閻 冬

(上海龍凈環(huán)?？萍脊こ逃邢薰?，上海 200063)

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫運行優(yōu)化研究

閻 冬

(上海龍凈環(huán)?？萍脊こ逃邢薰?，上海 200063)

以華能福州電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工程試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對脫硫裝置運行優(yōu)化進行了研究。分別考察了循環(huán)泵運行組合、吸收塔漿液密度、pH值和液位等參數(shù)，及對整個脫硫裝置運行電耗的影響。通過試驗數(shù)據(jù)和理論分析，提出了不同運行條件下對參數(shù)選擇的意見，并實際驗證了脫硫裝置運行優(yōu)化以降低電耗的可行性，可為電廠脫硫系統(tǒng)運行方案的優(yōu)化選擇提供參考。

煙氣脫硫;運行優(yōu)化;電耗;運行參數(shù)

1 引言

火力發(fā)電廠是我國主要的能源企業(yè)，目前在大力推行節(jié)能降耗的工作，其中降低脫硫系統(tǒng)（FGD）的電耗是重要方向。在火電廠普遍采用的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝中，漿液循環(huán)泵和氧化風機是最主要的電耗點。煙氣負荷、入口SO2濃度、漿液密度、吸收塔反應(yīng)漿池液位等都會成為影響循環(huán)泵和氧化風機運行的重要參數(shù)。在保證脫硫效率時，在脫硫裝置不同的工況下通過準確的監(jiān)測措施對不同的運行參數(shù)進行優(yōu)化，可以達到降低系統(tǒng)電耗的目的。

煙氣負荷和入口SO2濃度直接決定所需的循環(huán)漿液量和石膏脫水系統(tǒng)運行速率，導(dǎo)致電耗的不同；吸收塔內(nèi)的漿液密度與漿液循環(huán)泵和氧化風機的電耗成正比，與石膏脫水系統(tǒng)的電耗成反比，同樣存在合理的運行區(qū)間；而吸收塔反應(yīng)漿池液位直接影響氧化風機、漿液循環(huán)泵的出口揚程要求，進而影響電耗。

以華能福州電廠一、二期4臺機組4套脫硫裝置為例，由于燃煤品質(zhì)波動較大，設(shè)計時按照最高入口SO2濃度選型，但實際運行中入口SO2濃度有可能維持在較低水平。若通過優(yōu)化運行每套脫硫裝置有1臺循環(huán)泵可節(jié)約1/3的運行時間，則1年就可節(jié)電3200MW·h，可實現(xiàn)巨大的節(jié)能效益。因此，該電廠一、二期機組脫硫裝置于2008年6月投入運行后，運行人員和脫硫裝置供貨方密切合作，共同完成了脫硫裝置運行優(yōu)化試驗，達到了節(jié)能降耗的目的。

2 試驗內(nèi)容

本試驗主要進行了4項脫硫運行研究，分別考察了漿液循環(huán)泵運行組合、循環(huán)漿液pH值、吸收塔漿池液位、吸收塔循環(huán)漿液密度等參數(shù)對脫硫裝置電耗的影響。

2.1 脫硫裝置工藝流程

本次試驗脫硫裝置的工藝流程示意見圖1。

圖1 脫硫裝置工藝流程示意圖

從電廠引接的煙氣進入吸收塔，與漿液循環(huán)泵噴淋的吸收漿液逆流接觸并脫硫后從吸收塔頂部排放，反應(yīng)后的漿液在吸收塔下部的漿池中被氧化風機鼓入的空氣所氧化并生成石膏，通過石膏排出泵將石膏漿液排至石膏脫水系統(tǒng)完成脫水過程，生成固體石膏。

本項目中每個吸收塔設(shè)置4臺漿液循環(huán)泵、2臺氧化風機、2臺石膏排出泵，石膏脫水系統(tǒng)為全部脫硫裝置公用。

2.2 吸收塔漿液循環(huán)泵組合優(yōu)化試驗

試驗的吸收塔設(shè)有4層噴淋層，從下到上依次為噴淋層A、B、C、D，分別對應(yīng)漿液循環(huán)泵A、B、C、D，設(shè)計條件下4層噴淋層都運行。當電廠負荷降低或入口SO2濃度降低至一定值后，理論上可以停運1臺或數(shù)臺漿液循環(huán)泵，在保證脫硫效率的同時降低電耗。

本試驗將在不同入口SO2濃度負荷下，通過不同循環(huán)泵投運數(shù)量對應(yīng)的脫硫效率確定停運的可行性，進而可將脫硫效率最高的運行組合作為最優(yōu)組合。由于華能福州電廠的鍋爐在實際運行中的負荷基本穩(wěn)定，而入口SO2濃度則有明顯波動，所以本試驗中對漿液循環(huán)泵的組合優(yōu)化主要通過入口SO2濃度的變化來確定。試驗結(jié)果不僅可指導(dǎo)在入口SO2濃度降低時漿液循環(huán)泵的運行方式，同時從等效角度出發(fā)也可以對鍋爐低負荷運行時漿液循環(huán)泵的投入進行指導(dǎo)，以降低脫硫系統(tǒng)的電耗。

2.3 吸收塔漿液密度調(diào)整試驗

如前所述，吸收塔內(nèi)的漿液密度存在一定的合理區(qū)間，可由試驗確定，因此本試驗進行了2項內(nèi)容：

（1）吸收系統(tǒng)電耗。在保持吸收塔pH值和液位基本穩(wěn)定的情況下，測試不同密度下的漿液循環(huán)泵和氧化風機電耗指標，考察在最佳漿液循環(huán)泵組合情況下吸收系統(tǒng)電耗隨漿液密度的變化趨勢。

（2）吸收+脫水系統(tǒng)電耗。在保持吸收漿液塔pH值和液位基本穩(wěn)定的情況下，測試不同吸收塔漿液密度下的漿液循環(huán)泵、氧化風機和脫水系統(tǒng)的電耗指標，考察在最佳漿液循環(huán)泵組合情況下“吸收+脫水”系統(tǒng)電耗隨漿液密度的變化趨勢。

2.4 吸收塔液位調(diào)整試驗

吸收塔液位的變化對于循環(huán)泵和氧化風機電耗影響呈相反的趨勢，液位變高可降低循環(huán)泵的電耗，但氧化風機電耗相對增加，反之亦然，因此有必要對合理的液位區(qū)間進行試驗。本項試驗在保持吸收塔pH值和正常密度范圍時，通過調(diào)整吸收塔液位，測試不同液位下運行的漿液循環(huán)泵和氧化風機的總電耗，找出最佳的吸收塔運行液位區(qū)間。

3 結(jié)果及分析

3.1 入口SO2負荷變化及漿液循環(huán)泵組合試驗

本試驗在脫硫裝置不同入口SO2濃度的情況下，運行不同的漿液循環(huán)泵（噴淋層）組合，保持吸收系統(tǒng)煙氣負荷、漿液pH值、漿液密度等條件基本不變，觀察不同漿液循環(huán)泵組合運行在不同入口SO2濃度下的脫硫效率，確認關(guān)閉1臺或2臺循環(huán)泵的可行性以及脫硫效率最高的組合。試驗結(jié)果如表1。2臺漿液循環(huán)泵不同運行組合時FGD入口SO2濃度與脫硫效率的關(guān)系曲線見圖2。

表1 2臺漿液循環(huán)泵運行組合數(shù)據(jù)

圖2 兩臺漿液循環(huán)泵運行組合曲線

由表1和圖2可以看出，在試驗的入口SO2濃度區(qū)間內(nèi)，2臺漿液循環(huán)泵運行時系統(tǒng)的脫硫效率比較情況為：ηA/D ＞ηB/D＞ηC/D ＞ηB/C ＞ηA/B。

根據(jù)運行要求，裝置的脫硫效率應(yīng)不低于95%，由試驗結(jié)果表1、圖2可以看出，在一定入口SO2濃度范圍內(nèi)開啟2臺循環(huán)泵是可以滿足上述要求的，但不同組合的循環(huán)泵適用的區(qū)間有明顯區(qū)別。3臺漿液循環(huán)泵運行組合數(shù)據(jù)見表2，3臺漿液循環(huán)泵不同運行組合時FGD入口SO2濃度與脫硫效率的關(guān)系曲線見圖3。

表2 3臺漿液循環(huán)泵運行組合數(shù)據(jù)

由表2和圖3可知，在試驗的入口SO2濃度區(qū)間內(nèi)，吸收塔三臺漿液循環(huán)泵運行時系統(tǒng)的脫硫效率情況為：

ηA/C/D ＞ηA/B/D ＞ηB/C/D

圖3 三臺漿液循環(huán)泵運行組合曲線

根據(jù)運行要求，裝置的脫硫效率應(yīng)不低于95%，由試驗和圖表可以看出，在一定入口SO2范圍內(nèi)開啟3臺循環(huán)泵是可以滿足上述要求的，但不同組合的循環(huán)泵適用的區(qū)間有明顯區(qū)別。

（1）由試驗可以看出，在電廠實際運行的入口SO2濃度區(qū)間內(nèi)，可以在關(guān)閉1臺或2臺漿液循環(huán)泵的情況下仍達到不低于95%的脫硫效率指標。運行2臺漿液循環(huán)泵時，在機組滿負荷情況下，達到脫硫效率要求時的入口最大SO2濃度可達到2005mg/Nm3，而運行3臺漿液循環(huán)泵時，同樣情況下入口最大SO2濃度至少可達到3032mg/Nm3（該值為試驗期間出現(xiàn)的最高SO2濃度，實際上根據(jù)曲線趨勢該濃度仍可進一步提高）。

（2）在吸收系統(tǒng)煙氣負荷、漿液pH值、漿液密度等條件不變及同等循環(huán)量的情況下，影響脫硫效率的因素主要有煙氣分布均勻性及氣液接觸時間。煙氣的均勻分布主要通過噴淋層實現(xiàn)，經(jīng)過1層噴淋層后煙氣即可實現(xiàn)比較良好的均勻分布，后續(xù)噴淋層對分布的影響已經(jīng)明顯弱化。因此在相同數(shù)量噴淋層的情況下，噴淋層起始位置越低，煙氣可以越早實現(xiàn)均勻分布，對脫硫效果越理想。而氣液接觸時間主要由噴淋高度決定，相同分布和噴淋量的情況下，漿液作用的高度越高，則氣液接觸時間越長，脫硫效果越理想。由此可以推斷出最低噴淋層 +（次高噴淋層）+ 最高噴淋層的組合應(yīng)該最為有利，而上述試驗結(jié)果很好地證實了這一推斷。

3.2 吸收塔漿液密度調(diào)整試驗

3.2.1 吸收系統(tǒng)試驗

在試驗期間，華能福州電廠的煙氣負荷有一定波動，漿液循環(huán)泵A、D運行，氧化風機A運行。本試驗主要通過調(diào)節(jié)吸收塔漿液密度，觀察吸收系統(tǒng)電耗的變化趨勢。電耗僅計A、D漿液循環(huán)泵及A氧化風機的總和，試驗結(jié)果見表3。吸收系統(tǒng)電耗與漿液密度的關(guān)系曲線見圖4。

表3 吸收塔密度試驗數(shù)據(jù)

圖4 吸收系統(tǒng)電耗與漿液密度的關(guān)系曲線

由表3和圖4分析可知，隨著吸收塔漿液密度的增加，漿液循環(huán)泵與氧化風機的電耗也隨之增大。漿液密度增加后，泵與風機克服阻力所做的功也隨之增加，因此電耗將隨之增大。

從圖4中還可看出，在不同漿液密度區(qū)間內(nèi)，電耗變化的敏感程度不同。當漿液密度＜1095kg/m3時，電耗對密度的關(guān)系曲線的斜率較大，即電耗對密度的變化較敏感；而當漿液密度＞1095kg/m3時，電耗對密度的關(guān)系曲線的斜率較小，電耗隨密度的變化趨于平緩。

3.2.2 石膏脫水系統(tǒng)調(diào)整試驗

本試驗保持鍋爐負荷在小范圍內(nèi)波動，保持脫硫裝置的入口煙氣量和SO2濃度不變，調(diào)節(jié)吸收塔漿液密度，維持真空皮帶脫水機出力相同，觀察吸收系統(tǒng)和石膏脫水系統(tǒng)的總電耗變化。由于脫水系統(tǒng)為間歇運行方式，而吸收系統(tǒng)為連續(xù)運行方式，為能準確反映出總電耗的值，脫水系統(tǒng)的電耗將根據(jù)其每天的平均運行時間折算至單位時間的電耗，再與吸收系統(tǒng)電耗相加作為總電耗值。試驗數(shù)據(jù)見表4。吸收系統(tǒng)和脫水系統(tǒng)電耗與漿液密度的關(guān)系曲線如圖5。

圖5 吸收系統(tǒng)和脫水系統(tǒng)電耗與漿液密度的關(guān)系曲線

由表4和圖5可看出，在試驗范圍內(nèi)，石膏脫水系統(tǒng)的日均電耗將隨著漿液密度的增加而減少，因為漿液密度升高后，脫水系統(tǒng)總運行時間將縮短，對應(yīng)的日均電耗值將下降。

整體而言，由于脫水系統(tǒng)電耗下降程度有限，因此總電耗仍將隨著漿液密度的增加而增大，但隨著漿液密度的增加其變化趨勢將變緩。

3.3 吸收塔液位調(diào)整試驗

試驗中將吸收塔液位由10m增加至12.1m，測試吸收系統(tǒng)主要設(shè)備的電耗變化。試驗期間根據(jù)FGD入口SO2濃度，啟動A/D漿液循環(huán)泵和A氧化風機，電耗計A、D漿液循環(huán)泵及A氧化風機。吸收塔漿池液位試驗數(shù)據(jù)見表5。吸收系統(tǒng)主要設(shè)備電耗與液位的關(guān)系曲線如圖6。

表5 吸收塔漿池液位試驗數(shù)據(jù)

表4 石膏脫水系統(tǒng)漿液密度變化試驗數(shù)據(jù)

圖6 吸收系統(tǒng)主要設(shè)備電耗與液位的關(guān)系曲線

從表5和圖6可看出，隨著吸收塔漿池液位的升高，漿液循環(huán)泵的電耗逐漸減小而氧化風機的電耗隨之增大，但由于運行的漿液循環(huán)泵數(shù)量多，其占電耗比例更高，因此總電耗隨著吸收塔漿池液位的升高呈現(xiàn)降低趨勢。

吸收塔漿池液位升高，對于氧化風機而言，其出口液位增加意味著其出口阻力的增加，由此造成揚程和電耗的上升。而吸收塔液位上升對漿液循環(huán)泵而言則會增加其入口壓力，因此在出口條件一定的情況下可通過降低揚程來減小漿液循環(huán)泵電耗。

4 結(jié)論

本試驗以現(xiàn)場實際運行結(jié)果為準，試驗數(shù)據(jù)經(jīng)整理后，可揭示脫硫裝置實際運行的一些情況。試驗研究結(jié)論如下：

（1）入口SO2負荷改變時，可通過改變運行漿液循環(huán)泵數(shù)量達到節(jié)能降耗的目的。根據(jù)試驗，運行2臺漿液循環(huán)泵時，在機組滿負荷情況下，達到脫硫效率要求時的入口最大SO2濃度可達到2005mg/Nm3，而運行3臺漿液循環(huán)泵時，同樣情況下入口最大SO2濃度至少可達到3032mg/Nm3。

在相同的入口SO2濃度下，當吸收塔兩臺漿液循環(huán)泵運行時，使系統(tǒng)脫硫效率更高的組合運行方式為： ηA/D＞ηB/D ＞ηC/D ＞ ηB/C ＞ ηA/B；當3臺漿液循環(huán)泵運行時，使系統(tǒng)脫硫效率更高的組合運行方式為：ηA/C/D ＞ηA/B/D ＞ ηB/C/D。

（2）吸收塔漿液密度對漿液循環(huán)泵、氧化風機和石膏脫水系統(tǒng)的電耗均有影響。總體電耗隨密度增加而逐漸增大。根據(jù)運行經(jīng)驗，吸收漿液密度對脫硫效率有一定的影響，過低的漿液密度會使脫硫效率明顯下降，運行中仍需適當維持一定的漿液密度。根據(jù)試驗結(jié)果，吸收塔漿液密度在1095kg/m3左右時電耗敏感度存在分界點，因此建議運行中將漿液密度控制在1085～1105mg/Nm3。

（3）吸收塔液位對吸收系統(tǒng)電耗影響較大，液位增加可明顯降低吸收系統(tǒng)的電耗。目前很多脫硫裝置中氧化風機設(shè)計選型不合理，出口揚程在未達到設(shè)計值時就出現(xiàn)了噪聲加大、溫度升高的問題，甚至出現(xiàn)風機運行事故。為了使氧化風機能連續(xù)運行，很多脫硫裝置不得不降低吸收塔液位運行，以保證氧化風機運行安全。根據(jù)本試驗結(jié)果，這將大幅增加吸收系統(tǒng)的電耗，長期運行會造成巨大浪費。因此在氧化風機許可的情況下應(yīng)盡可能提高吸收塔液位至設(shè)計液位附近。

本試驗不僅確認了節(jié)約電耗的條件，也對脫硫裝置的運行提出了可行的運行方案，試驗結(jié)果對其它類似的脫硫裝置也具有參考意義。

Operation Optimum Study on Wet Process of Flue Gas Desulphurization for Limestone-gypsum

YAN Dong
(Shanghai Longking Environmental Protection Technology Engineering Co., Ltd, Shanghai 200063, China)

Based on the test data of wet process of flue gas desulphurization for limestone-gypsum in Huaneng Fuzhou power plant, operation optimum study on desulphurization equipment is conducted. The operation combination of circular pump,serum density of absorption tower, pH value and liquid parameter and effect of the operation power consumption on whole desulphurization equipment are studied separately. According to the test data and theory analysis, suggestions on parameter selection in different operation conditions are brought forward. The feasibility of operation optimum on desulphurization equipment that could reduce power consumption is validated, so that the references are shown for the optimum selection of operation program of desulphurization system in power plant.

flue gas desulphurization; operation optimum; power consumption; operation parameter

X701.3

A

1006-5377（2011）08-0038-05