國(guó)華浙能電廠4號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化研究

楊學(xué)標(biāo)，陳再明，楊遙軍

(神華國(guó)華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315612)

0 引言

隨著“節(jié)能減排”工作的深入開展，浙江省作為燃煤發(fā)電企業(yè)的大省，推進(jìn)燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)達(dá)到天然氣發(fā)電機(jī)組排放限值的超低排放，同等條件下可減少SO2排放66%、NOx排放50%和煙塵排放83%，對(duì)于進(jìn)一步提升煤電綠色發(fā)展水平、促進(jìn)大氣污染防治和空氣質(zhì)量改善具有重要意義，因此浙江省內(nèi)燃煤發(fā)電企業(yè)陸續(xù)完成了煙氣超低排放的改造，實(shí)現(xiàn)燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放。浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司4號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)在進(jìn)行超低排放改造后，運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏，實(shí)際運(yùn)行狀況不容樂觀。為了改善脫硫運(yùn)行的可靠性、優(yōu)化工藝控制、提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，

1 系統(tǒng)概述

浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司4號(hào)機(jī)組容量為630MW，增設(shè)濕式電除塵系統(tǒng)，并對(duì)脫硫、脫硝和干式電除塵進(jìn)行了改造優(yōu)化，使其污染物排放達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫改造將折流塔改為了煙氣逆流塔，脫硫率不小于99.2%(脫硫設(shè)計(jì)/校核煤種，硫分=0.8%)(設(shè)計(jì)效率99.5%并保證出口SO2濃度小于35mg/m3)。脫硫裝置的出力在鍋爐BMCR工況的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，最小可調(diào)能力與單臺(tái)爐不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷(即30%B-MCR工況，燃用設(shè)計(jì)煤種的煙氣流量)相適應(yīng)；煙氣脫硫裝置能在鍋爐B-MCR工況下進(jìn)煙溫度加15℃裕量條件下安全連續(xù)運(yùn)行。事故狀態(tài)下，煙氣脫硫裝置的進(jìn)煙溫度不得超過180℃，脫硫吸收塔系統(tǒng)采用單噴淋空塔+分區(qū)調(diào)節(jié)器+雙層多孔性分布器的高效脫硫工藝。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

本次試驗(yàn)主要進(jìn)行了吸收塔漿液密度優(yōu)化控制，pH值自動(dòng)控制及優(yōu)化，漿液循環(huán)泵優(yōu)化組合試驗(yàn)，由于國(guó)華浙能發(fā)電有限公司超低排放改造后機(jī)組燃用煤種硫分遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，因此脫硫優(yōu)化以燃煤硫分0.4%左右的煤種進(jìn)行展開。

2.1 吸收塔漿液循環(huán)泵組合優(yōu)化

國(guó)華浙能發(fā)電有限公司超低排放改造后每個(gè)脫硫系統(tǒng)配置4臺(tái)漿液循環(huán)泵，從高到低其額定功率分別為1000、900、800、700kW，由于機(jī)組燃燒煤種硫分遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，因此存在著一定的優(yōu)化空間。

2.1.1 漿液循環(huán)泵組合優(yōu)化試驗(yàn)

在脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，控制煙囪排放SO2濃度不超過35mg/m3的前提下，經(jīng)過一系列的循泵組合變化，結(jié)果數(shù)據(jù)見表1。3臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，煙囪排放SO2濃度已完全能夠滿足排放要求，故未進(jìn)行4臺(tái)漿液泵同時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)。

表1 循環(huán)泵優(yōu)化組合運(yùn)行統(tǒng)計(jì)

負(fù)荷/MW循環(huán)泵組合入口SO2濃度/mg·m-3出口SO2濃度/mg·m-3pH630B/C93123.45.80627B/C93626.35.77630B/C98032.05.70633B/D99225.95.66630B/D93021.55.71630B/D97830.35.63628A/D102531.75.60630A/D99219.05.75631A/D100623.95.66627C/D102026.15.81635C/D104222.25.88624C/D102834.25.74632A/B94425.45.84630A/B93829.75.78628A/B94221.45.91631A/C92832.05.77630A/C93625.95.85629A/C91919.75.90631B/C/D108011.15.68633B/C/D108117.25.18630A/B/D10107.25.48630A/B/D102715.75.24632A/B/C9898.15.57629A/B/C99119.25.19600A/D103826.05.67570B/C95110.75.90520B/D98611.65.75500B/C99814.85.66500B/C100230.35.30330B/C9078.65.46330B/D9547.05.36

從表1可知，當(dāng) SO2進(jìn)口濃度較低的工況下運(yùn)行2臺(tái)漿液循環(huán)泵基本能滿足運(yùn)行要求，相同工況下由2臺(tái)循泵改為3臺(tái)循泵運(yùn)行時(shí)，出口SO2濃度從33mg/m3瞬間下降到10mg/m3，這是液氣比改變導(dǎo)致SO2吸收效率的變化。試驗(yàn)過程表明，在滿負(fù)荷下，當(dāng)停運(yùn)1臺(tái)循環(huán)泵后，由于吸收塔液位上升，使其他2臺(tái)運(yùn)行的循環(huán)泵的背壓升高，運(yùn)行電流因此變小，因此循環(huán)泵的總電耗下降，同時(shí)，吸收塔內(nèi)阻力減少，進(jìn)而導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)出力減小，因此2臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果顯著。從脫硫效率來看，停運(yùn)1臺(tái)循環(huán)泵后的脫硫效率有比較明顯的下降，接近了脫硫排放的限值，因此在滿負(fù)荷工況下停運(yùn)循泵前，需提前將吸收塔內(nèi)的pH值提高至5.7以上，雖然2臺(tái)漿液泵運(yùn)行時(shí)，pH值需保持高位，但考慮到機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)并不是長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行，高pH值運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)影響并不大。如果機(jī)組需要較長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行，建議啟動(dòng)3臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行，增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)及應(yīng)急能力。

2.1.2 漿液循環(huán)泵組合節(jié)能效果評(píng)價(jià)比較

本次試驗(yàn)由于機(jī)組燃燒煤種含硫量較低且相對(duì)比較穩(wěn)定，在滿負(fù)荷工況下2臺(tái)漿液循環(huán)泵也基本能滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求，出于節(jié)能的目的，我們分別模擬了幾種不同工況的節(jié)能比較(見表2)，前提是保證煙囪排放SO2濃度不超過35mg/m3。

表2 循環(huán)泵組合功率統(tǒng)計(jì)

工況機(jī)組負(fù)荷/MW循泵組合pH最低值循泵總功率/kW1630B/C5.7014052630B/D5.6215653630A/B5.7713004630A/C5.7812655630A/D5.6014256630C/D5.7415307630A/B/C5.2019858630A/B/D5.2021459630B/C/D5.202250

從表2中看出，3臺(tái)循泵運(yùn)行時(shí)，雖然能控制較低的pH值運(yùn)行，且調(diào)節(jié)余量較大，但是能耗比兩臺(tái)循泵運(yùn)行時(shí)增加了50%。而2臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，雖然A/B和A/C能耗最小，但是系統(tǒng)調(diào)節(jié)余量不大，存在一定的超標(biāo)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)隱患。而A/D和B/C能耗居中，相對(duì)調(diào)節(jié)余量較大，而且還能相互進(jìn)行定期切換，而B/D和C/D能耗相對(duì)較大，且C/D脫硫效果并不理想。綜合以上數(shù)據(jù)，我們建議A/D、 B/C和B/D進(jìn)行兩兩切換運(yùn)行。正常切換順序建議為A/D→B/D→B/C。如果需要長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷工況運(yùn)行或者煤種含硫量升高時(shí)，建議3臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行，以保證脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定。

2.2 吸收塔漿液密度優(yōu)化控制

由于脫硫工藝不同，目前燃煤機(jī)組脫硫吸收塔運(yùn)行密度范圍較寬泛，從1080kg/m3到1150kg/m3都有，有些甚至更高，這取決于吸收塔塔型、液氣接觸時(shí)間、漿液停留時(shí)間等設(shè)計(jì)因素，也與運(yùn)行工藝參數(shù)有關(guān)。脫硫系統(tǒng)投運(yùn)以來，漿液密度一般控制在1130kg/m3以上，超低排放改造后，吸收塔漿液密度控制在1090kg/m3以下，但運(yùn)行人員無(wú)法確定該密度值是否最優(yōu)。為此，在石灰石供漿流量、吸收塔漿液pH值、氧化風(fēng)量等條件基本穩(wěn)定的前提下，進(jìn)行了吸收塔石膏漿液排放時(shí)的最佳密度范圍試驗(yàn)，即漿液停留時(shí)間與石膏相對(duì)過飽和度的確定，對(duì)不同密度的漿液進(jìn)行了化學(xué)成分和物理特性的分析比較，在不同密度工況下，對(duì)脫硫效率的影響比較，得到了滿意的結(jié)果。不同吸收塔漿液密度對(duì)脫硫效率的影響見表3。

表3 吸收塔密度與脫硫效率分析

項(xiàng)目負(fù)荷/MW入口SO2 /mg·m-3出口SO2/mg·m-3吸收塔pH漿液密度/kg·m-3脫硫效率/%163194023.15.91109197.5263293319.46.02109097.7363393829.75.91109197.5463391543.15.62109395.5563395712.35.88112898.6662793123.45.80112697.4762993626.35.77112597.1863095030.15.74112696.7

通過以上數(shù)據(jù)表明，吸收塔漿液密度對(duì)脫硫效率有一定的影響，在數(shù)據(jù)組1和數(shù)據(jù)組5中，在相同的機(jī)組負(fù)荷、相同的進(jìn)口SO2、相同的漿液pH值的情況下，吸收塔漿液密度越高，相應(yīng)的SO2除去能力越強(qiáng)，說明漿液反應(yīng)活性和緩沖能力較強(qiáng)。

綜上所述，吸收塔漿液密度的控制必須綜合考慮各種因素，既要從系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性出發(fā)，同時(shí)又要考慮其經(jīng)濟(jì)性，總的原則是在不影響石膏脫水系統(tǒng)運(yùn)行的前提下，盡可能降低密度。結(jié)合4號(hào)機(jī)組漿液外排可控流量，建議將4號(hào)機(jī)組吸收塔外排石膏漿液的密度從1085kg/m3調(diào)整為1120kg/m3，當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，燃燒煤種硫分為0.4%時(shí)，外排流量控制在20～25m3/h。

2.3 吸收塔漿液pH值的優(yōu)化調(diào)整

2.3.1 吸收塔漿液的pH值的優(yōu)化

吸收塔漿液pH值是脫硫系統(tǒng)的重要運(yùn)行參數(shù)。為達(dá)到一定的脫硫效率，系統(tǒng)需要控制一個(gè)合理的pH值。在4號(hào)機(jī)脫硫系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)初期，系統(tǒng)pH值控制值經(jīng)常在5.8以上，有時(shí)達(dá)到6.1左右，運(yùn)行人員對(duì)脫硫出口SO2濃度的控制主要通過控制pH來實(shí)現(xiàn)?？疾靸?yōu)化試驗(yàn)前系統(tǒng)pH對(duì)脫硫出口SO2濃度的影響。當(dāng)pH值高于6.0后，脫硫效率已無(wú)明顯上升趨勢(shì)。

考慮到節(jié)能及出口SO2濃度的控制，本次優(yōu)化時(shí)pH值主要控制在5.2～6.0之間，結(jié)合循環(huán)泵的組合優(yōu)化后的工況，我們主要圍繞A/D循環(huán)泵組合進(jìn)行展開。為了更加直觀的了解pH值為吸收塔漿液的影響，我們?cè)诓煌琾H值時(shí)進(jìn)行了取樣，并對(duì)樣品進(jìn)行了過濾、脫水和分析，通過石膏內(nèi)的組分計(jì)算Ca/S比。

表4 不同pH值漿液的組分

工況出口SO2/mg·m-3pHCaCO3含量/%CaSO4·2H2O含量/%CaSO3·1/2H2O含量/%Ca/S136.95.551.73496.460.0431.031 224.45.652.22195.320.0581.040 319.05.752.68494.660.0551.049 414.45.853.06593.780.0631.056

圖1 pH值與Ca/S關(guān)系曲線

從表4、圖1中可知，雖然工況1即pH在5.55時(shí)，Ca/S比為1.03，但出口SO2濃度36.9mg/m3，超過超低排放限值。工況4即pH在5.85時(shí)，雖然出口SO2滿足了要求，但是Ca/S比達(dá)到1.05以上，且石膏中的CaCO3含量高達(dá)3.065%，不僅影響了石膏品質(zhì)，又使石灰石粉耗量大大增加，這種工況的經(jīng)濟(jì)性顯然很差。相比較而言，工況2和工況3的綜合效果是最佳的，即pH在5.65～5.75左右，不僅脫硫出口SO2達(dá)到了小于35mg/m3的要求，而且鈣硫比在1.04和1.05左右，相應(yīng)的石灰石粉耗較低，是一個(gè)比較理想的運(yùn)行控制點(diǎn)。

2.3.2 吸收塔漿液的pH值的自動(dòng)控制優(yōu)化

脫硫吸收塔漿液pH自動(dòng)控制需要涉及到機(jī)組風(fēng)量，進(jìn)出口SO2濃度，石灰石漿液密度以及供漿調(diào)閥的穩(wěn)定性等一系列參數(shù)和表計(jì)的準(zhǔn)確性和代表性。在自動(dòng)控制試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)供漿調(diào)節(jié)閥和供漿流量的線性關(guān)系較差，閥門存在較大的死區(qū)，以至于在進(jìn)行供漿自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整時(shí)，反應(yīng)滯后情況，綜合上述原因，建議更換閥體后再進(jìn)行調(diào)整。

3 存在的問題

(1)4號(hào)機(jī)組吸收塔供漿調(diào)節(jié)閥存在較大的死區(qū)，供漿流量和閥門開度的線性較差，失去了電動(dòng)調(diào)節(jié)門原本的特性和作用，使供漿自動(dòng)的品質(zhì)不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行的要求，建議停機(jī)檢修時(shí)更換陶瓷芯的電動(dòng)球閥。

(2)4號(hào)機(jī)組吸收塔漿液密度計(jì)不準(zhǔn)，實(shí)地檢查后發(fā)現(xiàn)流經(jīng)密度計(jì)的漿液流量為3.5m3/h，未能達(dá)到儀表要求的6～15m3/h的要求，建議在機(jī)組檢修時(shí)將吸收塔密度計(jì)更換安裝位置，降低安裝高度，便于檢修維護(hù)，同時(shí)應(yīng)將密度計(jì)安裝在管線的主路上，并設(shè)置旁路，便于控制流量，增加密度計(jì)的沖洗管路和排放管路，方便進(jìn)行定時(shí)沖洗和清理，防止?jié){液在表計(jì)內(nèi)部沉積，影響測(cè)量精度。

(3)吸收塔4C漿液循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)電流只有74A，明顯低于額定功率比4C小的4B漿液循環(huán)泵，而4C漿液循環(huán)泵的揚(yáng)程比4B漿液循環(huán)泵大，因此判斷4C漿液循環(huán)泵可能存在流量不足的情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多方分析，懷疑4C漿液循環(huán)泵葉輪尺寸偏小或者4C噴淋層噴嘴有堵塞情況。在實(shí)際運(yùn)行中，4C漿液循環(huán)泵的脫硫能力明顯不及4B漿液循環(huán)泵，建議在機(jī)組停運(yùn)檢修時(shí)對(duì)泵體和噴淋層進(jìn)行檢查確認(rèn)。

(4)吸收塔氧化風(fēng)機(jī)為羅茨風(fēng)機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)空載啟動(dòng)，出于保護(hù)風(fēng)機(jī)的羅茨結(jié)構(gòu)，只有運(yùn)行穩(wěn)定后，才能進(jìn)行帶壓加載；而4號(hào)機(jī)組的氧化風(fēng)機(jī)空載啟動(dòng)后，風(fēng)機(jī)出口排空閥為電磁閥，開關(guān)行程只有3s，每次關(guān)閉排空閥后，易造成風(fēng)機(jī)出口及風(fēng)機(jī)本體局部壓力急劇上升，超過風(fēng)機(jī)保護(hù)定值，觸發(fā)風(fēng)機(jī)保護(hù)跳閘，因此建議將氧化風(fēng)機(jī)出口排空閥由電磁閥更換成電動(dòng)蝶閥，并設(shè)置電動(dòng)蝶閥為大扭矩，延長(zhǎng)電動(dòng)蝶閥的關(guān)閉時(shí)間，減少風(fēng)壓對(duì)風(fēng)機(jī)本體的沖擊。

4 結(jié)論與建議

(1)通過循環(huán)漿液泵優(yōu)化組合可知，2臺(tái)循環(huán)泵在滿負(fù)荷，低硫分工況運(yùn)行時(shí)的可行性，并通過能耗計(jì)算，脫硫效果比較，建議4號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)比較適合A/D，B/D，B/C循環(huán)泵組合進(jìn)行切換運(yùn)行。

(2)4號(hào)機(jī)組吸收塔漿液排放密度控制在1120kg/m3左右。通過化學(xué)分析和物理電鏡檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)密度在1083kg/m3時(shí)，不成形的石膏晶體較多，不利于脫水，而過高密度運(yùn)行易造成設(shè)備磨損，故4號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)維持吸收塔密度在1120kg/m3運(yùn)行較為理想。

(3)出于節(jié)能的考慮，脫硫系統(tǒng)維持2臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行，因此pH值需在滿負(fù)荷工況下需保持高位，通過計(jì)算Ga/S比來分析經(jīng)濟(jì)性，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)際工況，得出滿負(fù)荷工況下，進(jìn)口SO2在1000mg/m3以下時(shí)，吸收塔漿液pH值保持在5.65～5.75時(shí)，為比較理想的控制點(diǎn)。