淺議煙氣脫硫系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施

■齊 玄，張金梅

■1.河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450007;2.中電投河南電力有限公司開(kāi)封發(fā)電分公司，河南 開(kāi)封 475000

1 背景

根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、環(huán)境保護(hù)部等“關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020 年)》的通知”(發(fā)改能源［2014］2093號(hào))中明確了燃煤電廠節(jié)能減排主要參考技術(shù)。其中，針對(duì)現(xiàn)役機(jī)組節(jié)能部分提出了脫硫系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化，預(yù)計(jì)可以降低供電煤耗約0.5g/kWh。本文主要對(duì)現(xiàn)有脫硫運(yùn)行優(yōu)化措施進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述。

2 節(jié)約設(shè)備運(yùn)行電耗

由于旋轉(zhuǎn)設(shè)備較多，脫硫系統(tǒng)的廠用電率占整個(gè)機(jī)組運(yùn)行電耗的1%以上，降低脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行電耗，可以有效的降低機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用。

在脫硫系統(tǒng)中，漿液循環(huán)泵的電機(jī)功率約在1000kW 左右、氧化風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率約在600kW 左右，石膏脫水系統(tǒng)中的真空泵的電機(jī)功率也超過(guò)200kW，均為高壓電機(jī)(6kV 或者10kV)，想降低脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行成本，必須有效降低高壓大電機(jī)的運(yùn)行電耗。

2.1 引增合一改造

目前新建機(jī)組均不在單獨(dú)設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)。處于安全及經(jīng)濟(jì)性考慮，有增壓風(fēng)機(jī)的在役機(jī)組大多進(jìn)行了引增合一改造，改造增壓風(fēng)機(jī)后，針對(duì)600MW 機(jī)組而言，可有效降低廠用電率0.05%以上。

2.2 降低漿液循環(huán)泵的運(yùn)行電耗

(1)在現(xiàn)役機(jī)組進(jìn)行脫硫系統(tǒng)改造時(shí)，有條件時(shí)可以通過(guò)對(duì)吸收塔的塔型進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整石灰石漿液的pH 值、脫硫系統(tǒng)的鈣硫比等數(shù)值，或者通過(guò)調(diào)整塔內(nèi)的煙氣流速參數(shù)，使?jié){液循環(huán)泵的運(yùn)行功率達(dá)到最低值。如果設(shè)置煙氣換熱器后，吸收塔入口的煙氣溫度會(huì)大大降低，煙氣的體積流量也會(huì)隨之降低。在液氣比等參數(shù)不變的情況下，漿液循環(huán)泵的流量可以相應(yīng)的減少，泵的耗電量可以隨之降低。(2)合理的選取系統(tǒng)的設(shè)計(jì)阻力，使?jié){液循環(huán)泵的揚(yáng)程降低，可以減少泵的耗電量。例如適當(dāng)加大漿液循環(huán)管的管徑，使系統(tǒng)的流速降低，一是可以在停泵時(shí)避免損壞濾網(wǎng)，同時(shí)又減少系統(tǒng)的水力損失。(3)根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況來(lái)調(diào)整泵的運(yùn)行方式。受上網(wǎng)負(fù)荷及燃料來(lái)源的影響，大多機(jī)組的負(fù)荷率存在一定的波動(dòng)范圍，而且燃料的含硫量變化也較大。此時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況，在保證SO2排放濃度的前提下，適當(dāng)減少漿液循環(huán)泵的運(yùn)行數(shù)量，達(dá)到降低脫硫系統(tǒng)電耗的目的。

2.3 降低真空泵的運(yùn)行電耗

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程，石膏脫水系統(tǒng)為兩臺(tái)機(jī)組公用設(shè)施，一般設(shè)置不少于2 臺(tái)真空皮帶脫水機(jī)。在設(shè)計(jì)時(shí)，可適當(dāng)優(yōu)化脫水系統(tǒng)的設(shè)備出力，使單臺(tái)設(shè)備出力為2 臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)工況的100%。開(kāi)啟1 套脫水設(shè)備，即可滿足機(jī)組額定的運(yùn)行要求。同時(shí)通過(guò)加裝漿液切換管道及石膏漿液分配器等措施來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)，降低真空泵的運(yùn)行電耗。

2.4 采取有效措施，降低煙氣系統(tǒng)阻力

綜合考慮引增合一及加裝煙氣換熱器等改造，可以優(yōu)化脫硫系統(tǒng)的煙道布置，選取適當(dāng)?shù)臒煹澜孛娣e來(lái)降低煙氣流速;通過(guò)管線的合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少煙道彎頭的數(shù)量，管道的長(zhǎng)度等措施，甚至可以考慮采用圓煙道等，來(lái)降低煙氣系統(tǒng)阻力，使系統(tǒng)阻力減少，可有效降低引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功耗。

2.5 電機(jī)的變頻改造

受燃料的影響，鍋爐的煙氣量及煙氣中SO2濃度會(huì)有一定的變化，此時(shí)，可將脫硫系統(tǒng)中部分低壓的電機(jī)進(jìn)行變頻改造，以適當(dāng)降低系統(tǒng)的運(yùn)行電耗。

3 節(jié)水

石灰石—石膏濕法脫硫工藝的用水量比較大，2 臺(tái)660MW 等級(jí)機(jī)組脫硫系統(tǒng)的水耗量約在280t 左右。因此，如何降低脫硫系統(tǒng)的耗水量成為人們?nèi)找骊P(guān)注的課題。

根據(jù)脫硫系統(tǒng)水平衡的計(jì)算公式，工藝水量+煙氣帶入的水量=煙氣帶出的水量+石膏副產(chǎn)品帶離系統(tǒng)的附著水和結(jié)晶水量+排放廢水量。引風(fēng)機(jī)后的原煙氣進(jìn)入吸收塔是個(gè)放熱的過(guò)程，而脫硫反應(yīng)也是個(gè)放熱過(guò)程，會(huì)將部分水分蒸發(fā)為水蒸氣，雖然有除霧器進(jìn)行除霧，但隨著設(shè)備出力的下降及制造工藝本身的原因，一部分水汽會(huì)隨著凈煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。因此，有效減少脫硫系統(tǒng)的放熱，即可有效的降低脫硫系統(tǒng)的水耗。在保證脫硫效率的前提下，脫硫反應(yīng)是不可能減少的，所以必須有效降低原煙氣的放熱，即降低原煙氣的溫度。目前國(guó)內(nèi)的主要手段是在原煙道加裝煙氣換熱器(低溫省煤器)或GGH(氣-氣換熱器)。

根據(jù)目前掌握的資料來(lái)看，設(shè)置有GGH 的脫硫系統(tǒng)，300M 和600MW 機(jī)組的水耗分別會(huì)減少約25t/h 和50t/h 左右。但由于設(shè)置GGH 會(huì)帶來(lái)運(yùn)行費(fèi)用高，脫硫系統(tǒng)安全性降低等負(fù)面影響，現(xiàn)有機(jī)組一般均不設(shè)或拆除GGH。

3.1 加裝煙氣換熱器

煙氣換熱器布置在引風(fēng)機(jī)出口的原煙道上，用煙氣余熱加熱凝結(jié)水，對(duì)600MW 機(jī)組而言，可將煙氣溫度從約135℃降低到90℃(具體工程應(yīng)具體分析)，加熱的凝結(jié)水進(jìn)入熱力系統(tǒng)，減少了加熱器的用汽量。經(jīng)初步估計(jì)，機(jī)組的供電標(biāo)煤耗可以降低約1g/kWh，單臺(tái)機(jī)組可節(jié)水約50t/h，按年利用5000h、水價(jià)2 元/t 計(jì)，全廠全年可節(jié)水約50 ×104t、水費(fèi)約100 萬(wàn)元。

3.2 回收冷凝液

根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行工況，吸收塔出口的凈煙氣溫度約在46℃左右，已經(jīng)接近煙氣中的水露點(diǎn)。當(dāng)凈煙氣流經(jīng)凈煙道和煙囪時(shí)，溫度會(huì)進(jìn)一步的降低，煙氣中的水蒸汽大多隨煙氣帶出煙囪，另外一部分會(huì)冷凝析出。經(jīng)初步估算，單臺(tái)600MW 機(jī)組煙囪冷凝液約2.5t/h。因此，建議凈煙道有一定的傾斜角度，從而在煙囪內(nèi)筒及入口膨脹節(jié)低位處、凈煙道的低位處設(shè)計(jì)液滴回收裝置來(lái)回收冷凝液，一是可以有效預(yù)防石膏雨的產(chǎn)生，同時(shí)可以降低脫硫系統(tǒng)的補(bǔ)水量。

3.3 選用好的真空皮帶機(jī)

石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng)的副產(chǎn)品是石膏，石膏中的是主要是石膏的結(jié)晶水和游離水。而結(jié)晶水是石膏結(jié)晶必不可少的重要的組成部分。根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行情況，石膏晶體一般帶有10%的游離水。當(dāng)石膏含水率超標(biāo)時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整石膏脫水系統(tǒng)運(yùn)行情況，優(yōu)化真空皮帶的脫水效率，有效的減少游離水的損失。

3.4 冷卻水及沖洗水的回收利用

脫硫系統(tǒng)的冷卻水一般采用開(kāi)式水或閉式水。如果采用閉式水，則會(huì)和主廠房閉式水系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，脫硫系統(tǒng)的閉式水一般會(huì)回主廠房回收利用。如果采用開(kāi)式水，一般脫硫系統(tǒng)的冷卻水會(huì)單獨(dú)設(shè)置，可將該部分回水接至工藝水箱。同時(shí)，未利用完的機(jī)封冷卻水也可接至工藝水箱。目前的脫硫系統(tǒng)會(huì)設(shè)置集水坑及集水泵，臨時(shí)排放的漿液及設(shè)備的沖洗水排入集水坑，用集水泵達(dá)到吸收塔內(nèi)循環(huán)利用，有效的節(jié)約用水。

3.5 脫硫廢水的治理措施

目前，脫硫廢水零排放的深度治理技術(shù)國(guó)內(nèi)已經(jīng)有電廠開(kāi)始實(shí)施，不過(guò)造價(jià)較高。國(guó)內(nèi)主要有兩種脫硫廢水深度處理工藝，一是“預(yù)處理+正滲透MBC 系統(tǒng)+結(jié)晶”工藝;二是“預(yù)處理+MVR 蒸發(fā)+結(jié)晶”工藝。

4 節(jié)約石灰石

石灰石耗量和石灰石的品質(zhì):石灰石品質(zhì)的優(yōu)劣決定著石灰石耗量的大小。根據(jù)國(guó)內(nèi)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在購(gòu)買石灰石時(shí)，石灰石中CaCO3的含量一般不應(yīng)低于90%。同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化漿液的pH 值，合理選擇鈣硫比等措施可以直接影響脫硫效率。一般而言，pH 值越高，SO2向液膜主體擴(kuò)散的速率越快，傳質(zhì)系數(shù)就越大，有利于促進(jìn)SO2的吸收，但是容易造成漿液沉淀、堵塞系統(tǒng)。同時(shí)，石膏中的CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)也越高，相應(yīng)增大了鈣硫比，造成石灰石耗量的增加。pH 值越小，漿液酸性越強(qiáng)，酸性氣體SO2就越難被吸收，造成脫硫率下降。因此，確定合理的pH 值控制范圍就成為濕法脫硫系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

5 建議

現(xiàn)役機(jī)組通過(guò)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化及改造，可有效降低廠用電率，節(jié)約脫硫系統(tǒng)水耗，減少石灰石耗量等，預(yù)計(jì)可以降低供電煤耗約0.5g/kWh，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

［1］李皎，廖國(guó)權(quán)，馬殿學(xué).石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng)節(jié)能降耗探討［J］.電力科技與環(huán)保，2014(06).

［2］齊玄.淺談燃煤機(jī)組脫硫系統(tǒng)取消GGH 后應(yīng)注意的問(wèn)題［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2015(09).

［3］程永新，胡玲玲.濕法脫硫系統(tǒng)的節(jié)能降耗優(yōu)化措施［J］浙江電力，2014(08).