濕法脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行與節(jié)能降耗

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(yùn)行可靠，脫硫劑分布廣、資源豐富、廉價(jià)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(yán)重，一些電廠實(shí)際燃用煤種已與原設(shè)計(jì)煤種有較大差異，原煤中硫含量明顯增加，有的煤中硫分達(dá)到原設(shè)計(jì)值的3倍以上，給脫硫裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響，甚至導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)無法運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)》(GB13223－2011)，對電廠脫硫裝置的達(dá)標(biāo)運(yùn)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(yùn)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(jìn)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(jī)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(jì)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(jìn)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(jī)制成石灰石漿液;吸收塔采用噴淋塔技術(shù);脫硫風(fēng)機(jī)采用靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。

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(jī)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(jìn)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(jìn)行改造以適應(yīng)現(xiàn)設(shè)計(jì)煙氣條件下的脫硫性能要求)的方案進(jìn)行脫硫系統(tǒng)的改造，同時(shí)拆除GGH對相關(guān)煙道及煙囪進(jìn)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(dāng)留有余量，設(shè)計(jì)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(biāo)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(jī)按新的條件重新設(shè)計(jì)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(shí)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(dá)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(yùn)動(dòng)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(jì)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(dòng)，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(dá)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(jì)

通常一級(jí)除霧器壓差為90～120Pa，二級(jí)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(jí)平板式除霧器，除霧器頻繁堵塞。為此，將兩級(jí)平板式除霧器改為兩級(jí)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(jì)在200kPa以上，沖洗水噴嘴角度選擇90～110°，提高了除霧效果。同時(shí)加強(qiáng)除霧器沖洗維護(hù)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(yùn)行對應(yīng)4臺(tái)漿液循環(huán)泵，這樣可提高漿液循環(huán)泵運(yùn)行的靈活性，降低運(yùn)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(jìn)行擴(kuò)容更換。

2.2 煙氣系統(tǒng)

菏澤電廠三期2×330MW機(jī)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(shí)候，加強(qiáng)對其運(yùn)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(jià)格形勢變化，在燃燒低發(fā)熱量高硫分的煤炭時(shí)，粉塵與漿液造成換熱片嚴(yán)重堵塞、系統(tǒng)阻力增加了1000Pa阻力以上，超出增壓風(fēng)機(jī)出力，造成脫硫系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。經(jīng)當(dāng)?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(jìn)入脫硫塔前煙氣的余熱。進(jìn)行增壓風(fēng)機(jī)變頻改造，采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)對增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，平移風(fēng)機(jī)運(yùn)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(jī)變頻改造前后節(jié)電量對比

因?yàn)樽兯傺b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(shí)(如80%以上)的節(jié)流損失較小，之間必然存在最優(yōu)的運(yùn)行開度方式［3］。為此，菏澤電廠進(jìn)行增壓風(fēng)機(jī)變速調(diào)節(jié)和風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)門間優(yōu)化配合試驗(yàn)，找出了最省電的優(yōu)化調(diào)整操作方式:機(jī)組負(fù)荷高于270MW，增壓風(fēng)機(jī)靜葉擋板開度保持在90%開度;當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于270MW，增壓風(fēng)機(jī)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(tái)鍋爐公用，改造方案考慮對脫水系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)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(jì)設(shè)置2套石膏皮帶脫水系統(tǒng)，每套皮帶脫水機(jī)的處理量為2臺(tái)爐燃燒原設(shè)計(jì)BMCR工況時(shí)所產(chǎn)生石膏漿液量的100%。原皮帶脫水機(jī)處理石膏漿液量為2×8.4m3/h(濃度為50%)，設(shè)備原定貨單臺(tái)皮帶脫水機(jī)的處理量為16.3(最大20.5)m3/h，每臺(tái)皮帶機(jī)面積為15.6m2。原有的2臺(tái)皮帶脫水機(jī)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(tái)皮帶機(jī)的出力按每臺(tái)爐的額定工況下是石膏產(chǎn)量的100%選型。選擇皮帶機(jī)的面積為22m3，2臺(tái)皮帶機(jī)共44m3。電廠每臺(tái)機(jī)組現(xiàn)有4臺(tái)吸收塔攪拌器，需新增1臺(tái);原石膏漿液溢流泵、濾出液泵經(jīng)校核流量不足需進(jìn)行擴(kuò)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(jìn)行變頻改造。

3 運(yùn)行優(yōu)化

菏澤電廠脫硫吸收系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化參數(shù)見表2。

表2 吸收系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化參數(shù)

脫硫吸收系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化包括:漿液循環(huán)泵運(yùn)行優(yōu)化;pH值運(yùn)行優(yōu)化;氧化風(fēng)量運(yùn)行優(yōu)化;吸收塔液位運(yùn)行優(yōu)化;石灰石粒徑運(yùn)行優(yōu)化。即在不同負(fù)荷、不同入口SO2濃度時(shí)，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(jī)的投運(yùn)臺(tái)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(yùn)行成本最小。根據(jù)運(yùn)行優(yōu)化結(jié)果，建立吸收系統(tǒng)最佳運(yùn)行卡片(見表2)，該卡片給出了不同負(fù)荷、不同入口SO2濃度時(shí)，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(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)、吸收塔液位和石灰石粒徑等運(yùn)行方式或參數(shù)，指導(dǎo)運(yùn)行人員合理操作。

4 結(jié)語

菏澤電廠三期2×330MW機(jī)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(jìn)行改造以適應(yīng)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(jì)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(jí)除霧器，提高了霧化效果。同時(shí)，采用DCS控制中跟蹤除霧器差壓技術(shù)，自動(dòng)跟蹤除霧器差壓，超過差壓定值自動(dòng)啟動(dòng)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(jìn)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(jī)進(jìn)行變頻改造，并找出不同負(fù)荷下增壓風(fēng)機(jī)靜葉最佳工作點(diǎn)，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(jī)功率，制定了多種的循環(huán)泵運(yùn)行組合方式進(jìn)行細(xì)化調(diào)節(jié)，在滿足脫硫效率的情況下達(dá)到最佳節(jié)能效果。

［1］中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).中國電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)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(jī)組煙氣脫硫裝置性能診斷及其改造工程可行性研究報(bào)告［R］.濟(jì)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.