1000MW機(jī)組脫硫單真空皮帶機(jī)混出石膏運(yùn)行優(yōu)化

文_郁炎 國(guó)家能源集團(tuán)諫壁發(fā)電廠

1 濕法脫硫脫水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 石膏脫水系統(tǒng)工藝流程

某電廠七期工程裝機(jī)容量2×1000MW，采用石灰石-石膏濕法單塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)。脫水系統(tǒng)分成兩級(jí)，由水力旋流器加帶式真空皮帶機(jī)組成。具體系統(tǒng)工藝流程如圖1。

圖1 脫水系統(tǒng)工藝流程圖

吸收塔底部有石膏排出泵，與SO2反應(yīng)后的石膏漿液由吸收塔打入水力旋流器中，在離心力的作用下，密度較高的漿液進(jìn)入旋流器底流，密度較低的漿液被甩出，返回吸收塔繼續(xù)吸收SO2。經(jīng)過(guò)旋流后的底流漿液實(shí)際上是濃縮漿液，含固量可以達(dá)到60%以上，經(jīng)過(guò)濃縮的石膏漿液進(jìn)入真空皮帶機(jī)。石膏漿液在真空皮帶機(jī)進(jìn)一步脫水后生成石膏，經(jīng)過(guò)卸料皮帶機(jī)送入石膏庫(kù)，由汽車、船等運(yùn)往石膏企業(yè)。

1.2 水力旋流器工作原理

水力旋流器是利用離心力將漿液分級(jí)濃縮的設(shè)備。在電廠脫硫系統(tǒng)中廣泛被用在脫水系統(tǒng)中，作為第一級(jí)脫水設(shè)備。水力旋流器有兩個(gè)作用，首先是石膏預(yù)脫水，二是將石膏漿液分級(jí)，密度較高的漿液進(jìn)入底流，密度較低的漿液通過(guò)溢流返回吸收塔再次反應(yīng)。水力旋利器的工作原理如圖2。

圖2 旋流器工作原理

石膏漿液從進(jìn)料口進(jìn)入，在離心力與慣性作用下，密度大的漿液被甩向旋流子壁，在重力作用下進(jìn)入底流，密度小的漿液在旋流子的中心不斷向上運(yùn)動(dòng)，從頂部溢流返回吸收塔。在旋流子內(nèi)共兩種旋流，外旋流為密度較高的漿液，最終進(jìn)入底流，內(nèi)旋流為密度較低的漿液，最后從溢流口返回吸收塔。

該廠使用HV100-8-1/A-B/20型旋流器，工作旋流子15個(gè)，另有1個(gè)備用旋流子，工作壓力0.155MPa。工作溫度是42～50℃。水力旋流器主要考察的參數(shù)是底流含固量，詳見(jiàn)表1。

表1 旋流器主要參數(shù)

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，旋流器底流含固量50%就可以達(dá)標(biāo)，多投入旋流子可以增加旋流效果，底流含固量也會(huì)升高。

1.3 真空皮帶機(jī)

二級(jí)脫水系統(tǒng)為帶式真空皮帶機(jī)水力旋流器的底流漿液會(huì)在真空皮帶機(jī)上再次脫水后生成成品石膏。環(huán)形皮帶由電機(jī)通過(guò)主動(dòng)輪帶動(dòng)，濾布鋪設(shè)在皮帶上，在真空泵運(yùn)行時(shí)與皮帶同步運(yùn)行，如圖3。

圖3

真空皮帶機(jī)具體構(gòu)造如圖3，由主動(dòng)輪，從動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，皮帶、濾布、布料器以及真空管等設(shè)備組成。利用水分子與石膏顆粒的粒徑不同，在真空泵的作用下，濾布可以允許水分子通過(guò)，而粒徑較大的石膏顆粒就留在濾布上層，形成成品石膏。

2 脫水系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀調(diào)查

某電廠七期兩臺(tái)1000MW機(jī)組分別使用甲、乙真空皮帶脫水系統(tǒng)脫水。每天機(jī)組平均脫水時(shí)間6～8h。每臺(tái)機(jī)組投入旋流子15只，通過(guò)調(diào)節(jié)旋流器旁路閥控制旋流器入口壓力在0.17MPa。

由于每臺(tái)機(jī)組的漿液品質(zhì)存在差異，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)某臺(tái)機(jī)組脫水3h后石膏含水率就會(huì)升高，無(wú)法繼續(xù)脫水。調(diào)整旋流子可以降低石膏含水率，但是在關(guān)閉5～6只旋流子后可能會(huì)出現(xiàn)石膏濾液無(wú)法布滿皮帶機(jī)的情況，導(dǎo)致皮帶機(jī)真空無(wú)法建立，影響脫水系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。只要超過(guò)24h未能脫水，就必須將部分吸收塔漿液倒入事故漿液箱，在另一臺(tái)機(jī)組石膏品質(zhì)及密度允許的情況下，將事故漿液箱中的漿液與正常石膏的吸收塔漿液混合后繼續(xù)脫水。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要控制混合的漿液量，混合后的石膏漿液可以正常脫水。

由于石膏品質(zhì)受很多因素影響，石膏漿液品質(zhì)會(huì)隨著機(jī)組運(yùn)行而不斷變差導(dǎo)致脫水困難。據(jù)調(diào)查，長(zhǎng)周期運(yùn)行機(jī)組的漿液密度在1120～1150kg/m3，在此密度區(qū)間，漿液循環(huán)泵電流也會(huì)因密度高而上升，增加整個(gè)脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行電耗。在此，以其中1臺(tái)機(jī)組為例，統(tǒng)計(jì)吸收塔3臺(tái)循環(huán)漿液泵電流與吸收塔漿液密度的關(guān)系如表2。

表2 吸收塔漿液密度與循環(huán)漿液泵電流關(guān)系

從表2可以看出，隨著漿液密度的升高，循環(huán)漿液泵電流會(huì)持續(xù)升高，進(jìn)一步增加了脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行電耗。加上必須啟動(dòng)的石膏脫水系統(tǒng)，脫硫系統(tǒng)電耗會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于廠部0.62%的標(biāo)準(zhǔn)值。因此，必須想辦法解決這個(gè)問(wèn)題。

3 單真空皮帶機(jī)混出石膏可行性分析

每一臺(tái)水力旋流器對(duì)應(yīng)一臺(tái)真空皮帶機(jī)，因此需要計(jì)算出皮帶機(jī)的最大漿液承載量。根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式1。

其中N—轉(zhuǎn)速；f—電動(dòng)機(jī)頻率；p—極對(duì)數(shù)。

通過(guò)查看電動(dòng)機(jī)銘牌可知真空皮帶機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)我國(guó)電流頻率為50Hz。代入式（1），計(jì)算結(jié)果如式（2）。

如式（2），真空皮帶機(jī)電機(jī)極對(duì)數(shù)為2對(duì)。由于極對(duì)數(shù)是每臺(tái)電機(jī)固定的，因此求變頻電機(jī)頻率極對(duì)數(shù)p將作為已知條件

單機(jī)組單皮帶脫水時(shí)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，皮帶機(jī)頻率為25Hz時(shí)，皮帶不會(huì)因?yàn)槭酁V餅過(guò)薄而影響脫水。因此以25Hz代入式（3）

根據(jù)式（3）結(jié)果，在真空皮帶機(jī)電機(jī)頻率為25Hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為750（r/min）。由于皮帶機(jī)帶有減速箱，根據(jù)減速比可知真空皮帶機(jī)電機(jī)頻率25Hz時(shí)，真空皮帶機(jī)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為750/460=1.63（r/min）

真空皮帶機(jī)皮帶速度為皮帶機(jī)主動(dòng)輪線速度。皮帶機(jī)皮帶速度為式（4）。

其中V—皮帶機(jī)皮帶速度，m/min；n—主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速；d—皮帶機(jī)主動(dòng)輪直徑。根據(jù)銘牌代入?yún)?shù)可得：

皮帶機(jī)濾布寬度為2.5m，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)石膏厚度為25mm，那么計(jì)算出投入15只旋流子的漿液量為0.28m3/min。每一只旋流子流量為0.019m3/min。

單皮帶混出石膏漿液量肯定比單皮帶單機(jī)組出石膏漿液量大，由于調(diào)高皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速皮帶機(jī)容易跑偏。因此將能保證皮帶機(jī)長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)行的轉(zhuǎn)速作為混出石膏的設(shè)定轉(zhuǎn)速，即40Hz經(jīng)過(guò)計(jì)算40Hz時(shí)皮帶機(jī)速度為7.4m/min。那么最多可以投入的旋流子數(shù)為24只。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果

4.1 混出石膏試驗(yàn)

根據(jù)上文計(jì)算出的理論旋流子數(shù)，開(kāi)啟對(duì)應(yīng)數(shù)量的旋流子，檢查出石膏的情況。運(yùn)行工況為：水力旋流器進(jìn)漿壓力為0.15Mpa。旋流子投入數(shù)目2×12個(gè)，皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速40Hz。為了驗(yàn)證效果，統(tǒng)計(jì)了不同密度下的旋流器底流含固量，如表3。

表3 混出石膏后底流含固量

從表3可以看出，理論投入的旋流子個(gè)數(shù)可以滿足旋流器底流含固量的要求，脫水效果就不會(huì)受到影響，計(jì)算值是有效的。實(shí)際的石膏含水率化驗(yàn)也說(shuō)明了旋流效果并沒(méi)有因未完全投用旋流子而下降。

旋流子的投入數(shù)就是實(shí)際脫水的漿液量，漿液量太少，即使石膏品質(zhì)合格，密度慢慢上升也會(huì)影響脫硫系統(tǒng)運(yùn)行。因此，在混出石膏試驗(yàn)中每日出石膏10h，并在每日9時(shí)化驗(yàn)吸收塔漿液密度，來(lái)觀察混出石膏能否使?jié){液密度下降。為了進(jìn)一步觀察單皮帶混出石膏在不同原煙氣硫分下的影響，選取不同硫分下的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表4）。

表4

從表4可以看出，每日脫水10h，在實(shí)驗(yàn)期內(nèi)，機(jī)組1與機(jī)組2原煙氣平均含硫量為1591mg/m3，折合硫分0.67%。根據(jù)2020年1～4月平均硫分統(tǒng)計(jì)，選取數(shù)據(jù)硫分在加倉(cāng)硫分范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)期內(nèi)平均密度分別為1112kg/m3和1113kg/m3，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。可以看出單皮帶混出石膏對(duì)各硫分的適應(yīng)性良好。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)對(duì)脫水運(yùn)行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，計(jì)算優(yōu)化前后的耗電量對(duì)比。為了消除個(gè)別月份運(yùn)行工況帶來(lái)的差異，優(yōu)化前后各取6個(gè)月進(jìn)行統(tǒng)計(jì)?？梢詼p少真空泵運(yùn)行時(shí)間53h，真空泵運(yùn)行電流35A，單皮帶混出石膏每月可以節(jié)省電量19254kWh。按照0.5元/kWh計(jì)算，真空泵電耗每月可節(jié)約9627元。

當(dāng)吸收塔漿液密度較低時(shí)，吸收塔循環(huán)漿液泵的運(yùn)行電流也會(huì)有所降低。根據(jù)表4，漿液密度控制在1110kg/m3，對(duì)比優(yōu)化前的平均漿液密度1150kg/m3，3臺(tái)漿液循環(huán)泵電流可以降低約15A。漿液循環(huán)泵可以帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益56056元，總計(jì)經(jīng)濟(jì)效益65679元。

4.3 其它效益

吸收塔漿液密度的降低對(duì)脫硫效率的提高有極大的影響。長(zhǎng)期維持吸收塔漿液密度在低水平可以促進(jìn)石灰石的溶解，從而提高對(duì)SO2的吸收效果。另一方面，吸收塔漿液密度的降低可以降低循環(huán)漿液泵、吸收塔攪拌器的運(yùn)行阻力，提高運(yùn)行壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)1000MW機(jī)組單真空皮帶機(jī)混出脫硫石膏運(yùn)行優(yōu)化。通過(guò)可行性分析，計(jì)算確定了每臺(tái)機(jī)組投入旋流子的個(gè)數(shù)并進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)驗(yàn)證了投入旋流子的個(gè)數(shù)符合要求，并且月平均漿液密度有所下降，試驗(yàn)效果良好。該項(xiàng)優(yōu)化取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，也提高了脫硫效率。