1000MW火力发电机组脱硫两台吸收塔共用一台氧化风机应用与研究

郑瑞文 陈凌云 周宇玮

摘要：本文主要介绍神华国华寿光发电有限责任公司2*1000MW火力发电机组脱硫两台吸收塔共用一台氧化风机，在脱硫入口烟气SO₂浓度（折算到标态，干基）为1458mg/Nm³前提条件下，每台吸收塔两台氧化风机，入口流量9450Nm³/h，压升：150kPa，电机：N=450kW，氧化风机正常运行方式一用一备，通过理论可行性理论计算论证、实施方案及步骤、实施过程中存在风险及控制措施、实施结论等过程，完成对脱硫吸收塔氧化风机节能优化运行，同时为脱硫吸收塔系统节能优化运行提供技术指导参考依据。

关键词：二氧化硫;氧化风机;节能优化

中图分类号：X773 文献标识码：A  文章编号：1671-2064（2019）17-0000-00

1 实施目的

寿光电厂2*1000MW超超临界燃煤机组，脱硫系统设计一炉一塔，吸收塔为异径塔，塔体尺寸：Φ21×10.7+1.7+19×29.9m;液位：12.5米，反应池容积：4250m³;设计煤种含硫量为0.63%，烟气流量折算到标态，湿基，实际含氧量状态下为3223843Nm³/h，烟气SO₂浓度（折算到标态，干基）为1458mg/Nm³，每台吸收塔配备两台氧化风机，一用一备，氧化風机入口流量9450Nm³/h，压升：150kPa，电机：N=450kW。

为了挖掘脱硫节能潜力，做到节能与环保最佳优化运行，对脱硫1、2号机组氧化风机进行运行方式进行优化，实现两台机组一台氧化风机运行三台备运，达到节能的最佳效果^[1]。在优化运行过程中存在脱硫吸收塔因氧化风不足而造成塔内浆液亚硫酸根超标（正常标准小于1%，最大经验值小于5%）、浆液中毒现象。

2 实施可行性计算论证

2.1 氧化空气的作用

采用就地强化氧化方式在石灰石-湿法脱硫工艺中广泛推广和应用。SO₂吸收系统时此工艺的核心，主要由吸收、氧化和中和三部分组成。其中氧化是SO₂在吸收系统的一个重要化学过程;烟气中的SO₂在吸收塔的吸收区被石灰石浆液捕捉后，在吸收塔底部的浆液池中，在搅拌器和强化氧化系统协同作用下，完成由亚硫酸根离子转变成硫酸根离子的氧化过程，最终生成稳定的硫酸盐（主要是CaSO₄）^[2]。良好的氧化扰动、传质过程能够保证较高的脱硫效率，提高脱硫剂的利用率和脱硫石膏的品质，能够有效的避免设备和管道的结垢、堵塞，增强FGD系统的运行的稳定性和可靠性。因此，强制氧化风量的正确选取至关重要。

2.2 强化氧化的原理

在石灰石-湿法脱硫工艺中，氧化空气由分配管路向吸收塔底部强制鼓入空气，空气气泡中的氧先行通过气泡壁面，气液分解面，溶解于浆液溶液，后与HSO₃^-离子进行化学反应，使氧化趋于完全，浆液中的SO₃^-、HSO₃^-几乎全部被强制氧化成SO₄^2-，最终以石膏的形式结晶析出。

O₂（g）→O₂（l）

2SO₂+O₂→2SO₃

SO₃^2-+1/2O₂（l）→SO₄^2-

HSO₃^-+1/2O₂（l）→SO₄^2-+H⁺

Ca²⁺+SO₄^2-+2H₂O→CaSO₄·2H₂O

2.3 氧化空气的理论用量计算

HSO₃^-在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO₃^-在反应池中被氧化空气完全氧化，反应如下：

2SO₂+O₂→2SO₃

根据烟气量和烟气中SO₂含量计算出脱除SO₂的量a mol，根据上述关系式，氧化1mol SO₂需要0.5molO₂，得出实际需氧量bO₂=a/2mol，根据液位不同，氧利用率按30%～50%考虑，本工程正常液位暂按45%利用率考虑，则氧化a molSO₂的需氧量为b1=a/2/0.45 mol=1.11a mol。

根据当地空气中的含氧量为21%，所需氧化空气量为c=b1/0.21=5.285a mol。折算为空气量为Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000

（1）按负荷705MW，原烟气量以242万Nm³/h，含硫量810mg/Nm³计算需要氧化空气量。

此状态下的摩尔量为：

1000mg/Nm³÷64000mg/mol=0.0156mol/Nm³

2420000Nm³/h×0.0156mol/Nm³=37752mol/h

则所需氧化空气量为c=b1/0.21=5.285a mol。折算为空气量为Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000=37752mol/h×5.285×22.4Nm³/mol/1000=4469.2Nm³/h

两台机组相同负荷下，需氧化空气量为4469.2×2Nm³/h=8938.5Nm³/h≤9450Nm3/h（氧化风机出力），满足两台吸收塔共用一台氧化风机的要求。

（2）按负荷757MW，原烟气量以250万Nm³/h，含硫量870mg/Nm³计算需要氧化空气量。

此状态下的摩尔量为：

1000mg/Nm³÷64000mg/mol=0.0156mol/Nm³

2500000Nm³/h×0.0156mol/Nm³=39000mol/h

则所需氧化空气量为c=b1/0.21=5.285a mol。折算为空气量为Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000=39000mol/h×5.285×22.4Nm³/mol/1000=4616.9Nm³/h

两台机组相同负荷下，需氧化空气量为4616.9×2Nm³/h=9233.9Nm³/h≤9450Nm3/h（氧化风机出力），满足两台吸收塔共用一台氧化风机的要求。

（3）按实际负荷1000MW，原烟气量以323万Nm³/h，含硫量1000mg/Nm³计算需要氧化空气量。

此状态下的摩尔量为：

1000mg/Nm³÷64000mg/mol=0.0156mol/Nm³

3230000Nm³/h×0.0156mol/Nm³=50388mol/h

则所需氧化空气量为c=b1/0.21=5.285a mol。折算为空气量为Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000=50388mol/h×5.285×22.4Nm³/mol/1000=5965.2Nm³/h

两台机组相同负荷下，需氧化空气量为5965.2×2Nm³/h=11930.4Nm³/h>9450Nm3/h（氧化风机出力），不满足两台吸收塔共用一台氧化风机的要求。

（4）为保证数据的准确性，当实际负荷800MW及以上根据实时数据再进行核算，避免因理论导致数据的出入较大。

3 实施方案及步骤

当机组负荷在750MW及以下，可以执行两台机组吸收塔共用一台氧化风机运行^[3]。

开启1、2号吸收塔氧化风机母管联络两侧手动阀，停运一台吸收塔氧化风机运行，观察两台吸收塔氧化风机出口母管压力、温度偏差，通过调整氧化风机运行的吸收塔氧化风支管手动阀开度，调整压力、温度偏差方法如下：

（1）关闭氧化风机出口母管至吸收塔1、5号支管手动阀1/3;

（2）关闭氧化风机出口母管至吸收塔2、4号支管手动阀1/2;

（3）关闭氧化风机出口母管至吸收塔3号支管手动阀3/4;

（4）调整期间重点监视氧化风机出口流量（>10000m?/h）、温度（<160℃），增速机前后轴承震动（<7.1mm/s），电机电流（<30A）变化;

（5）调整目标为1、2号吸收塔氧化风机母管出口压力、流量偏差至最小。

调整运行试验分以下四个阶段进行：

（1）第一阶段试验，机组负荷750MW及以下，按照以上调整方式，每2天进行1、2号氧化风机切换运行一次，持续试验10天时间，机组负荷750MW以上时，1、2号吸收塔氧化风各自运行;

（2）第二阶段试验，机组负荷750MW及以下，按照以上调整方式，每5天进行1、2号氧化风机切换运行一次，持续试验10天时间，机组负荷750MW以上时，1、2号吸收塔氧化风各自运行;

（3）第三阶段试验，机组负荷750MW及以下，按照以上调整方式，每10天进行1、2号氧化風机切换运行一次，持续试验20天时间，机组负荷750MW以上时，1、2号吸收塔氧化风各自运行;

（4）第四阶段试验，机组负荷750MW及以下，按照以上调整方式，每15天进行1、2号氧化风机切换运行一次，持续试验20天时间，机组负荷750MW以上时，1、2号吸收塔氧化风各自运行;

（5）以上试验期间运行值班员取样，送化验班化验1、2号吸收塔浆液亚硫酸根含量天化验一次，值班员每日记录化验记录。

4 实施过程中存在的风险描述及控制措施

实施过程中存在吸收塔浆液亚硫酸钙偏高等风险及控制措施，如表1所示。

（1）试验期间每日化验吸收塔浆液亚硫酸钙含量，大于正常标准1%时，化验结果专业内部通报;大于最大经验值5%时，化验结果汇报公司生产领导。

（2）当发现脱硫效率降低无法调整时，及时进行汇报，专业组进行讨论。

（3）当脱水效果差时，及时进行化验调整，并汇报，专业组进行讨论。

（4）当发现脱硫管理发生堵塞时，对原因进行核实，并及时进行汇报，专业组进行讨论。

（5）当SO₂含量超1000mg/Nm³超2小时时，停止试验，恢复正常运行方式。

（6）当机组负荷超750MW 2小时，停止试验，恢复正常运行方式。

5 结语

2019年2月27日-3月8日执行脱硫两台吸收塔共用一台氧化风机实施方案，实施过程中按要求每日进行吸收塔浆液亚硫酸钙含量测量且未超过试验方案正常值，石膏脱水和废水处理系统运行正常，未出现异常现象，故开始推广执行，到目前已经实施5个月脱硫吸收塔、石膏脱水、脱硫废水处理系统均正常运行，且控制烟气出口二氧化硫10mg/m?以下运行，脱硫效率均可达到99.32%以上，节约厂用电450KW*0.8*30*24=129.6万KWh，启动很好降低厂用电效果，具有推广意义和效果。

参考文献

[1]吴晨滨.我国火力发电的技术战略和环境效应[J].科技创业，2014（4）：13-14.

[2]环境保护总局.火电厂大气污染物排放标准（GB 13223-2011）[M].北京：中国环境科学出版社，2011.

[3]朱法华，杜维鲁.燃煤电厂SO2排放量确定方法研究[J].电力环境保护，2009（2）：1-4.

收稿日期：2019-07-26

作者简介：郑瑞文（1982—），男，山西忻州人，硕士，工程师，研究方向：火电运行及节能环保。