350 MW机组脱硫氧化风机节能优化试验

赵林林

(华电滕州新源热电有限公司，山东 滕州 277599)

0 引言

随着国家大气污染物排放标准的日趋严格和超低排放要求的提出，湿式石灰石-石膏法烟气脱硫技术工艺因其SO2脱除率高、工艺成熟、吸收剂(石灰石)价格低廉以及副产品(石膏)具有商业价值等优势，成为现阶段我国应用最为广泛的烟气脱硫工艺。该工艺采用石灰石浆液于塔内循环、喷淋脱硫，并采用强制氧化方式把脱硫产物氧化为石膏，实现了产物的资源化利用[1-3]。

但随着湿法脱硫等环保设施的大量投运，火电厂的厂用电率也不断攀升[4]。湿法脱硫中的浆液循环泵、氧化风机等设备作为耗能大户，节能潜力巨大。

某电厂350 MW机组在湿法脱硫过程中的氧化风由罗茨风机提供。理论上氧化风量应与烟气脱硫装置(FGD)的SO2质量浓度、烟气量、脱硫效率等因素有关，并随燃煤硫分、机组负荷等条件的变化而变化。但在实际运行过程中，多数脱硫氧化风机的风量通常固定在设计的最大值上，即使燃煤硫分、机组负荷降低，氧化风机也是全负荷运行，造成电能的大量浪费[5]。

1 研究对象与试验方法

1.1 研究对象

该厂#4机组于2016年年底完成超低排放改造，脱硫系统为双塔双循环串联型。一级塔设置3台氧化风机对浆液进行强制氧化，按照设计为2运1备。在一级塔氧化风机出口母管增加1路风管至二级塔氧化风管道并加装手动阀作为备用，二级吸收塔浆液不强制氧化，故不增设氧化风机。该机组脱硫系统主要设计参数及性能要求见表1。

表1 脱硫系统设计参数及性能要求Tab.1 Design parameters and performance requirements of desulfurization system

1.2 试验方法

分别在2台和1台氧化风机运行的方式下，测量吸收塔浆液中溶解氧质量浓度随机组负荷和FGD入口SO2质量浓度的变化趋势；运用OriginPro软件分析溶解氧质量浓度与机组负荷、FGD入口SO2质量浓度和浆液pH值的线性关系；运用Minitab软件分析，在不同的FGD入口烟气SO2质量浓度条件下，溶解氧质量浓度、机组负荷和浆液pH值的关系；以设计工况下实际溶解氧质量浓度为参考，选取合适的溶解氧质量浓度作为脱硫循环浆液得到充分氧化的标准值，最终确定氧化风机的最佳运行方式。

2 研究结果与结论分析

2.1 溶解氧的整体变化趋势

不限定机组负荷和FGD入口SO2质量浓度，2017年分别测定2台和1台氧化风机运行时浆液中的溶解氧质量浓度与负荷之间的对应变化趋势，见表2—3。由表2—3可得出以下结论：

(1)溶解氧质量浓度与机组负荷呈现反相关关系；

(2)1台氧化风机运行时的溶解氧质量浓度比2台氧化风机运行时的明显降低。

2.2 2台氧化风机运行时溶解氧变化分析

通过监测及数据计算发现脱硫系统SO2脱除率长期稳定于99%及以上，故吸收塔出口数据可以忽略不计。氧化风机母管流量并未实时监测，可通过罗茨风机风量与母管压力换算得到，数值基本维持稳定。FGD入口烟气流量与机组负荷呈线性正相关。以下的线性-交互分析以溶解氧质量浓度与机组负荷、FGD入口SO2质量浓度、浆液pH值的关系展开。

表2 2台氧化风机运行时溶解氧与机组负荷关系Tab.2 Relationship between dissolved oxygen and unit load within 2 oxidation fans

表3 1台氧化风机运行时溶解氧与机组负荷关系Tab.3 Relationship between dissolved oxygen and unit load within 1 oxidation fan

该机组FGD入口SO2质量浓度设计最高值为3 000 mg/m3，测试期间该机组煤种保持稳定，FGD入口SO2质量浓度保持在2 500～3 000 mg/m3，故该机组的分析以此为最佳指导数据，2 000 mg/m3以下及3 500 mg/m3以上的数据仅做参考。

溶解氧质量浓度(测试期间的均值)与机组负荷、FGD入口SO2质量浓度和浆液pH值的线性-交互分析如图1所示。

图1 #4机组2台氧化风机运行时线性-交互分析Fig.1 Linear-interactive analysis of the operation of No.4 unit within of 2 oxidation fans

从图1可得到以下结论。

(1)溶解氧质量浓度受3种因素影响，影响的大小为：机组负荷>FGD入口SO2质量浓度>浆液pH值。

(2)溶解氧质量浓度与机组功率和FGD入口SO2质量浓度皆呈反相关关系。

(3)溶解氧质量浓度与pH值呈正相关关系，但实际吸收塔浆液pH值一般保持在4.8～5.1，此范围内溶解氧质量浓度变化很小，相关性较小。

通过数据处理，分析得到不同条件下溶解氧质量浓度的等值线(如图2所示)。

图2 不同条件下2台氧化风机运行时的溶解氧等值线Fig.2 Contour maps of dissolved oxygen within 2 oxidation fans under different conditions

由图2可得出以下规律。

(2)FGD入口SO2质量浓度在3 000 mg/m3，且机组功率大于300 MW时，溶解氧质量浓度在1.0 mg/L以下。由于机组负荷长期在300 MW以下，溶解氧质量浓度短时间降低并不会影响石膏品质。

2.3 1台氧化风机运行时溶解氧的变化

#4机组1台风机运行时线性交互分析如图3所示，溶解氧质量浓度等值线如图4所示。由图4可总结出以下规律。

图3 #4机组1台氧化风机运行时线性-交互分析Fig.3 Linear-interactive analysis of the operation of No.4 unit within 1 oxidation fan

图4 不同条件下1台氧化风机运行的溶解氧等值线Fig.4 Contour maps of dissolved oxygen within 1 oxidation fan under different conditions

3 运行优化与节能环保分析

3.1 运行优化分析

当1台氧化风机运行且实际吸收塔浆液pH值在4.8～5.1之间时，浆液中溶解氧质量浓度以1.5 mg/L为限制条件，FGD入口SO2质量浓度与机组负荷呈线性关系，如图5所示。当FGD入口SO2质量浓度与机组负荷所对应的点在图5直线下方区域时，适用1台氧化风机运行；当吸收塔入口SO2质量浓度与机组负荷所对应的点在图5直线上方区域时，适用2台氧化风机运行。此线形图可设置在脱硫分散控制系统(DCS)界面中，实现提醒运行人员启停氧化风机的功能。

图5 1台氧化风机运行时FGD入口SO2质量浓度与机组负荷关系Fig.5 Realationship between SO2 concentration at FGD inlet and unit power within 1 oxidation fan

3.2 节能环保分析

该机组2台氧化风机同时运行时，其电流值均约为35 A，1台氧化风机运行时，电流值约为30 A。根据近3年该机组情况，设定该机组每年运行7 000 h，其中适合1台氧化风机运行的时间为3 000 h，可计算出每年节约厂用电量约1.1×106kW·h。同时，降低了氧化风机的运行时间，可降低氧化风机的故障率、延长氧化风机的检修周期。

在试验中，定期对石膏的品质进行了化验，CaSO3·1/2H2O的质量分数始终在0.5%以下，说明在实现节能的同时达到了石膏品质的性能要求。

4 结束语

以脱硫吸收塔浆液的溶解氧为控制目标，对某厂350MW机组脱硫氧化风机运行方式的试验研究，得到了脱硫吸收塔浆液的溶解氧质量浓度和机组负荷、烟气脱硫装置(FGD)入口SO2质量浓度和浆液pH值之间的关系，找到了合适的氧化风机运行方式。优化运行方式不仅达到了良好的脱硫效果，而且减少了能耗，为运行调整提供了参考，对电厂脱硫系统的节能降耗与环保控制具有重要意义。