李瑋，陳紅

（1.江蘇省電力試驗(yàn)研究院有限公司，江蘇南京211102；2.南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院微電子學(xué)院，江蘇南京210046）

到2008年底，我國(guó)火電廠脫硫裝機(jī)容量已超過(guò)3.79億kW，如果脫硫裝置的運(yùn)行耗電量為廠用電的1.2%，假設(shè)火電機(jī)組年利用小時(shí)為4500h，全國(guó)脫硫裝置1年的耗電量約為204.66億kW·h，是個(gè)相當(dāng)大的數(shù)字。我國(guó)單機(jī)容量在200MW及以上機(jī)組中，采用石灰石－石膏/濕法脫硫（以下簡(jiǎn)稱為濕法脫硫）工藝的比例約占火電總裝機(jī)容量的95%以上。由于機(jī)組容量大小的不同、脫硫系統(tǒng)配置的不同、燃煤硫份高低的區(qū)別等原因，濕法脫硫的運(yùn)行成本為0.015～0.04元/（kW·h），國(guó)家或地方政府給予電廠脫硫的政策性成本補(bǔ)貼為0.015～0.02元/（kW·h），對(duì)火電廠來(lái)說(shuō)，脫硫政策性補(bǔ)貼是不抵運(yùn)行成本。因此，火電廠在脫硫運(yùn)行中如何減少電耗是一個(gè)很重要的問(wèn)題。根據(jù)脫硫運(yùn)行成本核算，影響濕法脫硫運(yùn)行成本的主要因素是投資折舊、脫硫劑的原料費(fèi)用和運(yùn)行電費(fèi)，這3項(xiàng)費(fèi)用約占脫硫運(yùn)行成本的90%及以上，其中運(yùn)行電費(fèi)占脫硫運(yùn)行成本的60%以上。濕法脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行電耗，占機(jī)組發(fā)電量的1.0%～2.0%，如果是高硫煤，有時(shí)運(yùn)行電耗要占到機(jī)組發(fā)電量的2.0%以上。為了減少今后脫硫系統(tǒng)運(yùn)行電耗，必須在方案階段就要對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和合理地配置設(shè)備。在保證應(yīng)有的脫硫效率和較高投用率的同時(shí)，也要減少脫硫運(yùn)行的耗電問(wèn)題。

1 煙氣加熱器（GGH）對(duì)脫硫運(yùn)行電耗的影響

GGH是蓄熱式工藝?yán)梦疵摿虻臒釤煔饧訜崂錈煔獾慕y(tǒng)稱，而煙氣再加熱器通常有蓄熱式和非蓄熱式2種形式。不設(shè)GGH的脫硫系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)在煙囪出口會(huì)出現(xiàn)一定程度長(zhǎng)的白色煙羽，在空氣溫度低和濕度大時(shí)，有時(shí)煙羽會(huì)很長(zhǎng)。濕煙氣會(huì)因水蒸氣的凝結(jié)而使煙羽呈白色，影響視覺；機(jī)組如果沒有安裝脫硝裝置，在下風(fēng)向濕煙氣的溫度比較低，抬升高度較小，會(huì)造成地面污染濃度相對(duì)較高；凝結(jié)水可能造成煙囪下風(fēng)向的降水，影響局地氣候。因此，在風(fēng)景區(qū)、居民密集區(qū)、城市市區(qū)的電廠，一般需設(shè)置GGH。而處于非居民密集區(qū)和非風(fēng)景區(qū)的電廠，在NOX排放濃度較低或投入脫硝裝置時(shí)可不設(shè)GGH。脫硫不設(shè)GGH可減少建設(shè)投資。不設(shè)GGH的脫硫系統(tǒng)，對(duì)脫硫技改投資會(huì)有一定的節(jié)省。根據(jù)某電廠2臺(tái)300MW機(jī)組脫硫改造的測(cè)算，不設(shè)GGH后可節(jié)省投資1800 萬(wàn)元。參照某熱電廠2臺(tái)300MW新建機(jī)組濕法脫硫設(shè)與不設(shè)GGH的分析對(duì)比見表1。脫硫系統(tǒng)無(wú)GGH，可減少脫硫系統(tǒng)運(yùn)行電耗，參照某熱電廠2臺(tái)300MW新建機(jī)組見表2。

表1 某熱電廠2臺(tái)300MW新建機(jī)組濕法脫硫設(shè)與不設(shè)GGH的投資測(cè)算分析對(duì)比萬(wàn)元

表2 某熱電廠2臺(tái)300MW新建機(jī)組濕法脫硫設(shè)與不設(shè)GGH的運(yùn)行電耗分析表

2臺(tái)300MW機(jī)組按年運(yùn)行5500h在有GGH比無(wú)GGH時(shí)多耗電：2×5500 ×（3105-1400）＝18755 000（kW·h），廠用電價(jià)按0.44元/（kW·h）計(jì)算年少用電費(fèi)：825.22萬(wàn)元。

2 350MW及以下機(jī)組脫硫系統(tǒng)GGH優(yōu)化

天津某新建的2×350MW機(jī)組脫硫中，不設(shè)GGH，脫硝同步投運(yùn)，機(jī)組引風(fēng)機(jī)采用2×50%離心風(fēng)機(jī)和液力偶合配置，不設(shè)增壓風(fēng)機(jī)。離心風(fēng)機(jī)的總壓力可以達(dá)到10000Pa及以上，滿足了機(jī)組在不同負(fù)荷下鍋爐運(yùn)行、脫硝系統(tǒng)運(yùn)行、脫硫系統(tǒng)運(yùn)行等總阻力損失的要求。液力偶合調(diào)速系統(tǒng)的配置，也能保證風(fēng)機(jī)在機(jī)組不同負(fù)荷下高效率運(yùn)行，達(dá)到了系統(tǒng)節(jié)能的目的。經(jīng)初步測(cè)算，風(fēng)機(jī)二合一系統(tǒng)要比2臺(tái)風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行節(jié)電，節(jié)電在20%以上。

目前國(guó)內(nèi)已有在600MW和1000MW機(jī)組脫硫中不設(shè)GGH的在運(yùn)行和在建的例子。取消脫硫增壓風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)在煙風(fēng)系統(tǒng)中，除了要克服鍋爐和鍋爐輔機(jī)的阻力外，還要克服脫硫和脫硝系統(tǒng)的阻力，一般在大型機(jī)組上，引風(fēng)機(jī)都采用雙級(jí)動(dòng)調(diào)引風(fēng)機(jī)。這樣的配置由于系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，不存在相互牽制的內(nèi)耗問(wèn)題，風(fēng)機(jī)可在高效率下運(yùn)行，能夠達(dá)到運(yùn)行節(jié)電的目的。

但是，取消脫硫增壓風(fēng)機(jī)的這種配置方式對(duì)脫硫系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求提高很多，在國(guó)外600MW以上大容量機(jī)組采用這種配置方式的還不多，在我國(guó)還僅是開始，必須通過(guò)運(yùn)行實(shí)踐來(lái)考驗(yàn)。

3 設(shè)置4臺(tái)漿液循環(huán)泵

我國(guó)燃煤電廠的來(lái)煤煤質(zhì)變化較大，特別是距離煤源較遠(yuǎn)的電廠。煤的發(fā)熱量變化大，灰分變化大，硫分變化也很大。硫分在低時(shí)為0.40%～0.80%，在高的時(shí)候達(dá)到1.5%～2.5%。從0.4%～2.5%硫分這樣的變化，給脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大困難。根據(jù)這個(gè)情況，在設(shè)計(jì)中往往采取不少于4臺(tái)漿液循環(huán)泵的配置方式。當(dāng)硫分低時(shí)或者在機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，停用1臺(tái)甚至是2臺(tái)漿液循環(huán)泵，這樣不僅保證了應(yīng)有的脫硫效率，也降低了電能的消耗。這樣的配置和運(yùn)行方式已經(jīng)被許多電廠采用，并取得了明顯的節(jié)能效果。根據(jù)國(guó)華北京熱電分公司介紹，2臺(tái)410 t/h的鍋爐設(shè)置一套煙氣脫硫系統(tǒng)（FGD），設(shè)計(jì)硫分為1.04%，配置3臺(tái)Q=4800m3/h的漿液循環(huán)泵，由于煤種的改變，煤的硫分降低到0.4%～0.5%時(shí)運(yùn)行停用1臺(tái)循環(huán)泵，年運(yùn)行6943h，節(jié)電243.0萬(wàn)kW·h。

其他一些電廠也有采用在夜間低負(fù)荷時(shí)停用漿液循環(huán)泵的運(yùn)行方式。

4 漿液循環(huán)泵的選擇

國(guó)產(chǎn)的漿液循環(huán)泵有2種類型：奧曼泵類和KSB泵類。奧曼泵類的泵殼為對(duì)開式，泵的耐磨蝸殼為橡膠，泵的轉(zhuǎn)子為耐磨耐酸合金鋼。KSB泵類的泵殼為整體式，蝸殼和轉(zhuǎn)子都是耐磨耐酸合金鋼。進(jìn)口的漿液循環(huán)泵除了這2種形式外，還有一種陶瓷泵，泵殼為對(duì)開式，泵殼和轉(zhuǎn)子的耐磨是用SiC顆粒加塑酯澆鑄而成。在同等參數(shù)下，同樣是進(jìn)口泵，陶瓷泵要比KSB泵價(jià)格高10%～20%，比國(guó)產(chǎn)泵價(jià)格高30%～40%。根據(jù)國(guó)內(nèi)幾家電廠使用的情況來(lái)看，陶瓷泵的耐磨性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于其他2種類型泵，易損件的運(yùn)行壽命是其他2種泵的2倍以上，同時(shí)陶瓷泵可以冷態(tài)修補(bǔ)，可修復(fù)性好。陶瓷泵雖然一次性投入大，由于它的耐磨性能優(yōu)越，愈來(lái)愈被更多的電廠使用。

考慮到漿液循環(huán)泵由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后的磨損和腐蝕，泵的參數(shù)會(huì)有較大衰減，為了保證脫硫效率以及滿足漿液噴嘴的最低技術(shù)參數(shù)，漿液循環(huán)泵在參數(shù)選擇時(shí)，往往留有一定的裕度。漿液循環(huán)泵的流量參數(shù)考慮留有5%～7%裕度，揚(yáng)程參數(shù)留有5%裕度。如果選用陶瓷泵，可將裕度參數(shù)考慮小一些，流量參數(shù)考慮按3%來(lái)預(yù)留，揚(yáng)程參數(shù)按2%來(lái)預(yù)留，漿液循環(huán)泵的參數(shù)裕度小了，其軸功率就要減小。綜合裕度就會(huì)減少到（1.06%×1.05%）－（1.03%×1.02%）=0.000624 。如果原來(lái)300MW機(jī)組1臺(tái)漿液循環(huán)泵的軸功率為300kW，按1座吸收塔配置3臺(tái)漿液循環(huán)泵，年運(yùn)行利用小時(shí)為5500h來(lái)測(cè)算，1臺(tái)300MW機(jī)組脫硫，漿液循環(huán)泵節(jié)電為10.3萬(wàn)kW·h。

5 工藝水泵加裝變頻裝置

脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行中工藝水系統(tǒng)的流量變化比較大，有時(shí)可能接近零流量，有時(shí)可能接近最大流量。在工藝水系統(tǒng)配置中一般設(shè)有2臺(tái)工藝水泵，實(shí)行一用一備；設(shè)置2臺(tái)除霧器水泵，也是一用一備。這樣的配置存在著水壓不穩(wěn)定、流量不穩(wěn)定、多耗電的問(wèn)題。在系統(tǒng)不需要水時(shí)，根據(jù)水泵特性，流量小水壓接近高限，不但多耗了電，而且水壓高會(huì)損害系統(tǒng)中的閥門。鑒于這個(gè)問(wèn)題，在有的系統(tǒng)中按2臺(tái)泵運(yùn)行1臺(tái)泵備用的方式配置，在水泵出口設(shè)置了穩(wěn)壓閥或回流閥，這樣的配置保證了系統(tǒng)的可靠性和安全性，但是這樣的配置方式不節(jié)能。

工藝水系統(tǒng)的水泵按一用一備配置，每臺(tái)水泵都配置變頻裝置，每臺(tái)水泵的流量按照脫硫系統(tǒng)的最大流量選擇，水泵的壓力參數(shù)大于所需的最大水壓，在水泵出口設(shè)置調(diào)壓閥，這樣在低流量和高流量時(shí)，變頻裝置根據(jù)系統(tǒng)壓力的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，工藝水系統(tǒng)不僅能滿足脫硫系統(tǒng)所用水的流量和水壓的要求，而且這樣的工藝水系統(tǒng)也達(dá)到節(jié)約電能的效果。根據(jù)2個(gè)不同配置的系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)比，加裝變頻裝置的系統(tǒng)要節(jié)電20%以上。

6 石膏排出泵加設(shè)旁路系統(tǒng)

在脫硫系統(tǒng)中，石膏排出泵按一用一備配置。石膏排出泵主要用于脫硫吸收塔向石膏脫水系統(tǒng)供漿，將漿液中石膏含固量12%～15%的漿液，首先輸送到石膏旋流站，使石膏含固量達(dá)到40%～50%，接著再輸送到脫硫皮帶機(jī)，脫水后變成含水量低于10%的固體石膏。在石膏排出泵出口管道系統(tǒng)中設(shè)有2個(gè)重要儀表，一是在線測(cè)量吸收塔漿液酸堿度的pH計(jì)，二是在線測(cè)量吸收塔漿液石膏質(zhì)量含量的密度計(jì)。pH計(jì)和密度計(jì)對(duì)脫硫系統(tǒng)吸收塔漿液運(yùn)行在線測(cè)量和顯示，對(duì)脫硫系統(tǒng)的操作和控制非常重要。沒有這些在線數(shù)據(jù)就無(wú)法對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行操作和正常運(yùn)行。

為了保證吸收塔漿液的pH值和漿液密度的在線顯示，必須要求石膏排出泵連續(xù)運(yùn)行。石膏排出泵和石膏脫水皮帶機(jī)在脫硫系統(tǒng)中一般是按照燃煤的最高硫分設(shè)計(jì)的，而在運(yùn)行中往往達(dá)不到最高硫分，因此石膏脫水系統(tǒng)在日常運(yùn)行中工作時(shí)間往往在50%左右。石膏排出泵在其他50%時(shí)間里也需要連續(xù)運(yùn)行，其目的是保證排出泵出口管道中有實(shí)時(shí)的吸收塔漿液，能夠在線顯示吸收塔漿液的pH值和漿液密度。這樣的配置方式存在幾個(gè)問(wèn)題：一是使石膏旋流站的每個(gè)旋流子處于100%的運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)造成磨損；二是石膏旋流站往往設(shè)在高處，使得石膏排出泵的揚(yáng)程較大，石膏排出泵的軸功率也較大，為了保證在線儀表的在線顯示，要耗用一定電能；三是石膏排出泵連續(xù)運(yùn)行也會(huì)使其磨損。

因此，對(duì)其配置進(jìn)行了改進(jìn)。（1）在旋流站前加裝旁路管道，在不脫硫時(shí)，使?jié){液經(jīng)旁路管道直接回到吸收塔。這種方式只是減輕了旋流子的磨損，節(jié)電效果不明顯。（2）采用增加一臺(tái)小出力的石膏排出泵，在不出石膏時(shí)利用小泵和旁路管道。這種配置方式既可以減少旋流子的磨損，又可節(jié)電。（3）有的電廠采用在吸收塔高液位安裝溢流管的方式，將pH計(jì)和密度計(jì)安裝在溢流管上，使在線儀表與石膏排出泵的功能分開，達(dá)到了節(jié)電的效果。

7 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于火電廠來(lái)說(shuō)，污染物的減排和運(yùn)行的節(jié)電是同樣重要的。在脫硫運(yùn)行中，不僅要保證一定的脫硫效率和較高的投用率，也要使脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)盡量少耗廠用電。對(duì)國(guó)外技術(shù)要消化吸收，要根據(jù)我國(guó)的國(guó)情進(jìn)行改造和創(chuàng)新，要對(duì)脫硫系統(tǒng)的總體工藝配置進(jìn)行優(yōu)化，使其不僅要滿足脫硫工藝的要求，也要實(shí)現(xiàn)低能耗的目的。脫硫總承包商和電廠都要分析目前在運(yùn)行脫硫的現(xiàn)狀，對(duì)設(shè)備的綜合性能和是否節(jié)電進(jìn)行比較，合理的選擇設(shè)備，達(dá)到脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行中低電耗的目的。

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