串聯(lián)吸收塔分級(jí)控制對(duì)脫硫系統(tǒng)性能影響的優(yōu)化研究

車(chē) 凱，郁金星，韓忠閣

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，河北 石家莊 050021)

串聯(lián)吸收塔分級(jí)控制對(duì)脫硫系統(tǒng)性能影響的優(yōu)化研究

車(chē) 凱，郁金星，韓忠閣

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，河北 石家莊 050021)

以某發(fā)電廠330MW機(jī)組石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)新改造完成的串聯(lián)吸收塔為研究對(duì)象，在滿負(fù)荷工況下，針對(duì)不同入口SO2濃度，試驗(yàn)研究了串聯(lián)吸收塔漿液pH值、吸收塔液位、漿液循環(huán)泵分級(jí)控制對(duì)脫硫效率、SO2排放特性以及脫硫能耗的影響。通過(guò)試驗(yàn)得出了滿負(fù)荷工況下不同入口SO2濃度區(qū)間時(shí)的最佳系統(tǒng)運(yùn)行控制方式，為串聯(lián)吸收塔脫硫系統(tǒng)的實(shí)際優(yōu)化運(yùn)行控制提供了依據(jù)和參考。

濕法煙氣脫硫系統(tǒng)；串聯(lián)吸收塔；分級(jí)控制；優(yōu)化

0 引言

燃煤機(jī)組污染排放達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)，可以視為“近零排放”?！痘痣姀S大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)規(guī)定燃?xì)鈾C(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn):煙塵<5mg/m3，SO2<35mg/m3，NOx<50mg/m3?！睹弘姽?jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》明確了行動(dòng)目標(biāo):東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，中部地區(qū)新建機(jī)組原則上接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，鼓勵(lì)西部地區(qū)新建機(jī)組接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。

為此，許多電廠對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造。串聯(lián)吸收塔具有脫除效率高，穩(wěn)定性好，對(duì)硫分適應(yīng)性強(qiáng)、原吸收塔改造工作量少、用時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)而受到許多電廠的青睞。但是根據(jù)實(shí)際燃燒煤種及機(jī)組負(fù)荷工況條件，在滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及脫硫效率等主要設(shè)計(jì)參數(shù)要求的條件下，制定相對(duì)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方案，包括最佳循環(huán)泵運(yùn)行組合、吸收塔漿液pH值、吸收塔液位以及鈣硫比等成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。本文以某發(fā)電廠330MW機(jī)組石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)新改造完成的串聯(lián)吸收塔為研究對(duì)象，試驗(yàn)研究了串聯(lián)吸收塔分級(jí)控制對(duì)脫硫效率、SO2排放特性以及脫硫能耗的影響。為今后脫硫系統(tǒng)的節(jié)能改造及其運(yùn)行控制優(yōu)化提供重要的依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

該發(fā)電廠脫硫裝置采用串聯(lián)吸收塔，脫硫系統(tǒng)按燃煤硫分2.05%，入口SO2濃度4586mg/m3，煙氣量按1240512m3/h(標(biāo)態(tài)，濕基，實(shí)際氧)設(shè)計(jì)，在燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，一級(jí)塔脫硫效率≥87%、二級(jí)塔按入口SO2濃度600mg/m3(6%O2)出口SO2濃度<35mg/m3(6%O2)、效率≥95%，系統(tǒng)總脫硫效率≥99.3%。

1.1 吸收塔漿液pH對(duì)脫硫效率的影響

FGD系統(tǒng)一、二級(jí)吸收塔共用一套石灰石漿液供給系統(tǒng)。提高吸收塔漿液pH值控制，有利于SO2的吸收，可提高脫硫效率，但當(dāng)pH值控制過(guò)高時(shí)，石灰石中Ca2+的溶解速度減慢，SO32-的氧化也受到抑制，不利于石膏結(jié)晶；反之，降低pH值，有利于石灰石溶解，但SO2的吸收受到抑制，脫硫效率將下降。因此在運(yùn)行中保持吸收塔漿液pH值穩(wěn)定，將其控制在合適范圍內(nèi)是有效控制SO2吸收反應(yīng)、獲得穩(wěn)定脫硫率和石膏品質(zhì)的前提。機(jī)組負(fù)荷330MW滿負(fù)荷工況下，分別控制一級(jí)塔入口SO2濃度2500mg/m3時(shí)、二級(jí)塔入口SO2濃度500mg/m3時(shí)，兩塔脫硫效率與pH值關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。

圖1 330MW負(fù)荷下pH值與脫硫效率關(guān)系

從圖1可知，兩級(jí)塔的變化規(guī)律基本一致，脫硫效率隨著pH值的升高顯著提高，一級(jí)吸收塔漿液pH值由4.9提高至5.4，脫硫效率快速增加，當(dāng)pH值高于5.4時(shí)，脫硫效率增長(zhǎng)速度開(kāi)始趨緩。二級(jí)吸收塔漿液pH值變化趨勢(shì)相同，當(dāng)pH值高于5.4時(shí)，脫硫效率增長(zhǎng)速度開(kāi)始趨緩。在實(shí)際的運(yùn)行操作中，將兩級(jí)塔漿液pH值控制pH在5.0～5.3之間，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行較為合理。

1.2 吸收塔液位對(duì)脫硫效率的影響

吸收塔液位越高，循環(huán)泵入口漿液靜壓頭越高，噴淋高度越高，漿液在塔內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，與氣體接觸的時(shí)間延長(zhǎng)，接觸界面增加，氣體穿越氣膜/液膜界面機(jī)會(huì)多，吸收效果更佳。同時(shí)液位高，能夠降低鼓出液面的氧化空氣量，使空氣更均勻充分的和漿液混合，使氧化反應(yīng)更充分，提高吸收塔漿液品質(zhì)，最終提高脫硫率。330MW負(fù)荷下，一級(jí)塔與二級(jí)塔同開(kāi)2臺(tái)漿液循環(huán)泵，其他條件不變，吸收塔液位與脫硫效率關(guān)系如圖2所示?？梢钥闯觯患?jí)塔與二級(jí)塔脫硫效率隨著吸收塔液位的增加而升高。當(dāng)一級(jí)塔液位低于9.0m時(shí)(一級(jí)塔液位設(shè)計(jì)范圍8.4m～9.4m)，脫硫效率低于87%，二級(jí)塔液位低于8.7m時(shí)(二級(jí)塔液位設(shè)計(jì)范圍8.4m～9.4m)，脫硫效率低于95%，無(wú)法滿足運(yùn)行要求。

同時(shí)，在漿液循環(huán)泵流量不變的情況下，較高的吸收塔液位可以增大漿液循環(huán)泵入口的壓力，在一定范圍內(nèi)可以降低循環(huán)泵的運(yùn)行電流，起到節(jié)能的作用，而氧化風(fēng)機(jī)的電耗會(huì)略有增加。計(jì)算可知，一級(jí)塔2臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，吸收塔液位由8.4m升至9.3m，循環(huán)泵與氧化風(fēng)機(jī)電耗減少13kW·h，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用減少約0.35%；二級(jí)塔2臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，吸收塔液位由8.4m升至9.3m，循環(huán)泵與氧化風(fēng)機(jī)總電耗減少18(kW·h)，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用減少約0.55%，由此可以看出，吸收塔液位變化對(duì)脫硫效率的影響較大，而對(duì)能耗的影響較小，因此液位的控制主要由脫硫效率決定，一級(jí)塔應(yīng)將液位控制在9.0m～9.4m，二級(jí)塔應(yīng)將液位控制在8.7m～9.1m。

圖2 330MW負(fù)荷下吸收塔液位與脫硫效率關(guān)系

在實(shí)際運(yùn)行中，隨機(jī)組負(fù)荷、燃燒煤種硫分變化，需要調(diào)整相應(yīng)的FGD漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式來(lái)確保脫硫出口濃度及效率達(dá)標(biāo)。串聯(lián)吸收塔分級(jí)效率控制，即漿液循環(huán)泵組合控制是影響吸收塔串聯(lián)運(yùn)行方式的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。一級(jí)塔脫硫效率不能過(guò)高或過(guò)低，過(guò)高有可能造成漿液氧化不足，過(guò)低則會(huì)造成總脫硫效率不能滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而影響整個(gè)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行效果。

因此，如何在確保環(huán)保排放達(dá)標(biāo)的情況下，確定合適的漿液循環(huán)泵組合運(yùn)行方式，成為串聯(lián)吸收塔運(yùn)行的關(guān)鍵。且漿液循環(huán)泵是脫硫系統(tǒng)的主要耗電設(shè)備，約占整個(gè)系統(tǒng)電耗的70%以上，在煙氣條件一定的情況下，循環(huán)泵的投運(yùn)情況決定了脫硫反應(yīng)的最終液氣比，并直接影響脫硫效率和SO2排放濃度。因此，循環(huán)泵的投運(yùn)數(shù)量和配置方式關(guān)系著系統(tǒng)脫硫效率和經(jīng)濟(jì)性。該脫硫系統(tǒng)一級(jí)塔和二級(jí)塔分別有三臺(tái)漿液循環(huán)泵，不同泵投入運(yùn)行時(shí)脫硫效率及電耗有顯著差距。在機(jī)組滿負(fù)荷工況下，針對(duì)不同入口SO2濃度，分別對(duì)一級(jí)塔和二級(jí)塔不同漿液循環(huán)泵組合運(yùn)行進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

制定了以下運(yùn)行方式：

(1)原煙氣SO2濃度低于3000mg/m3時(shí)，可采取一級(jí)塔2臺(tái)泵，二級(jí)塔1臺(tái)泵運(yùn)行方式；

(2)原煙氣SO2濃度為3000～4000mg/m3時(shí)，可采取一級(jí)塔2臺(tái)泵，二級(jí)塔2臺(tái)泵運(yùn)行方式；

(3)原煙氣SO2濃度為4000～4500mg/m3時(shí)，可采取一級(jí)塔2臺(tái)泵，二級(jí)塔3臺(tái)泵運(yùn)行方式；

(4)原煙氣SO2濃度為4500～5500mg/m3時(shí)，可采取一級(jí)塔3臺(tái)泵，二級(jí)塔2臺(tái)泵運(yùn)行方式；

(5)原煙氣SO2濃度為5500～6000mg/m3時(shí)，可采取一級(jí)塔3臺(tái)泵，二級(jí)塔3臺(tái)泵運(yùn)行方式；

(6)原煙氣SO2濃度高于6000mg/m3時(shí)，已超出了吸收塔所能承受的最大能力。

2 運(yùn)行方式優(yōu)化組合

總結(jié)上述試驗(yàn)結(jié)果，330WM負(fù)荷下，脫硫裝置吸收系統(tǒng)最佳運(yùn)行方式見(jiàn)表1。

表1 330MW負(fù)荷下優(yōu)化運(yùn)行方式操作卡

項(xiàng) 目運(yùn)行參數(shù)設(shè)定入口原煙氣SO2濃度/mg·m3<30003000～40004000～45004500～55005500～6000漿液循環(huán)泵/臺(tái)2+12+22+33+23+3pH值5.0～5.05.0～5.05.1～5.15.2～5.25.4～5.4吸收塔液位/m9.0～8.79.1～8.89.2～9.09.3～9.29.4～9.3氧化風(fēng)機(jī)/臺(tái)1～21～21～21～22～2

表1中的吸收系統(tǒng)最佳運(yùn)行組合，給出了在不同入口SO2濃度時(shí)，最佳的漿液循環(huán)泵組合方式、最佳的pH設(shè)定值、氧化風(fēng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)、吸收塔液位的運(yùn)行設(shè)定。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)串聯(lián)吸收塔脫硫系統(tǒng)運(yùn)行存在巨大的調(diào)整優(yōu)化空間，優(yōu)化運(yùn)行能夠提高脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

(2)pH值對(duì)脫硫效率有顯著影響，正確的控制策略是在保證脫硫效率的前提下，控制合理的pH值，降低鈣硫比進(jìn)而降低石灰石耗量。

(3)維持吸收塔合理液位運(yùn)行，能夠有效提高脫硫效率和降低脫硫系統(tǒng)能耗，且有利于脫硫產(chǎn)物的充分氧化，是脫硫系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的重要調(diào)控手段。

(4)漿液循環(huán)泵是脫硫系統(tǒng)的主要耗電設(shè)備，循環(huán)泵的投運(yùn)組合對(duì)串聯(lián)吸收塔脫硫效率、電耗影響很大，實(shí)際運(yùn)行操作時(shí)應(yīng)根據(jù)入口硫分情況靈活調(diào)整兩級(jí)塔循環(huán)泵投運(yùn)組合，降低電耗。

(5)通過(guò)試驗(yàn)給出了不同入口SO2濃度區(qū)間的最佳循環(huán)泵運(yùn)行方式。

[1]周志祥,段建中,薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)電力出版社.2006.

[2]徐 鋼,袁 星,楊勇平,等.火電機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2012,32.

[3]杜 振,朱 躍,何 勝,等.石灰石一石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)廠用電率的分析與優(yōu)化[J]．華電技術(shù),2012,34(5):63-66.

[4]張東平,潘效軍,李乾軍.石灰石一石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行分析[J].廣東電力,2010,28(159):23-26.

[5]陳周燕,杜亞榮,張棟順,等.法脫硫系統(tǒng)優(yōu)化分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2012,38(9):33-35.

[6]楊 薇,楊 璇.400MW熱電廠煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化研究[J].華北電力技術(shù),2010(5):1-5.

[7]孫克勤.電廠煙氣脫硫設(shè)備及運(yùn)行[M].北京:中國(guó)電力出版社,2007.

[8]林朝扶,蘭建輝,梁國(guó)柱,等.串聯(lián)吸收塔脫硫技術(shù)在燃超高硫煤火電廠的應(yīng)用[J].廣西電力,2013,36(5):11-14.

[9]王 勇,王志東,裴峻淵.大型火電機(jī)組脫硫增容技術(shù)改造方案的優(yōu)化[J].華電技術(shù),2012,28(2):21-23.

[10]徐淑紅.600MW機(jī)組濕法脫硫系統(tǒng)的能耗分析[J].鍋爐技術(shù),2013,44(4):65-68.

[11]陶 愷,崔益龍.煙氣脫硫系統(tǒng)的吸收塔及停留時(shí)間[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(4):39-40.

[12]袁立明,韋 飛,顏 儉,等.煙氣脫硫吸收塔增容改造技術(shù)方案探討[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(4):37-38.

Optimization research on influence of series-connected absorption tower hierarchical control on wet desulfurization system

The influence of Series-connected absorption tower slurry pH value，tower slurry level and hierarchical control to desulfurization efficiency, SO2emission characteristics and energy consumption were researched for different inlet SO2concentration in full load condition on series-connected absorption tower of limestone-gypsum wet flue gas desulfurization system which transformed completion recently. It is concluded that the best way to system operation control mode under different inlet SO2concentration range in full load condition, which provided a basis and reference to the actual optimal operation control on series-connected absorption tower.

wet flue gas desulfurization system; series-connected absorption tower;hierarchical control; optimization research

X701.3

B

1674-8069(2017)02-044-03

2016-08-24；

2016--

車(chē) 凱(1985-)，男，碩士，工程師，主要從事電力環(huán)保工作的相關(guān)研究。E-mail: chekai311@163.com