雙塔雙循環(huán)煙氣脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制策略分析

曲立濤

（華電電力科學(xué)研究院東北分院遼寧沈陽(yáng)110000）

雙塔雙循環(huán)煙氣脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制策略分析

曲立濤

（華電電力科學(xué)研究院東北分院遼寧沈陽(yáng)110000）

隨著超低排放和節(jié)能改造工作的正式推進(jìn)與實(shí)施，燃煤電廠原有的脫硫設(shè)施已無(wú)法滿足新的排放限值的要求。雙塔雙循環(huán)煙氣脫硫工藝因其脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、抗擾動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在改造中得到了廣泛應(yīng)用。但隨著設(shè)備容量的增加，脫硫系統(tǒng)廠用電的占比顯著增大。因此掌握雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)化運(yùn)行方式已成為關(guān)鍵。

雙塔雙循環(huán)；運(yùn)行控制；提效節(jié)能；優(yōu)化

1　前言

2014年，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局三部委聯(lián)合發(fā)布《發(fā)改能源【2014】2093號(hào)》文件：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）》的通知，對(duì)新建及現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組均提出了更為嚴(yán)格的能效環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。2015年，為貫徹落實(shí)第114次國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議精神，三部委聯(lián)合發(fā)布《環(huán)發(fā)【2015】164號(hào)》文件：關(guān)于印發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》的通知，明確提出全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造是一項(xiàng)重要的國(guó)家專項(xiàng)行動(dòng)，到2020年，全國(guó)所有具備改造條件的燃煤電廠力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)超低排放（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3）。同時(shí)要求部分地區(qū)提前完成超低排放改造任務(wù)。

隨著超低排放和節(jié)能改造工作的正式推進(jìn)與實(shí)施，燃煤電廠原有的脫硫設(shè)施已無(wú)法滿足新的排放限值的要求，因此進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造迫在眉睫。目前石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)提效改造方法有更換大容量漿液循環(huán)泵、增加一臺(tái)漿液循環(huán)泵和一層噴淋層、增設(shè)合金托盤、雙塔雙循環(huán)、單塔雙循環(huán)等。其中雙塔雙循環(huán)、單塔雙循環(huán)可以明顯提高脫硫效率，因此在脫硫提效改造中使用比較多［1］。單塔雙循環(huán)與雙塔雙循環(huán)技術(shù)理念大體一致，都是通過(guò)提高一部分漿液pH值來(lái)提高脫硫效率，利用另外一部分漿液進(jìn)行氧化結(jié)晶［2］。本文重點(diǎn)介紹雙塔雙循環(huán)脫硫工藝。

2　雙塔雙循環(huán)脫硫工藝流程

雙塔雙循環(huán)脫硫工藝系統(tǒng)與其他石灰石-石膏煙氣脫硫技術(shù)相比，除吸收塔系統(tǒng)不同外，其他系統(tǒng)基本一致。雙塔雙循環(huán)脫硫工藝系統(tǒng)是在原吸收塔前面或后面新建一個(gè)吸收塔，并將其與原吸收塔串聯(lián)使用。實(shí)現(xiàn)漿液在一級(jí)吸收塔與二級(jí)吸收塔之間循環(huán)利用，煙氣依次進(jìn)入一級(jí)吸收塔洗滌后再進(jìn)入二級(jí)吸收塔洗滌。雙塔雙循環(huán)中一級(jí)塔作為預(yù)洗滌塔，用以初步降低煙氣中的SO2濃度，并生成石膏，二級(jí)塔作為主吸收塔用來(lái)吸收煙氣中剩余的SO2［3］。一級(jí)吸收塔在脫除部分SO2的同時(shí)也脫除了煙氣中易于脫除的雜質(zhì)，包括煙塵、HCl、H F等。大大降低了雜質(zhì)對(duì)二級(jí)吸收塔漿液的影響，提高了二級(jí)吸收塔的效率。雙塔雙循環(huán)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1　雙塔雙循環(huán)工藝吸收塔系統(tǒng)流程圖［1］

3　雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行控制措施

雙塔雙循環(huán)脫硫工藝因其脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、抗擾動(dòng)能力強(qiáng)、適用中高硫煤種等技術(shù)特點(diǎn)在本次超低排放改造中得到了較為廣泛的應(yīng)用。但由于設(shè)備的增加，脫硫系統(tǒng)耗電量占廠用電量的比例也顯著增加，同時(shí)也帶來(lái)了一系列的設(shè)備管理、維護(hù)、保養(yǎng)等問(wèn)題。因此雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)在不同負(fù)荷工況、不同煙氣SO2濃度下，漿液循環(huán)泵及氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式的優(yōu)化對(duì)于降低脫硫系統(tǒng)耗電量就顯得尤為重要。另外，雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)因一級(jí)吸收塔與二級(jí)吸收塔在設(shè)計(jì)功能上不盡相同，其pH值、漿液密度、吸收塔液位、氧化風(fēng)量等各個(gè)運(yùn)行參數(shù)都有各自的側(cè)重點(diǎn)與運(yùn)行區(qū)間。與常規(guī)石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)相比，其運(yùn)行理念與參數(shù)調(diào)整就尤為重要和復(fù)雜。因此，掌握反應(yīng)機(jī)理、了解功能分工、精細(xì)優(yōu)化調(diào)整成為雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。

3.1合理調(diào)整pH范圍

在雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)中，一級(jí)吸收塔為預(yù)洗滌塔，其主要功能在于對(duì)煙氣進(jìn)行預(yù)洗滌并產(chǎn)生石膏，脫除部分SO2以降低二級(jí)吸收塔負(fù)荷。研究表明［4］［5］，吸收塔漿液pH=4.5時(shí)的酸性條件下，漿液中亞硫酸鈣的氧化效率最高。但綜合考慮一級(jí)吸收塔還同時(shí)肩負(fù)脫除部分SO2的任務(wù)，因此一級(jí)吸收塔漿液pH值不宜控制過(guò)低，pH值一般控制在5.2～5.4之間。

圖2　pH值對(duì)HSO3-氧化速率的影響

圖3　pH與脫硫效率之間的關(guān)系

二級(jí)吸收塔為主吸收塔，其主要功能在于脫除煙氣中剩余SO2，并保證吸收塔出口SO2濃度達(dá)標(biāo)排放。研究表明［5］，較高的吸收塔漿液pH值有利于SO2的吸收，但不利于亞硫酸鈣的氧化?；诙?jí)吸收塔的主要功能，不需要考慮亞硫酸鈣的氧化問(wèn)題，但需要考慮過(guò)高pH值帶來(lái)的結(jié)構(gòu)堵塞問(wèn)題。綜合分析，可以將二級(jí)吸收塔漿液的pH值控制在5.8～6.0較高的范圍，以促進(jìn)其對(duì)SO2的吸收。另外，在供漿方式的上可以選擇石灰石漿液先進(jìn)入一級(jí)吸收塔后再循環(huán)至二級(jí)吸收塔，這樣不但可以延長(zhǎng)石灰石在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間，也有利于石灰石在一級(jí)吸收塔低pH值環(huán)境中的溶解與利用。

3.2精細(xì)控制漿液密度

無(wú)論在何種形式的石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)中，吸收塔中漿液密度的控制都是關(guān)鍵，漿液密度過(guò)高可能導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞、磨損等，嚴(yán)重影響系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全；而漿液密度過(guò)低又會(huì)造成脫硫效率低和石膏品質(zhì)差。綜合考慮，一級(jí)吸收塔漿液密度應(yīng)控制在1120kg/m3，二級(jí)吸收塔漿液密度應(yīng)控制在1080kg/m3，這樣既兼顧脫硫效率與石膏品質(zhì)，又保證系統(tǒng)穩(wěn)定與設(shè)備安全。

3.3循環(huán)泵運(yùn)行方式優(yōu)化

研究表明，在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中增加液氣比能夠提高脫硫效率，啟動(dòng)循環(huán)泵臺(tái)數(shù)越多，實(shí)際運(yùn)行液氣比越高，脫硫效果越好，但同時(shí)石灰石的消耗量，系統(tǒng)的電耗也會(huì)增加。循環(huán)泵對(duì)應(yīng)的噴淋層高度越高，循環(huán)漿液和煙氣反應(yīng)的時(shí)間就越長(zhǎng)，脫硫效果就越好，但循環(huán)泵的電耗相應(yīng)增加。在雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)相比容量增大，隨之而來(lái)的耗電量也大幅增加。因此，在SO2達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上，應(yīng)綜合考慮漿液循環(huán)泵及氧化風(fēng)機(jī)的運(yùn)行優(yōu)化以降低脫硫系統(tǒng)電耗。其運(yùn)行優(yōu)化原則為：一級(jí)吸收塔循環(huán)漿液泵運(yùn)行的數(shù)量和大小以略低于最優(yōu)液氣比的組合方式調(diào)整，避免出現(xiàn)一級(jí)吸收塔處理負(fù)荷過(guò)大，造成氧化不足的情況發(fā)生。一般來(lái)說(shuō)，漿液的液氣比取在16 L/m3～18L/m3之間為宜；當(dāng)處理煙氣中SO2濃度出現(xiàn)較大幅度變化時(shí)，優(yōu)先調(diào)整二級(jí)吸收塔的循環(huán)漿液泵；通過(guò)一、二級(jí)吸收塔的運(yùn)行組合試驗(yàn)，針對(duì)不同的負(fù)荷、SO2濃度等工況，在滿足SO2濃度達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上，確定最為節(jié)能的組合方式，并制定優(yōu)化運(yùn)行指導(dǎo)卡片；避免長(zhǎng)期停運(yùn)吸收塔最底部的噴淋層，減少噴嘴結(jié)垢現(xiàn)象的出現(xiàn)；由于一級(jí)吸收塔內(nèi)漿液成分復(fù)雜，盡量不切換相同或相近出口流量的循環(huán)漿液泵（定期輪換除外），避免漿液溢流的情況發(fā)生。

3.4氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式優(yōu)化

在雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)改造中往往會(huì)增加氧化風(fēng)機(jī)的數(shù)量，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)會(huì)設(shè)置風(fēng)量不同的氧化風(fēng)機(jī)。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可根據(jù)一、二級(jí)吸收塔脫除的SO2的量來(lái)分別考慮氧化風(fēng)機(jī)的投運(yùn)情況，保證氧化空氣量滿足設(shè)計(jì)的氧硫比即可，一般控制在1.5～2.0之間。防止因氧化風(fēng)機(jī)投入過(guò)量，氧化空氣進(jìn)入循環(huán)泵或石膏排出泵及出現(xiàn)起泡溢流現(xiàn)象。另外應(yīng)控制吸收塔液位高度在設(shè)計(jì)范圍，維持氧化風(fēng)支管的浸沒(méi)深度，保證氧化空氣在氧化區(qū)有足夠的停留時(shí)間。

4　結(jié)語(yǔ)

雙塔雙循環(huán)脫硫工藝作為傳統(tǒng)石灰石-石膏濕法脫硫工藝演化而來(lái)的新的工藝技術(shù)在本輪超低排放改造中得到了較為廣泛的應(yīng)用，其脫除SO2的反應(yīng)機(jī)理與傳統(tǒng)工藝基本相同，但運(yùn)行控制理念、參數(shù)調(diào)整范圍、均存在較大差別。隨著入口煙氣負(fù)荷和煤的含硫量的波動(dòng)與變化，系統(tǒng)提效節(jié)能優(yōu)化調(diào)整的空間相對(duì)較大。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制一、二級(jí)吸收塔漿液pH值和密度，合理選擇循環(huán)泵的開(kāi)啟數(shù)量和組合方式，使各級(jí)吸收塔脫硫效率維持在合理水平，可以減少系統(tǒng)的耗電量。希望以上措施能為發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)起到一定的指導(dǎo)意義。

［1］高廣軍，趙家濤，王玉祥，等.雙塔雙循環(huán)技術(shù)在火電廠脫硫改造中的應(yīng)用［J］.江蘇電機(jī)工程，2015（4）：79-80.

［2］陳光.雙塔雙循環(huán)脫硫的技術(shù)特點(diǎn)［J］.文摘版：工程技術(shù)，2015（11）：10-10.

［3］薛方明，邵媛.雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)在執(zhí)行污染物超低排放火電機(jī)組中的應(yīng)用［J］.山東化工，2015，44（20）：147-150.

［4］謝春玲.石灰-石膏法煙氣脫硫中pH值對(duì)脫硫效果的影響［J］.中國(guó)科技信息，2014，12（60）：154-156.

［5］李守信，于軍玲，紀(jì)立國(guó)，等.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝原理［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，29（4）：91-94.

［6］顧金芳，茅睿，林偉.脫硫系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行研究［J］.華東電力，2008，36（08）：115-118.

曲立濤（1982—），黑龍江伊春人，工程師，工程碩士，從事火力發(fā)電廠技術(shù)服務(wù)、調(diào)試與試驗(yàn)研究工作。