張培

[摘 要]近年來，隨著我國的大氣污染形勢日趨嚴(yán)峻，燃煤電廠面臨的環(huán)保壓力日益增大，部分企業(yè)、政府、高校等均提出了燃煤電廠煙氣污染物超低排放、達(dá)到天然氣燃?xì)廨啓C(jī)標(biāo)準(zhǔn)排放標(biāo)準(zhǔn)限值的概念。大唐南京發(fā)電廠率先完成超低排放改造，改造后系統(tǒng)投資成本和運行成本也相應(yīng)增加，其中脫硫系統(tǒng)電耗、石灰石耗量和水耗量對運行成本構(gòu)成的影響尤為突出。文中著重淺析在確保排放達(dá)標(biāo)和系統(tǒng)安全運行的基礎(chǔ)上，探究脫硫系統(tǒng)低電耗、低pH、低水耗經(jīng)濟(jì)性運行方式。

[關(guān)鍵詞]濕法脫硫 超低排放 運行優(yōu)化 達(dá)標(biāo)降本

中圖分類號：TM121.1.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1009-914X（2016）07-0036-01

一、概述

大唐南京發(fā)電廠現(xiàn)有2×660MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組。脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，采用一爐一塔布置方式，設(shè)置一套脫硫共用系統(tǒng)，不設(shè)煙氣旁路。2014年對原有脫硫系統(tǒng)按照如下方案進(jìn)行改造：吸收塔內(nèi)增加篩板，更換噴淋層噴嘴，增加內(nèi)部構(gòu)件強(qiáng)化傳質(zhì)效果，增加塔外漿液罐實現(xiàn)pH分區(qū)控制，同時對脫硫系統(tǒng)附屬的各子系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)增容改造，增容設(shè)備包括：石灰石漿液泵、石膏排出泵、吸收塔地坑泵和石膏脫硫系統(tǒng)。

按照單臺機(jī)組年運行小時數(shù)5500小時，石灰石純度90%，鈣硫比1.03，硫轉(zhuǎn)化率85%，石灰石價格205元/t，電價0.28元/k w？ h（不含稅），水耗0.8元/t計算.

經(jīng)計算，改造后脫硫系統(tǒng)年運行成本增加630.7萬元，面對如此大的運行成本投入，探索脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運行意義深遠(yuǎn)。就大唐南京火力發(fā)電廠2#機(jī)組超低排放中脫硫系統(tǒng)運行情況并結(jié)合近一年的脫硫系統(tǒng)運行經(jīng)驗，對該脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運行作如下探究。

二、脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運行探究

2.1 低電耗運行探究

2.1.1 漿液循環(huán)泵運行配比

由表1-1可知電耗占脫硫系統(tǒng)運行中成本比重較大（約占87.2%），吸收塔漿液循環(huán)泵又是脫硫系統(tǒng)較大的耗電設(shè)備。在保證SO2排放達(dá)標(biāo)的前提下，根據(jù)鍋爐負(fù)荷情況和入口SO2濃度，優(yōu)化脫硫系統(tǒng)循環(huán)泵運行配比，找出達(dá)標(biāo)降本的漿液循環(huán)泵運行的最佳組合方式，對于實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性運行意義重大。脫硫塔脫硫效果受氣液傳質(zhì)效果影響很大，對于含有篩板的脫硫塔，氣液傳質(zhì)的效果主要受煙氣流速和漿液量的綜合影響也即液氣比的影響。而漿液量的多少，由循環(huán)泵開啟的數(shù)量決定的，在不同負(fù)荷工況下，來選擇合適的循環(huán)泵運行，可以實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的排放達(dá)標(biāo)降本。結(jié)合設(shè)備情況和我廠近一年的脫硫運行經(jīng)驗，我們針對2#鍋爐超低排放脫硫系統(tǒng)作循環(huán)泵配比運行試驗，試圖找出循環(huán)泵經(jīng)濟(jì)性運行的組合方式。

2.1.2 合理控制氧化風(fēng)機(jī)運行

2#機(jī)組超低排放脫硫系統(tǒng)中氧化風(fēng)系統(tǒng)含有四臺氧化風(fēng)機(jī)（三運一備），氧化風(fēng)機(jī)型式為羅茨風(fēng)機(jī)，風(fēng)量5445m3/h、功率200kw，出口壓力>98kPa、冷卻形式為空冷，1#和2#鍋爐機(jī)組規(guī)模相同2臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)共用一套石膏脫水系統(tǒng)。從DCS運行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在2015年1月1日至2015年3月31日期間，1#鍋爐脫硫系統(tǒng)，吸收塔入口SO2濃度較低在900～1300mg/Nm3（折算后）.

在此期間1#鍋爐超低排放脫硫系統(tǒng)僅有一臺氧化風(fēng)機(jī)運行，分析這段時間的石膏檢驗數(shù)據(jù)如圖2-7所示，亞硫酸鹽含量在0.2%至0.3%之間變化，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JC/T 2074—2011）中亞硫酸鹽含量低于0.5%的要求。因此，我們建議如果吸收塔入口SO2濃度位于圖中所示的區(qū)間變化時，開啟一臺氧化風(fēng)機(jī)，便可使石膏品質(zhì)滿足要求。對于2#超低排放脫硫系統(tǒng)，從2015年4月5日至2015年10月26日，運行兩臺氧化風(fēng)機(jī)，而1#脫硫氧化風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由于機(jī)組停機(jī)大修，在此間一直處于停機(jī)狀態(tài)。

2.2 優(yōu)化pH值調(diào)控功能

2.2.1 合理調(diào)控吸收漿液pH

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的漿液pH的直接影響到WFGD系統(tǒng)的脫硫效率、石灰石溶解、亞硫酸鹽的氧化、石膏的結(jié)晶、脫硫系統(tǒng)的腐蝕和控制系統(tǒng)的靈敏性，進(jìn)而影響整個脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性運行。下面我們就其各個事項的影響做簡單分析。

（1）pH對石灰石溶解的影響

石灰石的溶解速率與pH值呈指數(shù)增加關(guān)系，但是當(dāng)pH大于某個值時，石灰石的利用率會急劇下降；因而控制pH在合適的范圍內(nèi)，可以提高石灰石的利用率，避免石灰石的浪費，節(jié)約脫硫系統(tǒng)運行成本。

（2）pH對脫硫效率的影響

循環(huán)漿液的pH值越高，總傳質(zhì)系數(shù)越大，吸收率越高。在一定范圍內(nèi)，提高吸收塔漿液的pH值，可以增大脫硫效率，但是過高的pH值會導(dǎo)致過高的過剩率（Ca/S），進(jìn)而會導(dǎo)致運行不經(jīng)濟(jì)。

（3）pH對亞硫酸鹽氧化的影響

根據(jù)研究[2]，當(dāng)pH>8時，SO2在水中主要以SO32-形態(tài)存在；當(dāng)pH<6時，SO2在水中主要以HSO3 - 形態(tài)存在；當(dāng)pH在3.5～5.4時，幾乎全部為 HSO3 - 形態(tài)存在。因此，當(dāng)脫硫漿液的pH值不同時，氣液接觸過程中發(fā)生的主要脫硫反應(yīng)是不相同的。另外，由研究發(fā)現(xiàn)[2]，當(dāng)pH在3.5～5.5范圍內(nèi)亞硫酸鹽的氧化率較高，且變化不大。當(dāng)pH>5.5時，氧化速率急劇下降。顯然低pH對于氧化是有利的。

（4）pH值對吸收塔結(jié)垢的影響

有研究[2]表明，在較高的pH值（pH>6.2）下，易于產(chǎn)生CaSO3.1/2H2O軟垢，進(jìn)而生成硬垢，進(jìn)而會影響吸收塔運行阻力和設(shè)備壽命。綜合以上，根據(jù)2#鍋爐超低排放脫硫系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，我們總結(jié)出吸收塔漿液pH控制在4.8～5.4之間可有效防止篩盤堵塞，且可實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性運行。

2.2.2 吸收漿液pH分區(qū)化控制

2#鍋爐超低排放脫硫系統(tǒng)中設(shè)主漿液吸收塔和塔外漿液罐以實現(xiàn)pH的分區(qū)控制，繼而提高整個脫硫系統(tǒng)的運行效果，實現(xiàn)超低排放系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性運行。

為探究pH分區(qū)控制對超低排放系統(tǒng)中脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運行的影響，將脫硫系統(tǒng)供漿方式分為兩路：一路原供漿直接供吸收塔底部漿液池，另一路進(jìn)塔外漿液罐；采取不同的進(jìn)漿方式來實現(xiàn)pH分區(qū)控制。

（1）、石灰石漿液進(jìn)吸收塔

在鍋爐不同負(fù)荷和吸收塔入口SO2下，循環(huán)泵A、B、D三臺泵運行，控制石灰石漿液密度在1180kg/m3左右，控制石灰石漿液進(jìn)2#吸收塔，并控制漿液罐和吸收塔pH值5.2至5.35之間波動，漿液密度1120kg/m3左右；

（2）、石灰石漿液進(jìn)吸收塔和塔外漿液罐

在鍋爐不同負(fù)荷和入口SO2下，控制石灰石漿液密度在1180kg/m3左右，控制石灰石漿液進(jìn)2#吸收塔和塔外漿池罐，并控制漿液罐和吸收塔pH值均位于5.3至5.4之間波動，漿液密度1120kg/m3左右。

2.3 一定范圍內(nèi)pH調(diào)控和增開循環(huán)泵運行經(jīng)濟(jì)性對比

液、氣比和pH是影響石灰石-石膏濕法煙氣脫硫效率的主要因素，在一定范圍內(nèi)升高液氣比和pH均有利于脫硫效率的提高。在負(fù)荷工況即煙氣量一定的條件下，增開循環(huán)泵，液氣比提高，也會使脫硫系統(tǒng)電耗增加；pH的升高，需要加大脫硫系統(tǒng)的供漿量，也會導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)運行成本的增加。在一定的運行工況下，兩種運行調(diào)節(jié)方式的成本是有差別的。針對2#鍋爐超低排放脫硫系統(tǒng)進(jìn)行如下試驗，試圖找出二者經(jīng)濟(jì)性差別。

三、結(jié)論

針對2#鍋爐超低排放脫硫系統(tǒng)，經(jīng)過近一年對該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性運行探究，綜合分析了電耗、石灰石耗量以及水耗量對脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運行的影響。其中，重點分析了：循環(huán)泵和氧化風(fēng)機(jī)的較優(yōu)運行組合方式對脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運行的影響；充分運用 pH調(diào)控功能對節(jié)約石灰石耗量進(jìn)而控制脫硫運行成本的影響；另外，簡述了水耗量控制和熱控儀表校驗維護(hù)對實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運行的作用。文中分析的各種因素并不是孤立存在的，它們之間息息相關(guān)彼此聯(lián)系又相互制約，只有在運行中，綜合各種因素，才能實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)真正意義上的經(jīng)濟(jì)性運行。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭東明，戴燕紅等. 脫硫工程技術(shù)與設(shè)備[M]. 北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2] 余鵬，高小春，何德明等. 石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行[J]. 熱力發(fā)電，2007，36（7）：34-36.