600MW發(fā)電機(jī)組濕法煙氣脫硫裝置運(yùn)行優(yōu)化研究

湯聯(lián)生

(福建華電漳平火電有限公司,福建漳平 364400)

600MW發(fā)電機(jī)組濕法煙氣脫硫裝置運(yùn)行優(yōu)化研究

湯聯(lián)生

(福建華電漳平火電有限公司,福建漳平 364400)

本文對(duì)600MW發(fā)電機(jī)組的濕法煙氣脫硫裝置(FGD)的運(yùn)行參數(shù)如吸收塔漿液密度、液位和pH值等進(jìn)行試驗(yàn),得出這些參數(shù)與FGD裝置耗電量的關(guān)系,并根據(jù)結(jié)果優(yōu)化各運(yùn)行參數(shù),在保證脫硫效率的前提下,通過調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)或采用其它措施,使得FGD裝置的電耗降低。

600MW FGD 運(yùn)行 優(yōu)化 電耗

1 引言

在火電廠濕法煙氣脫硫行業(yè)中,普遍存在著脫硫系統(tǒng)的電耗過高的問題。其中,吸收塔漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)和石膏脫水系統(tǒng)的電耗之和占脫硫系統(tǒng)總電耗的50%以上。如果能在保證脫硫效率的前提下,通過調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)或采用其它措施,使得循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)或石膏脫水系統(tǒng)的電耗降低,那將給電廠帶來巨大的節(jié)能效益,間接地降低發(fā)電成本。

圖1 兩臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行組合曲線

圖2 三臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行組合曲線

圖3 電耗與pH值的關(guān)系曲線

圖4 漿液CaCO3及CaSO3含量與pH值的關(guān)系曲線

圖5 吸收系統(tǒng)主要設(shè)備電耗與吸收塔漿池液位的關(guān)系曲線

圖6 吸收系統(tǒng)電耗與漿液密度的關(guān)系曲線

圖7 石膏脫水系統(tǒng)電耗和吸收系統(tǒng)電耗與漿液密度的關(guān)系曲線

本文將對(duì)某火電廠600MW機(jī)組FGD裝置進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn),主要做以下一些試驗(yàn)內(nèi)容:

(1)在不同鍋爐負(fù)荷和保證脫硫效率的條件下,通過運(yùn)行不同循環(huán)泵組合找出電耗最低的循環(huán)泵運(yùn)行組合。但在實(shí)際運(yùn)行中鍋爐的負(fù)荷并不能隨意改變,所以可以采用等效方法,即在鍋爐負(fù)荷不變的情況下,運(yùn)行不同的循環(huán)泵(噴淋層)組合,記錄各種運(yùn)行數(shù)據(jù),找出脫硫效率最高的循環(huán)泵運(yùn)行組合。(2)保持吸收塔液位,密度在正常值范圍之內(nèi),運(yùn)行最優(yōu)的循環(huán)泵的組合,在滿足脫硫效率的條件測(cè)試在不同PH值下的電耗、吸收塔漿液成分、品質(zhì)等指標(biāo),考察系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。(3)在保證脫硫效率的情況下,保持吸收塔最佳PH值,密度在正常值范圍,調(diào)整吸收塔液位,測(cè)試不同吸收塔液位下的電耗,石膏品質(zhì),耗量指標(biāo)等,找出在不同煤種和負(fù)荷最佳吸收塔運(yùn)行液位。(4)在保證脫硫效率的情況下,在保持吸收塔最佳PH值,最佳液位,測(cè)試不同吸收塔漿液密度下的電耗,石膏品質(zhì),耗量指標(biāo)等,考察在不同煤種和負(fù)荷情況下系統(tǒng)脫硫電耗及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)變化趨勢(shì)。

通過以上試驗(yàn),得到吸收塔漿液密度、液位和pH值等運(yùn)行參數(shù)與FGD耗電量的關(guān)系,然后再對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化,獲得使該FGD裝置耗電量最小的最優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)值,為電廠帶來節(jié)能降耗的效益。

2 工程概況

FGD裝置采用濕法石灰石-石膏脫硫工藝,為一爐一塔制,吸收塔系統(tǒng)是利用石灰石漿液在吸收塔內(nèi)脫去煙氣中的SO2,同時(shí)對(duì)其進(jìn)行氧化生成石膏。在反應(yīng)池中脫硫生成的石膏經(jīng)排漿泵送至脫水系統(tǒng),石膏脫水系統(tǒng)為六臺(tái)吸收塔的公用系統(tǒng)。石膏排漿泵排出的石膏漿液先進(jìn)入石膏漿液緩沖罐,再由石膏緩沖泵通過旋流器后輸送到脫水裝置－真空皮帶脫水機(jī),經(jīng)真空皮帶脫水機(jī)脫水后可獲得含自由水≯10%的脫硫石膏。脫硫石膏經(jīng)石膏輸送帶進(jìn)入石膏儲(chǔ)存?zhèn)}。通常,旋流器溢流稀漿流入回流水箱,也可以返回吸收塔。為了盡量減少煙氣中所夾帶的液滴,引導(dǎo)煙氣通過2級(jí)除霧器,一級(jí)除霧器除去煙氣中較粗的液滴,二級(jí)除霧器除去煙氣中較細(xì)的液滴。為了清潔除霧器,除霧器安裝了沖洗系統(tǒng),除霧器的沖洗系統(tǒng)安裝在一級(jí)除霧器的前部和后部及第二級(jí)除霧器的前部和后部,間斷沖洗除霧器的表面,防止形成沉積物。

3 試驗(yàn)內(nèi)容

3.1 吸收塔循環(huán)泵組合優(yōu)化試驗(yàn)

在吸收塔中,石灰石漿液從噴淋層噴淋而下,與逆流而上的原煙氣接觸,從中脫除煙氣中的SO2等酸性氣體。因此,在吸收塔內(nèi),脫硫效率與漿液和原煙氣接觸時(shí)間及煙氣在塔內(nèi)氣流分布的均勻性有關(guān)。本次試驗(yàn)的吸收塔每塔設(shè)有四層噴淋層,從下到上依次為噴淋層A、B、C、D。當(dāng)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),吸收塔四層噴淋層(循環(huán)泵)都運(yùn)行；當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),吸收塔噴淋層可關(guān)閉1～2層,同時(shí)可降低電耗又保證脫硫效率。

本項(xiàng)試驗(yàn)初衷是在不同入口SO2負(fù)荷和保證脫硫效率的條件下,通過運(yùn)行不同循環(huán)泵組合找出電耗最低的循環(huán)泵運(yùn)行組合。入口SO2負(fù)荷為鍋爐負(fù)荷和入口SO2濃度的函數(shù),由于某電廠實(shí)際運(yùn)行中鍋爐的負(fù)荷基本維持滿負(fù)荷且負(fù)荷并不能隨意改變,而SO2負(fù)荷則有明顯波動(dòng),所以本項(xiàng)試驗(yàn)中對(duì)循環(huán)泵組合優(yōu)化主要通過入口SO2濃度的變化來確定,即在鍋爐負(fù)荷不變時(shí),在不同SO2濃度情況下,運(yùn)行不同的循環(huán)泵(噴淋層)組合,觀察脫硫效率結(jié)果,最終脫硫效率最高的組合即為最優(yōu)循環(huán)泵運(yùn)行組合,以指導(dǎo)在SO2濃度降低時(shí)可關(guān)閉的循環(huán)泵,同時(shí)等效角度出發(fā)也可以對(duì)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)循環(huán)泵的投入進(jìn)行指導(dǎo),以降低系統(tǒng)電耗。

3.2 漿液pH值調(diào)整試驗(yàn)

石灰石漿液呈弱堿性,能吸收原煙氣中的SO2等酸性氣體。因此,循環(huán)漿液的pH值越高其吸收效果就越好。但另一方面,石灰石漿液與SO2反應(yīng)生成的亞硫酸鈣,微溶于水,且需在酸性條件下轉(zhuǎn)變成可溶性亞硫酸氫根才易于氧化最終生成石膏,氧化反應(yīng)的環(huán)境要求pH值較低,一般為4．5～6。由此必然存在最為合理的漿液pH值,使得吸收和氧化反應(yīng)綜合效果最佳。

本項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)康脑谟谡{(diào)整循環(huán)漿液的pH值,以找到最佳的pH值,使得石灰石漿液吸收效果和氧化效果組合最優(yōu),獲得合格的脫硫石膏。本項(xiàng)試驗(yàn)保持吸收塔液位,密度在正常值范圍之內(nèi),通過調(diào)整pH值和循環(huán)泵的組合方式,在滿足脫硫效率的條件測(cè)試各循環(huán)泵組合在不同pH值下的系統(tǒng)電耗、石灰石耗量、吸收塔漿液成分、品質(zhì)等指標(biāo),考察系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),確定各循環(huán)泵組合下的最佳pH值區(qū)間。

3.3 吸收塔液位調(diào)整試驗(yàn)

吸收塔的反應(yīng)漿池液位會(huì)直接影響氧化風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵的出口揚(yáng)程要求,進(jìn)而影響電耗。氧化風(fēng)機(jī)向反應(yīng)漿池中鼓入空氣氧化亞硫酸鈣,反應(yīng)池液位越高,氧化風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程越高,功耗也隨之增大；但另一方面,液位上升會(huì)使循環(huán)系統(tǒng)的壓損變小,減少循環(huán)泵的電耗。因此,本項(xiàng)試驗(yàn)在保持吸收塔最佳pH值和正常密度范圍時(shí),調(diào)整吸收塔液位,測(cè)試不同吸收塔液位下的循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)總電耗指標(biāo),找出在最佳的吸收塔運(yùn)行液位區(qū)間。

3.4 吸收塔漿液密度調(diào)整試驗(yàn)

吸收塔反應(yīng)漿液的密度影響著循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)及石膏脫水系統(tǒng)的運(yùn)行。漿液密度越大,循環(huán)泵與氧化風(fēng)機(jī)的電耗就越大；而漿液密度越大,石膏固體在反應(yīng)池中的停留時(shí)間越長,石膏脫水系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間相對(duì)變短,進(jìn)而可降低石膏脫水系統(tǒng)的電耗。石膏脫水系統(tǒng)的運(yùn)行電耗的大小還與吸收塔入口SO2濃度相關(guān),一般來說,入口SO2濃度變大,石膏脫水系統(tǒng)的運(yùn)行電耗相對(duì)增大。

本項(xiàng)試驗(yàn)進(jìn)行了2種測(cè)試:(1)吸收系統(tǒng)電耗。在保持吸收塔最佳pH值和最佳液位下,測(cè)試不同吸收塔漿液密度下的循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)電耗指標(biāo),考察在最佳循環(huán)泵組合情況下吸收系統(tǒng)電耗隨漿液密度的變化趨勢(shì)；(2)吸收+脫水系統(tǒng)電耗。在保持吸收塔最佳pH值和最佳液位下,測(cè)試不同吸收塔漿液密度下的循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)和脫水系統(tǒng)電耗指標(biāo),考察在最佳循環(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(shì)。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 循環(huán)泵組合

本項(xiàng)試驗(yàn)在選取常見的FGD入口SO2濃度的情況下,運(yùn)行不同的循環(huán)泵(噴淋層)組合,保持吸收系統(tǒng)煙氣負(fù)荷、pH值、密度等條件不變,觀察不同循環(huán)泵組合運(yùn)行在不同入口SO2濃度下的脫硫效率。試驗(yàn)結(jié)果:經(jīng)過長時(shí)間的試驗(yàn)得到如下曲線。

由圖1可以看出,在試驗(yàn)的入口SO2濃度區(qū)間內(nèi),兩臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的脫硫效率情況為:

ηA/D＞ηB/D＞ηC/D＞ηB/C＞ηA/B

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

分析可知,在吸收系統(tǒng)煙氣負(fù)荷、pH值、密度等條件不變及同樣循環(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。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,氣液接觸時(shí)間越長,脫硫效果越理想。由此可以推出最低噴淋層+較高(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。

4.2 pH值優(yōu)化試驗(yàn)

本試驗(yàn)主要考察吸收系統(tǒng)循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行電耗、漿液品質(zhì)與pH值之間的關(guān)系。試驗(yàn)期間煙氣含硫變化不大(1100mg/Nm3～2200mg/Nm3),且煙氣量在負(fù)荷75%-100%時(shí)變化不大(含氧量變化大),吸收塔液位變化較大,試驗(yàn)期間采用A/D或A/B/D循環(huán)泵和A氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行。電耗與pH值的關(guān)系曲線見圖3。

由圖3可看出,吸收塔漿液的pH值對(duì)循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)的電耗總值有所影響,但從整個(gè)pH區(qū)間綜合分析,該種影響并沒有明顯的增加或下降趨勢(shì),在試驗(yàn)條件下可認(rèn)為漿液pH值對(duì)循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)的電耗總值基本無影響。

由圖4可以看出,隨著pH的上升,CaCO3和CaSO3的含量均呈上升趨勢(shì)。其中在pH值5．0-6．2期間,漿液中CaCO3含量由0．12%增加至1．44%,增長12倍；而CaSO3含量則由2．02%增加至7．57%,增長約3．75倍。

通過分析,設(shè)備電耗主要由流量和揚(yáng)程決定,pH值理論上基本無影響,測(cè)試的電耗高低變化無規(guī)律性,根據(jù)模擬的趨勢(shì)線可以更明顯看出整體電耗呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢(shì),無明顯變化。漿液pH值對(duì)脫硫效率和漿液品質(zhì)有比較明顯的影響,pH的增加不利于CaCO3的溶解和CaSO3的氧化,因此整體上2者均應(yīng)呈現(xiàn)增加趨勢(shì),這一點(diǎn)通過圖4可以明顯看出。隨著pH的增加,CaCO3含量穩(wěn)步增加,但在pH大于5．6時(shí)CaSO3含量明顯增加,會(huì)影響脫水石膏品質(zhì)。

由此可得出,漿液pH值基本不影響系統(tǒng)的電耗,但會(huì)影響漿液品質(zhì)。日常運(yùn)行中,在滿足脫硫效率情況下,推薦漿液的pH值為5．4-5．6。

4.3 吸收塔液位調(diào)整試驗(yàn)

試驗(yàn)中吸收塔液位由10m增加至12．1m,測(cè)試吸收系統(tǒng)的主要電耗。試驗(yàn)期間機(jī)組負(fù)荷有一定波動(dòng),但對(duì)于循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)等吸收系統(tǒng)主要耗電設(shè)備基本無影響。試驗(yàn)時(shí)根據(jù)SO2負(fù)荷,開啟A/D循環(huán)泵和A氧化風(fēng)機(jī),電耗計(jì)A、D循環(huán)泵及A氧化風(fēng)機(jī)。圖5為吸收系統(tǒng)主要設(shè)備電耗與液位的關(guān)系曲線。

從圖5可看出,隨著吸收塔漿池液位的升高,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(shì)。經(jīng)分析,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。而液位上升對(duì)循環(huán)泵而言則會(huì)降低揚(yáng)程,循環(huán)泵電耗會(huì)隨之降低。

4.4 吸收塔密度調(diào)整試驗(yàn)

試驗(yàn)期間機(jī)組負(fù)荷有一定波動(dòng),吸收塔噴淋層AD運(yùn)行,氧化風(fēng)機(jī)A運(yùn)行。本項(xiàng)試驗(yàn)主要調(diào)節(jié)吸收塔漿液密度,觀察吸收系統(tǒng)的電耗。電耗僅計(jì)AD循環(huán)泵及A氧化風(fēng)機(jī)。試驗(yàn)結(jié)果圖6。

由圖5和圖6分析可知,隨著吸收塔反應(yīng)漿液密度的變大,循環(huán)泵與氧化風(fēng)機(jī)的電耗也隨著增大。從圖6可看出在漿液密度較低時(shí),電耗對(duì)密度的變化較敏感,即當(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；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。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,建議運(yùn)行中吸收塔密度維持在1095kg/m3以下。

4.5 石膏脫水系統(tǒng)密度變化調(diào)整試驗(yàn)

本項(xiàng)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,觀察石膏脫水系統(tǒng)的電耗變化。試驗(yàn)期間由于石膏漿液的品質(zhì)而維持真空皮帶脫水機(jī)出力相同,考察漿液密度對(duì)電耗的影響。

由圖7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變大而減少,吸收系統(tǒng)電耗將隨著漿液密度的變大而逐漸增加,總電耗的趨勢(shì)是隨著密度增大而增加并逐漸趨于平衡。由圖7分析可知,在漿液的密度較低時(shí),石膏脫水系統(tǒng)的電耗對(duì)密度的變化較敏感；在漿液的密度較高時(shí),石膏脫水系統(tǒng)的電耗對(duì)密度的變化較遲鈍。試驗(yàn)條件下,漿液密度越大,同等工況下吸收塔排出泵和脫水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間變短,脫水系統(tǒng)電耗下降,但密度增大后循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)的電耗隨之增大,此消彼漲的結(jié)果是總電耗會(huì)逐漸增加并趨于平緩?？紤]到過低的漿液密度會(huì)使脫硫效率下降,因此建議運(yùn)行中密度應(yīng)控制在1080～1100mg/Nm3以內(nèi)。

5 結(jié)論與建議

(1)在FGD相同的入口SO2濃度下,吸收塔兩臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)的脫硫效率ηA/D＞ηB/D＞ηC/D＞ηB/C＞ηA/B；三臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí),脫硫效率ηA/C/D＞ηA/B/D＞ηB/C/D。(2)漿液pH值不顯著影響循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)的電耗,但對(duì)漿液品質(zhì)有影響,在漿液pH值增加時(shí),漿液中CaSO3和CaCO3含量均呈上升趨勢(shì),特別時(shí)pH大于5．6時(shí),漿液中的CaSO3含量明顯增大,將影響脫水石膏品質(zhì)并易在塔內(nèi)形成結(jié)垢。(3)從試驗(yàn)數(shù)據(jù)上看,吸收塔液位對(duì)電耗影響較大,但吸收塔液位高了又影響氧化風(fēng)機(jī)的安全,可以考慮在氧化風(fēng)機(jī)出口壓力許可的情況下盡可能提高吸收塔液位。在氧化風(fēng)機(jī)出口壓力不超壓情況下,建議吸收塔液位為10．5～11 m。(4)吸收塔漿液密度對(duì)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,考慮到過低的漿液密度會(huì)使脫硫效率下降,因此建議運(yùn)行中密度應(yīng)控制在1080～1095mg/Nm3以內(nèi)。