李秀娟

(國電菏澤發(fā)電有限公司，山東菏澤 274032)

0 引言

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝因其脫硫效率高、技術(shù)成熟、運行可靠，脫硫劑分布廣、資源豐富、廉價而成為我國燃煤電廠煙氣脫硫的首選工藝［1］，占我國煙氣脫硫市場的80%～90%。近幾年來我國電煤供需矛盾突出的情況下，部分電煤質(zhì)量下降嚴重，一些電廠實際燃用煤種已與原設(shè)計煤種有較大差異，原煤中硫含量明顯增加，有的煤中硫分達到原設(shè)計值的3倍以上，給脫硫裝置的安全穩(wěn)定運行帶來嚴重影響，甚至導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)無法運行;另一方面國家環(huán)保部頒布了《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223－2011)，對電廠脫硫裝置的達標運行提出更高的要求;關(guān)閉旁路煙道的通知更是要求脫硫裝置的可靠性和投運率提高到電廠主設(shè)備的水平，因此對已加裝煙氣脫硫裝置的電廠進行提高脫硫效率的增容改造已勢在必行。

1 設(shè)備概述

菏澤電廠三期2×330MW機組配套的煙氣脫硫裝置采用石灰石—石膏濕法、一爐一塔工藝、設(shè)計煤種含硫量為0.72%，脫硫效率95.5%;脫硫系統(tǒng)設(shè)置煙氣—煙氣換熱器(簡稱GGH)，脫硫后凈煙氣返回原煙囪排放;公用石膏脫水系統(tǒng)、石灰石漿液制備及供應(yīng)系統(tǒng)、事故漿液系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng);設(shè)置100%煙氣旁路，保證脫硫裝置進出口和旁路擋板門具有良好的操作性能和密封性能;脫硫吸收劑采用廠外來石灰石塊，在電廠脫硫島內(nèi)采用濕式磨機制成石灰石漿液;吸收塔采用噴淋塔技術(shù);脫硫風(fēng)機采用靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機。

2 脫硫裝置增容改造

在保證改造后系統(tǒng)性能完整性的條件下，菏澤電廠三期2×330MW機組煙氣脫硫系統(tǒng)增容改造工程最大程度利用現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)進行優(yōu)化，采用“原塔改造”(即以原吸收塔為基礎(chǔ)，對其以及相關(guān)分系統(tǒng)進行改造以適應(yīng)現(xiàn)設(shè)計煙氣條件下的脫硫性能要求)的方案進行脫硫系統(tǒng)的改造，同時拆除GGH對相關(guān)煙道及煙囪進行防腐處理。為了滿足燃煤硫分在2%的情況下，年SO2排放量控制不超過4300t，并適當留有余量，設(shè)計脫硫效率確定不低于96.2%且保證FGD系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度小于200mg/m3(標干態(tài)、6%O2)［2］。

2.1 吸收氧化系統(tǒng)

將吸收塔、噴淋層、除霧器、漿液再循環(huán)泵、氧化風(fēng)機按新的條件重新設(shè)計和優(yōu)化，吸收塔直徑加大，氧化漿池增加，以適應(yīng)煙氣量的增加和煙氣中SO2濃度的提高。改造前吸收塔直徑10.92m、高度為28.44m、漿液池高度為8.94m;改造后吸收塔直徑12.60m、高度32.90m、漿液池高度 12.01m。

2.1.1 采用“漿液再分布裝置”改善氣液分布

根據(jù)實際測試，吸收塔內(nèi)同一截面的脫硫效率各不相同，在吸收塔中心占總面積2/3的區(qū)域，煙氣分布均勻，流速高，噴淋密度大，脫硫效率可達99%。塔壁周邊占總面積1/3的區(qū)域，噴淋密度低，煙氣貼壁運動并形成層流層，噴淋液滴粘附塔壁形成液膜，脫硫效率大幅度下降。采用吸收塔漿液再分布裝置，可使沿吸收塔壁面下滑的漿液再輸送煙氣中，減少煙氣漏捕。漿液再分布裝置被設(shè)計成斜向下，固定在吸收塔壁面和噴淋層之間。漿液再分布裝置在塔內(nèi)呈鋸齒狀環(huán)狀布置，圖中箭頭代表煙氣向上流動，虛線代表漿液向下噴淋。煙氣流經(jīng)漿液再分布裝置重新回到脫硫效率高的中心區(qū)域，避免了煙氣形成氣層及沿塔壁逃逸;沿塔壁層流的漿液也重新回到吸收塔中心區(qū)域再次參與反映，而且漿液再分布裝置末端為鋸齒狀，與高速煙氣一起將液膜撕裂為液滴，起到了噴嘴的作用，提高了漿液利用率，從而達到節(jié)能降耗的目的。

圖1 加裝漿液再分布裝置前后比較

2.1.2 除霧器優(yōu)化設(shè)計

通常一級除霧器壓差為90～120Pa，二級除霧器壓差為50～80Pa，除霧器堵塞后壓差增大，系統(tǒng)電耗增加。原脫硫系統(tǒng)采用兩級平板式除霧器，除霧器頻繁堵塞。為此，將兩級平板式除霧器改為兩級屋脊式除霧器，出口煙氣霧滴不大于75mg/m3，沖洗水壓力設(shè)計在200kPa以上，沖洗水噴嘴角度選擇90～110°，提高了除霧效果。同時加強除霧器沖洗維護工作，有效地避免了除霧器堵塞問題。

2.1.3 循環(huán)泵噴淋層的設(shè)置

根據(jù)燃煤硫分，吸收塔內(nèi)設(shè)4層噴淋層。按單元制運行對應(yīng)4臺漿液循環(huán)泵，這樣可提高漿液循環(huán)泵運行的靈活性，降低運行電耗。另外，SO2脫除量的增加致使石灰石耗量增加，原石灰石供漿泵、石膏排漿泵流量均已不足，需對其進行擴容更換。

2.2 煙氣系統(tǒng)

菏澤電廠三期2×330MW機組脫硫系統(tǒng)采用豪頓華生產(chǎn)的GGH，在燃燒高發(fā)熱量低硫煤的時候，加強對其運行控制沖洗，未造成明顯的堵塞，系統(tǒng)阻力為900±100Pa范圍內(nèi)。但隨著近兩年的煤炭價格形勢變化，在燃燒低發(fā)熱量高硫分的煤炭時，粉塵與漿液造成換熱片嚴重堵塞、系統(tǒng)阻力增加了1000Pa阻力以上，超出增壓風(fēng)機出力，造成脫硫系統(tǒng)無法正常運行。經(jīng)當?shù)丨h(huán)保部門允許，脫硫系統(tǒng)增容改造中取消了GGH，增加低壓省煤器加熱凝結(jié)水，回收進入脫硫塔前煙氣的余熱。進行增壓風(fēng)機變頻改造，采用變頻調(diào)速實現(xiàn)對增壓風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，平移風(fēng)機運行特性曲線，避開失速區(qū)，取得較好的節(jié)能效果(見表1)。

表1 增壓風(fēng)機變頻改造前后節(jié)電量對比

因為變速裝置均有自身的損失，且此損失隨著調(diào)節(jié)深度而增加，而入口調(diào)節(jié)門在開度較大時(如80%以上)的節(jié)流損失較小，之間必然存在最優(yōu)的運行開度方式［3］。為此，菏澤電廠進行增壓風(fēng)機變速調(diào)節(jié)和風(fēng)機入口調(diào)節(jié)門間優(yōu)化配合試驗，找出了最省電的優(yōu)化調(diào)整操作方式:機組負荷高于270MW，增壓風(fēng)機靜葉擋板開度保持在90%開度;當機組負荷低于270MW，增壓風(fēng)機靜葉擋板開度保持在80%開度。

2.3 石膏脫水系統(tǒng)

石膏脫水系統(tǒng)為2臺鍋爐公用，改造方案考慮對脫水系統(tǒng)進行擴容改造，以適應(yīng)燃煤含硫量提高對脫水系統(tǒng)出力提高的要求。

原設(shè)計設(shè)置2套石膏皮帶脫水系統(tǒng)，每套皮帶脫水機的處理量為2臺爐燃燒原設(shè)計BMCR工況時所產(chǎn)生石膏漿液量的100%。原皮帶脫水機處理石膏漿液量為2×8.4m3/h(濃度為50%)，設(shè)備原定貨單臺皮帶脫水機的處理量為16.3(最大20.5)m3/h，每臺皮帶機面積為15.6m2。原有的2臺皮帶脫水機總處理量不能滿足改造后處理2×26m3/h(濃度為50%)石膏漿液量的需要，改造后每臺皮帶機的出力按每臺爐的額定工況下是石膏產(chǎn)量的100%選型。選擇皮帶機的面積為22m3，2臺皮帶機共44m3。電廠每臺機組現(xiàn)有4臺吸收塔攪拌器，需新增1臺;原石膏漿液溢流泵、濾出液泵經(jīng)校核流量不足需進行擴容更換;為降低設(shè)備能耗、減輕設(shè)備磨損，對石膏漿液排出泵、石膏溢流泵、濾出液泵和石灰石供漿泵進行變頻改造。

3 運行優(yōu)化

菏澤電廠脫硫吸收系統(tǒng)運行優(yōu)化參數(shù)見表2。

表2 吸收系統(tǒng)運行優(yōu)化參數(shù)

脫硫吸收系統(tǒng)運行優(yōu)化包括:漿液循環(huán)泵運行優(yōu)化;pH值運行優(yōu)化;氧化風(fēng)量運行優(yōu)化;吸收塔液位運行優(yōu)化;石灰石粒徑運行優(yōu)化。即在不同負荷、不同入口SO2濃度時，確定最佳的漿液循環(huán)泵組合方式、最佳的pH設(shè)定值、氧化風(fēng)機的投運臺數(shù)、吸收塔液位和石灰石粒徑等，使得脫硫裝置在滿足環(huán)保排放要求的情況下，脫硫運行成本最小。根據(jù)運行優(yōu)化結(jié)果，建立吸收系統(tǒng)最佳運行卡片(見表2)，該卡片給出了不同負荷、不同入口SO2濃度時，最佳的漿液循環(huán)泵組合方式、最佳的pH設(shè)定值、氧化風(fēng)機的投運臺數(shù)、吸收塔液位和石灰石粒徑等運行方式或參數(shù)，指導(dǎo)運行人員合理操作。

4 結(jié)語

菏澤電廠三期2×330MW機組煙氣脫硫裝置增容改造2011年完成，以原吸收塔為基礎(chǔ)，對其以及相關(guān)分系統(tǒng)進行改造以適應(yīng)現(xiàn)設(shè)計煙氣條件下的脫硫性能要求，燃煤硫分從0.72%提高到2.0%，脫硫效率從95%提高到96.2%。

(1)氣液再分布裝置防磨設(shè)計有效地避免了噴淋層四周噴嘴對塔壁的沖刷，降低了煙氣逃逸吸收塔阻力，提高了脫硫效率。

(2)屋脊式兩級除霧器，提高了霧化效果。同時，采用DCS控制中跟蹤除霧器差壓技術(shù)，自動跟蹤除霧器差壓，超過差壓定值自動啟動沖洗降低差壓，減少人工干預(yù)，提高系統(tǒng)可靠性。

(3)拆除GGH，進行煙囪防腐處理，降低了脫硫系統(tǒng)的煙氣阻力和設(shè)備故障率。增壓風(fēng)機進行變頻改造，并找出不同負荷下增壓風(fēng)機靜葉最佳工作點，降低了脫硫系統(tǒng)耗電率。

(4)針對不同煤種硫分、循環(huán)泵流量、電機功率，制定了多種的循環(huán)泵運行組合方式進行細化調(diào)節(jié)，在滿足脫硫效率的情況下達到最佳節(jié)能效果。

［1］中國電力企業(yè)聯(lián)合會.中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告［M］.北京:中國電力出版社，2008.

［2］國電菏澤發(fā)電有限公司三期2×330MW機組煙氣脫硫裝置性能診斷及其改造工程可行性研究報告［R］.濟南:山東山大能源環(huán)境有限公司.2010.

［3］西安熱工研究院.發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2010.