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    HZY-1脫硫添加劑在燃煤電廠濕法脫硫系統(tǒng)中的探究試驗(yàn)

    2019-06-14 06:27:10王強(qiáng)
    綜合智慧能源 2019年5期
    關(guān)鍵詞:循環(huán)泵石灰石石膏

    王強(qiáng)

    (中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華中電力試驗(yàn)研究院,鄭州 450000)

    0 引言

    目前國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組脫硫系統(tǒng)普遍采用的是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。脫硫系統(tǒng)在確保環(huán)保達(dá)標(biāo)(SO2平均排放質(zhì)量濃度≤35 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2))的基礎(chǔ)上[1-2],將提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性作為未來(lái)燃煤電廠環(huán)保運(yùn)行關(guān)注的焦點(diǎn),而其中一個(gè)方法就是使用脫硫添加劑[3]。將脫硫添加劑作為一種類(lèi)似活性劑的物質(zhì)加入脫硫塔漿液中,一方面可以有效地強(qiáng)化氣、液相傳質(zhì)[4],促進(jìn)CaCO3的溶解和利用,從而提高脫硫效率;另一方面能減緩脫硫設(shè)備的結(jié)垢和堵塞、減輕磨損、緩沖漿液pH值波動(dòng)[5],對(duì)提高脫硫工藝運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有很大幫助[6]。

    1 系統(tǒng)概述

    大唐林州熱電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)林州熱電)#2機(jī)組為350 MW超臨界發(fā)電機(jī)組,其脫硫工程采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝,無(wú)煙氣換熱器(GGH)、一爐一塔處理全部煙氣量。2016年對(duì)#2機(jī)組進(jìn)行了超低排放改造:在吸收塔噴淋層下增加煙氣均流裝置,對(duì)吸收塔及各噴淋系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,噴淋層和噴嘴全部更換;在吸收塔5層噴淋層的適當(dāng)位置設(shè)置4層煙氣分布環(huán)板,防止煙氣走旁路;脫硫系統(tǒng)配置5臺(tái)漿液循環(huán)泵,額定功率分別為489,533,574,620,664 kW。脫硫系統(tǒng)超低排放改造設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

    表1 脫硫系統(tǒng)超低排放改造后主要設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Main design parameters of desulfurization system after ultra-low emission reform

    2 試驗(yàn)內(nèi)容

    本次脫硫添加劑探究試驗(yàn)采用HZY-1高效脫硫添加劑。HZY-1的主要成分為復(fù)合多元酸的有機(jī)酸,主要作用是加快氣膜和液膜的傳質(zhì)過(guò)程,提高反應(yīng)速率[7]。試驗(yàn)分4個(gè)階段進(jìn)行:(1)添加前準(zhǔn)備階段;(2)添加過(guò)程;(3)添加量摸底試驗(yàn);(4)添加后石膏及脫硫廢水化學(xué)需氧量(COD)的化驗(yàn)。

    2.1 前期準(zhǔn)備

    林州熱電#2機(jī)組近期負(fù)荷、煤質(zhì)較穩(wěn)定,具備較好脫硫添加劑探究試驗(yàn)的條件。

    #2機(jī)組在滿足環(huán)保部門(mén)要求的條件下,為了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,一般將脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度維持在25~28 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2)。此時(shí)為低pH值(4.6~4.8)運(yùn)行模式,運(yùn)行4臺(tái)漿液循環(huán)泵,2A,2B,2C,2D。

    為確保機(jī)組的達(dá)標(biāo)排放及脫硫添加劑的順利添加,運(yùn)行人員對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了2 h的調(diào)整,調(diào)整后脫硫漿液pH值為5.43,運(yùn)行3臺(tái)漿液循環(huán)泵(2A,2C,2D),試驗(yàn)前分散控制系統(tǒng)(DCS)表盤(pán)上脫硫漿液密度、進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度分別為1 198.0 kg/m3,3 641.5/24.9 mg/m3(以下無(wú)特殊說(shuō)明情況下均為實(shí)測(cè)值)。

    2.2 添加過(guò)程

    (1)2018-10-23 T 14:58,在脫硫系統(tǒng)地坑中添加HZY-1高效脫硫添加劑20桶(12.5 kg/桶,共計(jì)250 kg),15:22再次加入添加劑10桶,第1次共加入添加劑30桶。

    觀察出口SO2質(zhì)量濃度變化情況,此時(shí)pH值為5.44,進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度為3 506.0/16.6 mg/m3。因?yàn)樘砑觿﹦┝枯^小,對(duì)出口SO2質(zhì)量濃度影響不太明顯。

    (2)15:40加入脫硫添加劑10桶,此時(shí)漿液中的脫硫添加劑質(zhì)量濃度約為250 mg/L,出口SO2的質(zhì)量濃度隨著添加劑劑量的增加而降低。16:15,漿液pH值為5.40,脫硫系統(tǒng)進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度為3 620.0/12.3 mg/m3。

    通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),添加劑添加后#2機(jī)組脫硫塔在pH值保持不變的情況下出口SO2質(zhì)量濃度明顯降低。

    (3)考慮到脫硫廢水排放和漿液攜帶,添加劑的質(zhì)量濃度會(huì)逐漸降低,16:20開(kāi)始再次加入添加劑10桶,此時(shí)漿液中的脫硫添加劑質(zhì)量濃度約為300 mg/L,出口SO2質(zhì)量濃度雖逐步降低,但降低速度不再明顯,而脫硫塔脫硫效率的穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)。17:00,pH值為5.41,進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度分別為3 707.0/11.2 mg/m3。整個(gè)添加劑添加過(guò)程中,數(shù)據(jù)變化如圖1所示。

    2.3 添加劑添加量的摸底試驗(yàn)

    2.3.1 第1次摸底試驗(yàn)

    通過(guò)約3 d的運(yùn)行,2018年10月26日#2機(jī)組脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度比剛加入添加劑時(shí)略有上升。09:25—10:00再次向脫硫塔地坑內(nèi)加入10桶添加劑,加入添加劑前后數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

    通過(guò)表2可以得出,#2機(jī)組再次加入添加劑10桶后,在脫硫塔入口SO2質(zhì)量濃度、漿液pH值無(wú)明顯變化的情況下,出口SO2質(zhì)量濃度與10月23日加入添加劑后的接近,說(shuō)明這段時(shí)間內(nèi)(3 d)#2機(jī)組脫硫塔漿液里添加劑的減少量約等于10月26日的添加量,即125 kg。

    表2 添加添加劑前后數(shù)據(jù)對(duì)比(2018-10-26)Tab.2 Data comparison before and after adding additives (2018-10-26)

    注:加藥前后脫硫系統(tǒng)均保持2A,2C,2D漿液循環(huán)泵運(yùn)行。

    圖1 添加劑添加過(guò)程中系統(tǒng)進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度變化情況Fig.1 Changes of the SO2 mass concentration at system inlet/outlet during additive addition

    2.3.2 第2次摸底試驗(yàn)

    2018-10-30 T 13:40,#2機(jī)組脫硫塔pH值為5.30,進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度濃度分別為3 704.0/17.0 mg/m3,相比于2018-10-23 T 17:00的數(shù)值(3 707.0/11.2 mg/m3),脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度明顯上升。原因是排出的脫硫廢水及石膏中攜帶有添加劑,HZY-1在漿液里的質(zhì)量濃度降低。為維持脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度,需啟動(dòng)2B漿液循環(huán)泵或者繼續(xù)加入添加劑來(lái)提高脫硫塔漿液中添加劑的濃度。林州熱電選擇后者,并于2018-10-30 T 13:40加入14桶添加劑。加入后觀察漿液pH值、進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度,見(jiàn)表3。

    表3 加入添加劑后數(shù)據(jù)(2018-10-30)Tab.3 Data after adding additives (2018-10-30)

    注:加藥前后脫硫系統(tǒng)均保持2A,2C,2D漿液循環(huán)泵運(yùn)行。

    通過(guò)以上2次添加劑添加量的摸底試驗(yàn),要想達(dá)到10月23日添加添加劑后脫硫塔出口SO2的質(zhì)量濃度(12.3 mg/m3),添加劑(藥)的添加量為45~50 kg/d。

    2.4 石膏及脫硫廢水COD化驗(yàn)

    石膏中CaCO3,CaSO3·0.5H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及廢水中COD化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以得出以下結(jié)論。

    (1)石膏中的CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)從添加劑添加前的5.64%降低到添加后的3.74%(平均值),相當(dāng)于減少了石灰石的耗量。試驗(yàn)期間林州熱電#2機(jī)組共產(chǎn)出石膏約為1 100 t(2018-10-23—29),通過(guò)石膏中CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少折算出減少消耗的石灰石量約為23 t(石灰石中CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)按90%計(jì)算)。

    表4 試驗(yàn)期間石膏成分、脫硫廢水COD化驗(yàn)結(jié)果(2018年)Tab.4 COD test results of gypsum composition and desulfurization wastewater during the test(2018)

    (2)脫硫廢水中COD略有上升,但對(duì)漿液品質(zhì)影響很小,試驗(yàn)后至今,脫硫塔未發(fā)生漿液起泡現(xiàn)象。從以上化驗(yàn)結(jié)果可以看出,加入添加劑后不但可以減少石灰石的耗量,而且可以改善石膏品質(zhì)。

    3 添加劑加入后經(jīng)濟(jì)和安全評(píng)價(jià)

    3.1 停1臺(tái)漿液循環(huán)泵的工況

    加入HZY-1脫硫添加劑后,#2機(jī)組要保持脫硫裝置出口SO2質(zhì)量濃度約11.0 mg/m3不變,2B漿液循環(huán)泵(533 kW)可以不運(yùn)行,按照0.39元/(kW·h)的電價(jià)計(jì)算,停運(yùn)2B漿液循環(huán)泵約節(jié)約電費(fèi)200元/h。

    3.2 脫硫用石灰石減少量

    加入HZY-1脫硫添加劑后,石膏中CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少約1.9百分點(diǎn),折算后2018-10-23—29約減少石灰石日消耗23 t,在#2機(jī)組180 MW負(fù)荷每天24 h運(yùn)行條件下,平均節(jié)約石灰石3~4 t/d,節(jié)約石灰石成本約480元/d。

    3.3 添加劑加入量的成本

    按HZY-1添加劑的價(jià)格為3萬(wàn)元/t、#2機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間4 500 h計(jì)算,每年節(jié)省電費(fèi)與減少石灰石的費(fèi)用約為100萬(wàn)元,添加劑的使用費(fèi)及人工成本費(fèi)約為45萬(wàn)元(其中添加劑成本約24萬(wàn)元,人工成本費(fèi)約21萬(wàn)元)。綜合計(jì)算,加入添加劑后每年#2機(jī)組脫硫裝置可節(jié)省55萬(wàn)元。從上述分析可以看出,使用脫硫添加劑不僅增加了脫硫裝置運(yùn)行的靈活性,增強(qiáng)了脫硫系統(tǒng)的適應(yīng)能力,更能帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

    3.4 添加劑加入后安全評(píng)價(jià)

    HZY-1脫硫添加劑在純水中基本呈弱酸性,其溶解度很高,能在吸收塔漿液中瞬間溶解,對(duì)吸收塔漿液的pH值擾動(dòng)很小。在液相環(huán)境中,脫硫添加劑不沉淀不揮發(fā)[8]。在#2機(jī)組吸收塔漿液中HZY-1脫硫添加劑的質(zhì)量濃度不高于300 mg/L,在實(shí)際的漿液環(huán)境里,低濃度的添加劑對(duì)吸收塔內(nèi)壁的玻璃鱗片無(wú)明顯腐蝕作用,使用脫硫添加劑對(duì)脫硫設(shè)備的安全運(yùn)行無(wú)不利影響[9-10]。

    4 結(jié)束語(yǔ)

    脫硫添加劑作為石灰石-石膏濕法脫硫增加脫硫效率的一種方法,不僅提高了脫硫系統(tǒng)脫硫效率和增強(qiáng)脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定性,而且能夠減少?gòu)S用電和石灰石的耗量,降低了運(yùn)行成本,減少了設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的磨損及人工檢修等,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益,HZY-1脫硫添加劑有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

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