石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)節(jié)電運(yùn)行優(yōu)化

張義斌，陳祥君，高 原

(華電能源股份有限公司哈爾濱第三發(fā)電廠，哈爾濱 150024)

石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)節(jié)電運(yùn)行優(yōu)化

張義斌，陳祥君，高 原

(華電能源股份有限公司哈爾濱第三發(fā)電廠，哈爾濱 150024)

針對600MW機(jī)組石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中存在耗電量偏高問題，分析了優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)的可行性及其耗電原因，對石灰石-石膏濕法煙氣脫硫制漿系統(tǒng)磨機(jī)進(jìn)行了降單耗試驗(yàn)，提出了降低吸收塔運(yùn)行液位、降低制漿系統(tǒng)磨機(jī)單耗等運(yùn)行措施。實(shí)踐證明，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)采用吸收塔降液位運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)整濕式球磨機(jī)單耗的運(yùn)行優(yōu)化方式能夠進(jìn)一步降低脫硫系統(tǒng)的耗電。

濕法脫硫；吸收塔；磨機(jī)；節(jié)電；優(yōu)化運(yùn)行

目前，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫(FGD)技術(shù)具有技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，在燃煤電廠得到廣泛應(yīng)用。華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠(以下簡稱哈三電廠)兩臺600MW機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)采用了按單元制設(shè)計(jì)、塔內(nèi)強(qiáng)制氧化的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，設(shè)置兩套制漿系統(tǒng)及兩套石膏脫水系統(tǒng)作為兩臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)的公用系統(tǒng)部分。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)兩套系統(tǒng)雖然能夠滿足煙氣的脫硫指標(biāo)，但系統(tǒng)運(yùn)行中存在耗電量偏大、運(yùn)行成本高等問題。本文分析了兩臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)耗電問題原因，根據(jù)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫制漿系統(tǒng)磨機(jī)降單耗試驗(yàn)，提出并實(shí)施了降低吸收塔運(yùn)行液位、降低吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電流等節(jié)電運(yùn)行措施，降低了制漿系統(tǒng)磨機(jī)單耗，脫硫系統(tǒng)節(jié)電運(yùn)行效果顯著。

1 脫硫系統(tǒng)耗電問題的原因分析

哈三電廠兩臺600 MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)投產(chǎn)后，吸收塔運(yùn)行以兩臺漿液循環(huán)泵為主，考慮到3號鍋爐使用高硫煤的需要，對3號脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了增容改造，吸收塔加高4m,吸收塔漿液循環(huán)泵由3臺增加至4臺，氧化風(fēng)機(jī)(羅茨式)電源由380 V等級增容至6 kV等級。吸收塔其它漿液循環(huán)泵根據(jù)脫硫效率間斷投運(yùn)，漿液制備系統(tǒng)及石膏脫水系統(tǒng)間斷投運(yùn)，雖然系統(tǒng)耗電較設(shè)計(jì)有了一定的降低，但系統(tǒng)運(yùn)行耗電需要進(jìn)一步降低[1-4]，可以適當(dāng)改變系統(tǒng)的一些運(yùn)行參數(shù)及優(yōu)化一些系統(tǒng)運(yùn)行方式，達(dá)到系統(tǒng)進(jìn)一步節(jié)電的效果。

兩臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)吸收塔液位、制漿系統(tǒng)均采用設(shè)計(jì)調(diào)試后的運(yùn)行參數(shù)及方式運(yùn)行，其中3號吸收塔運(yùn)行液位9.8 m，4號吸收塔運(yùn)行液位8.0 m，A磨機(jī)運(yùn)行電流18.8 A，出力4.2 t/h；B磨機(jī)運(yùn)行電流18.5 A，出力4.2 t/h；3號吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流35 A，流量5.37 km3/h，出口壓力98 kPa；4號吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流288 A，流量3.295 km3/h，出口壓力70 kPa；4號吸收塔石膏排出泵運(yùn)行功率30 kW，脫硫?yàn)V液泵運(yùn)行功率22 kW，脫硫溢流泵運(yùn)行功率30 kW。對上述運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析可知，兩套制漿系統(tǒng)的磨機(jī)運(yùn)行電流是否為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電流，吸收塔氧化風(fēng)機(jī)、漿液循環(huán)泵運(yùn)行電流是否偏高,是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的焦點(diǎn)；適當(dāng)降低吸收塔運(yùn)行液位能否使氧化風(fēng)機(jī)、漿液循環(huán)泵電流降低；能否通過對不同直徑鋼球重新配比，確定磨機(jī)鋼球的最佳裝載量，確定磨機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電流以降低磨機(jī)電耗，需要通過試驗(yàn)來加以論證。

2 脫硫系統(tǒng)節(jié)電優(yōu)化措施

2.1 3、4號吸收塔降液位運(yùn)行

該廠3號吸收塔設(shè)計(jì)運(yùn)行液位10.0 m,4號吸收塔設(shè)計(jì)運(yùn)行液位8.0 m，試驗(yàn)是在機(jī)組滿負(fù)荷工況下進(jìn)行，在保持吸收塔內(nèi)漿液密度不變的情況下，考慮到吸收塔漿液循環(huán)泵的汽蝕余量5.6 m，吸收塔液位逐漸降低至6.5 m運(yùn)行[5]。

保持3號吸收塔漿液密度值1 089 kg/m3不變，逐漸降低3號吸收塔液位，3號吸收塔各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)變化值如表1所示，3號吸收塔出口CEMS運(yùn)行參數(shù)變化值如表2所示。

表1 3號吸收塔降液位運(yùn)行參數(shù)變化表Table 1 No.3 absorption tower level reduction operating parameter change table

表2 3號吸收塔降液位CEMS運(yùn)行參數(shù)變化表Table 2 No.3 absorption tower level reduction CEMS operating parameter change table

保持4號吸收塔漿液密度值1 120 kg/m3不變，逐漸降低4號吸收塔液位，4號吸收塔各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)變化值如表3所示,4號吸收塔出口CEMS運(yùn)行參數(shù)變化值如表4所示。

表3 4號吸收塔降液位運(yùn)行參數(shù)變化表Table 3 No.4 absorption level reduction operating parameter change table

表4 4號吸收塔降液位CEMS運(yùn)行參數(shù)變化表Table 4 No.4 absorption level reduction CEMS operating parameter change table

2.1.1 吸收塔降低液位后參數(shù)分析

將3、4號吸收塔液位降低至6.5 m后，發(fā)現(xiàn)3號吸收塔氧化風(fēng)機(jī)電流由35 A降至27 A運(yùn)行 ，4號吸收塔氧化風(fēng)機(jī)電流由193 A降至166 A運(yùn)行,3、4號吸收塔漿液循環(huán)泵電流幾乎無變化；3、4號吸收塔的氧化風(fēng)量均增加。雖然吸收塔氧化風(fēng)機(jī)出口壓力降低，但通過石膏漿液中亞硫酸鈣含量的對比，未見亞硫酸鈣含量增加，因此降低吸收塔液位對石膏的生成并無影響，但氧化風(fēng)機(jī)電流有較大幅度降低。

3、4號吸收塔設(shè)計(jì)(BMCR)煙氣量2 250 Nm3/h,入口SO2含量640 mg/Nm3,出口SO2≤200 mg/Nm3，通過對吸收塔降液位后吸收塔出口CEMS參數(shù)對比，發(fā)現(xiàn)對吸收塔入口煙氣中SO2的脫除無影響，出口煙氣中SO2含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值(參見表2、表4)，滿足GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》脫硫的要求。

2.1.2 吸收塔降低液位后經(jīng)濟(jì)效益分析

3號吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)額定電流41.9 A，額定電壓6 kV，額定功率355 kV；降液位前實(shí)際運(yùn)行電流35 A，流量5.37 km3/h，出口壓力98 kPa,耗電量為

N=1.732IVcosΦ

(1)

式中:N為耗電量；I為氧化風(fēng)機(jī)電流；V為氧化風(fēng)機(jī)電機(jī)電源電壓；cosΦ為功率因數(shù)，cosΦ=0.85。

3號氧化風(fēng)機(jī)降液位前實(shí)際運(yùn)行功率為

N=1.732×35×6×0.85=309 kW

3號氧化風(fēng)機(jī)降液位后實(shí)際運(yùn)行功率為(電流按27 A計(jì)算)：

N=1.732×27×6×0.85=238 kW

4號吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)額定電流288 A，額定電壓380 V，額定功率160 kV；降液位前實(shí)際運(yùn)行電流193 A，流量3.295 km3/h，出口壓力70 kPa。

根據(jù)式(1)，計(jì)算出 4號氧化風(fēng)機(jī)降液位前實(shí)際運(yùn)行功率為

N=1.732×193×0.380×0.85=107.97 kW

4號氧化風(fēng)機(jī)降液位后實(shí)際運(yùn)行功率為(電流按163A計(jì)算)

N=1.732×163×0.380×0.85=91.18 kW

3、4號吸收塔液位降低至6.5 m后，3號吸收塔因氧化風(fēng)機(jī)電流的降低每年可節(jié)約電量(309-238)×5500=390 500 kW·h ；4號吸收塔因氧化風(fēng)機(jī)電流的降低每年可節(jié)約電量(107.97-91.18) ×5 500=92 345 kW·h(按機(jī)組年運(yùn)行5 500 h計(jì)算)。

2.2 濕式球磨機(jī)單耗優(yōu)化調(diào)整

經(jīng)過對哈三電廠3、4號機(jī)組脫硫制漿系統(tǒng)的參數(shù)分析及磨機(jī)單耗計(jì)算，發(fā)現(xiàn)兩套制漿系統(tǒng)的磨機(jī)在滿足設(shè)計(jì)出力時(shí)A磨機(jī)和B磨機(jī)運(yùn)行單耗分別為39.5 kW·h/t和38.9 kW·h/t，即存在運(yùn)行電流偏大、磨機(jī)單耗高的問題，需要對兩套制漿系統(tǒng)的磨機(jī)重新進(jìn)行鋼球裝載試驗(yàn)[6-7]。通過試驗(yàn)確定兩臺磨機(jī)的最佳鋼球配比、最佳鋼球裝載量及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電流，以降低兩套制漿系統(tǒng)的磨機(jī)單耗。

磨機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表5所示。調(diào)整兩臺濕式磨機(jī)鋼球裝載量前兩臺濕式球磨機(jī)(A、B)運(yùn)行數(shù)據(jù)如表6所示。

2.2.1 磨機(jī)鋼球裝載量的計(jì)算及鋼球直徑的選擇

鋼球裝載量計(jì)算式為

G=φ·r·V

(2)

式中：φ為鋼球充填系數(shù)；r為鋼球堆積比重，r=4.9 t/m3；V為磨機(jī)筒體有效容積，m3。

鋼球直徑計(jì)算式為

d=(250dm)0.5

(3)

式中：d為充填鋼球直徑，mm；dm為原料顆粒度，mm。

表5 磨機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)Table 5 Main design parameters of mill

表6 磨機(jī)(A、B)運(yùn)行數(shù)據(jù)Table 6 mill A and mill B operation statistics

因石灰石干料粒度必須通過同一規(guī)格的上料篩子過濾，石灰石干料粒度直徑能夠保證在≤20 mm，因此無論在磨機(jī)試驗(yàn)及還是運(yùn)行情況下均為≤20 mm的石灰石粒徑。

用鋼球裝載量和鋼球直徑計(jì)算公式計(jì)算出鋼球裝載量在15～21.5 t，鋼球直徑40～70 mm。根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果，選取鋼球直徑的配比分別為40 mm 、50 mm 、60 mm 、70 mm，對應(yīng)鋼球直徑加裝鋼球量占比分別為20% 、30% 、30%、20%[4-6]。

2.2.2調(diào)整兩臺磨機(jī)鋼球裝載量后A、B磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)變化

調(diào)整鋼球裝載量后，A磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)如表7所示，A磨機(jī)出力、電流、單耗與鋼球裝載量關(guān)系曲線如圖1所示。B磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)如表8所示。B磨機(jī)出力、電流、單耗與鋼球裝載量關(guān)系曲線如圖2所示。

表7 調(diào)整鋼球裝載量后A磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)Table 7 A mill operating parameters after adjusting steel ball loading capacity

1—A磨機(jī)出力與鋼球裝載量關(guān)系曲線；2—A磨機(jī)電流與鋼球裝載量關(guān)系曲線；3—A磨機(jī)單耗與鋼球裝載量關(guān)系曲線

表8 調(diào)整鋼球裝載量后B磨機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)Table 8 mill B operating parameters after adjusting steel ball loading capacity

1—B磨機(jī)出力與鋼球裝載量關(guān)系曲線；2—B磨機(jī)電流與鋼球裝載量關(guān)系曲線； 3—B磨機(jī)單耗與鋼球裝載量關(guān)系曲線

經(jīng)過對試驗(yàn)表7、表8、圖1、圖2分析和對磨機(jī)鋼球裝載量調(diào)整前后各項(xiàng)數(shù)據(jù)對比(見表9)，發(fā)現(xiàn)A、B兩臺磨機(jī)經(jīng)調(diào)整鋼球直徑按不同比例混配裝載后，鋼球裝載量減少了2～3 t，給料量由原4.2 t/h增至4.8 t/h，石灰石漿液細(xì)度、含固量參數(shù)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)值，磨機(jī)電流、單耗明顯降低。

表9 磨機(jī)鋼球裝載量調(diào)整前后各項(xiàng)數(shù)據(jù)對照表Table 9 Statistics comparison table before and after adjusting mill steel ball loading capacity

2.2.3 磨機(jī)A、B調(diào)整鋼球裝載量后經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)式(1)計(jì)算出 A、B磨機(jī)鋼球裝載量調(diào)整后每小時(shí)耗電量NA、NB分別為

NA=1.732×16.6×6×0.85=146.63 kW

NB=1.732×17.2×6×0.85=151.9 kW

磨機(jī)單耗為

M=N/t

(4)

式中：N為磨機(jī)每小時(shí)耗電量；t為磨機(jī)每小時(shí)給料量。

A、B磨機(jī)鋼球裝載量調(diào)整后磨機(jī)單耗MA、MB分別為

MA=146.63/4.8=30.548 (kW·h)/t

MB=151.9/4.8=31.64 (kW·h)/t

通過上述試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果分析，A磨機(jī)通過調(diào)整鋼球裝載量單耗由39.54 (kW·h)/t降至30.548 (kW·h)/t，單耗降幅為22.7%；按2014年全年消耗石灰石22 270 t計(jì)算，可節(jié)約電量190 853 kW·h。 B磨機(jī)通過調(diào)整鋼球裝載量單耗由38.9 (kW·h)/t降至31.64 (kW·h)/t，單耗降幅為18.76%；按2014年全年消耗石灰石22 270 t計(jì)算，則可節(jié)約電量162 571 kW·h。

3 結(jié) 論

1) 通過石灰石-石膏濕法煙氣脫硫制漿系統(tǒng)磨機(jī)降單耗試驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)制漿系統(tǒng)在滿足制漿系統(tǒng)額定出力及各參數(shù)要求的情況下降低制漿系統(tǒng)磨機(jī)單耗，實(shí)現(xiàn)制漿系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2)在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)噴淋空塔液位滿足吸收塔漿液循環(huán)泵汽蝕余量要求液位條件下，通過降低吸收塔液位運(yùn)行，降低吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電流，實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)節(jié)電運(yùn)行。

[1] 邱靜柏.哈三電廠600MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化[J].黑龍江電力,2014，36(2):182-184.QIU Jingbai.Optimization of operation mode of FGD system for 600 MW unit in Harbin No.3 Power Plant[J].Heilongjiang Electric Power,2014，36(2): 182-184.

[2] 韓新奎，郭敏.降低濕式石灰石-石膏煙氣脫硫裝置電耗的分析探討[J].黑龍江電力,2010，32(2):136-142.HAN Xinkui,GUO Min.Discussion on how to reduce power consumption of wet limestone/gypsum flue gas desulphurization equipment[J].Heilongjiang Electric Power,2010，32(2): 136-142.

[3] 成黎明.降低660MW機(jī)組濕法煙氣脫硫系統(tǒng)廠用電率措施[J].科技與企業(yè),2015，23(20):182.CHENG Liming.Measures on how to reduce auxiliary power ratio of wet flue gas desulphurization system[J].Technology & Business,2015，23(20): 182.

[4] 杜振，朱躍，何勝，等.石灰石-石膏濕法煙氣系統(tǒng)脫硫廠用電率的分析與優(yōu)化[J].華電技 術(shù),2012，33(5):63-70.DU Zhen,ZHU Yue,HE Sheng,et al.Analysis and optimization of service power consumption rate of limestone-gypsum flue gas desulphurization system[J].Huadian Technology,2012，33(5): 63-70.

[5] 薛建明，劉濤，許月陽，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)節(jié)能關(guān)鍵影響因素[J].中國電力,2009，42(8):50-52.XUE Jianming,LIU Tao,XU Yueyang,et al.Key effect factors of energy saving in wet FGD system[J].Electric Power,2009，42(8): 50-52.

[6] 董越 .石灰石-石膏法脫硫濕式球磨機(jī)制漿系統(tǒng)的性能優(yōu)化[J].科技資訊,2012，9(27):60-61.DONG Yue.Performance optimization for ball mill pulverizing system with limestone-gypsum flue gas desulphurization[J].Science & Technology Information,2012，9(27): 60-61.

[7] 匡亞軍.淺析石灰石漿液品質(zhì)調(diào)節(jié)方法與制漿系統(tǒng)節(jié)能[J].電力科技與環(huán)保,2011，27(5):43-44.KUANG Yajun.Discussion on adjustment of limestone slurry quality and energy-saving of slurry preparing system[J].Electric Power Technology and Environmental Protection,2011，27(5): 43-44.

(編輯 侯世春)

Optimization of power saving operation of limestone-gypsum wet flue gas desulphurization system

Zhang Yibin,Chen Xiangjun,GAO Yuan

(Huadian Energy Harbin No.3 Power Plant,Harbin 150024,China)

Higher power consumption exists during the operation of 600MW unit limestone-gypsum wet flue gas desulfurization system.As to the problem,the feasibility of optimized system operating method and parameters and the reason of power consumption are analyzed and the unit consumption reduction test is carried out on the mill in the limestone-gypsum wet flue gas desulfurization pulverizing system,and operation measures are put forward to reduce the absorption tower operation level and the unit consumption of mill in pulverizing system.The practice proves that the optimized operating methods to reduce the absorption tower operation level and optimize wet ball mill unit consumption can further reduce the power consumption of the limestone-gypsum wet flue gas desulfurization system.

wet desulfurization; absorption tower; mill; power saving; optimized operation

2016-05-20;

2017-06-01。

張義斌(1972—)，男，高級工程師，從事電廠集控運(yùn)行管理工作。

TM621.7

B

2095-6843(2017)04-0357-05