1000MW火力發(fā)電機組脫硫兩臺吸收塔共用一臺氧化風(fēng)機應(yīng)用與研究

鄭瑞文 陳凌云 周宇瑋

摘要：本文主要介紹神華國華壽光發(fā)電有限責(zé)任公司2*1000MW火力發(fā)電機組脫硫兩臺吸收塔共用一臺氧化風(fēng)機，在脫硫入口煙氣SO₂濃度（折算到標(biāo)態(tài)，干基）為1458mg/Nm³前提條件下，每臺吸收塔兩臺氧化風(fēng)機，入口流量9450Nm³/h，壓升：150kPa，電機：N=450kW，氧化風(fēng)機正常運行方式一用一備，通過理論可行性理論計算論證、實施方案及步驟、實施過程中存在風(fēng)險及控制措施、實施結(jié)論等過程，完成對脫硫吸收塔氧化風(fēng)機節(jié)能優(yōu)化運行，同時為脫硫吸收塔系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運行提供技術(shù)指導(dǎo)參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：二氧化硫;氧化風(fēng)機;節(jié)能優(yōu)化

中圖分類號：X773?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-2064（2019）17-0000-00

1 實施目的

壽光電廠2*1000MW超超臨界燃煤機組，脫硫系統(tǒng)設(shè)計一爐一塔，吸收塔為異徑塔，塔體尺寸：Φ21×10.7+1.7+19×29.9m;液位：12.5米，反應(yīng)池容積：4250m³;設(shè)計煤種含硫量為0.63%，煙氣流量折算到標(biāo)態(tài)，濕基，實際含氧量狀態(tài)下為3223843Nm³/h，煙氣SO₂濃度（折算到標(biāo)態(tài)，干基）為1458mg/Nm³，每臺吸收塔配備兩臺氧化風(fēng)機，一用一備，氧化風(fēng)機入口流量9450Nm³/h，壓升：150kPa，電機：N=450kW。

為了挖掘脫硫節(jié)能潛力，做到節(jié)能與環(huán)保最佳優(yōu)化運行，對脫硫1、2號機組氧化風(fēng)機進(jìn)行運行方式進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)兩臺機組一臺氧化風(fēng)機運行三臺備運，達(dá)到節(jié)能的最佳效果^[1]。在優(yōu)化運行過程中存在脫硫吸收塔因氧化風(fēng)不足而造成塔內(nèi)漿液亞硫酸根超標(biāo)（正常標(biāo)準(zhǔn)小于1%，最大經(jīng)驗值小于5%）、漿液中毒現(xiàn)象。

2 實施可行性計算論證

2.1 氧化空氣的作用

采用就地強化氧化方式在石灰石-濕法脫硫工藝中廣泛推廣和應(yīng)用。SO₂吸收系統(tǒng)時此工藝的核心，主要由吸收、氧化和中和三部分組成。其中氧化是SO₂在吸收系統(tǒng)的一個重要化學(xué)過程;煙氣中的SO₂在吸收塔的吸收區(qū)被石灰石漿液捕捉后，在吸收塔底部的漿液池中，在攪拌器和強化氧化系統(tǒng)協(xié)同作用下，完成由亞硫酸根離子轉(zhuǎn)變成硫酸根離子的氧化過程，最終生成穩(wěn)定的硫酸鹽（主要是CaSO₄）^[2]。良好的氧化擾動、傳質(zhì)過程能夠保證較高的脫硫效率，提高脫硫劑的利用率和脫硫石膏的品質(zhì)，能夠有效的避免設(shè)備和管道的結(jié)垢、堵塞，增強FGD系統(tǒng)的運行的穩(wěn)定性和可靠性。因此，強制氧化風(fēng)量的正確選取至關(guān)重要。

2.2 強化氧化的原理

在石灰石-濕法脫硫工藝中，氧化空氣由分配管路向吸收塔底部強制鼓入空氣，空氣氣泡中的氧先行通過氣泡壁面，氣液分解面，溶解于漿液溶液，后與HSO₃^-離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使氧化趨于完全，漿液中的SO₃^-、HSO₃^-幾乎全部被強制氧化成SO₄^2-，最終以石膏的形式結(jié)晶析出。

O₂（g）→O₂（l）

2SO₂+O₂→2SO₃

SO₃^2-+1/2O₂（l）→SO₄^2-

HSO₃^-+1/2O₂（l）→SO₄^2-+H⁺

Ca²⁺+SO₄^2-+2H₂O→CaSO₄·2H₂O

2.3 氧化空氣的理論用量計算

HSO₃^-在吸收塔噴淋區(qū)被煙氣中的氧所氧化，其它的HSO₃^-在反應(yīng)池中被氧化空氣完全氧化，反應(yīng)如下：

2SO₂+O₂→2SO₃

根據(jù)煙氣量和煙氣中SO₂含量計算出脫除SO₂的量a mol，根據(jù)上述關(guān)系式，氧化1mol SO₂需要0.5molO₂，得出實際需氧量bO₂=a/2mol，根據(jù)液位不同，氧利用率按30%～50%考慮，本工程正常液位暫按45%利用率考慮，則氧化a molSO₂的需氧量為b1=a/2/0.45 mol=1.11a mol。

根據(jù)當(dāng)?shù)乜諝庵械暮趿繛?1%，所需氧化空氣量為c=b1/0.21=5.285a mol。折算為空氣量為Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000

（1）按負(fù)荷705MW，原煙氣量以242萬Nm³/h，含硫量810mg/Nm³計算需要氧化空氣量。

此狀態(tài)下的摩爾量為：

1000mg/Nm³÷64000mg/mol=0.0156mol/Nm³

2420000Nm³/h×0.0156mol/Nm³=37752mol/h

則所需氧化空氣量為c=b1/0.21=5.285a mol。折算為空氣量為Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000=37752mol/h×5.285×22.4Nm³/mol/1000=4469.2Nm³/h

兩臺機組相同負(fù)荷下，需氧化空氣量為4469.2×2Nm³/h=8938.5Nm³/h≤9450Nm3/h（氧化風(fēng)機出力），滿足兩臺吸收塔共用一臺氧化風(fēng)機的要求。

（2）按負(fù)荷757MW，原煙氣量以250萬Nm³/h，含硫量870mg/Nm³計算需要氧化空氣量。

此狀態(tài)下的摩爾量為：

1000mg/Nm³÷64000mg/mol=0.0156mol/Nm³

2500000Nm³/h×0.0156mol/Nm³=39000mol/h

則所需氧化空氣量為c=b1/0.21=5.285a mol。折算為空氣量為Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000=39000mol/h×5.285×22.4Nm³/mol/1000=4616.9Nm³/h

兩臺機組相同負(fù)荷下，需氧化空氣量為4616.9×2Nm³/h=9233.9Nm³/h≤9450Nm3/h（氧化風(fēng)機出力），滿足兩臺吸收塔共用一臺氧化風(fēng)機的要求。

（3）按實際負(fù)荷1000MW，原煙氣量以323萬Nm³/h，含硫量1000mg/Nm³計算需要氧化空氣量。

此狀態(tài)下的摩爾量為：

1000mg/Nm³÷64000mg/mol=0.0156mol/Nm³

3230000Nm³/h×0.0156mol/Nm³=50388mol/h

則所需氧化空氣量為c=b1/0.21=5.285a mol。折算為空氣量為Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000=50388mol/h×5.285×22.4Nm³/mol/1000=5965.2Nm³/h

兩臺機組相同負(fù)荷下，需氧化空氣量為5965.2×2Nm³/h=11930.4Nm³/h>9450Nm3/h（氧化風(fēng)機出力），不滿足兩臺吸收塔共用一臺氧化風(fēng)機的要求。

（4）為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，當(dāng)實際負(fù)荷800MW及以上根據(jù)實時數(shù)據(jù)再進(jìn)行核算，避免因理論導(dǎo)致數(shù)據(jù)的出入較大。

3 實施方案及步驟

當(dāng)機組負(fù)荷在750MW及以下，可以執(zhí)行兩臺機組吸收塔共用一臺氧化風(fēng)機運行^[3]。

開啟1、2號吸收塔氧化風(fēng)機母管聯(lián)絡(luò)兩側(cè)手動閥，停運一臺吸收塔氧化風(fēng)機運行，觀察兩臺吸收塔氧化風(fēng)機出口母管壓力、溫度偏差，通過調(diào)整氧化風(fēng)機運行的吸收塔氧化風(fēng)支管手動閥開度，調(diào)整壓力、溫度偏差方法如下：

（1）關(guān)閉氧化風(fēng)機出口母管至吸收塔1、5號支管手動閥1/3;

（2）關(guān)閉氧化風(fēng)機出口母管至吸收塔2、4號支管手動閥1/2;

（3）關(guān)閉氧化風(fēng)機出口母管至吸收塔3號支管手動閥3/4;

（4）調(diào)整期間重點監(jiān)視氧化風(fēng)機出口流量（>10000m?/h）、溫度（<160℃），增速機前后軸承震動（<7.1mm/s），電機電流（<30A）變化;

（5）調(diào)整目標(biāo)為1、2號吸收塔氧化風(fēng)機母管出口壓力、流量偏差至最小。

調(diào)整運行試驗分以下四個階段進(jìn)行：

（1）第一階段試驗，機組負(fù)荷750MW及以下，按照以上調(diào)整方式，每2天進(jìn)行1、2號氧化風(fēng)機切換運行一次，持續(xù)試驗10天時間，機組負(fù)荷750MW以上時，1、2號吸收塔氧化風(fēng)各自運行;

（2）第二階段試驗，機組負(fù)荷750MW及以下，按照以上調(diào)整方式，每5天進(jìn)行1、2號氧化風(fēng)機切換運行一次，持續(xù)試驗10天時間，機組負(fù)荷750MW以上時，1、2號吸收塔氧化風(fēng)各自運行;

（3）第三階段試驗，機組負(fù)荷750MW及以下，按照以上調(diào)整方式，每10天進(jìn)行1、2號氧化風(fēng)機切換運行一次，持續(xù)試驗20天時間，機組負(fù)荷750MW以上時，1、2號吸收塔氧化風(fēng)各自運行;

（4）第四階段試驗，機組負(fù)荷750MW及以下，按照以上調(diào)整方式，每15天進(jìn)行1、2號氧化風(fēng)機切換運行一次，持續(xù)試驗20天時間，機組負(fù)荷750MW以上時，1、2號吸收塔氧化風(fēng)各自運行;

（5）以上試驗期間運行值班員取樣，送化驗班化驗1、2號吸收塔漿液亞硫酸根含量天化驗一次，值班員每日記錄化驗記錄。

4 實施過程中存在的風(fēng)險描述及控制措施

實施過程中存在吸收塔漿液亞硫酸鈣偏高等風(fēng)險及控制措施，如表1所示。

（1）試驗期間每日化驗吸收塔漿液亞硫酸鈣含量，大于正常標(biāo)準(zhǔn)1%時，化驗結(jié)果專業(yè)內(nèi)部通報;大于最大經(jīng)驗值5%時，化驗結(jié)果匯報公司生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)。

（2）當(dāng)發(fā)現(xiàn)脫硫效率降低無法調(diào)整時，及時進(jìn)行匯報，專業(yè)組進(jìn)行討論。

（3）當(dāng)脫水效果差時，及時進(jìn)行化驗調(diào)整，并匯報，專業(yè)組進(jìn)行討論。

（4）當(dāng)發(fā)現(xiàn)脫硫管理發(fā)生堵塞時，對原因進(jìn)行核實，并及時進(jìn)行匯報，專業(yè)組進(jìn)行討論。

（5）當(dāng)SO₂含量超1000mg/Nm³超2小時時，停止試驗，恢復(fù)正常運行方式。

（6）當(dāng)機組負(fù)荷超750MW 2小時，停止試驗，恢復(fù)正常運行方式。

5 結(jié)語

2019年2月27日-3月8日執(zhí)行脫硫兩臺吸收塔共用一臺氧化風(fēng)機實施方案，實施過程中按要求每日進(jìn)行吸收塔漿液亞硫酸鈣含量測量且未超過試驗方案正常值，石膏脫水和廢水處理系統(tǒng)運行正常，未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，故開始推廣執(zhí)行，到目前已經(jīng)實施5個月脫硫吸收塔、石膏脫水、脫硫廢水處理系統(tǒng)均正常運行，且控制煙氣出口二氧化硫10mg/m?以下運行，脫硫效率均可達(dá)到99.32%以上，節(jié)約廠用電450KW*0.8*30*24=129.6萬KWh，啟動很好降低廠用電效果，具有推廣意義和效果。

參考文獻(xiàn)

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[2]環(huán)境保護(hù)總局.火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 13223-2011）[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011.

[3]朱法華，杜維魯.燃煤電廠SO2排放量確定方法研究[J].電力環(huán)境保護(hù)，2009（2）：1-4.

收稿日期：2019-07-26

作者簡介：鄭瑞文（1982—），男，山西忻州人，碩士，工程師，研究方向：火電運行及節(jié)能環(huán)保。