石灰石—石膏濕法脫硫裝置中水耗量的測(cè)量方法

周燦 陳一鳴

（1華電電力科學(xué)研究院山東分院 山東濟(jì)南 250002 2山東電力研究院 山東濟(jì)南 250002）

1 前言

石灰石-石膏濕法脫硫工藝具有脫硫效率高（可達(dá)95%以上）、脫硫劑原料價(jià)廉易得、大型化技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)，成為目前應(yīng)用范圍最廣、工藝技術(shù)最成熟的脫硫工藝技術(shù)，也是當(dāng)前通行的火電廠大機(jī)組煙氣脫硫的基本工藝。石灰石-石膏濕法脫硫工藝采用石灰石作為脫硫吸收劑，在脫硫吸收塔內(nèi)，石灰石漿液與進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的鍋爐煙氣接觸混合，煙氣中的SO2與漿液中的Ca-CO3以及鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)被脫除，反應(yīng)最終產(chǎn)物為石膏[1]。工藝系統(tǒng)由石灰石漿液制備系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、脫硫用水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等[2]組成。

其中，脫硫用水系統(tǒng)是維持整個(gè)脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，包括工藝水系統(tǒng)和工業(yè)水系統(tǒng)。工藝水系統(tǒng)為脫硫裝置提供各生產(chǎn)部件正常工作所需水量，主要任務(wù)是補(bǔ)充煙氣脫硫裝置操作時(shí)發(fā)生的水損失，包括冷卻煙氣蒸發(fā)的水量、石膏攜帶的水分、排放的廢水，為脫硫系統(tǒng)中的吸收劑漿液制備、除霧器沖洗、漿液管道沖洗提供用水。工業(yè)水供應(yīng)系統(tǒng)為脫硫石膏脫水真空皮帶機(jī)用水、脫硫系統(tǒng)各類(lèi)泵的密封水以及機(jī)械冷卻用水。工業(yè)水水質(zhì)優(yōu)于工藝水，脫硫石膏脫水真空皮帶機(jī)用水主要任務(wù)是沖洗石膏成品，降低石膏中氯離子的含量。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在4×600MW機(jī)組電廠用水系統(tǒng)中，脫硫系統(tǒng)水耗占全廠總耗水量的75.9%[3]。脫硫系統(tǒng)日常運(yùn)行中，準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)脫硫系統(tǒng)的水耗量，對(duì)優(yōu)化脫硫系統(tǒng)運(yùn)行、節(jié)能降耗、降低脫硫設(shè)施運(yùn)營(yíng)成本具有重大的意義。依據(jù)《石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范》（DL/T998-2006）[4]，水耗量是石灰石-石膏濕法脫硫裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)的一項(xiàng)指標(biāo)，水耗量試驗(yàn)方法為直接測(cè)量或平衡計(jì)算。《濕法煙氣脫硫工藝性能檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（DL/T986-2005）[5]給出的方法是采用水量分配母管上的在線流量計(jì)測(cè)定。

2 傳統(tǒng)測(cè)量方法介紹

目前，部分電廠脫硫工藝水系統(tǒng)設(shè)置了在線流量計(jì)[6]，可以統(tǒng)計(jì)出工藝水累計(jì)流量，進(jìn)而計(jì)算出工藝水耗量。但是未安裝在線流量計(jì)的脫硫系統(tǒng)，由于工藝和工業(yè)兩路用水單位繁多且不定時(shí)，部分水量還要脫硫系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)利用，測(cè)量所有用戶(hù)水耗量進(jìn)而統(tǒng)計(jì)總水耗量工作量巨大，實(shí)際操作中往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)，只能采用平衡計(jì)算的方法。

根據(jù)水的物料平衡，脫硫系統(tǒng)水耗主要由以下部分組成：脫硫副產(chǎn)物石膏攜帶水分、凈煙氣排放攜帶液滴、吸收塔內(nèi)水分蒸發(fā)以及脫硫廢水排放。

2.1 脫硫石膏中攜帶水分：石膏中攜帶的水分包括自身的結(jié)晶水和表面附著水。由于石膏產(chǎn)量無(wú)法計(jì)量，依然需要物料衡算的方法來(lái)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算時(shí)需要的參數(shù)有脫硫系統(tǒng)處理的煙氣量、脫硫進(jìn)出口SO2濃度、脫硫效率等。再結(jié)合石膏化驗(yàn)得出的石膏純度、石膏含濕量數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出石膏帶出的水量。

2.2 凈煙氣排放攜帶霧滴：經(jīng)吸收塔處理后的煙氣會(huì)攜帶大量的霧滴，但經(jīng)過(guò)吸收塔頂部的除霧器截留后，脫硫系統(tǒng)出口煙氣的霧滴含量約可控制在75mg/Nm3以下。測(cè)量脫硫出口煙氣量及霧滴含量，采用經(jīng)驗(yàn)公式可以計(jì)算出這一部分水分損失。

2.3 吸收塔內(nèi)水分蒸發(fā)：高溫?zé)煔獾乃魵庠谶M(jìn)入吸收塔之前處于未飽和狀態(tài)。進(jìn)入吸收塔后，煙氣和漿液在接觸過(guò)程中除了發(fā)生化學(xué)反應(yīng)外，也伴隨著混合換熱過(guò)程，即煙氣降溫放出熱量，漿液中的水分通過(guò)蒸發(fā)變成水蒸汽吸收熱量。隨著換熱過(guò)程的不斷進(jìn)行，煙氣中的水蒸汽含量不斷增加，直至達(dá)到出口煙氣溫度下的近飽和狀態(tài)。通過(guò)測(cè)量脫硫處理煙氣量和吸收塔進(jìn)出口煙氣含濕量，可以計(jì)算出吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水量。

2.4 脫硫系統(tǒng)的廢水排放：隨著煙氣和石灰石在吸收塔內(nèi)反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，脫硫漿液在循環(huán)過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致F-、Cl-、重金屬等雜質(zhì)離子的富集，一方面會(huì)加速腐蝕脫硫設(shè)備，另一方面也會(huì)惡化漿液品質(zhì)，影響石灰石的溶解和SO2的吸收。因此，脫硫系統(tǒng)需要定期排放廢水。這部分水量無(wú)法統(tǒng)計(jì)，只能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)估算得出。

綜上所述，未安裝在線流量計(jì)的脫硫系統(tǒng)，通過(guò)平衡計(jì)算的方法計(jì)算水耗量既過(guò)程復(fù)雜、計(jì)算繁瑣，又無(wú)法保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，尋求一種簡(jiǎn)便的水耗量的測(cè)量方法是非常必要的。

3 新測(cè)量方法介紹

從電廠供水系統(tǒng)引接至脫硫島的水源有兩路，一路是電廠循環(huán)水排污水，另一路是電廠工業(yè)水，分別進(jìn)入工藝水箱和工業(yè)水箱，兩座水箱均設(shè)有獨(dú)立的補(bǔ)水管路。下面以用水量較大的工藝水耗量測(cè)量為例介紹本方法，工業(yè)水耗量測(cè)量方法相同。

在水箱補(bǔ)水管上安裝超聲波流量計(jì)測(cè)量補(bǔ)水時(shí)管道流量，用F表示，這個(gè)流量是穩(wěn)定不變的。在脫硫裝置DCS系統(tǒng)里采集試驗(yàn)工況時(shí)段儲(chǔ)水箱補(bǔ)水閥的開(kāi)啟指令時(shí)間，分別用t1、t2、…、tn表示。計(jì)算工藝水箱補(bǔ)水閥開(kāi)啟總時(shí)間，用t表示，公式如下：t=t1+t2+…+tn。計(jì)算試驗(yàn)工況總時(shí)間，用T表示。計(jì)算水耗量，用Q表示，公式如下：

式中：Q—水耗量，單位為m3/h；

F—工藝水箱補(bǔ)水流量，單位為m3/h；

t—工藝水箱補(bǔ)水閥開(kāi)啟總時(shí)間，單位為h；

T—試驗(yàn)工況總時(shí)間，單位為h。

4 新測(cè)量方法運(yùn)用實(shí)例

結(jié)合某電廠1#、2#機(jī)組石灰石-石膏濕法脫硫裝置的工藝水耗量的測(cè)量實(shí)例來(lái)對(duì)本方法進(jìn)一步說(shuō)明。1#、2#機(jī)組脫硫裝置共用一座工藝水箱，兩臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)工藝用水均由此水箱供給，而且水箱補(bǔ)水管安裝有工藝水流量計(jì)，可以統(tǒng)計(jì)出工藝水耗量，便于對(duì)方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范》（DL/T998-2006），性能試驗(yàn)水耗量試驗(yàn)需在設(shè)計(jì)工況（鍋爐為BMCR工況，燃煤為設(shè)計(jì)煤種）下連續(xù)進(jìn)行7天。1#、2#機(jī)組脫硫試驗(yàn)期間，兩臺(tái)機(jī)組均為滿(mǎn)負(fù)荷工況，連續(xù)7天穩(wěn)定運(yùn)行，燃煤為設(shè)計(jì)煤種，滿(mǎn)足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。具體試驗(yàn)步驟如下。

4.1在工藝水箱補(bǔ)水管垂直段安裝超聲波流量計(jì)探頭，水箱補(bǔ)水時(shí)測(cè)量得到平均水流量F為100m3/h。

4.2 在脫硫DCS控制系統(tǒng)里采集7天里工藝水箱補(bǔ)水閥的開(kāi)指令時(shí)間數(shù)據(jù) t1為 10h，t2為 12h，t3為 11h，t4為 13h，t5為 9h。

4.3 計(jì)算工藝水箱補(bǔ)水閥開(kāi)啟總時(shí)間t=t1+t2+t3+t4+t5=10+12+11+13+9=55h。

4.4 計(jì)算試驗(yàn)工況總時(shí)間。T=7×24h=168h。

4.5 計(jì)算工藝水耗量，Q=(F×t）÷T=（100×55）÷168=32.74m3/h。

測(cè)量方法準(zhǔn)確性的驗(yàn)證：（1）由工藝水在線流量計(jì)統(tǒng)計(jì)出實(shí)驗(yàn)工況7天里總工藝水耗量為5489.7m3，計(jì)算出工藝水耗量為32.68m3/h。（2）與在線流量計(jì)統(tǒng)計(jì)之間的偏差為0.18%，準(zhǔn)確性較高。

5 結(jié)語(yǔ)

文中介紹了一種全新的石灰石-石膏濕法脫硫裝置水耗量的測(cè)量方法，克服了未安裝在線流量計(jì)的脫硫系統(tǒng)水耗量無(wú)法直接測(cè)量、平衡計(jì)算又復(fù)雜繁瑣的難題。測(cè)量方法便捷，結(jié)果準(zhǔn)確，有望在電廠脫硫工藝中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，對(duì)已安裝在線流量計(jì)的脫硫用水系統(tǒng)，此方法可以做到在不影響在線流量計(jì)正常使用的情況下，完成其計(jì)量校驗(yàn)。

[1]郭東明.脫硫工程技術(shù)與設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[2]孫克勤,鐘秦編著.火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)行[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[3]陳崇明,張楊,宋國(guó)升.石灰石一石膏濕法脫硫系統(tǒng)水耗計(jì)算及節(jié)水分析[J].上海:電站輔機(jī),2013(1）

[4]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T 998-2006石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范[S].北京:中國(guó)電力出版設(shè),2006.

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T 986-2005濕法煙氣脫硫工藝性能檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版設(shè)，2006.

[6]傅文玲,胡秀麗.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)測(cè)量?jī)x表的選用[J].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.