電廠濕法脫硫系統(tǒng)能耗特性與節(jié)能優(yōu)化探討

胡榮華

（國家電投江西電力有限公司景德鎮(zhèn)發(fā)電廠，江西景德鎮(zhèn) 333036）

濕法脫硫技術(shù)為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的脫硫技術(shù)，且在長期應(yīng)用期間實現(xiàn)了優(yōu)化改善，能耗逐步降低，以此落實新時代可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，但在電廠濕法脫硫系統(tǒng)實際應(yīng)用期間，受到內(nèi)外部不穩(wěn)定因素干擾，易出現(xiàn)節(jié)能效果不顯著的情況，為進一步控制能源損耗，需結(jié)合濕法脫硫系統(tǒng)實際情況進行節(jié)能優(yōu)化，在保障煙氣排放達標(biāo)的基礎(chǔ)上，降低脫硫能源損耗。

1 濕法脫硫工程概況

某電廠濕法脫硫工程采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)，石灰石價格低廉、化學(xué)活性良好，因此現(xiàn)階段濕法脫硫系統(tǒng)廣泛應(yīng)用石灰石作為脫硫劑，因此該電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的脫硫劑為石灰石與水混合調(diào)配而成的懸浮漿液。圖1 為石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)圖，在吸收塔內(nèi)部，煙氣中的二氧化硫?qū)⑴c石灰石發(fā)生反應(yīng)，生成亞硫酸鈣，并采用就地強制氧化的方式，將其轉(zhuǎn)化為石膏漿液，石膏漿液通過泵體作用進入石膏旋流器，經(jīng)濃縮后，石膏旋流器底流部分進入真空皮帶脫水機，經(jīng)脫水處理后即可獲得干石膏，而石膏旋流器頂流濾液進入濾液箱內(nèi)，通過濾液泵后返回吸收塔內(nèi)。吸收塔內(nèi)部設(shè)有噴淋塔裝置，將帶有氧化空氣管道的漿池設(shè)置于吸收塔下方，塔內(nèi)吸收段為五層噴淋，上部設(shè)置三級屋脊式除霧器。該石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)為“一爐一塔”配置，2 臺機組公用一套石膏脫水系統(tǒng)，石膏旋流器共兩臺，真空皮帶脫水系統(tǒng)兩套。在該電廠濕法脫硫系統(tǒng)內(nèi)并未設(shè)置增壓風(fēng)機、煙氣換熱器、煙氣旁路，其中增壓風(fēng)機與引風(fēng)機合并，在該系統(tǒng)中發(fā)電機組可安全運行。由該系統(tǒng)濕法脫硫產(chǎn)生的脫硫副產(chǎn)物（石膏）經(jīng)脫水處理后可直接卸入石膏庫，進行單獨存放，石膏脫水后的含水率<10%，為再次循環(huán)利用。表1 為該電廠濕法脫硫系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)。

表1 該電廠濕法脫硫系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

圖1 石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)圖

2 濕法脫硫系統(tǒng)中主要設(shè)備的能耗特性

2.1 循環(huán)漿液泵

案例電廠濕法脫硫系統(tǒng)吸收塔內(nèi)設(shè)有五層噴淋，石灰石漿液可通過循環(huán)漿液泵傳送至吸收塔噴淋層，此時石灰石可與煙氣中二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，以此實現(xiàn)除硫。濕法脫硫系統(tǒng)中的循環(huán)漿液泵存在多種運行狀態(tài)，循環(huán)漿液泵運轉(zhuǎn)期間的流量規(guī)格不做調(diào)節(jié)，即循環(huán)漿液泵在大多數(shù)情況下均處于額定滿負(fù)荷狀態(tài)下，因此，在濕法脫硫系統(tǒng)中，可通過調(diào)節(jié)循環(huán)漿液泵運行數(shù)量對脫硫吸收塔石灰石漿液量進行控制。濕法脫硫系統(tǒng)中的循環(huán)漿液泵運行臺數(shù)越多，則石灰石漿液噴淋量越大，則產(chǎn)生能量耗損越高，此時應(yīng)注意均衡循環(huán)漿液泵運行臺數(shù)、脫硫效率、能源損耗間的關(guān)系。除循環(huán)漿液泵運行臺數(shù)外，其能耗還受泵效率、泵揚程、吸收塔漿液流量的影響，吸收塔漿液流量由液氣比、煙氣量決定，其中液氣比為泵液噴淋量與煙氣量的比值，而煙氣量受負(fù)荷、煤種的影響[1]。

2.2 氧化風(fēng)機

在濕法脫硫系統(tǒng)中，氧化風(fēng)機可向吸收塔內(nèi)鼓入充足空氣，確保石灰石與二氧化硫的氧化反應(yīng)在吸收塔內(nèi)可順利進行。上述氧化反應(yīng)是實現(xiàn)濕法脫硫的基礎(chǔ)，因此需確保該反應(yīng)穩(wěn)定進行，而氧化空氣量為該氧化反應(yīng)發(fā)生的必備條件之一，氧化反應(yīng)所需要的空氣量由原煙氣濃度、煙氣流量、脫硫效率決定，而氧化風(fēng)機的應(yīng)用則是為滿足氧化反應(yīng)所需的空氣量，由此可知，氧化反應(yīng)所需的空氣量，可在一定程度上影響氧化風(fēng)機的能源損耗，換言之，氧化風(fēng)機的能源損耗程度受原煙氣濃度、煙氣流量、脫硫效率的影響[2]。

3 濕法脫硫系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化策略

3.1 優(yōu)化吸收塔

3.1.1 應(yīng)用三層屋脊除霧器

吸收塔為濕法脫硫系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，為脫硫氧化反應(yīng)的主要發(fā)生場所，若吸收塔在濕法脫硫期間可實現(xiàn)長期安全穩(wěn)定運行，則可有效保障整個濕法脫硫系統(tǒng)的運行效率，繼而降低煙氣脫硫期間的能源損耗。吸收塔在脫硫期間易出現(xiàn)除霧器堵塞故障，導(dǎo)致該故障的原因主要為漿液濃度過高、PH 值過高，為避免除霧器堵塞故障降低脫硫效率，產(chǎn)生額外耗損，案例電廠采用三層屋脊除霧器，替換傳統(tǒng)化兩級平板式除霧器，并增設(shè)自動沖洗程序，脫硫期間可根據(jù)實際需求，調(diào)整除霧器的沖洗模式。應(yīng)用三層屋脊除霧器后，沖洗水噴嘴角度可在90°～110°范圍內(nèi)自主調(diào)控，將噴淋覆蓋區(qū)域擴大到150%，并使除霧器出口霧滴攜帶量(干基)不大于15mg/Nm3。除此之外，在日常工作期間，定期清洗除霧器，嚴(yán)格控制漿液濃度及PH 值，以此降低除霧器堵塞故障發(fā)生率，保障濕法脫硫整體效率，避免額外能源損耗。從吸收塔安全運行角度來看，若在濕法脫硫運行期間應(yīng)用低品質(zhì)石灰石，則會使鎂離子超出標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)吸收塔漿液起泡現(xiàn)象，為保障脫硫效果及效率，應(yīng)詳細(xì)分析漿液成分，明確重金屬離子、負(fù)離子具體含量，結(jié)合檢測分析實際情況選擇消泡劑，并換置內(nèi)部漿液，排除雜質(zhì)，以此確保脫硫反應(yīng)能夠順利進行。

3.1.2 注重節(jié)能細(xì)節(jié)

為進一步實現(xiàn)濕法脫硫系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，應(yīng)對循環(huán)漿液泵的運行情況進行調(diào)整，注意控制PH 值及吸收塔液位，以此降低脫硫期間的能源損耗。通常情況下，應(yīng)以濕法脫硫工程實際情況為依據(jù)，計算循環(huán)漿液泵運行數(shù)量，靈活調(diào)整循環(huán)漿液泵啟動、停運狀態(tài)，做好循環(huán)漿液泵切換工作，在此基礎(chǔ)上對PH 值進一步精確，從吸收塔角度實現(xiàn)能耗控制。在濕法脫硫系統(tǒng)吸收塔優(yōu)化期間，應(yīng)在實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的同時，盡可能降低脫硫成本，并要求濕法脫硫工程工作人員定期運行數(shù)據(jù)，總結(jié)節(jié)能效果，結(jié)合控制采購的石灰石粉純度、石灰石粉顆粒均勻度（含細(xì)度）及制漿時控制石灰石漿液密度，通過提升石灰石利用效率，起到節(jié)能降耗作用。

3.1.3 案例電廠濕法脫硫系統(tǒng)吸收系統(tǒng)最終優(yōu)化方案

石灰石漿液通過循環(huán)漿液泵，由吸收塔漿池運至吸收塔噴嘴系統(tǒng)內(nèi)，與煙氣接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，吸收煙氣中的SO2，在吸收塔循環(huán)漿池中利用氧化空氣將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，石膏漿液排出泵將石膏漿液從吸收塔送到石膏脫水系統(tǒng)。脫硫后的煙氣夾帶的液滴在吸收塔出口的除霧器中收集，使凈煙氣的液滴含量不超過15mg/Nm3；脫硫凈化后單臺機組煙氣中的含塵濃度降低到5mg/Nm3；吸收塔漿池中的亞硫酸鈣利用空氣強制氧化，不再加入硫酸或其他化合物。表2 為案例電廠吸收系統(tǒng)部分參數(shù)，其中吸收塔為噴淋塔，直徑為20/16.5m。

表2 案例電廠吸收系統(tǒng)主要參數(shù)

3.2 優(yōu)化循環(huán)泵

3.2.1 規(guī)避循環(huán)泵常見故障

為減低由循環(huán)漿液泵造成的能源損耗，應(yīng)對循環(huán)漿液泵進行定期調(diào)節(jié)，使循環(huán)漿液泵運行參數(shù)與脫硫效率良好匹配，以此保障脫硫效率，但在實際脫硫作業(yè)期間，需控制循環(huán)漿液泵調(diào)節(jié)頻率，避免由頻繁調(diào)節(jié)現(xiàn)象，造成額外能源損耗，并縮短脫硫系統(tǒng)運行壽命[3]。循環(huán)漿液泵在應(yīng)用期間常發(fā)生機械密封性不足、葉輪磨損、汽濁等故障，為防止故障發(fā)生損壞設(shè)備性能，降低脫硫效率，應(yīng)在濕法脫硫期間注意避免常見循環(huán)漿液泵故障。結(jié)合以往經(jīng)驗，可從以下幾個方面對濕法脫硫循環(huán)漿液泵進行調(diào)節(jié)控制：（1）調(diào)整循環(huán)漿液泵葉輪通氣孔數(shù)量及位置，保障平衡；（2）加大對吸收塔內(nèi)循環(huán)漿液泵濾網(wǎng)的重視，定期檢查并清理循環(huán)漿液泵濾網(wǎng)，規(guī)避濾網(wǎng)堵塞故障問題，以此保障循環(huán)漿液泵運行效果；（3）定期組織循環(huán)漿液泵密封性檢測，確保循環(huán)漿液泵密封情況；（4）循環(huán)漿液泵停止運行后需立即清洗，使循環(huán)漿液泵始終處于高效穩(wěn)定狀態(tài)下；（5）循環(huán)漿液泵運行期間，應(yīng)以實際情況為依據(jù)，動態(tài)調(diào)整吸收塔液位、漿液酸堿性等關(guān)鍵參數(shù)。

3.2.2 案例電廠濕法脫硫系統(tǒng)循環(huán)泵最終節(jié)能優(yōu)化方案

吸收塔漿液循環(huán)泵把吸收塔漿池內(nèi)的吸收劑漿液循環(huán)送給噴嘴。循環(huán)泵按照單元制設(shè)置（每臺循環(huán)泵對應(yīng)一層噴嘴），每塔設(shè)5 臺循環(huán)泵臺，泵為離心葉輪泵（無堵塞離心泵）。表3 為循環(huán)泵選型參數(shù)。

表3 循環(huán)泵選型參數(shù)

3.3 優(yōu)化煙氣系統(tǒng)

3.3.1 防止煙氣管道堵塞

煙氣系統(tǒng)在濕法脫硫系統(tǒng)中的作用在于排放煙氣，若煙氣系統(tǒng)管道出現(xiàn)堵塞故障，則會導(dǎo)致煙氣系統(tǒng)在短時間內(nèi)驟升，使氧化風(fēng)機、引風(fēng)機的能源損耗加劇，此外，過高煙壓將導(dǎo)致濕法脫硫系統(tǒng)風(fēng)機失速，甚至出現(xiàn)跳機、爐膛滅火情況。為避免煙氣系統(tǒng)故障造成額外能耗，降低濕法脫硫系統(tǒng)節(jié)能效果，應(yīng)對煙氣系統(tǒng)管道堵塞問題加以控制，借助停機契機，檢查煙氣系統(tǒng)入口處是否存在石膏沉淀，及時清理吸收塔入口以及煙氣管道內(nèi)的石膏，防止石膏堆積。除此之外，可采用噴淋降溫方式降低入口煙氣溫度，加速脫硫反應(yīng)的進行，以此提升脫硫效率，起到節(jié)能降耗的效果。

3.3.2 調(diào)節(jié)煙氣系統(tǒng)阻力

煙氣系統(tǒng)優(yōu)化可有效降低濕法脫硫系統(tǒng)能源損耗，在實際優(yōu)化期間，應(yīng)強化對煙氣系統(tǒng)阻力的控制，采用串聯(lián)方式，將增壓風(fēng)機、引風(fēng)機連接，以此起到節(jié)能效果，而在案例電廠中，其濕法脫硫系統(tǒng)并未應(yīng)用增壓風(fēng)機，則是將引風(fēng)機與增壓風(fēng)機合并，相較于串聯(lián)方式，合并方式所產(chǎn)生電量損耗更多，因此在未來節(jié)能降耗發(fā)展中，案例電廠可對煙氣系統(tǒng)再次優(yōu)化，將增壓風(fēng)機、引風(fēng)機進行串聯(lián)。將引風(fēng)機與增壓風(fēng)機串聯(lián)可使兩者保持一致的工作狀態(tài)，這就要求相關(guān)人員反復(fù)實驗，采用變頻調(diào)速方式，對電機轉(zhuǎn)速進行線性調(diào)節(jié)，使風(fēng)機避免失速區(qū)域，同時，應(yīng)定期清理除霧器，控制壓差，避免由壓差過大而引發(fā)的電能額外損耗現(xiàn)象，以此實現(xiàn)電廠濕法脫硫系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化。

3.3.3 案例電廠濕法脫硫系統(tǒng)煙氣系統(tǒng)最終節(jié)能優(yōu)化方案

從鍋爐兩臺引風(fēng)機（與增壓風(fēng)機合并設(shè)置）的總煙道上引出的煙氣，進入吸收塔。煙氣在吸收塔內(nèi)脫硫凈化，經(jīng)除霧器除去水霧后，經(jīng)煙囪排入大氣。每一臺鍋爐設(shè)置一套FGD 煙氣系統(tǒng)。除此之外，不設(shè)旁路煙道，當(dāng)鍋爐從啟動到100%BMCR 工況條件下，F(xiàn)GD 裝置的煙氣系統(tǒng)都能正常運行，并且在BMCR 工況下進煙溫度加15℃裕量條件下仍能安全連續(xù)運行。當(dāng)發(fā)生吸收塔漿液噴淋系統(tǒng)全停和FGD 入口煙氣超溫（180℃）時，吸收塔內(nèi)部設(shè)備和凈煙道的防腐不發(fā)生損壞。

綜上所述，案例電廠在長期摸索實踐中不斷優(yōu)化石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，節(jié)能效果日漸提升，在分析現(xiàn)階段能耗特性基礎(chǔ)上，積極應(yīng)用三層屋脊除霧器，分離煙氣霧滴，優(yōu)化吸收塔，并調(diào)整循環(huán)泵運行模式，降低非必要能源損耗，將引風(fēng)機與增壓風(fēng)機合并，降低脫硫系統(tǒng)電能損耗，提升煙氣排放效果，杜絕淤積堵塞問題，以此實現(xiàn)全方位的節(jié)能降耗。