李玉蘭

【摘 要】本文結(jié)合筆者多年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，闡述了火電廠脫硫效率存在的問題，采取加裝煙氣余熱回收裝置，改造脫硫系統(tǒng)，優(yōu)化運(yùn)行方式，以提高經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】濕法煙氣脫硫；煙氣余熱回收裝置；脫硫率；經(jīng)濟(jì)效益

0.引言

近年來我們國(guó)家火力發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)的煙氣脫硫設(shè)備估計(jì)在火電裝機(jī)容量上具有65%以上的比例，其中的石灰石—石膏濕法煙氣脫硫使用的最多，其原因是它脫硫反應(yīng)很快，脫硫效果很好，并且使脫硫添加劑發(fā)揮了其最高用途。在這里我將通過石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理對(duì)它的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)完善，進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行使煙氣脫硫系統(tǒng)的脫硫率逐漸增大。

1.排煙熱損失

鍋爐熱損失之中最主要的便是排煙熱損失，占5%～12%的比例，排煙的溫度逐漸升高，排煙熱的損失就會(huì)逐漸增大?，F(xiàn)在，電廠里鍋爐排煙的溫度一般在110～160℃范圍之內(nèi)。就較多的脫硫系統(tǒng)來說，通過在吸收塔里面噴灑許多的工廠用水使溫度能夠降低，最后適宜的溫度需達(dá)到45～50℃，符合條件之后利用煙囪排放到外面，被排出的這些熱量對(duì)整個(gè)脫硫系統(tǒng)來說是沒有什么用途的，實(shí)屬浪費(fèi)。就這種情形，因此應(yīng)該改進(jìn)脫硫系統(tǒng)的工作原理，給吸收塔進(jìn)煙的地方前面安裝一個(gè)煙氣多余熱量的回收設(shè)備，回收需排出來的煙氣的多余熱量，使機(jī)器的熱效率能夠增大，減小煤的耗費(fèi)。

2.煙氣多余熱量回收設(shè)備的工作原理及指標(biāo)設(shè)計(jì)

2.1工作原理

煙氣多余熱量回收設(shè)備實(shí)際是一個(gè)煙水換熱器，就如低溫省煤器一樣，它可以把低溫?zé)煔獾臒崃窟M(jìn)行回收，使排煙的溫度逐漸變小，從而減小浪費(fèi)，節(jié)約資源。在增壓風(fēng)機(jī)出口的地方與吸收塔入口的地方安裝煙氣多余熱量回收設(shè)備，從而可以將鍋爐里排煙熱量的消耗降低。優(yōu)化后的系統(tǒng)圖如圖 1 所示。工作過程是：煙氣由鍋爐里面出來，然后經(jīng)過空氣預(yù)熱器、電除塵器以及引風(fēng)機(jī)等設(shè)備，最后打開脫硫入口擋板門進(jìn)入脫硫范圍里面，通過增壓風(fēng)機(jī)的升壓進(jìn)到煙水換熱器里面完成工作。

從2號(hào)低壓加熱器的進(jìn)口引出部分或者全部冷凝水在煙水換熱器內(nèi)吸收排煙熱量，降低了排煙溫度，而自身卻被加熱，升高溫度后再返回到低壓加熱器系統(tǒng)，在2號(hào)低壓加熱器的出口與剩下的凝結(jié)水匯集后進(jìn)入3號(hào)低壓加熱器。由于其系統(tǒng)并聯(lián)在加熱器回路之中，將代替部分低壓加熱器的作用。也就是說，煙氣放出的這部分熱量被煙水換熱器利用到了回?zé)嵯到y(tǒng)中，將排擠部分汽輪機(jī)的回?zé)岢闅?，從而減少了回?zé)嵯到y(tǒng)對(duì)低壓缸的抽氣，該排擠的抽汽將從抽氣口返回到汽輪機(jī)繼續(xù)進(jìn)行做功，因此在機(jī)組運(yùn)行的條件不變、汽輪機(jī)進(jìn)氣量不變的情況下，將會(huì)有更多的蒸汽進(jìn)入到低壓缸中進(jìn)行做功，從而節(jié)約更多的煤，進(jìn)而提高裝置的經(jīng)濟(jì)性。

2.2石灰石—石膏脫硫系統(tǒng)及性能設(shè)計(jì)指標(biāo)

大唐保定熱電廠2×200MW機(jī)組，采用濕式石灰石—石膏法煙氣脫硫技術(shù)，一爐一塔配置，單個(gè)吸收塔的煙氣處理能力為一臺(tái)鍋爐 BMCR工況時(shí)100%的煙氣量（設(shè)計(jì)煤種0.8%的含硫），脫硫率96.6%。

2.2.1脫硫主要系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該廠脫硫系統(tǒng)包括七個(gè)子系統(tǒng)，其中煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)為單爐設(shè)置，吸收劑供應(yīng)與制備系統(tǒng)、FGD供水及排放系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、FGD廢水處理系統(tǒng)及壓縮空氣系統(tǒng)等為四套脫硫裝置公用系統(tǒng)。

（1）煙氣系統(tǒng)。

煙氣系統(tǒng)主要包括增壓風(fēng)機(jī)、GGH、煙道、擋板門等。當(dāng)正常工作時(shí)，從鍋爐引風(fēng)機(jī)后的煙道上引出的兩路煙氣，匯合成一路經(jīng)過脫硫系統(tǒng)進(jìn)口擋板門及增壓風(fēng)機(jī)后進(jìn)入GGH的原煙氣側(cè)降溫，再進(jìn)入吸收塔內(nèi)，煙氣在塔內(nèi)自下而上運(yùn)動(dòng)，凈化后的煙氣經(jīng)吸收塔頂部的兩級(jí)除霧器除去霧滴后，離開吸收塔，回到GGH的凈煙氣側(cè)，升溫至高于 80℃后排入大氣。

（2）吸收塔系統(tǒng)。

吸收系統(tǒng)的主要設(shè)備有吸收塔、攪拌器、吸收塔漿液循環(huán)泵、氧化空氣風(fēng)機(jī)、石膏漿液排出泵、事故漿液箱、事故漿液箱返回泵等。石灰石漿液通過循環(huán)泵從吸收塔下部漿池送至塔上部的噴淋系統(tǒng)，與煙氣接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)吸收煙氣中的SO2。在吸收塔漿池中利用氧化空氣將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，底部漿池的PH值在5～6范圍。石膏漿液排出泵將石膏漿液從吸收塔送到石膏脫水系統(tǒng)。

2.2.2性能設(shè)計(jì)指標(biāo)

大唐保定熱電廠2×200MW機(jī)組煙氣脫硫（FGD）裝置設(shè)計(jì)煤質(zhì)含硫量為0.8%，設(shè)計(jì)性能保證值如表1。

2.3系統(tǒng)設(shè)備存在問題分析及改善措施

通過機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀分析，脫硫系統(tǒng)主要存在的設(shè)備問題及完善措施如下：

（1）煙氣系統(tǒng)粉塵濃度過高，建議對(duì)電除塵器進(jìn)行改造。

（2）增壓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)裕量不足，F(xiàn)GD系統(tǒng)處理煙氣量不足，建議對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行加葉片改造。

（3）GGH堵塞、結(jié)垢對(duì)FGD投運(yùn)率的影響突出，建議通過GGH 部件改造加大流通空間。

（4）吸收塔余量不足，建議增加一層噴淋層以應(yīng)對(duì)煤種的變化及保證高脫硫效率。

（5）除霧器為平板式除霧器，易堵塞、效率低、沖洗水過大，建議改造采用屋脊式除霧器。

2.4吸收塔參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)

選擇合適的PH值、吸收塔密度及吸收塔液位是在系統(tǒng)性能和經(jīng)濟(jì)性之間尋找最優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵。

本文在吸收塔密度不變的情況下，對(duì)不同的脫硫系統(tǒng)負(fù)荷和不同的煤質(zhì)（含硫率）時(shí)PH值與脫硫效率、石膏品質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)分析，提出確保脫硫效率及石膏品質(zhì)均達(dá)到需求狀況下的吸收塔PH建議值。燃煤含硫量0.8%時(shí)，最佳PH值試驗(yàn)研究試驗(yàn)內(nèi)容包括：

（1）系統(tǒng)負(fù)荷210MW，吸收塔密度1090kg/m3，不同PH值連續(xù)運(yùn)行12小時(shí)。

（2）系統(tǒng)負(fù)荷270MW，吸收塔密度1090kg/m3，不同PH值連續(xù)運(yùn)行12小時(shí)。

（3）系統(tǒng)負(fù)荷300MW，吸收塔密度1100kg/m3，不同PH值連續(xù)運(yùn)行12小時(shí)。

對(duì)以上試驗(yàn)分別記錄12小時(shí)效率平均值，石膏品質(zhì)分析結(jié)果，根據(jù)不同負(fù)荷狀況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析得出在燃煤含硫量為0.8%的情況下，保持脫硫效率達(dá)到92%時(shí)，PH值和負(fù)荷的關(guān)系曲線（圖2）。

3.對(duì)操作的重要地方進(jìn)行討論

3.1探索煙水換熱器傳熱管的低溫腐蝕

因?yàn)闊熕畵Q熱器進(jìn)水的溫度和出水的溫度均很低，從而能夠知道它長(zhǎng)時(shí)間工作在酸腐蝕的環(huán)境中，這種環(huán)境是由于煙氣里面包含著酸性的硫氧化物，大多狀況中換熱管壁的溫度比煙氣的溫度要低些許，酸蒸汽將全部集中在一起停留在換熱器傳熱管上面，然后將其腐蝕。因此，要想使煙水換熱器的使用時(shí)間加長(zhǎng)，因此應(yīng)該選取承受腐蝕強(qiáng)的原料，制造出抗低溫腐蝕的煙水換熱器。

（1）選取H形高頻焊翅片換熱管，按照有關(guān)的熱力計(jì)算知道這種材質(zhì)的換熱管當(dāng)作傳熱器件，和光管進(jìn)行比較，其金屬壁的溫度更高，使低溫腐蝕程度減弱。

（2）使煙水換熱器的進(jìn)水的溫度維持在一定范圍內(nèi)，操作的時(shí)候時(shí)刻關(guān)注其溫度大小。利用低壓加熱器出口的調(diào)節(jié)閥對(duì)進(jìn)入的水的溫度進(jìn)行控制，從而使管的溫度處于水露點(diǎn)與酸露點(diǎn)間腐蝕較弱的安全范圍內(nèi)。

3.2探討增壓風(fēng)機(jī)的裕量

因?yàn)榘惭b了煙氣多余熱量的回收設(shè)備，導(dǎo)致煙道的阻力變得較大。要確保增壓風(fēng)機(jī)的壓頭可以在鍋爐正常情況下工作，應(yīng)該進(jìn)行好準(zhǔn)備工作：第一應(yīng)該計(jì)算風(fēng)煙系統(tǒng)的阻力大小，計(jì)算出結(jié)果以后，查閱增壓風(fēng)機(jī)的性能曲線，最后進(jìn)行改進(jìn)完善。要是風(fēng)煙系統(tǒng)的阻力太大，增壓風(fēng)機(jī)還達(dá)不到要求，則應(yīng)該多安裝幾臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)去減小阻力；要是風(fēng)煙系統(tǒng)的阻力較小，增壓風(fēng)機(jī)符合要求，則應(yīng)該檢查有沒有影響電機(jī)的容量。

3.3加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)、促進(jìn)節(jié)能降耗

目前，煙氣脫硫?qū)τ谌珖?guó)大多數(shù)地區(qū)來說還是一個(gè)新興的專業(yè)。由于檢修人員和部分運(yùn)行人員沒有接受過脫硫?qū)I(yè)技術(shù)培訓(xùn)，以及脫硫?qū)I(yè)技術(shù)指導(dǎo)資料匱乏等因素的影響，致使脫硫設(shè)備經(jīng)常發(fā)生故障，脫硫系統(tǒng)不能在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，造成了生產(chǎn)資源的浪費(fèi)及環(huán)境的污染。因此，應(yīng)不斷加強(qiáng)對(duì)脫硫?qū)I(yè)人員的技術(shù)培訓(xùn)，加強(qiáng)不同地區(qū)的運(yùn)行、檢修及管理人員的學(xué)習(xí)、交流。不斷提高上述人員的專業(yè)技術(shù)水平，保證脫硫系統(tǒng)的高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的目的。

4.探討煙氣多余熱量回收應(yīng)用的好處

（1）減少煤量使用：因?yàn)榛責(zé)嵯到y(tǒng)對(duì)低壓缸的抽氣變少了，被排出的抽氣可以由抽氣口進(jìn)入汽輪機(jī)繼續(xù)工作，因此汽輪機(jī)進(jìn)氣量沒有改變，但是卻有許多的蒸汽在低壓缸里面工作，減少了煤的使用。

（2）減少工業(yè)用水：因?yàn)闊熕畵Q熱器在到達(dá)脫硫吸收塔之前便把煙氣溫度由125℃降低在80～90℃，吸收塔出口的煙氣溫度控制在50℃，如此便減少了工業(yè)用水，從而減少污水的排放，降低了水處理等的花銷。

5.探討限制脫硫效果的原因

前面從煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面對(duì)機(jī)組設(shè)備進(jìn)行了改造，已解決了其高消耗的問題，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，由于一些電廠實(shí)際操作的原因，往往出現(xiàn)脫硫效率不能滿足設(shè)計(jì)要求的情況。因此，對(duì)于影響脫硫效率的原因進(jìn)行分析具有重要的意義。

5.1石灰石特性的影響

將石灰石當(dāng)作反應(yīng)吸收劑，它的質(zhì)量與反應(yīng)整個(gè)過程的進(jìn)行有關(guān)。第一，石灰石里面含有的CaO的消耗與吸收塔漿液里面Ca2+濃度有關(guān)系。如果石灰石里面的CaO含量較少，漿液Ca2+濃度也將減小，Ca2+和SO2-4發(fā)生反應(yīng)，形成的石膏也將減少，石膏結(jié)晶的速度減小，限制了整個(gè)過程的進(jìn)行，減少了SO2向液態(tài)的散發(fā)，影響脫硫效果（通常規(guī)定石灰石中CaO的含量在51.5%～54.88%之間）。第二，影響脫硫效果的另一個(gè)原因是石灰石粒徑的大小。石灰石的粒徑小，其表面積則很大，則能夠加大其反應(yīng)活性，使溶解速度變大，漿液中Ca2+將變多，脫硫效果明顯變好（通常石灰石漿液里面的石灰石顆粒粒徑在40～60μm范圍內(nèi)）。

5.2煙塵的影響

煙氣中一般會(huì)有粉塵溶于吸收塔漿液中，雖然溶出的金屬離子對(duì)SO2的氧化會(huì)有一定的促進(jìn)作用，但是原煙氣中的飛灰會(huì)在一定程度上阻礙SO2和脫硫劑的接觸，降低石灰石中Ca2+的溶解速率，飛灰中不斷溶解的重金屬如Hg、Mg、Zn等離子會(huì)對(duì)Ca2+與HSO2-3的反應(yīng)進(jìn)行抑制。所以，一般要控制原煙氣中粉塵的含量，F(xiàn)GD入口粉塵含量要小于200mg/m3。

5.3吸收塔漿液PH值的影響

吸收塔漿液PH值是脫硫工藝中一個(gè)非常重要的運(yùn)行參數(shù)。漿液PH值升高，降低了液相的傳質(zhì)阻力，將有助于SO2的吸收，低PH值有利于石灰石的溶解和CaSO3·1/2H2O的氧化，有助于Ca2+的析出，二者是相互對(duì)立的。而在一定范圍內(nèi)，高的PH值意味著漿液中有較多的CaCO3存在，脫硫效率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)PH>5.8后，脫硫效率不再上升，反而降低，原因是隨著H+濃度降低，Ca2+的析出會(huì)越來越難，因此石灰石漿液的PH值既不能太高也不能太低。在通常情況下，吸收塔漿液的PH值應(yīng)控制在5.2～5.8之間，將會(huì)獲得理想的脫硫效率。

5.4液氣比的影響

液氣比是指脫硫系統(tǒng)單位體積煙氣量所需的堿性漿液量之比，即單位時(shí)間內(nèi)吸收劑漿液噴淋量與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)濕煙氣流量之比。液氣比是脫硫工藝中另一個(gè)重要的運(yùn)行參數(shù)，因?yàn)樵谖账?，SO2吸收的多少取決于循環(huán)漿液量的大小。在其他條件都恒定的情況下，提高液氣比，意味著氣液接觸幾率將提高，相當(dāng)于增大了塔內(nèi)漿液噴淋密度，從而增大了氣液傳質(zhì)的表面積。但并意味著液氣比越高越好，因?yàn)镾O2與吸收液的反應(yīng)中，存在著一個(gè)氣液平衡，當(dāng)液氣比超過一定值后，脫硫效率將不再增加。而在實(shí)際運(yùn)行中，高液氣比將會(huì)使循環(huán)漿液泵的流量增大或運(yùn)行臺(tái)數(shù)增加，不利于脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。所以，電廠應(yīng)根據(jù)自身的實(shí)際情況，確定出一個(gè)既要滿足脫硫效率又會(huì)使能耗低的液氣比。對(duì)于一個(gè)300MW機(jī)組的電廠來說，通常選用液氣比值為16～18之間。

5.5煙氣流速的影響

在其他參數(shù)都恒定的情況下，提高煙氣流速可以增強(qiáng)氣液兩相的湍動(dòng)，減薄煙氣與漿液之間的膜厚度，增強(qiáng)氣液傳質(zhì)。此外，提高煙氣流速將會(huì)使噴淋液滴的下降速度相對(duì)的降低，使單位體積內(nèi)的持液量增加，增加了吸收段傳質(zhì)面積，從而增大傳質(zhì)單元數(shù)，提高了脫硫率。但也有一個(gè)問題，高的煙氣流速也會(huì)減少漿液和煙氣的接觸時(shí)間。所以，一個(gè)合適的煙氣流速的選擇變得更加的重要，一般應(yīng)控制在3～5m/s。

5.6噴嘴霧化性能的影響

噴嘴壓力一定（ 霧化角不變） 時(shí)，脫硫效果較好，而且隨著進(jìn)口 SO2濃度的波動(dòng)，其變化很小，具有很好的穩(wěn)定性能。當(dāng)噴嘴壓力增大時(shí)，其脫硫效率也會(huì)隨之提高，但增加到一定值時(shí)，再提高噴嘴壓力，脫硫效率將會(huì)下降。主要原因是壓力越大，噴淋液的霧化程度越高，從而造成煙氣中 SO2還沒來得及和石灰石漿液反應(yīng)液滴就被吹走。所以，選擇一個(gè)合適的噴嘴壓力將會(huì)對(duì)脫硫效率產(chǎn)生重要影響。

6.脫硫系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行效果

通過以上分析，筆者在大唐保定熱電廠2×200MW機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)改造工程中，通過采用石灰石-石膏濕法工藝，煙氣處理量約900000m3/h，SO2濃度5850mg/m3減至200mg/m3，脫硫率96.6%，SO2年減排3.萬噸。各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足達(dá)標(biāo)，高效穩(wěn)定運(yùn)行良好。

7.結(jié)語

為響應(yīng)黨中央、國(guó)務(wù)院提出的加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的號(hào)召，貫徹落實(shí)全國(guó)節(jié)能工作會(huì)議精神，各發(fā)電企業(yè)都意識(shí)到了建設(shè)節(jié)約型企業(yè)的重要性，建立了建設(shè)節(jié)約環(huán)保型企業(yè)的舉措和目標(biāo)。為促進(jìn)各火力發(fā)電廠節(jié)能降耗、節(jié)能增效工作取得更大的進(jìn)展，優(yōu)化脫硫系統(tǒng)運(yùn)行方法，保證脫硫系統(tǒng)環(huán)保、穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行已成為各火力發(fā)電廠開展節(jié)能降耗工作的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行也為各火力發(fā)電廠拓寬了節(jié)能降耗的方法和空間，對(duì)全社會(huì)開展資源節(jié)約活動(dòng)也有一定的借鑒意義。 [科]

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