石灰石—石膏湿法脱硫装置中水耗量的测量方法

周灿 陈一鸣

（1华电电力科学研究院山东分院 山东济南 250002 2山东电力研究院 山东济南 250002）

1 前言

石灰石-石膏湿法脱硫工艺具有脱硫效率高（可达95%以上）、脱硫剂原料价廉易得、大型化技术成熟的优点，成为目前应用范围最广、工艺技术最成熟的脱硫工艺技术，也是当前通行的火电厂大机组烟气脱硫的基本工艺。石灰石-石膏湿法脱硫工艺采用石灰石作为脱硫吸收剂，在脱硫吸收塔内，石灰石浆液与进入脱硫系统的锅炉烟气接触混合，烟气中的SO2与浆液中的Ca-CO3以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，反应最终产物为石膏[1]。工艺系统由石灰石浆液制备系统、烟气系统、SO2吸收系统、石膏脱水系统、脱硫用水系统、废水处理系统等[2]组成。

其中，脱硫用水系统是维持整个脱硫系统稳定运行的重要组成部分，包括工艺水系统和工业水系统。工艺水系统为脱硫装置提供各生产部件正常工作所需水量，主要任务是补充烟气脱硫装置操作时发生的水损失，包括冷却烟气蒸发的水量、石膏携带的水分、排放的废水，为脱硫系统中的吸收剂浆液制备、除雾器冲洗、浆液管道冲洗提供用水。工业水供应系统为脱硫石膏脱水真空皮带机用水、脱硫系统各类泵的密封水以及机械冷却用水。工业水水质优于工艺水，脱硫石膏脱水真空皮带机用水主要任务是冲洗石膏成品，降低石膏中氯离子的含量。

据统计，在4×600MW机组电厂用水系统中，脱硫系统水耗占全厂总耗水量的75.9%[3]。脱硫系统日常运行中，准确统计脱硫系统的水耗量，对优化脱硫系统运行、节能降耗、降低脱硫设施运营成本具有重大的意义。依据《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》（DL/T998-2006）[4]，水耗量是石灰石-石膏湿法脱硫装置性能验收试验的一项指标，水耗量试验方法为直接测量或平衡计算。《湿法烟气脱硫工艺性能检测技术规范》（DL/T986-2005）[5]给出的方法是采用水量分配母管上的在线流量计测定。

2 传统测量方法介绍

目前，部分电厂脱硫工艺水系统设置了在线流量计[6]，可以统计出工艺水累计流量，进而计算出工艺水耗量。但是未安装在线流量计的脱硫系统，由于工艺和工业两路用水单位繁多且不定时，部分水量还要脱硫系统内部循环利用，测量所有用户水耗量进而统计总水耗量工作量巨大，实际操作中往往无法实现，只能采用平衡计算的方法。

根据水的物料平衡，脱硫系统水耗主要由以下部分组成：脱硫副产物石膏携带水分、净烟气排放携带液滴、吸收塔内水分蒸发以及脱硫废水排放。

2.1 脱硫石膏中携带水分：石膏中携带的水分包括自身的结晶水和表面附着水。由于石膏产量无法计量，依然需要物料衡算的方法来统计，计算时需要的参数有脱硫系统处理的烟气量、脱硫进出口SO2浓度、脱硫效率等。再结合石膏化验得出的石膏纯度、石膏含湿量数据，进而计算出石膏带出的水量。

2.2 净烟气排放携带雾滴：经吸收塔处理后的烟气会携带大量的雾滴，但经过吸收塔顶部的除雾器截留后，脱硫系统出口烟气的雾滴含量约可控制在75mg/Nm3以下。测量脱硫出口烟气量及雾滴含量，采用经验公式可以计算出这一部分水分损失。

2.3 吸收塔内水分蒸发：高温烟气的水蒸气在进入吸收塔之前处于未饱和状态。进入吸收塔后，烟气和浆液在接触过程中除了发生化学反应外，也伴随着混合换热过程，即烟气降温放出热量，浆液中的水分通过蒸发变成水蒸汽吸收热量。随着换热过程的不断进行，烟气中的水蒸汽含量不断增加，直至达到出口烟气温度下的近饱和状态。通过测量脱硫处理烟气量和吸收塔进出口烟气含湿量，可以计算出吸收塔内蒸发水量。

2.4 脱硫系统的废水排放：随着烟气和石灰石在吸收塔内反应的持续进行，脱硫浆液在循环过程中会导致F-、Cl-、重金属等杂质离子的富集，一方面会加速腐蚀脱硫设备，另一方面也会恶化浆液品质，影响石灰石的溶解和SO2的吸收。因此，脱硫系统需要定期排放废水。这部分水量无法统计，只能通过经验估算得出。

综上所述，未安装在线流量计的脱硫系统，通过平衡计算的方法计算水耗量既过程复杂、计算繁琐，又无法保证结果的准确性。因此，寻求一种简便的水耗量的测量方法是非常必要的。

3 新测量方法介绍

从电厂供水系统引接至脱硫岛的水源有两路，一路是电厂循环水排污水，另一路是电厂工业水，分别进入工艺水箱和工业水箱，两座水箱均设有独立的补水管路。下面以用水量较大的工艺水耗量测量为例介绍本方法，工业水耗量测量方法相同。

在水箱补水管上安装超声波流量计测量补水时管道流量，用F表示，这个流量是稳定不变的。在脱硫装置DCS系统里采集试验工况时段储水箱补水阀的开启指令时间，分别用t1、t2、…、tn表示。计算工艺水箱补水阀开启总时间，用t表示，公式如下：t=t1+t2+…+tn。计算试验工况总时间，用T表示。计算水耗量，用Q表示，公式如下：

式中：Q—水耗量，单位为m3/h；

F—工艺水箱补水流量，单位为m3/h；

t—工艺水箱补水阀开启总时间，单位为h；

T—试验工况总时间，单位为h。

4 新测量方法运用实例

结合某电厂1#、2#机组石灰石-石膏湿法脱硫装置的工艺水耗量的测量实例来对本方法进一步说明。1#、2#机组脱硫装置共用一座工艺水箱，两台机组脱硫系统工艺用水均由此水箱供给，而且水箱补水管安装有工艺水流量计，可以统计出工艺水耗量，便于对方法的准确性进行验证。

依据标准《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》（DL/T998-2006），性能试验水耗量试验需在设计工况（锅炉为BMCR工况，燃煤为设计煤种）下连续进行7天。1#、2#机组脱硫试验期间，两台机组均为满负荷工况，连续7天稳定运行，燃煤为设计煤种，满足试验标准要求。具体试验步骤如下。

4.1在工艺水箱补水管垂直段安装超声波流量计探头，水箱补水时测量得到平均水流量F为100m3/h。

4.2 在脱硫DCS控制系统里采集7天里工艺水箱补水阀的开指令时间数据 t1为 10h，t2为 12h，t3为 11h，t4为 13h，t5为 9h。

4.3 计算工艺水箱补水阀开启总时间t=t1+t2+t3+t4+t5=10+12+11+13+9=55h。

4.4 计算试验工况总时间。T=7×24h=168h。

4.5 计算工艺水耗量，Q=(F×t）÷T=（100×55）÷168=32.74m3/h。

测量方法准确性的验证：（1）由工艺水在线流量计统计出实验工况7天里总工艺水耗量为5489.7m3，计算出工艺水耗量为32.68m3/h。（2）与在线流量计统计之间的偏差为0.18%，准确性较高。

5 结语

文中介绍了一种全新的石灰石-石膏湿法脱硫装置水耗量的测量方法，克服了未安装在线流量计的脱硫系统水耗量无法直接测量、平衡计算又复杂繁琐的难题。测量方法便捷，结果准确，有望在电厂脱硫工艺中得到广泛应用。同时，对已安装在线流量计的脱硫用水系统，此方法可以做到在不影响在线流量计正常使用的情况下，完成其计量校验。

[1]郭东明.脱硫工程技术与设备[M].北京:化学工业出版社,2007.

[2]孙克勤,钟秦编著.火电厂烟气脱硫系统设计、建造及运行[M].北京:化学工业出版社,2005.

[3]陈崇明,张杨,宋国升.石灰石一石膏湿法脱硫系统水耗计算及节水分析[J].上海:电站辅机,2013(1）

[4]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T 998-2006石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范[S].北京:中国电力出版设,2006.

[5]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T 986-2005湿法烟气脱硫工艺性能检测技术规范[S].北京：中国电力出版设，2006.

[6]傅文玲,胡秀丽.湿法烟气脱硫系统测量仪表的选用[J].北京:化学工业出版社,2007.