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(huì)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(duì)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(huì)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(huì)在吸收塔上結(jié)垢，若不及時(shí)除垢，會(huì)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(duì)簡(jiǎn)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(huì)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(jiǎn)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(huì)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(huì)堵塞霧化裝置甚至對(duì)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(huì)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(duì)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(tái)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(tái)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(duì)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(tái)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(tái)機(jī)組優(yōu)化前后經(jīng)濟(jì)性比較

如表2所示，對(duì)比可知，通過優(yōu)化風(fēng)機(jī)機(jī)組，單臺(tái)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(tái)功率為800 kW和一臺(tái)900 kW的漿液循環(huán)泵來滿足每臺(tái)機(jī)組吸收塔的正常運(yùn)行，三臺(tái)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(tái)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(tái)真空脫水機(jī)用于石膏的脫水，兩臺(tái)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(huì)對(duì)石膏進(jìn)行初步分離，然后初步分離的石膏會(huì)進(jìn)入切換管道中，然后只需啟用一臺(tái)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(duì)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(duì)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(tái)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(cè)算，單臺(tái)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(tái)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(huì)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(tái)機(jī)組的節(jié)水量可達(dá)1.2 t/h；(3)該電廠單臺(tái)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(tái)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。