探討火電廠脫硫系統(tǒng)優(yōu)化運行的策略改進

李玉蘭

【摘 要】本文結(jié)合筆者多年的從業(yè)經(jīng)驗，闡述了火電廠脫硫效率存在的問題，采取加裝煙氣余熱回收裝置，改造脫硫系統(tǒng)，優(yōu)化運行方式，以提高經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞】濕法煙氣脫硫；煙氣余熱回收裝置；脫硫率；經(jīng)濟效益

0.引言

近年來我們國家火力發(fā)電廠運營的煙氣脫硫設(shè)備估計在火電裝機容量上具有65%以上的比例，其中的石灰石—石膏濕法煙氣脫硫使用的最多，其原因是它脫硫反應(yīng)很快，脫硫效果很好，并且使脫硫添加劑發(fā)揮了其最高用途。在這里我將通過石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的設(shè)計原理對它的缺點進行改進完善，進行優(yōu)化運行使煙氣脫硫系統(tǒng)的脫硫率逐漸增大。

1.排煙熱損失

鍋爐熱損失之中最主要的便是排煙熱損失，占5%～12%的比例，排煙的溫度逐漸升高，排煙熱的損失就會逐漸增大?，F(xiàn)在，電廠里鍋爐排煙的溫度一般在110～160℃范圍之內(nèi)。就較多的脫硫系統(tǒng)來說，通過在吸收塔里面噴灑許多的工廠用水使溫度能夠降低，最后適宜的溫度需達到45～50℃，符合條件之后利用煙囪排放到外面，被排出的這些熱量對整個脫硫系統(tǒng)來說是沒有什么用途的，實屬浪費。就這種情形，因此應(yīng)該改進脫硫系統(tǒng)的工作原理，給吸收塔進煙的地方前面安裝一個煙氣多余熱量的回收設(shè)備，回收需排出來的煙氣的多余熱量，使機器的熱效率能夠增大，減小煤的耗費。

2.煙氣多余熱量回收設(shè)備的工作原理及指標設(shè)計

2.1工作原理

煙氣多余熱量回收設(shè)備實際是一個煙水換熱器，就如低溫省煤器一樣，它可以把低溫煙氣的熱量進行回收，使排煙的溫度逐漸變小，從而減小浪費，節(jié)約資源。在增壓風機出口的地方與吸收塔入口的地方安裝煙氣多余熱量回收設(shè)備，從而可以將鍋爐里排煙熱量的消耗降低。優(yōu)化后的系統(tǒng)圖如圖 1 所示。工作過程是：煙氣由鍋爐里面出來，然后經(jīng)過空氣預(yù)熱器、電除塵器以及引風機等設(shè)備，最后打開脫硫入口擋板門進入脫硫范圍里面，通過增壓風機的升壓進到煙水換熱器里面完成工作。

從2號低壓加熱器的進口引出部分或者全部冷凝水在煙水換熱器內(nèi)吸收排煙熱量，降低了排煙溫度，而自身卻被加熱，升高溫度后再返回到低壓加熱器系統(tǒng)，在2號低壓加熱器的出口與剩下的凝結(jié)水匯集后進入3號低壓加熱器。由于其系統(tǒng)并聯(lián)在加熱器回路之中，將代替部分低壓加熱器的作用。也就是說，煙氣放出的這部分熱量被煙水換熱器利用到了回熱系統(tǒng)中，將排擠部分汽輪機的回熱抽氣，從而減少了回熱系統(tǒng)對低壓缸的抽氣，該排擠的抽汽將從抽氣口返回到汽輪機繼續(xù)進行做功，因此在機組運行的條件不變、汽輪機進氣量不變的情況下，將會有更多的蒸汽進入到低壓缸中進行做功，從而節(jié)約更多的煤，進而提高裝置的經(jīng)濟性。

2.2石灰石—石膏脫硫系統(tǒng)及性能設(shè)計指標

大唐保定熱電廠2×200MW機組，采用濕式石灰石—石膏法煙氣脫硫技術(shù)，一爐一塔配置，單個吸收塔的煙氣處理能力為一臺鍋爐 BMCR工況時100%的煙氣量（設(shè)計煤種0.8%的含硫），脫硫率96.6%。

2.2.1脫硫主要系統(tǒng)簡介

該廠脫硫系統(tǒng)包括七個子系統(tǒng)，其中煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)為單爐設(shè)置，吸收劑供應(yīng)與制備系統(tǒng)、FGD供水及排放系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、FGD廢水處理系統(tǒng)及壓縮空氣系統(tǒng)等為四套脫硫裝置公用系統(tǒng)。

（1）煙氣系統(tǒng)。

煙氣系統(tǒng)主要包括增壓風機、GGH、煙道、擋板門等。當正常工作時，從鍋爐引風機后的煙道上引出的兩路煙氣，匯合成一路經(jīng)過脫硫系統(tǒng)進口擋板門及增壓風機后進入GGH的原煙氣側(cè)降溫，再進入吸收塔內(nèi)，煙氣在塔內(nèi)自下而上運動，凈化后的煙氣經(jīng)吸收塔頂部的兩級除霧器除去霧滴后，離開吸收塔，回到GGH的凈煙氣側(cè)，升溫至高于 80℃后排入大氣。

（2）吸收塔系統(tǒng)。

吸收系統(tǒng)的主要設(shè)備有吸收塔、攪拌器、吸收塔漿液循環(huán)泵、氧化空氣風機、石膏漿液排出泵、事故漿液箱、事故漿液箱返回泵等。石灰石漿液通過循環(huán)泵從吸收塔下部漿池送至塔上部的噴淋系統(tǒng)，與煙氣接觸發(fā)生化學反應(yīng)吸收煙氣中的SO2。在吸收塔漿池中利用氧化空氣將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，底部漿池的PH值在5～6范圍。石膏漿液排出泵將石膏漿液從吸收塔送到石膏脫水系統(tǒng)。

2.2.2性能設(shè)計指標

大唐保定熱電廠2×200MW機組煙氣脫硫（FGD）裝置設(shè)計煤質(zhì)含硫量為0.8%，設(shè)計性能保證值如表1。

2.3系統(tǒng)設(shè)備存在問題分析及改善措施

通過機組運行現(xiàn)狀分析，脫硫系統(tǒng)主要存在的設(shè)備問題及完善措施如下：

（1）煙氣系統(tǒng)粉塵濃度過高，建議對電除塵器進行改造。

（2）增壓風機設(shè)計裕量不足，F(xiàn)GD系統(tǒng)處理煙氣量不足，建議對風機進行加葉片改造。

（3）GGH堵塞、結(jié)垢對FGD投運率的影響突出，建議通過GGH 部件改造加大流通空間。

（4）吸收塔余量不足，建議增加一層噴淋層以應(yīng)對煤種的變化及保證高脫硫效率。

（5）除霧器為平板式除霧器，易堵塞、效率低、沖洗水過大，建議改造采用屋脊式除霧器。

2.4吸收塔參數(shù)優(yōu)化試驗

選擇合適的PH值、吸收塔密度及吸收塔液位是在系統(tǒng)性能和經(jīng)濟性之間尋找最優(yōu)點的關(guān)鍵。

本文在吸收塔密度不變的情況下，對不同的脫硫系統(tǒng)負荷和不同的煤質(zhì)（含硫率）時PH值與脫硫效率、石膏品質(zhì)的關(guān)系進行了試驗分析，提出確保脫硫效率及石膏品質(zhì)均達到需求狀況下的吸收塔PH建議值。燃煤含硫量0.8%時，最佳PH值試驗研究試驗內(nèi)容包括：

（1）系統(tǒng)負荷210MW，吸收塔密度1090kg/m3，不同PH值連續(xù)運行12小時。

（2）系統(tǒng)負荷270MW，吸收塔密度1090kg/m3，不同PH值連續(xù)運行12小時。

（3）系統(tǒng)負荷300MW，吸收塔密度1100kg/m3，不同PH值連續(xù)運行12小時。

對以上試驗分別記錄12小時效率平均值，石膏品質(zhì)分析結(jié)果，根據(jù)不同負荷狀況下的試驗數(shù)據(jù)，分析得出在燃煤含硫量為0.8%的情況下，保持脫硫效率達到92%時，PH值和負荷的關(guān)系曲線（圖2）。

3.對操作的重要地方進行討論

3.1探索煙水換熱器傳熱管的低溫腐蝕

因為煙水換熱器進水的溫度和出水的溫度均很低，從而能夠知道它長時間工作在酸腐蝕的環(huán)境中，這種環(huán)境是由于煙氣里面包含著酸性的硫氧化物，大多狀況中換熱管壁的溫度比煙氣的溫度要低些許，酸蒸汽將全部集中在一起停留在換熱器傳熱管上面，然后將其腐蝕。因此，要想使煙水換熱器的使用時間加長，因此應(yīng)該選取承受腐蝕強的原料，制造出抗低溫腐蝕的煙水換熱器。

（1）選取H形高頻焊翅片換熱管，按照有關(guān)的熱力計算知道這種材質(zhì)的換熱管當作傳熱器件，和光管進行比較，其金屬壁的溫度更高，使低溫腐蝕程度減弱。

（2）使煙水換熱器的進水的溫度維持在一定范圍內(nèi)，操作的時候時刻關(guān)注其溫度大小。利用低壓加熱器出口的調(diào)節(jié)閥對進入的水的溫度進行控制，從而使管的溫度處于水露點與酸露點間腐蝕較弱的安全范圍內(nèi)。

3.2探討增壓風機的裕量

因為安裝了煙氣多余熱量的回收設(shè)備，導致煙道的阻力變得較大。要確保增壓風機的壓頭可以在鍋爐正常情況下工作，應(yīng)該進行好準備工作：第一應(yīng)該計算風煙系統(tǒng)的阻力大小，計算出結(jié)果以后，查閱增壓風機的性能曲線，最后進行改進完善。要是風煙系統(tǒng)的阻力太大，增壓風機還達不到要求，則應(yīng)該多安裝幾臺增壓風機去減小阻力；要是風煙系統(tǒng)的阻力較小，增壓風機符合要求，則應(yīng)該檢查有沒有影響電機的容量。

3.3加強技術(shù)培訓、促進節(jié)能降耗

目前，煙氣脫硫?qū)τ谌珖蠖鄶?shù)地區(qū)來說還是一個新興的專業(yè)。由于檢修人員和部分運行人員沒有接受過脫硫?qū)I(yè)技術(shù)培訓，以及脫硫?qū)I(yè)技術(shù)指導資料匱乏等因素的影響，致使脫硫設(shè)備經(jīng)常發(fā)生故障，脫硫系統(tǒng)不能在最佳狀態(tài)下運行，造成了生產(chǎn)資源的浪費及環(huán)境的污染。因此，應(yīng)不斷加強對脫硫?qū)I(yè)人員的技術(shù)培訓，加強不同地區(qū)的運行、檢修及管理人員的學習、交流。不斷提高上述人員的專業(yè)技術(shù)水平，保證脫硫系統(tǒng)的高效、經(jīng)濟運行，從而達到節(jié)能、環(huán)保的目的。

4.探討煙氣多余熱量回收應(yīng)用的好處

（1）減少煤量使用：因為回熱系統(tǒng)對低壓缸的抽氣變少了，被排出的抽氣可以由抽氣口進入汽輪機繼續(xù)工作，因此汽輪機進氣量沒有改變，但是卻有許多的蒸汽在低壓缸里面工作，減少了煤的使用。

（2）減少工業(yè)用水：因為煙水換熱器在到達脫硫吸收塔之前便把煙氣溫度由125℃降低在80～90℃，吸收塔出口的煙氣溫度控制在50℃，如此便減少了工業(yè)用水，從而減少污水的排放，降低了水處理等的花銷。

5.探討限制脫硫效果的原因

前面從煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計方面對機組設(shè)備進行了改造，已解決了其高消耗的問題，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益。然而，在實際運行中，由于一些電廠實際操作的原因，往往出現(xiàn)脫硫效率不能滿足設(shè)計要求的情況。因此，對于影響脫硫效率的原因進行分析具有重要的意義。

5.1石灰石特性的影響

將石灰石當作反應(yīng)吸收劑，它的質(zhì)量與反應(yīng)整個過程的進行有關(guān)。第一，石灰石里面含有的CaO的消耗與吸收塔漿液里面Ca2+濃度有關(guān)系。如果石灰石里面的CaO含量較少，漿液Ca2+濃度也將減小，Ca2+和SO2-4發(fā)生反應(yīng)，形成的石膏也將減少，石膏結(jié)晶的速度減小，限制了整個過程的進行，減少了SO2向液態(tài)的散發(fā)，影響脫硫效果（通常規(guī)定石灰石中CaO的含量在51.5%～54.88%之間）。第二，影響脫硫效果的另一個原因是石灰石粒徑的大小。石灰石的粒徑小，其表面積則很大，則能夠加大其反應(yīng)活性，使溶解速度變大，漿液中Ca2+將變多，脫硫效果明顯變好（通常石灰石漿液里面的石灰石顆粒粒徑在40～60μm范圍內(nèi)）。

5.2煙塵的影響

煙氣中一般會有粉塵溶于吸收塔漿液中，雖然溶出的金屬離子對SO2的氧化會有一定的促進作用，但是原煙氣中的飛灰會在一定程度上阻礙SO2和脫硫劑的接觸，降低石灰石中Ca2+的溶解速率，飛灰中不斷溶解的重金屬如Hg、Mg、Zn等離子會對Ca2+與HSO2-3的反應(yīng)進行抑制。所以，一般要控制原煙氣中粉塵的含量，F(xiàn)GD入口粉塵含量要小于200mg/m3。

5.3吸收塔漿液PH值的影響

吸收塔漿液PH值是脫硫工藝中一個非常重要的運行參數(shù)。漿液PH值升高，降低了液相的傳質(zhì)阻力，將有助于SO2的吸收，低PH值有利于石灰石的溶解和CaSO3·1/2H2O的氧化，有助于Ca2+的析出，二者是相互對立的。而在一定范圍內(nèi)，高的PH值意味著漿液中有較多的CaCO3存在，脫硫效率呈上升趨勢。當PH>5.8后，脫硫效率不再上升，反而降低，原因是隨著H+濃度降低，Ca2+的析出會越來越難，因此石灰石漿液的PH值既不能太高也不能太低。在通常情況下，吸收塔漿液的PH值應(yīng)控制在5.2～5.8之間，將會獲得理想的脫硫效率。

5.4液氣比的影響

液氣比是指脫硫系統(tǒng)單位體積煙氣量所需的堿性漿液量之比，即單位時間內(nèi)吸收劑漿液噴淋量與標準狀態(tài)濕煙氣流量之比。液氣比是脫硫工藝中另一個重要的運行參數(shù)，因為在吸收塔中，SO2吸收的多少取決于循環(huán)漿液量的大小。在其他條件都恒定的情況下，提高液氣比，意味著氣液接觸幾率將提高，相當于增大了塔內(nèi)漿液噴淋密度，從而增大了氣液傳質(zhì)的表面積。但并意味著液氣比越高越好，因為SO2與吸收液的反應(yīng)中，存在著一個氣液平衡，當液氣比超過一定值后，脫硫效率將不再增加。而在實際運行中，高液氣比將會使循環(huán)漿液泵的流量增大或運行臺數(shù)增加，不利于脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。所以，電廠應(yīng)根據(jù)自身的實際情況，確定出一個既要滿足脫硫效率又會使能耗低的液氣比。對于一個300MW機組的電廠來說，通常選用液氣比值為16～18之間。

5.5煙氣流速的影響

在其他參數(shù)都恒定的情況下，提高煙氣流速可以增強氣液兩相的湍動，減薄煙氣與漿液之間的膜厚度，增強氣液傳質(zhì)。此外，提高煙氣流速將會使噴淋液滴的下降速度相對的降低，使單位體積內(nèi)的持液量增加，增加了吸收段傳質(zhì)面積，從而增大傳質(zhì)單元數(shù)，提高了脫硫率。但也有一個問題，高的煙氣流速也會減少漿液和煙氣的接觸時間。所以，一個合適的煙氣流速的選擇變得更加的重要，一般應(yīng)控制在3～5m/s。

5.6噴嘴霧化性能的影響

噴嘴壓力一定（ 霧化角不變） 時，脫硫效果較好，而且隨著進口 SO2濃度的波動，其變化很小，具有很好的穩(wěn)定性能。當噴嘴壓力增大時，其脫硫效率也會隨之提高，但增加到一定值時，再提高噴嘴壓力，脫硫效率將會下降。主要原因是壓力越大，噴淋液的霧化程度越高，從而造成煙氣中 SO2還沒來得及和石灰石漿液反應(yīng)液滴就被吹走。所以，選擇一個合適的噴嘴壓力將會對脫硫效率產(chǎn)生重要影響。

6.脫硫系統(tǒng)優(yōu)化運行效果

通過以上分析，筆者在大唐保定熱電廠2×200MW機組煙氣脫硫系統(tǒng)改造工程中，通過采用石灰石-石膏濕法工藝，煙氣處理量約900000m3/h，SO2濃度5850mg/m3減至200mg/m3，脫硫率96.6%，SO2年減排3.萬噸。各項性能指標完全滿足達標，高效穩(wěn)定運行良好。

7.結(jié)語

為響應(yīng)黨中央、國務(wù)院提出的加快建設(shè)節(jié)約型社會的號召，貫徹落實全國節(jié)能工作會議精神，各發(fā)電企業(yè)都意識到了建設(shè)節(jié)約型企業(yè)的重要性，建立了建設(shè)節(jié)約環(huán)保型企業(yè)的舉措和目標。為促進各火力發(fā)電廠節(jié)能降耗、節(jié)能增效工作取得更大的進展，優(yōu)化脫硫系統(tǒng)運行方法，保證脫硫系統(tǒng)環(huán)保、穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟地運行已成為各火力發(fā)電廠開展節(jié)能降耗工作的重點項目之一。脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化運行也為各火力發(fā)電廠拓寬了節(jié)能降耗的方法和空間，對全社會開展資源節(jié)約活動也有一定的借鑒意義。 [科]

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