濕法脫硫氧化風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造實踐

徐書德，雷石宜，陳 彪

（1.浙江浙能電力股份有限公司，杭州 310007；2.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 311121）

0 引言

石灰石－石膏濕法脫硫以其技術(shù)成熟、煤種負荷適應(yīng)性強、兼具深度脫硫潛力等特質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠爐后煙氣凈化處置。目前強制氧化脫硫工藝路線中，脫硫氧化風(fēng)將吸收塔內(nèi)吸收SO2后生成的CaSO3氧化成性質(zhì)穩(wěn)定的CaSO4，最終結(jié)晶生成易于脫水的石膏晶體。脫硫副產(chǎn)物石膏具備一定的經(jīng)濟效益，因此石灰石－石膏濕法脫硫強制氧化工藝兼具環(huán)保效益和經(jīng)濟效益[1]。

發(fā)電廠實際運行的氧化風(fēng)系統(tǒng)存在噪聲大、減溫效果差和現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境差等問題。另外原脫硫設(shè)計中為保證充分控制余量，對氧化風(fēng)量并未做精確調(diào)控。故需對原有氧化風(fēng)系統(tǒng)進行改造。

1 氧化風(fēng)系統(tǒng)存在問題

1.1 系統(tǒng)流程

圖1所示為某發(fā)電廠氧化風(fēng)系統(tǒng)流程。氧化風(fēng)母管上依次布置有壓力測點、U型管、疏放管路、減溫水管路和溫度測點。氧化風(fēng)經(jīng)霧化噴水增濕減溫后去吸收塔，母管U型布置可防止減溫水倒灌氧化風(fēng)機，其底部疏放閥用來疏放管道內(nèi)殘余的減溫水。

圖1 某發(fā)電廠氧化風(fēng)系統(tǒng)流程

1.2 運行參數(shù)異常

運行中脫硫氧化風(fēng)系統(tǒng)頻頻出現(xiàn)風(fēng)機電流偏高、出口母管壓力偏大、出口溫度偏高的異?，F(xiàn)象。原脫硫氧化風(fēng)機采用羅茨風(fēng)機，其特點是流量恒定，遇到風(fēng)道堵塞時，風(fēng)機電流將立刻增大，電動機功率變大而流量恒定則會導(dǎo)致出口風(fēng)溫升高。經(jīng)U形管積水疏通后，參數(shù)恢復(fù)正常，判斷故障直接原因為減溫水堵塞U形管所致。觀察堵塞物多為腐蝕鐵銹，在高溫高濕情況下氧化風(fēng)母管內(nèi)部出現(xiàn)腐蝕，氧化皮呈片狀脫落堵塞疏水管，需對氧化風(fēng)母管增濕區(qū)域進行材料防腐。

1.3 噪聲污染

氧化風(fēng)機為大型容積式羅茨風(fēng)機，特點是運行穩(wěn)定但噪聲影響較大。盡管風(fēng)機本體做了厚重的隔音罩，但仍須設(shè)置專門的風(fēng)機房并緊閉風(fēng)機房門窗，以保證廠界噪聲不超標、廠內(nèi)噪聲滿足職業(yè)健康管理標準。然而在夏季高溫天氣，關(guān)閉門窗和風(fēng)機隔音罩易導(dǎo)致風(fēng)機、電機溫度過高，皮帶燒損等情況，風(fēng)機噪聲污染難以通過現(xiàn)場技術(shù)手段消除，必須對風(fēng)機進行重新選型。

1.4 現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境

由于U形管底部疏水容易堵塞，影響風(fēng)機運行，大多數(shù)時候自動疏水無法正常投用。底部積水通過底部疏水口疏放，現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境比較難以管控。需對整個增濕水管路及溫度測點進行調(diào)整移位，使殘余增濕水流入吸收塔而不是堵住氧化風(fēng)母管。

2 氧化風(fēng)機的經(jīng)濟投運方式

為探求氧化風(fēng)機的經(jīng)濟投運方式，需根據(jù)不同燃燒工況得出合適的氧化風(fēng)機投運數(shù)，即：先預(yù)判塔內(nèi)反應(yīng)理論耗氧量，再考慮適量裕度，進行現(xiàn)場試驗，若系統(tǒng)運行無異常且不影響脫硫效率，則可得出其經(jīng)濟運行方式。

2.1 脫硫?qū)嶋H所需氧化風(fēng)量的估算[2]

氧化風(fēng)需要量取決于煙氣量、煙氣中SO2濃度、脫硫效率等因素。根據(jù)氧化反應(yīng)原理，得到氧化空氣流量計算公式：

式中：MSO2為每小時煙氣中SO2的摩爾數(shù)；a為自然氧化率，結(jié)合發(fā)電廠煙氣含氧量情況，一般取0.2～0.25；β為強制氧化率，一般取30%～40%；η為脫硫效率，取98%。

由此初步可得：以單臺氧化風(fēng)機的額定風(fēng)量90.8 m3/min（1 atm，0℃）為試驗對象，1臺氧化風(fēng)機可滿足的入口SO2質(zhì)量流量范圍為2 500～3 200 kg/h；運行2臺風(fēng)機的入口SO2質(zhì)量流量范圍為3 200～6 500 kg/h；如果入口SO2質(zhì)量流量大于6 500 kg/h，則需要運行3臺氧化風(fēng)機。

2.2 氧化風(fēng)調(diào)整試驗

通過吸收塔實際試驗情況來檢驗氧化風(fēng)量，試驗選擇1號FGD（煙氣脫硫系統(tǒng)），入口煙氣SO2濃度平均值為2 850 mg/m3（標況下，以下同）；吸收塔控制pH值在5.3左右；漿液循環(huán)泵3臺運行。試驗分別在350 MW和400 MW負荷下進行，氧化風(fēng)機C備用，試驗結(jié)果見表1。

表1 1號FGD氧化風(fēng)機調(diào)整試驗結(jié)果

在SO2質(zhì)量流量為3 458 kg/h時，1臺氧化風(fēng)機的風(fēng)量足夠氧化反應(yīng)的進行，脫硫效率基本不受影響。在SO2質(zhì)量流量為4 206 kg/h時，1臺氧化風(fēng)機的風(fēng)量不足，漿液中CaSO3含量有所增加，脫硫效率從95.1%降至90.06%。由此可看出氧化風(fēng)量理論計算值有重要的參考價值，且仍留有一定裕度。

2.3 氧化風(fēng)機經(jīng)濟運行方式

從調(diào)整試驗情況可以看出，綜合考慮脫硫性能和節(jié)電需求后，可制定氧化風(fēng)機的經(jīng)濟投運原則是：入口SO2質(zhì)量流量小于3 200 kg/h時，運行1臺氧化風(fēng)機；入口SO2質(zhì)量流量在3 200～6 400 kg/h時，運行2臺氧化風(fēng)機；入口SO2質(zhì)量流量大于6 400 kg/h時，運行3臺氧化風(fēng)機。

3 氧化風(fēng)機改型后運行效果

2015年12月，在超低排放改造期間對某機組原氧化風(fēng)系統(tǒng)進行了升級改造。原氧化風(fēng)系統(tǒng)由2臺羅茨鼓風(fēng)機及其附屬設(shè)備組成，為了節(jié)能降噪并提高設(shè)備運行的可靠性，引進空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機。拆除1臺羅茨風(fēng)機，安裝1臺空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機，改造后離心風(fēng)機將長期運行，另1臺羅茨風(fēng)機做備用[3]。

（1）風(fēng)機功耗、噪聲測試結(jié)果。

新型氧化風(fēng)機試運行過程中根據(jù)風(fēng)機對應(yīng)機組負荷來確定其風(fēng)量設(shè)定值。新型氧化風(fēng)機的功率可直接得出，摘取2016年5月25—26日24 h內(nèi)3個典型機組負荷值下的功率，如表2所示。

表2 新型氧化風(fēng)機性能數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)

（2）風(fēng)機改造前后的性能數(shù)據(jù)比對。

本次比對中，對原羅茨風(fēng)機相關(guān)數(shù)據(jù)也進行了測試，風(fēng)機運行功耗由實測的風(fēng)機電流值計算得出，形成改造前后的結(jié)果比對，如表3所示。

由此得出，在滿足脫硫所需氧化風(fēng)量的情況下，采用永磁變頻離心風(fēng)機降噪及節(jié)能效果明顯，相比于改造前，改造后風(fēng)機節(jié)能率為20.69%。變頻風(fēng)機出口風(fēng)量可根據(jù)煙氣入口SO2質(zhì)量流量和運行實際工況自動調(diào)整，在原需2臺風(fēng)機運行的臨界工況附近只需通過變頻增加風(fēng)量即可達到合適的氧化效果，節(jié)能效果明顯。另外，由于離心風(fēng)機出口風(fēng)壓相對穩(wěn)定，增濕水效果得到保證，可減少增濕水耗用量。

4 結(jié)語

原氧化風(fēng)系統(tǒng)存在的諸多問題，在經(jīng)過相關(guān)改造后得到解決。為達到節(jié)能降耗的目標，技術(shù)人員經(jīng)過長期的試驗調(diào)整，摸索出適合自身的氧化風(fēng)機的經(jīng)濟投運方式，并對長期運行效果進行了跟蹤，石膏品質(zhì)及塔內(nèi)結(jié)垢現(xiàn)象未出現(xiàn)異常[4]。引進的新型氧化風(fēng)機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，節(jié)能、降耗、降噪效果明顯，可考慮進一步推廣。

參考文獻：

[1]周至祥，段建中，薛建明.火電廠濕法脫硫技術(shù)手冊[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]曾庭華，楊華，廖永進，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的調(diào)試、試驗及運行[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3]陸偉.燃煤火電機組脫硫系統(tǒng)氧化風(fēng)機的選型[J].科技資訊，2013（12）∶88－89.

[4]汪應(yīng)林.濕法煙氣脫硫氧化風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化對脫硫效率的影響[J].節(jié)能，2016，35（1）∶38－40.

[5]候徳安，李其浩，蔣蓬勃，等.火力發(fā)電廠脫硫吸收氧化系統(tǒng)經(jīng)濟運行優(yōu)化分析[J].電站系統(tǒng)工程，2016（4）∶48－49.

[6]田浩臣，蔡琳，蔣婷，等.電廠SCR脫硝系統(tǒng)與石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng)故障分析[J].廣東電力，2017，30（1）∶11－16.

[7]黃鍇.脫硫氧化風(fēng)機的變頻改造和控制研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015（29）∶40－41.

[8]惠潤堂，顏儉，楊愛勇，等.脫硫氧化風(fēng)機的噪聲控制[J].電力環(huán)境保護，2007，23（4）∶61－62.

[9]黃紅.脫硫氧化風(fēng)機的變頻改造和控制[J].廣西電力，2011（5）∶62－63.

[10]李國勇，黃志丹，柳進云.調(diào)峰電廠脫硫裝置氧化系統(tǒng)設(shè)計與配置[J].能源環(huán)境保護，2014，28（4）∶45－46.