火電機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行

孫化軍(大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司張家口項(xiàng)目部，河北 張家口 075000)

0 引言

燃煤火力發(fā)電會產(chǎn)生大量的含硫尾氣，而煙氣脫硫系統(tǒng)是降低污染排放的重要系統(tǒng)，但其存在著能耗高的缺點(diǎn)，而火電作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，在未來很長一段時(shí)間都將持續(xù)存在，因此，對其煙氣脫硫系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 火電機(jī)組煙氣脫硫工藝

1.1 濕法煙氣脫硫工藝

1.1.1 石灰石-石膏法

該工藝是現(xiàn)階段中國應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硫方法，其過程首先是將石灰石研磨后加入一定的水制成漿液，然后通過循環(huán)泵將其注入到吸收塔內(nèi)，煙氣中的二氧化硫等廢氣會與漿液發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸鈣沉淀。在進(jìn)一步結(jié)晶后，形成二水石膏殘留在吸收塔中，最后通過除霧器將脫硫凈化后的尾氣排放到大氣中，通過真空系統(tǒng)將石膏脫水排出。

1.1.2 雙堿法

長期使用石灰石-石膏法進(jìn)行除硫會在吸收塔上結(jié)垢，若不及時(shí)除垢，會出現(xiàn)堵塞的問題，而使用雙堿法就能有效地解決該方面的問題。雙堿法是以氫氧化鈉為主要原材料。由于氫氧化鈉具有強(qiáng)堿性，因此其能吸收、溶解更多含硫的酸性物質(zhì)[1]。同時(shí)，該工藝的操作方法也相對簡單，成本也較低，因此可以提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利潤。但也會存在堿性過強(qiáng)腐蝕吸收塔的問題。

1.2 半干法脫硫工藝

1.2.1 噴霧干燥法

該工藝是將石灰漿噴成霧狀來吸收煙氣中的二氧化硫，其具有操作運(yùn)行簡單、造價(jià)低、能耗低的特點(diǎn)，而且由于脫硫產(chǎn)物為粉狀，不會產(chǎn)生廢水。但其具有極其顯著的缺點(diǎn)：在尾氣處理后，極其容易在吸收塔的內(nèi)部上殘留污垢，會堵塞霧化裝置甚至對其造成腐蝕。同時(shí)，其產(chǎn)生的脫硫殘?jiān)亩卫脙r(jià)值低，若不及時(shí)處理，會造成環(huán)境的二次污染。

1.2.2 煙氣循環(huán)流化床

該工藝由德國的魯奇公司率先發(fā)明，其運(yùn)作原理是將煙氣和吸收劑多次在循環(huán)流化床中循環(huán)，通過延長兩種物質(zhì)的接觸面積和時(shí)間來達(dá)到提高吸收劑利用率和脫硫程度的目的。而且煙氣的狀態(tài)越湍急，吸收效率就越高。該工藝具有占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，但其投入的成本較高。

2 煙氣脫硫系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化路徑

在所有脫硫工藝中，石灰石-石膏法是最為環(huán)保的，可以最大程度地降低廢氣中的含硫量，但該工藝需要消耗大量的電力和水資源，因此必須對該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2.1 節(jié)約電耗

節(jié)約電耗主要可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：(1)降低真空泵的能耗。在目前的工藝下，使用石灰石-石膏法脫硫需要配備至少兩臺真空脫水泵才能夠滿足石膏脫水工序需求?？梢酝ㄟ^配備石膏漿液分離器和漿液分離器管道，將大部分的漿液進(jìn)行預(yù)分離，然后再配備一臺真空泵進(jìn)行脫水，提高設(shè)備的利用效率；(2)降低漿液循環(huán)泵能耗?？梢詮慕档蜐{液循環(huán)泵的流量、漿液變頻旋轉(zhuǎn)、選擇合適的漿液循環(huán)泵規(guī)格這三個(gè)方面著手，其中，第一項(xiàng)的效用最為顯著；(3)減小煙氣系統(tǒng)阻力。煙氣系統(tǒng)的阻力越大，脫硫系統(tǒng)的電耗就越大。因此，可以通過優(yōu)化脫硫系統(tǒng)的管道排列分布、選取合適的管道截面積和長度、減少彎頭數(shù)量以及使用圓管等提高煙氣流轉(zhuǎn)的順暢性，降低阻力，從而實(shí)現(xiàn)電耗的降低[2]。

2.2 節(jié)約水資源

濕法煙氣脫硫處理需要消耗大量的水，同時(shí)有很大一部分火電廠存在著除霧設(shè)備老化的問題，造成水資源浪費(fèi)更加嚴(yán)重。節(jié)約水資源的優(yōu)化可以從以下三個(gè)方面著手：(1)冷卻水和沖洗水的回收利用。對于大部分的火電廠來說，冷卻水可以進(jìn)行二次使用。通過設(shè)計(jì)引水管可以將富余的冷卻水收集在冷卻箱中，待凈化后重新泵入脫硫系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)二次利用。霧化沖洗水的回收亦是如此。(2)冷凝液的回收利用。電廠的煙氣中含有大量的水蒸氣，目前大部分沒有被回收利用，通過在煙道處設(shè)置多道冷凝液回收裝置，并使用回流管連接，將水蒸氣冷凝后收集至集水坑中備用[3]；(3)配備煙氣換熱器。通過在引風(fēng)機(jī)出口煙道位置配置煙氣換熱器，實(shí)現(xiàn)更高效率的加熱和冷凝，降低加熱器的綜合用氣量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)例背景

某火電廠配套2組660 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，其基于塔雙循環(huán)技術(shù)和石灰石-石膏法設(shè)計(jì)了煙氣脫硫系統(tǒng)。其燃煤的硫含量一般為0.90%，在滿載的情況下可以達(dá)到1.2%左右，通過優(yōu)化調(diào)整，脫硫效率達(dá)95%以上。脫硫吸收塔進(jìn)口的煙氣參數(shù)如表1所示。

表1 脫硫吸收塔進(jìn)口的煙氣參數(shù)

3.2 節(jié)能優(yōu)化路徑

3.2.1 節(jié)電路徑

(1)采用“二合一”風(fēng)機(jī)：原有的煙氣系統(tǒng)采用單設(shè)增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)煙氣的循環(huán)，本次將增壓風(fēng)機(jī)嵌入到引風(fēng)機(jī)中，實(shí)現(xiàn)“二合一”的效果[4]。單臺機(jī)組優(yōu)化前后的經(jīng)濟(jì)性比較如表2所示。

表2 單臺機(jī)組優(yōu)化前后經(jīng)濟(jì)性比較

如表2所示，對比可知，通過優(yōu)化風(fēng)機(jī)機(jī)組，單臺機(jī)組每年可以節(jié)約38.76萬元的能耗費(fèi)用。同時(shí)，通過取消增壓風(fēng)機(jī)，可以降低設(shè)備的投資成本，提高了電廠運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性；(2)漿液循環(huán)泵的運(yùn)行優(yōu)化：該電廠配備兩臺功率為800 kW和一臺900 kW的漿液循環(huán)泵來滿足每臺機(jī)組吸收塔的正常運(yùn)行，三臺機(jī)組采用串聯(lián)的控制結(jié)構(gòu)，且初始設(shè)計(jì)余量大于電廠的滿載功率，因此，當(dāng)電廠無法滿載運(yùn)行時(shí)，將造成極大的浪費(fèi)。為了提高循環(huán)泵的利用效率，進(jìn)行組合運(yùn)行試驗(yàn)。經(jīng)過試驗(yàn)表明，當(dāng)機(jī)組滿負(fù)載時(shí)，可以通過關(guān)閉一臺漿液循環(huán)泵來降低廠用電率；同時(shí)，在機(jī)組沒有滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉漿液循環(huán)泵，降低廠用電率的效果更加顯著；(3)石膏脫水系統(tǒng)的優(yōu)化：該電廠配備了兩臺真空脫水機(jī)用于石膏的脫水，兩臺泵的設(shè)計(jì)能力為機(jī)組滿載產(chǎn)生的石膏量的1.1倍。本次優(yōu)化方案為：在過濾水泵前后分別加裝漿液切換管道和漿液分配器，當(dāng)機(jī)組處于滿載容量時(shí)，漿液分配器會對石膏進(jìn)行初步分離，然后初步分離的石膏會進(jìn)入切換管道中，然后只需啟用一臺真空脫水機(jī)就將石膏全部處理完成。石膏脫水系統(tǒng)優(yōu)化前后能耗對比如表4所示，優(yōu)化后每年可以節(jié)約約40.7萬元的能耗費(fèi)用；(4)其他：除了上述措施外，還采取了：①將漿液供給泵、除霧器沖洗水泵以及石膏排出泵更改為變頻結(jié)構(gòu)，根據(jù)鍋爐內(nèi)煙氣量以及SO2的濃度的變化，變頻調(diào)節(jié)泵電機(jī)的功率；②優(yōu)化煙道的設(shè)計(jì)，管道全部采用圓形管道結(jié)構(gòu)，并延長直管的長度并減少彎頭的數(shù)量，保有彎頭也設(shè)計(jì)為緩轉(zhuǎn)彎頭，將系統(tǒng)的阻力降至最低，從而有效的降低電耗；③將吸收塔漿液的pH值調(diào)整到最合適的值，一般設(shè)置為11～13，同時(shí)降低液氣比，促進(jìn)SO2的吸收，降低循環(huán)泵的能耗。通過上述方法的優(yōu)化，可以降低年電能成本約60萬元。

表4 石膏脫水系統(tǒng)優(yōu)化前后能耗對比

3.2.2 節(jié)水路徑

在節(jié)水方面主要采用以下三種方式進(jìn)行：(1)通過計(jì)算單臺機(jī)組煙氣的凝結(jié)水量，在煙囪內(nèi)筒位置加裝了冷凝水回收裝置，經(jīng)過測算，單臺機(jī)組的凝水量可達(dá)2 t/h，將冷凝水注回脫硫系統(tǒng)中，達(dá)到節(jié)水的目的；(2)該電廠單臺機(jī)組的石膏(游離水含量10%)產(chǎn)量約為20 t/h，游離水在石膏分離出來后就會蒸發(fā)到大氣中，通過提高脫水機(jī)的脫水效率，將游離水的含量降低至約4%，單臺機(jī)組的節(jié)水量可達(dá)1.2 t/h；(3)該電廠單臺機(jī)組冷卻水量約為32 t/h，通過加設(shè)引流管道，將冷卻水和沖洗水連接至集水箱中，經(jīng)過凈化后重新返回塔內(nèi)利用。通過上述三種方式，可以達(dá)到單臺機(jī)組約35 t/h的節(jié)水量。

4 結(jié)語

石灰石-石膏法作為煙氣脫硫系統(tǒng)的主流工藝方法，在脫硫效率滿足要求的前提下，可以通過一系列的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高該系統(tǒng)的節(jié)能性能。在原材料及其他成本飛漲的今天，資源的節(jié)約可以帶來成本的降低，可以進(jìn)一步穩(wěn)定電力行業(yè)，為中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展保駕護(hù)航。