2濃度為 3760mg·Nm－3，因此，脫硫效率必須≥94．7%，類似工程獲得的經(jīng)驗(yàn)曲線如圖1，因此，當(dāng)脫硫效率為 94．7%時(shí)，對應(yīng)的液氣比約為 10L·m－3，考慮到實(shí)際工程的復(fù)雜性，通常液氣比給予20%的安全系數(shù)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)際確定的液氣比為12L·m－3。此外，對于循環(huán)泵揚(yáng)程的優(yōu)化，可以通過選用低壓高效噴嘴以降低循環(huán)泵的揚(yáng)程和選擇合適的塔型以降低噴淋層高度等措施來達(dá)到節(jié)能優(yōu)化的目的。

3 脫硫系統(tǒng)運(yùn)行階段節(jié)能優(yōu)化

運(yùn)行階段的優(yōu)化是項(xiàng)目節(jié)能降耗的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)，火力發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)是季節(jié)性和時(shí)段性負(fù)荷波動較大，因此，在運(yùn)行階段主要結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和運(yùn)行實(shí)際，合理選取運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行方式。

對于煙氣系統(tǒng)，運(yùn)行階段最有效的節(jié)能方式就是增壓風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，即增壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式隨鍋爐負(fù)荷和煙氣量變頻調(diào)節(jié)，當(dāng)鍋爐負(fù)荷大煙氣量大時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行;當(dāng)鍋爐負(fù)荷小和煙氣量小時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行。

圖2是某廠脫硫系統(tǒng)煙氣阻力降和負(fù)荷關(guān)系曲線，從圖中可以看出，當(dāng)煙氣負(fù)荷由50%增加到100%時(shí)，脫硫系統(tǒng)阻力降由1150Pa增加到1540Pa，增加了390Pa，約增加34%。根據(jù)公式N＝QHψ／3670η[3]，假定其它條件都不變，則增壓風(fēng)機(jī)的軸功率也相應(yīng)增加約34%。因此，在火力發(fā)電廠負(fù)荷峰谷變化的過程中，增壓風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)節(jié)對節(jié)能運(yùn)行是十分重要的。

圖2 煙氣壓降-負(fù)荷曲線

根據(jù)某廠300MW機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，增壓風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)后，與不采用變頻調(diào)節(jié)相比，增壓風(fēng)機(jī)的年運(yùn)行成本大約下降25%左右，因此，增壓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能效果是十分明顯的。此外，定期沖洗吸收塔除霧器和GGH（如有）等，防止由于結(jié)垢堵塞造成系統(tǒng)阻力降增加而增加增壓風(fēng)機(jī)負(fù)荷，也是在運(yùn)行階段必須采取的有效的節(jié)能降耗措施之一。

對于吸收塔系統(tǒng)，在運(yùn)行階段同樣要根據(jù)機(jī)組負(fù)荷等條件選擇合適的運(yùn)行參數(shù)，采取必要的措施，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。吸收塔系統(tǒng)的優(yōu)化措施主要應(yīng)從優(yōu)化循環(huán)泵的運(yùn)行著手，根據(jù)負(fù)荷情況調(diào)整循環(huán)泵的運(yùn)行。在運(yùn)行階段，由于通常是一臺循環(huán)泵對應(yīng)一層噴淋層，而噴淋層的噴頭的入口壓力是設(shè)計(jì)階段選定好的，在運(yùn)行階段不能更改，因此，循環(huán)泵的節(jié)能優(yōu)化不適宜采用變頻裝置，否則影響噴淋層的噴淋效果，造成脫硫效率無法保證。通常，一套吸收塔系統(tǒng)包括3～4臺循環(huán)泵，因此，吸收塔系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化可以通過按負(fù)荷和含硫量來調(diào)整循環(huán)泵的運(yùn)行臺數(shù)和采用組合運(yùn)行方式來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)負(fù)荷小、含硫量低時(shí)，在保證脫硫效率和出口排放濃度的前提下可以停運(yùn)1臺或數(shù)臺循環(huán)泵，或者根據(jù)需要組合運(yùn)行對應(yīng)不同噴淋層的循環(huán)泵。

控制較低的漿液密度值也有利于降低漿液循環(huán)泵的能耗。圖3是某廠的循環(huán)泵電流和漿液密度的測試結(jié)果，由此可以看出，相同條件下，隨著吸收塔密度的升高，循環(huán)泵的運(yùn)行電流也升高。按設(shè)計(jì)要求，通常吸收塔密度應(yīng)維持在1080~1120mg·m-3，因此，將吸收塔密度控制在相對低的水平上，既可以滿足石膏脫水的要求，同時(shí)也降低了漿液循環(huán)泵的電耗。

圖3 漿液密度和循環(huán)泵電流關(guān)系

此外，通過在傳統(tǒng)吸收劑CaC O3漿液中加入鎂鹽、鈉堿、己二酸等，可以克服CaC O3活性較弱的缺點(diǎn)，在不影響脫硫效率的情況下可以適當(dāng)降低液氣比，從而減少循環(huán)泵的運(yùn)行數(shù)量，達(dá)到循環(huán)泵節(jié)能優(yōu)化的目的。但這種方法必須根據(jù)具體情況，在充分論證和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上謹(jǐn)慎采納，因?yàn)檫@些藥劑的加入雖然可以降低液氣比，但同時(shí)對系統(tǒng)也有一定的副作用。

4 總結(jié)

（1）濕法脫硫節(jié)能的重點(diǎn)是降低高壓負(fù)荷能耗。

（2）在設(shè)計(jì)階段，增壓風(fēng)機(jī)的節(jié)能降耗主要是通過合理優(yōu)化煙氣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，對于新建電廠，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮對增壓風(fēng)機(jī)采用變頻控制，對于已建成脫硫裝置應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮增加變頻調(diào)節(jié)。循環(huán)泵的節(jié)能降耗主要是通過優(yōu)化液氣比、選擇合適的吸收塔塔型及采用低壓高效噴嘴等方法來實(shí)現(xiàn)。

（3）在運(yùn)行階段，增壓風(fēng)機(jī)的節(jié)能降耗主要是通過采用變頻調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn);循環(huán)泵的節(jié)能降耗主要是通過控制漿液密度、采用不同組合運(yùn)行方式等手段來實(shí)現(xiàn)。

Energy-efficient Investigation of Flue Gas Desulfurization by Limestone-gypsum Method

LEIDa
（NanjingLongyuan EnvironmentCo．，Ltd．，Nanjing210012，China）

X 773

B

1671-9905（2011）09-0060-03

雷達(dá)（1964-），男，湖北武漢人，本科，工程師，研究方向:環(huán)保（脫硫脫硝）

2011-06-10