660MW火电机组脱硫超低排放运行调整及节能优化经济性运行

张培

[摘 要]近年来，随着我国的大气污染形势日趋严峻，燃煤电厂面临的环保压力日益增大，部分企业、政府、高校等均提出了燃煤电厂烟气污染物超低排放、达到天然气燃气轮机标准排放标准限值的概念。大唐南京发电厂率先完成超低排放改造，改造后系统投资成本和运行成本也相应增加，其中脱硫系统电耗、石灰石耗量和水耗量对运行成本构成的影响尤为突出。文中着重浅析在确保排放达标和系统安全运行的基础上，探究脱硫系统低电耗、低pH、低水耗经济性运行方式。

[关键词]湿法脱硫 超低排放 运行优化 达标降本

中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）07-0036-01

一、概述

大唐南京发电厂现有2×660MW燃煤汽轮发电机组。脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，采用一炉一塔布置方式，设置一套脱硫共用系统，不设烟气旁路。2014年对原有脱硫系统按照如下方案进行改造：吸收塔内增加筛板，更换喷淋层喷嘴，增加内部构件强化传质效果，增加塔外浆液罐实现pH分区控制，同时对脱硫系统附属的各子系统进行相应增容改造，增容设备包括：石灰石浆液泵、石膏排出泵、吸收塔地坑泵和石膏脱硫系统。

按照单台机组年运行小时数5500小时，石灰石纯度90%，钙硫比1.03，硫转化率85%，石灰石价格205元/t，电价0.28元/k w？ h（不含税），水耗0.8元/t计算.

经计算，改造后脱硫系统年运行成本增加630.7万元，面对如此大的运行成本投入，探索脱硫系统经济性运行意义深远。就大唐南京火力发电厂2#机组超低排放中脱硫系统运行情况并结合近一年的脱硫系统运行经验，对该脱硫系统经济性运行作如下探究。

二、脱硫系统经济性运行探究

2.1 低电耗运行探究

2.1.1 浆液循环泵运行配比

由表1-1可知电耗占脱硫系统运行中成本比重较大（约占87.2%），吸收塔浆液循环泵又是脱硫系统较大的耗电设备。在保证SO2排放达标的前提下，根据锅炉负荷情况和入口SO2浓度，优化脱硫系统循环泵运行配比，找出达标降本的浆液循环泵运行的最佳组合方式，对于实现脱硫系统的经济性运行意义重大。脱硫塔脱硫效果受气液传质效果影响很大，对于含有筛板的脱硫塔，气液传质的效果主要受烟气流速和浆液量的综合影响也即液气比的影响。而浆液量的多少，由循环泵开启的数量决定的，在不同负荷工况下，来选择合适的循环泵运行，可以实现脱硫系统的排放达标降本。结合设备情况和我厂近一年的脱硫运行经验，我们针对2#锅炉超低排放脱硫系统作循环泵配比运行试验，试图找出循环泵经济性运行的组合方式。

2.1.2 合理控制氧化风机运行

2#机组超低排放脱硫系统中氧化风系统含有四台氧化风机（三运一备），氧化风机型式为罗茨风机，风量5445m3/h、功率200kw，出口压力>98kPa、冷却形式为空冷，1#和2#锅炉机组规模相同2台机组脱硫系统共用一套石膏脱水系统。从DCS运行数据发现，在2015年1月1日至2015年3月31日期间，1#锅炉脱硫系统，吸收塔入口SO2浓度较低在900～1300mg/Nm3（折算后）.

在此期间1#锅炉超低排放脱硫系统仅有一台氧化风机运行，分析这段时间的石膏检验数据如图2-7所示，亚硫酸盐含量在0.2%至0.3%之间变化，符合行业标准（JC/T 2074—2011）中亚硫酸盐含量低于0.5%的要求。因此，我们建议如果吸收塔入口SO2浓度位于图中所示的区间变化时，开启一台氧化风机，便可使石膏品质满足要求。对于2#超低排放脱硫系统，从2015年4月5日至2015年10月26日，运行两台氧化风机，而1#脱硫氧化风机系统由于机组停机大修，在此间一直处于停机状态。

2.2 优化pH值调控功能

2.2.1 合理调控吸收浆液pH

石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的浆液pH的直接影响到WFGD系统的脱硫效率、石灰石溶解、亚硫酸盐的氧化、石膏的结晶、脱硫系统的腐蚀和控制系统的灵敏性，进而影响整个脱硫系统的经济性运行。下面我们就其各个事项的影响做简单分析。

（1）pH对石灰石溶解的影响

石灰石的溶解速率与pH值呈指数增加关系，但是当pH大于某个值时，石灰石的利用率会急剧下降；因而控制pH在合适的范围内，可以提高石灰石的利用率，避免石灰石的浪费，节约脱硫系统运行成本。

（2）pH对脱硫效率的影响

循环浆液的pH值越高，总传质系数越大，吸收率越高。在一定范围内，提高吸收塔浆液的pH值，可以增大脱硫效率，但是过高的pH值会导致过高的过剩率（Ca/S），进而会导致运行不经济。

（3）pH对亚硫酸盐氧化的影响

根据研究[2]，当pH>8时，SO2在水中主要以SO32-形态存在；当pH<6时，SO2在水中主要以HSO3 - 形态存在；当pH在3.5～5.4时，几乎全部为 HSO3 - 形态存在。因此，当脱硫浆液的pH值不同时，气液接触过程中发生的主要脱硫反应是不相同的。另外，由研究发现[2]，当pH在3.5～5.5范围内亚硫酸盐的氧化率较高，且变化不大。当pH>5.5时，氧化速率急剧下降。显然低pH对于氧化是有利的。

（4）pH值对吸收塔结垢的影响

有研究[2]表明，在较高的pH值（pH>6.2）下，易于产生CaSO3.1/2H2O软垢，进而生成硬垢，进而会影响吸收塔运行阻力和设备寿命。综合以上，根据2#锅炉超低排放脱硫系统运行数据，我们总结出吸收塔浆液pH控制在4.8～5.4之间可有效防止筛盘堵塞，且可实现脱硫系统的经济性运行。

2.2.2 吸收浆液pH分区化控制

2#锅炉超低排放脱硫系统中设主浆液吸收塔和塔外浆液罐以实现pH的分区控制，继而提高整个脱硫系统的运行效果，实现超低排放系统的经济性运行。

为探究pH分区控制对超低排放系统中脱硫系统经济性运行的影响，将脱硫系统供浆方式分为两路：一路原供浆直接供吸收塔底部浆液池，另一路进塔外浆液罐；采取不同的进浆方式来实现pH分区控制。

（1）、石灰石浆液进吸收塔

在锅炉不同负荷和吸收塔入口SO2下，循环泵A、B、D三台泵运行，控制石灰石浆液密度在1180kg/m3左右，控制石灰石浆液进2#吸收塔，并控制浆液罐和吸收塔pH值5.2至5.35之间波动，浆液密度1120kg/m3左右；

（2）、石灰石浆液进吸收塔和塔外浆液罐

在锅炉不同负荷和入口SO2下，控制石灰石浆液密度在1180kg/m3左右，控制石灰石浆液进2#吸收塔和塔外浆池罐，并控制浆液罐和吸收塔pH值均位于5.3至5.4之间波动，浆液密度1120kg/m3左右。

2.3 一定范围内pH调控和增开循环泵运行经济性对比

液、气比和pH是影响石灰石-石膏湿法烟气脱硫效率的主要因素，在一定范围内升高液气比和pH均有利于脱硫效率的提高。在负荷工况即烟气量一定的条件下，增开循环泵，液气比提高，也会使脱硫系统电耗增加；pH的升高，需要加大脱硫系统的供浆量，也会导致脱硫系统运行成本的增加。在一定的运行工况下，两种运行调节方式的成本是有差别的。针对2#锅炉超低排放脱硫系统进行如下试验，试图找出二者经济性差别。

三、结论

针对2#锅炉超低排放脱硫系统，经过近一年对该系统的经济性运行探究，综合分析了电耗、石灰石耗量以及水耗量对脱硫系统经济性运行的影响。其中，重点分析了：循环泵和氧化风机的较优运行组合方式对脱硫系统经济性运行的影响；充分运用 pH调控功能对节约石灰石耗量进而控制脱硫运行成本的影响；另外，简述了水耗量控制和热控仪表校验维护对实现脱硫系统经济性运行的作用。文中分析的各种因素并不是孤立存在的，它们之间息息相关彼此联系又相互制约，只有在运行中，综合各种因素，才能实现脱硫系统真正意义上的经济性运行。

参考文献

[1] 郭东明，戴燕红等. 脱硫工程技术与设备[M]. 北京.化学工业出版社，2007.

[2] 余鹏，高小春，何德明等. 石灰石-石膏湿法脱硫系统的经济运行[J]. 热力发电，2007，36（7）：34-36.