■齊 玄,張金梅
■1.河南省電力勘測設計院,河南 鄭州 450007;2.中電投河南電力有限公司開封發(fā)電分公司,河南 開封 475000
根據(jù)國家發(fā)展改革委、環(huán)境保護部等“關于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020 年)》的通知”(發(fā)改能源[2014]2093號)中明確了燃煤電廠節(jié)能減排主要參考技術。其中,針對現(xiàn)役機組節(jié)能部分提出了脫硫系統(tǒng)運行優(yōu)化,預計可以降低供電煤耗約0.5g/kWh。本文主要對現(xiàn)有脫硫運行優(yōu)化措施進行簡單的描述。
由于旋轉設備較多,脫硫系統(tǒng)的廠用電率占整個機組運行電耗的1%以上,降低脫硫系統(tǒng)的運行電耗,可以有效的降低機組的運行費用。
在脫硫系統(tǒng)中,漿液循環(huán)泵的電機功率約在1000kW 左右、氧化風機的電機功率約在600kW 左右,石膏脫水系統(tǒng)中的真空泵的電機功率也超過200kW,均為高壓電機(6kV 或者10kV),想降低脫硫系統(tǒng)的運行成本,必須有效降低高壓大電機的運行電耗。
目前新建機組均不在單獨設置增壓風機。處于安全及經(jīng)濟性考慮,有增壓風機的在役機組大多進行了引增合一改造,改造增壓風機后,針對600MW 機組而言,可有效降低廠用電率0.05%以上。
(1)在現(xiàn)役機組進行脫硫系統(tǒng)改造時,有條件時可以通過對吸收塔的塔型進行優(yōu)化,調整石灰石漿液的pH 值、脫硫系統(tǒng)的鈣硫比等數(shù)值,或者通過調整塔內的煙氣流速參數(shù),使?jié){液循環(huán)泵的運行功率達到最低值。如果設置煙氣換熱器后,吸收塔入口的煙氣溫度會大大降低,煙氣的體積流量也會隨之降低。在液氣比等參數(shù)不變的情況下,漿液循環(huán)泵的流量可以相應的減少,泵的耗電量可以隨之降低。(2)合理的選取系統(tǒng)的設計阻力,使?jié){液循環(huán)泵的揚程降低,可以減少泵的耗電量。例如適當加大漿液循環(huán)管的管徑,使系統(tǒng)的流速降低,一是可以在停泵時避免損壞濾網(wǎng),同時又減少系統(tǒng)的水力損失。(3)根據(jù)機組的實際情況來調整泵的運行方式。受上網(wǎng)負荷及燃料來源的影響,大多機組的負荷率存在一定的波動范圍,而且燃料的含硫量變化也較大。此時,可以根據(jù)實際情況,在保證SO2排放濃度的前提下,適當減少漿液循環(huán)泵的運行數(shù)量,達到降低脫硫系統(tǒng)電耗的目的。
根據(jù)設計規(guī)程,石膏脫水系統(tǒng)為兩臺機組公用設施,一般設置不少于2 臺真空皮帶脫水機。在設計時,可適當優(yōu)化脫水系統(tǒng)的設備出力,使單臺設備出力為2 臺機組設計工況的100%。開啟1 套脫水設備,即可滿足機組額定的運行要求。同時通過加裝漿液切換管道及石膏漿液分配器等措施來簡化系統(tǒng),降低真空泵的運行電耗。
綜合考慮引增合一及加裝煙氣換熱器等改造,可以優(yōu)化脫硫系統(tǒng)的煙道布置,選取適當?shù)臒煹澜孛娣e來降低煙氣流速;通過管線的合理優(yōu)化設計,減少煙道彎頭的數(shù)量,管道的長度等措施,甚至可以考慮采用圓煙道等,來降低煙氣系統(tǒng)阻力,使系統(tǒng)阻力減少,可有效降低引風機的運行功耗。
受燃料的影響,鍋爐的煙氣量及煙氣中SO2濃度會有一定的變化,此時,可將脫硫系統(tǒng)中部分低壓的電機進行變頻改造,以適當降低系統(tǒng)的運行電耗。
石灰石—石膏濕法脫硫工藝的用水量比較大,2 臺660MW 等級機組脫硫系統(tǒng)的水耗量約在280t 左右。因此,如何降低脫硫系統(tǒng)的耗水量成為人們日益關注的課題。
根據(jù)脫硫系統(tǒng)水平衡的計算公式,工藝水量+煙氣帶入的水量=煙氣帶出的水量+石膏副產品帶離系統(tǒng)的附著水和結晶水量+排放廢水量。引風機后的原煙氣進入吸收塔是個放熱的過程,而脫硫反應也是個放熱過程,會將部分水分蒸發(fā)為水蒸氣,雖然有除霧器進行除霧,但隨著設備出力的下降及制造工藝本身的原因,一部分水汽會隨著凈煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。因此,有效減少脫硫系統(tǒng)的放熱,即可有效的降低脫硫系統(tǒng)的水耗。在保證脫硫效率的前提下,脫硫反應是不可能減少的,所以必須有效降低原煙氣的放熱,即降低原煙氣的溫度。目前國內的主要手段是在原煙道加裝煙氣換熱器(低溫省煤器)或GGH(氣-氣換熱器)。
根據(jù)目前掌握的資料來看,設置有GGH 的脫硫系統(tǒng),300M 和600MW 機組的水耗分別會減少約25t/h 和50t/h 左右。但由于設置GGH 會帶來運行費用高,脫硫系統(tǒng)安全性降低等負面影響,現(xiàn)有機組一般均不設或拆除GGH。
煙氣換熱器布置在引風機出口的原煙道上,用煙氣余熱加熱凝結水,對600MW 機組而言,可將煙氣溫度從約135℃降低到90℃(具體工程應具體分析),加熱的凝結水進入熱力系統(tǒng),減少了加熱器的用汽量。經(jīng)初步估計,機組的供電標煤耗可以降低約1g/kWh,單臺機組可節(jié)水約50t/h,按年利用5000h、水價2 元/t 計,全廠全年可節(jié)水約50 ×104t、水費約100 萬元。
根據(jù)機組的實際運行工況,吸收塔出口的凈煙氣溫度約在46℃左右,已經(jīng)接近煙氣中的水露點。當凈煙氣流經(jīng)凈煙道和煙囪時,溫度會進一步的降低,煙氣中的水蒸汽大多隨煙氣帶出煙囪,另外一部分會冷凝析出。經(jīng)初步估算,單臺600MW 機組煙囪冷凝液約2.5t/h。因此,建議凈煙道有一定的傾斜角度,從而在煙囪內筒及入口膨脹節(jié)低位處、凈煙道的低位處設計液滴回收裝置來回收冷凝液,一是可以有效預防石膏雨的產生,同時可以降低脫硫系統(tǒng)的補水量。
石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng)的副產品是石膏,石膏中的是主要是石膏的結晶水和游離水。而結晶水是石膏結晶必不可少的重要的組成部分。根據(jù)實際的運行情況,石膏晶體一般帶有10%的游離水。當石膏含水率超標時,應及時調整石膏脫水系統(tǒng)運行情況,優(yōu)化真空皮帶的脫水效率,有效的減少游離水的損失。
脫硫系統(tǒng)的冷卻水一般采用開式水或閉式水。如果采用閉式水,則會和主廠房閉式水系統(tǒng)統(tǒng)一考慮,脫硫系統(tǒng)的閉式水一般會回主廠房回收利用。如果采用開式水,一般脫硫系統(tǒng)的冷卻水會單獨設置,可將該部分回水接至工藝水箱。同時,未利用完的機封冷卻水也可接至工藝水箱。目前的脫硫系統(tǒng)會設置集水坑及集水泵,臨時排放的漿液及設備的沖洗水排入集水坑,用集水泵達到吸收塔內循環(huán)利用,有效的節(jié)約用水。
目前,脫硫廢水零排放的深度治理技術國內已經(jīng)有電廠開始實施,不過造價較高。國內主要有兩種脫硫廢水深度處理工藝,一是“預處理+正滲透MBC 系統(tǒng)+結晶”工藝;二是“預處理+MVR 蒸發(fā)+結晶”工藝。
石灰石耗量和石灰石的品質:石灰石品質的優(yōu)劣決定著石灰石耗量的大小。根據(jù)國內的運行經(jīng)驗,在購買石灰石時,石灰石中CaCO3的含量一般不應低于90%。同時,通過優(yōu)化漿液的pH 值,合理選擇鈣硫比等措施可以直接影響脫硫效率。一般而言,pH 值越高,SO2向液膜主體擴散的速率越快,傳質系數(shù)就越大,有利于促進SO2的吸收,但是容易造成漿液沉淀、堵塞系統(tǒng)。同時,石膏中的CaCO3質量分數(shù)也越高,相應增大了鈣硫比,造成石灰石耗量的增加。pH 值越小,漿液酸性越強,酸性氣體SO2就越難被吸收,造成脫硫率下降。因此,確定合理的pH 值控制范圍就成為濕法脫硫系統(tǒng)工藝設計的關鍵所在。
現(xiàn)役機組通過脫硫系統(tǒng)運行優(yōu)化及改造,可有效降低廠用電率,節(jié)約脫硫系統(tǒng)水耗,減少石灰石耗量等,預計可以降低供電煤耗約0.5g/kWh,達到節(jié)能降耗的目的。
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