深度調(diào)峰對串塔脫硫系統(tǒng)水平衡的影響及優(yōu)化建議

中國大唐集團科學技術研究院有限公司西北電力試驗研究院 陜西 西安 710021

引言

受供電電源結(jié)構(gòu)的調(diào)整,經(jīng)濟發(fā)展增速的減緩,裝機規(guī)模的不斷增長,用電需求增長放緩等因素的影響。近年來,火電機組調(diào)峰已成為新常態(tài),尤其在風電、光伏資源豐富的西北地區(qū),新能源所占比例越來越大,基于電力即發(fā)即用難以存儲的特性,對電網(wǎng)的安全運營提出了巨大挑戰(zhàn)。因此,調(diào)峰電源的重要性愈加突出。目前,我國以抽水蓄能電站、燃氣發(fā)電機組等為主要調(diào)峰電源,但隨著新能源接入量的迅速增加,上述電源的調(diào)峰能力越來越“力不從心”。加之全社會用電量增速大幅放緩,而火電機組的建設卻未因此停歇,這造成了全國范圍內(nèi)火電裝機大幅過剩,2018年我國火電利用小時數(shù)為4316小時[1]。面對嚴峻的用電形勢,電廠積極進行系統(tǒng)優(yōu)化改造,以便適應深度調(diào)峰的要求。在深度調(diào)峰期間,機組運行工況持續(xù)惡化,對脫硫裝置等環(huán)保設施存在不可忽視的影響。隨著我國環(huán)保政策的日趨嚴格,尤其是超低排放標準的執(zhí)行,任何影響環(huán)保設施運行的因素都是不可忽視的。因此,有必要掌握深度調(diào)峰對環(huán)保系統(tǒng)的影響。本文著重討論對脫硫系統(tǒng)水平衡的影響及優(yōu)化建議。

1 工程概述

該電廠鍋爐為兩套660MW,采用石灰石濕法脫硫工藝,串聯(lián)吸收塔配置。預洗塔和脫硫塔之間有鏈接管道。脫硫系統(tǒng)包括煙氣系統(tǒng),吸收系統(tǒng),石灰石制漿系統(tǒng),廢水處理系統(tǒng),石膏脫水系統(tǒng)等,最終產(chǎn)物為石膏。由于機組參與深度調(diào)峰,脫硫系統(tǒng)長期處于低負荷運行,脫硫系統(tǒng)水平衡難以控制,導致預洗塔除霧器差壓增長過快,嚴重影響機組安全運行。脫硫系統(tǒng)設計參數(shù)見表1。

表1 脫硫系統(tǒng)設計參數(shù)

2 脫硫系統(tǒng)水平衡

2.1 脫硫系統(tǒng)水平衡 脫硫系統(tǒng)水平衡是指進入脫硫系統(tǒng)的所有水量與排出水量可以達到動態(tài)平衡,以保證脫硫系統(tǒng)維持一定的運行液位和漿液中氯離子含量不超標。進入脫硫系統(tǒng)的水主要有,原煙氣攜帶水量QHY,沖洗除霧器水量QHM,供漿帶入的水量QHCa,機封冷卻水量QHL,氧化風減溫水QHA,系統(tǒng)補水QHB等。排出水量主要包括：飽和煙氣帶出水量QHW,脫硫廢水量QHCl,脫硫副產(chǎn)物帶出水量QHS等[2]。這其中脫硫副產(chǎn)物石膏帶水主要有未脫出的水和其自身的結(jié)晶水,一般按脫水石膏重量的10%計算。脫硫系統(tǒng)的廢水量和來水及煤中的氯離子含量有關,如果來水和燃燒煙氣中的氯離子較大,廢水量就較大,但一般就單臺600MW機組來說,一般在15t/h左右。以上水量所占比例一般不會超過FGD總耗水量的15%,而整個FGD系統(tǒng)耗水量最大的部分就是凈煙氣所帶走的飽和水蒸氣量。圖1為脫硫水平衡分析圖。

圖1 脫硫水平衡分析圖

所以可以列出如下等式：QHY+QHM+QHCa+QHL+QHA+QHB=QHW+QHCl+QHS

2.2 塔內(nèi)蒸發(fā)水量計算 煙氣在預洗塔內(nèi)經(jīng)過石灰石漿液噴淋洗滌后,煙氣中的水蒸氣達到飽和狀態(tài),煙氣中形成液態(tài)水。根據(jù)吸收塔內(nèi)蒸發(fā)量計算公式[3]分別計算了機組滿負荷和深度調(diào)峰工況30%負荷下的FGD系統(tǒng)攜帶走的飽和水蒸氣量。見表1。

表1 FGD系統(tǒng)攜帶走飽和水蒸氣量

從FGD系統(tǒng)攜帶走飽和水蒸氣量計算表中可以看到,滿負荷工況攜帶水量101891kg/h,深度調(diào)峰30%負荷工況攜帶水量15801kg/h,兩者相差86090kg/h。深度調(diào)峰工況下,系統(tǒng)補水量少,而脫硫系統(tǒng)補水多以沖洗除霧器的形式對吸收塔進行補充。而串聯(lián)塔脫硫系統(tǒng),二級吸收塔幾乎沒有蒸發(fā)損失,水平衡更難以維持。只能減少除霧器沖洗頻率維持水平衡,這就造成了除霧的堵塞情況的發(fā)生。該電廠在起機后一個月,長時間低負荷運行,一級吸收塔阻力從滿負荷100Pa左右增長至1200Pa,嚴重影響機組帶負荷和機組安全運行。

3 串聯(lián)脫硫系統(tǒng)水平衡優(yōu)化

在一定的工況下,系統(tǒng)的耗水量一定,總的進水量就是基本穩(wěn)定的,必須對這部分水量進行合理的分配,優(yōu)化系統(tǒng)的進水方式。主要措施有：

(1)采用濾液水制漿,可適當增大濾液水箱的容量,保證系統(tǒng)有一定的緩沖量,制漿全部采用濾液水,脫水和制漿盡量保持同步[4]。

(2)對機封冷卻水進行閉式循環(huán)改造,使用后的冷卻水重新回收至工藝水箱。

(3)加強系統(tǒng)維護,保證各閥門、管道無內(nèi)漏,避免工藝水直接進入脫硫塔內(nèi)部。

(4)加大廢水系統(tǒng)的投運率,在低負荷工況時,加大廢水排量,可提高系統(tǒng)水耗,也可以有效降低氯離子含量。

4 串聯(lián)吸收塔脫硫系統(tǒng)的改造

在深度調(diào)峰和長期低負荷運行時,為控制系統(tǒng)水平衡,除霧器不能得到有效沖洗,造成預洗塔除霧器堵塞嚴重。為保證除霧器沖洗,又不影響脫硫系統(tǒng)水平衡,可對脫硫系統(tǒng)除霧器進行改造。

在預洗塔與吸收塔連接煙道處,安裝一級煙道除霧器取代原有的預洗塔除霧器,用于攔截隨煙氣攜帶的漿液,防止其在連接煙道中沉積,堵塞煙道。并在除霧器前后各設置一套除霧器沖洗系統(tǒng),沖洗水在重力作用下,落至除霧器底部,為防止底部腐蝕,集水槽可采用316L不銹鋼。

沖洗水被收集至沉淀池,經(jīng)沉淀后,上清液進入p H值調(diào)節(jié)池,污泥可排至脫水皮帶或地坑。由于沖洗水在和煙氣接觸后呈酸性,為防止設備腐蝕,需要進行調(diào)質(zhì),向p H調(diào)節(jié)池中加入NaOH,變?yōu)橹行院?進入沖洗水箱,可繼續(xù)作為除霧器沖洗水。沖洗水箱接引一路工藝水,作為補充。

該改造方案既可以保證除霧器的沖洗頻次,又不會增加預洗塔的補水。對水平衡的控制,起到良好的調(diào)節(jié)作用。而且,除霧器沖洗水可反復循環(huán)使用,也能達到節(jié)水的目的。工藝流程圖見圖2。

圖2 除霧器改造工藝流程

5 結(jié)論

脫硫系統(tǒng)水耗主要為凈煙氣攜帶走的飽和水蒸氣,對于串聯(lián)吸收塔系統(tǒng)深度調(diào)峰和長期低負荷運行,系統(tǒng)補水量小,除霧器沖洗頻次低易堵塞,且難以保持水平衡的穩(wěn)定,影響機組的安全穩(wěn)定運行。

面對水平衡難以控制時,先考慮對系統(tǒng)進行優(yōu)化運行調(diào)整,如采用濾液水制漿,機封水閉式循環(huán),加大廢水排放等方案。如果還未能達到效果,可對系統(tǒng)進行改造,分離除霧器與預洗塔,使除霧器沖洗循環(huán)獨立出來,解決水平衡的問題。