脫硫增效劑在電廠的應(yīng)用

彭桂云，朱躍，高正來(lái)，程雪山，宋廣田

(華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310027)

0 引言

石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝因其技術(shù)成熟、脫硫效率高、吸收劑來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、副產(chǎn)品可利用等特點(diǎn)被廣泛采用，成為目前燃煤電廠煙氣脫硫應(yīng)用最廣的方法之一［1－3］。目前，我國(guó)火力發(fā)電廠石灰石－石膏濕法煙氣脫硫裝置的運(yùn)行普遍存在能耗和運(yùn)行成本高、對(duì)煤種硫分的適應(yīng)能力差、吸收塔后續(xù)設(shè)備堵塞結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重、設(shè)備磨損嚴(yán)重等問(wèn)題［4］。由于我國(guó)煤炭市場(chǎng)供煤極不穩(wěn)定，眾多電廠長(zhǎng)期燃用超出設(shè)計(jì)硫分的燃煤，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，為了應(yīng)對(duì)越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，很多脫硫裝置被迫進(jìn)行了增容改造工作。脫硫裝置的增容改造動(dòng)輒耗資千萬(wàn)元，改造施工周期長(zhǎng)達(dá)3～4月，給電廠帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)及環(huán)保壓力［5］。在對(duì)原有脫硫設(shè)備不進(jìn)行增容改造的前提下，應(yīng)用脫硫增效劑來(lái)滿足脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)脫硫效率是目前脫硫的研究方向。

國(guó)內(nèi)、外的研究結(jié)果［6］表明，在濕法脫硫技術(shù)中，加入一定量的脫硫增效劑，可以明顯改善化學(xué)反應(yīng)與傳質(zhì)過(guò)程，能促進(jìn)CaCO3的溶解和緩沖漿液pH值的下降，促進(jìn)SO2的溶解，加速SO2的化學(xué)吸收;可顯著降低水蒸氣分壓，減小蒸發(fā)速率，延長(zhǎng)脫硫效率;既可提高脫硫效率，提高脫硫劑的利用率，進(jìn)而降低運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)還能減緩結(jié)垢速率，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

2010年11月9—12日，華電電力科學(xué)研究院對(duì)某電廠#2機(jī)組600 MW石灰石－石膏濕法煙氣脫硫裝置進(jìn)行添加脫硫增效劑試驗(yàn)，試驗(yàn)期間對(duì)系統(tǒng)添加增效劑前、后的脫硫效率進(jìn)行對(duì)比，分別對(duì)3臺(tái)循環(huán)泵使用增效劑前、后電能消耗進(jìn)行對(duì)比并試停運(yùn)1臺(tái)循環(huán)泵;進(jìn)行加藥前、后吸收塔漿液、脫硫石膏品質(zhì)、鈣硫比等指標(biāo)的檢測(cè)工作，目的是檢驗(yàn)脫硫增效劑的應(yīng)用效果，為該電廠今后的煙氣脫硫系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行提供技術(shù)依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 系統(tǒng)概況

該電廠#2機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)由上海石川島脫硫工程有限公司總承包建設(shè)，2006年11月12日與機(jī)組同時(shí)投入生產(chǎn)運(yùn)行。脫硫設(shè)計(jì)煤種中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%，脫硫裝置采用石灰石－石膏濕法、“一爐一塔”工藝，設(shè)有煙氣換熱器GGH(Gas Gas Heater)，脫硫效率不小于95%。工程總投資2.7億元，#1，#2脫硫系統(tǒng)分別于2006年11月和2006年12月投入運(yùn)行，2007年7月25日通過(guò)環(huán)保部驗(yàn)收，2007年12月12日完成工程竣工驗(yàn)收，2008年9月完成性能考核試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)的依據(jù):脫硫增效劑技術(shù)資料、電廠脫硫運(yùn)行規(guī)程、該電廠脫硫裝置設(shè)計(jì)技術(shù)資料和電廠脫硫裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)。此次性能考核驗(yàn)收試驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)內(nèi)容具體包括以下3個(gè)方面:

(1)驗(yàn)證使用脫硫增效劑是否可提高脫硫效率。

(2)分析石膏及漿液化學(xué)參數(shù)，檢驗(yàn)脫硫增效劑是否產(chǎn)生不良影響。

(3)在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)和滿足脫硫效率的前提下，驗(yàn)證使用脫硫增效劑后是否可停運(yùn)1臺(tái)漿液循環(huán)泵，達(dá)到降低廠用電和節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用的目的。

表1 性能考核驗(yàn)收試驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)

1.4 試驗(yàn)工況安排

此次試驗(yàn)工況安排如下:

(1)工況1:未投增效劑，開(kāi)A，C循環(huán)泵運(yùn)行。

(2)工況2:未投增效劑，開(kāi)A，B，C循環(huán)泵運(yùn)行。

(3)工況3:未投增效劑，開(kāi)A，B循環(huán)泵運(yùn)行。

(4)工況4:投增效劑，開(kāi)A，B循環(huán)泵運(yùn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 煙氣脫硫系統(tǒng)和電耗參數(shù)

使用脫硫增效劑前、后脫硫系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2，當(dāng)沒(méi)有使用脫硫增效劑時(shí)，在開(kāi)啟A，C 2臺(tái)漿液循環(huán)泵(工況1)、開(kāi)啟A，B，C 3臺(tái)漿液循環(huán)泵(工況2)以及開(kāi)啟A，B 2臺(tái)漿液循環(huán)泵(工況3)3種情況下，脫硫系統(tǒng)脫硫率分別為 84.38%，92.50%及 84.44%;其相應(yīng)的系統(tǒng)電耗分別為2971.38(kW · h)/h，3498.18(kW · h)/h 及2759.28(kW·h)/h。使用脫硫增效劑之后，在開(kāi)啟A，B 2臺(tái)漿液循環(huán)泵的情況下(工況4)，其系統(tǒng)脫硫率為92.80%，系統(tǒng)電耗為2547.18(kW·h)/h。

從表2可以看出，使用脫硫增效劑后，僅開(kāi)啟2臺(tái)漿液循環(huán)泵即可達(dá)到未使用脫硫增效劑需開(kāi)啟3臺(tái)漿液循環(huán)泵時(shí)的脫硫效率，此時(shí)，其電耗可下降951(kW·h)/h，與同樣開(kāi)啟2臺(tái)漿液循環(huán)泵但未使用投脫硫增效劑時(shí)相比，其系統(tǒng)脫硫率可提高8.36%。

2.2 吸收塔漿液和脫硫石膏參數(shù)

使用膠脫硫增效劑前、后吸收塔漿液和脫硫石膏參數(shù)見(jiàn)表3。從表3可以看出，使用脫硫增效劑后，脫硫系統(tǒng)中漿液的pH值、Cl－的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、脫硫石膏的含水率以及CaSO4·2H2O，CaSO3·1/2H2O和CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等主要指標(biāo)并無(wú)明顯變化，特別是Cl－的質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)較大變化，說(shuō)明使用脫硫增效劑后不會(huì)加重系統(tǒng)的腐蝕性。

2.3 電廠的實(shí)際應(yīng)用情況

試驗(yàn)結(jié)束后，該電廠堅(jiān)持添加脫硫增效劑，每天補(bǔ)充100 kg左右，將脫硫增效劑保持在最佳比例。長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果表明，在滿足電廠環(huán)保排放的情況下，可以停運(yùn)1臺(tái)漿液循環(huán)泵，燃燒含硫量較高的煤種，降低了發(fā)電成本和脫硫運(yùn)行成本。由于長(zhǎng)期使用脫硫增效劑，促進(jìn)了SO2的吸收，加速了氣－液兩相的傳質(zhì)過(guò)程，使得脫硫系統(tǒng)前、后壓差較小，同時(shí)達(dá)到了脫硫系統(tǒng)優(yōu)化的效果。

表2 使用脫硫增效劑前、后脫硫系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)

表3 使用脫硫增效劑前、后吸收塔漿液和脫硫石膏參數(shù)

2.4 使用脫硫增效劑的效益分析

(1)直接經(jīng)濟(jì)效益。以1臺(tái)600 MW機(jī)組為例，使用脫硫增效劑1年，可節(jié)約電費(fèi)230余萬(wàn)元(電費(fèi)按0.28元/(kW·h)計(jì))，節(jié)約石灰石費(fèi)用12萬(wàn)余元(按每噸石灰石180元計(jì))，去除使用增效劑的費(fèi)用107萬(wàn)元(按每噸增效劑3.5萬(wàn)元計(jì))，每年可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益135萬(wàn)元;若該廠2臺(tái)600 MW機(jī)組均使用脫硫增效劑，則每年共可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益270萬(wàn)元。

(2)間接經(jīng)濟(jì)效益。使用脫硫增效劑后，可燃用較高含硫量的煤種，亦可滿足環(huán)保排放的要求。因此，在履行國(guó)企應(yīng)盡的社會(huì)義務(wù)與環(huán)保責(zé)任的同時(shí)，將會(huì)節(jié)省大量的燃煤差價(jià)。按高硫煤與低硫煤差價(jià)50元/t、該600MW機(jī)組每小時(shí)燃煤量266t、年運(yùn)行4500 h計(jì)算，2臺(tái)600 MW機(jī)組可節(jié)省燃煤差價(jià)11970萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 結(jié)論

(1)使用脫硫增效劑后，僅開(kāi)啟2臺(tái)漿液循環(huán)泵就能達(dá)到未使用脫硫增效劑前啟3臺(tái)漿液循環(huán)泵時(shí)的脫硫效率，電耗可下降951(kW·h)/h，與未使用投脫硫增效劑開(kāi)啟2臺(tái)漿液循環(huán)泵時(shí)相比，其系統(tǒng)脫硫率可提高8.36%。

(2)使用脫硫增效劑后，脫硫系統(tǒng)中漿液的pH值、Cl－的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、脫硫石膏的含水率以及CaSO4·2H2O，CaSO3·1/2H2O 和 CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等主要指標(biāo)并無(wú)明顯變化，特別是pH值無(wú)較大變化，說(shuō)明使用脫硫增效劑后不加重系統(tǒng)的腐蝕性;另外，石膏中Cl－的質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)較大變化，對(duì)石膏品質(zhì)無(wú)明顯影響。

(3)使用脫硫增效劑不但可以滿足不斷提高的環(huán)保排放要求，同時(shí)也可以使脫硫系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，降低運(yùn)行成本。

綜上所述，使用脫硫增效劑可以收到顯著的環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益且不會(huì)對(duì)脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。

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