350 MW機組脫硫氧化風機節(jié)能優(yōu)化試驗

趙林林

(華電滕州新源熱電有限公司，山東 滕州 277599)

0 引言

隨著國家大氣污染物排放標準的日趨嚴格和超低排放要求的提出，濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)工藝因其SO2脫除率高、工藝成熟、吸收劑(石灰石)價格低廉以及副產(chǎn)品(石膏)具有商業(yè)價值等優(yōu)勢，成為現(xiàn)階段我國應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硫工藝。該工藝采用石灰石漿液于塔內(nèi)循環(huán)、噴淋脫硫，并采用強制氧化方式把脫硫產(chǎn)物氧化為石膏，實現(xiàn)了產(chǎn)物的資源化利用[1-3]。

但隨著濕法脫硫等環(huán)保設(shè)施的大量投運，火電廠的廠用電率也不斷攀升[4]。濕法脫硫中的漿液循環(huán)泵、氧化風機等設(shè)備作為耗能大戶，節(jié)能潛力巨大。

某電廠350 MW機組在濕法脫硫過程中的氧化風由羅茨風機提供。理論上氧化風量應(yīng)與煙氣脫硫裝置(FGD)的SO2質(zhì)量濃度、煙氣量、脫硫效率等因素有關(guān)，并隨燃煤硫分、機組負荷等條件的變化而變化。但在實際運行過程中，多數(shù)脫硫氧化風機的風量通常固定在設(shè)計的最大值上，即使燃煤硫分、機組負荷降低，氧化風機也是全負荷運行，造成電能的大量浪費[5]。

1 研究對象與試驗方法

1.1 研究對象

該廠#4機組于2016年年底完成超低排放改造，脫硫系統(tǒng)為雙塔雙循環(huán)串聯(lián)型。一級塔設(shè)置3臺氧化風機對漿液進行強制氧化，按照設(shè)計為2運1備。在一級塔氧化風機出口母管增加1路風管至二級塔氧化風管道并加裝手動閥作為備用，二級吸收塔漿液不強制氧化，故不增設(shè)氧化風機。該機組脫硫系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)及性能要求見表1。

表1 脫硫系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)及性能要求Tab.1 Design parameters and performance requirements of desulfurization system

1.2 試驗方法

分別在2臺和1臺氧化風機運行的方式下，測量吸收塔漿液中溶解氧質(zhì)量濃度隨機組負荷和FGD入口SO2質(zhì)量濃度的變化趨勢；運用OriginPro軟件分析溶解氧質(zhì)量濃度與機組負荷、FGD入口SO2質(zhì)量濃度和漿液pH值的線性關(guān)系；運用Minitab軟件分析，在不同的FGD入口煙氣SO2質(zhì)量濃度條件下，溶解氧質(zhì)量濃度、機組負荷和漿液pH值的關(guān)系；以設(shè)計工況下實際溶解氧質(zhì)量濃度為參考，選取合適的溶解氧質(zhì)量濃度作為脫硫循環(huán)漿液得到充分氧化的標準值，最終確定氧化風機的最佳運行方式。

2 研究結(jié)果與結(jié)論分析

2.1 溶解氧的整體變化趨勢

不限定機組負荷和FGD入口SO2質(zhì)量濃度，2017年分別測定2臺和1臺氧化風機運行時漿液中的溶解氧質(zhì)量濃度與負荷之間的對應(yīng)變化趨勢，見表2—3。由表2—3可得出以下結(jié)論：

(1)溶解氧質(zhì)量濃度與機組負荷呈現(xiàn)反相關(guān)關(guān)系；

(2)1臺氧化風機運行時的溶解氧質(zhì)量濃度比2臺氧化風機運行時的明顯降低。

2.2 2臺氧化風機運行時溶解氧變化分析

通過監(jiān)測及數(shù)據(jù)計算發(fā)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)SO2脫除率長期穩(wěn)定于99%及以上，故吸收塔出口數(shù)據(jù)可以忽略不計。氧化風機母管流量并未實時監(jiān)測，可通過羅茨風機風量與母管壓力換算得到，數(shù)值基本維持穩(wěn)定。FGD入口煙氣流量與機組負荷呈線性正相關(guān)。以下的線性-交互分析以溶解氧質(zhì)量濃度與機組負荷、FGD入口SO2質(zhì)量濃度、漿液pH值的關(guān)系展開。

表2 2臺氧化風機運行時溶解氧與機組負荷關(guān)系Tab.2 Relationship between dissolved oxygen and unit load within 2 oxidation fans

表3 1臺氧化風機運行時溶解氧與機組負荷關(guān)系Tab.3 Relationship between dissolved oxygen and unit load within 1 oxidation fan

該機組FGD入口SO2質(zhì)量濃度設(shè)計最高值為3 000 mg/m3，測試期間該機組煤種保持穩(wěn)定，F(xiàn)GD入口SO2質(zhì)量濃度保持在2 500～3 000 mg/m3，故該機組的分析以此為最佳指導(dǎo)數(shù)據(jù)，2 000 mg/m3以下及3 500 mg/m3以上的數(shù)據(jù)僅做參考。

溶解氧質(zhì)量濃度(測試期間的均值)與機組負荷、FGD入口SO2質(zhì)量濃度和漿液pH值的線性-交互分析如圖1所示。

圖1 #4機組2臺氧化風機運行時線性-交互分析Fig.1 Linear-interactive analysis of the operation of No.4 unit within of 2 oxidation fans

從圖1可得到以下結(jié)論。

(1)溶解氧質(zhì)量濃度受3種因素影響，影響的大小為：機組負荷>FGD入口SO2質(zhì)量濃度>漿液pH值。

(2)溶解氧質(zhì)量濃度與機組功率和FGD入口SO2質(zhì)量濃度皆呈反相關(guān)關(guān)系。

(3)溶解氧質(zhì)量濃度與pH值呈正相關(guān)關(guān)系，但實際吸收塔漿液pH值一般保持在4.8～5.1，此范圍內(nèi)溶解氧質(zhì)量濃度變化很小，相關(guān)性較小。

通過數(shù)據(jù)處理，分析得到不同條件下溶解氧質(zhì)量濃度的等值線(如圖2所示)。

圖2 不同條件下2臺氧化風機運行時的溶解氧等值線Fig.2 Contour maps of dissolved oxygen within 2 oxidation fans under different conditions

由圖2可得出以下規(guī)律。

(2)FGD入口SO2質(zhì)量濃度在3 000 mg/m3，且機組功率大于300 MW時，溶解氧質(zhì)量濃度在1.0 mg/L以下。由于機組負荷長期在300 MW以下，溶解氧質(zhì)量濃度短時間降低并不會影響石膏品質(zhì)。

2.3 1臺氧化風機運行時溶解氧的變化

#4機組1臺風機運行時線性交互分析如圖3所示，溶解氧質(zhì)量濃度等值線如圖4所示。由圖4可總結(jié)出以下規(guī)律。

圖3 #4機組1臺氧化風機運行時線性-交互分析Fig.3 Linear-interactive analysis of the operation of No.4 unit within 1 oxidation fan

圖4 不同條件下1臺氧化風機運行的溶解氧等值線Fig.4 Contour maps of dissolved oxygen within 1 oxidation fan under different conditions

3 運行優(yōu)化與節(jié)能環(huán)保分析

3.1 運行優(yōu)化分析

當1臺氧化風機運行且實際吸收塔漿液pH值在4.8～5.1之間時，漿液中溶解氧質(zhì)量濃度以1.5 mg/L為限制條件，F(xiàn)GD入口SO2質(zhì)量濃度與機組負荷呈線性關(guān)系，如圖5所示。當FGD入口SO2質(zhì)量濃度與機組負荷所對應(yīng)的點在圖5直線下方區(qū)域時，適用1臺氧化風機運行；當吸收塔入口SO2質(zhì)量濃度與機組負荷所對應(yīng)的點在圖5直線上方區(qū)域時，適用2臺氧化風機運行。此線形圖可設(shè)置在脫硫分散控制系統(tǒng)(DCS)界面中，實現(xiàn)提醒運行人員啟停氧化風機的功能。

圖5 1臺氧化風機運行時FGD入口SO2質(zhì)量濃度與機組負荷關(guān)系Fig.5 Realationship between SO2 concentration at FGD inlet and unit power within 1 oxidation fan

3.2 節(jié)能環(huán)保分析

該機組2臺氧化風機同時運行時，其電流值均約為35 A，1臺氧化風機運行時，電流值約為30 A。根據(jù)近3年該機組情況，設(shè)定該機組每年運行7 000 h，其中適合1臺氧化風機運行的時間為3 000 h，可計算出每年節(jié)約廠用電量約1.1×106kW·h。同時，降低了氧化風機的運行時間，可降低氧化風機的故障率、延長氧化風機的檢修周期。

在試驗中，定期對石膏的品質(zhì)進行了化驗，CaSO3·1/2H2O的質(zhì)量分數(shù)始終在0.5%以下，說明在實現(xiàn)節(jié)能的同時達到了石膏品質(zhì)的性能要求。

4 結(jié)束語

以脫硫吸收塔漿液的溶解氧為控制目標，對某廠350MW機組脫硫氧化風機運行方式的試驗研究，得到了脫硫吸收塔漿液的溶解氧質(zhì)量濃度和機組負荷、煙氣脫硫裝置(FGD)入口SO2質(zhì)量濃度和漿液pH值之間的關(guān)系，找到了合適的氧化風機運行方式。優(yōu)化運行方式不僅達到了良好的脫硫效果，而且減少了能耗，為運行調(diào)整提供了參考，對電廠脫硫系統(tǒng)的節(jié)能降耗與環(huán)?？刂凭哂兄匾饬x。