石灰石-石膏湿法脱硫系统节能管理

李 斌 卢海中 朱冠华

上海上电电力运营有限公司

0 引言

目前，我国大气污染形势严峻，在能源结构方面，仍是以燃煤机组为主，而燃煤机组是SO2等大气污染物的主要排放源［1］，控制燃煤电厂SO2排放对治理大气污染有着举足轻重的作用。面对日益严格的环保要求，烟气脱硫成本随之增加，已成为电厂运行成本的大户。

1 某电厂320 MW机组脱硫系统整体概述

1.1 系统概况

工程4×320 MW 机组中(#1、#2)FGD 系统采用日本石川岛播磨（IHI）公司的湿式石灰石——石膏法烟气脱硫工艺。(#3、#4)FGD系统采用中电投远达环保工程有限公司的湿式石灰石——石膏法烟气脱硫工艺。

四套FGD装置燃煤锅炉配套运行，采用一炉一塔，能处理从锅炉排出的100%的烟气量，脱硫效率≥95%，系统可利用率>99%。整套FGD 系统包括烟道及吸收系统、吸收剂制备系统（公用）、石膏脱水系统（公用）、废水处理系统（公用）、辅助公用系统“5 个子系统”。其中，烟道及吸收系统分别与锅炉形成单元布置，增压风机设有进口挡板、出口挡板，以及旁路挡板，增压风机旁路挡板按照60%BMCR工况的烟气量进行设置。

1.2 工艺简介

烟气脱硫吸收剂石灰石（CaCO3）通过吸收剂制备系统完成制粉、制浆，达到一定浓度的石灰石浆液被送至吸收塔内，而后通过浆液循环泵将浆液送至吸收塔上部的螺旋浆液喷淋装置，使浆液形成雾状并由上而下对烟气洗涤和脱硫。锅炉吸风机排出的原烟气通过FGD 进口挡板经轴流式增压风机增压后进入烟气－烟气换热器（GGH），经降温后进入吸收塔，烟气由下而上与吸收塔上部由上而下的雾状浆液充分接触完成化学反应除去SO2后形成净烟气，并经吸收塔顶部的二级除雾器除去烟气中的雾滴，而后烟气进入GGH冷端吸热升温，经FGD出口挡板由烟囱排入大气，而吸收SO2后形成的亚硫酸钙（CaSO3）浆液沉降至浆液池内，在搅拌器搅拌的同时被不断鼓入的空气氧化生成二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）石膏浆液。石膏浆液则由吸收塔排浆泵送至石膏脱水系统进行脱水处理，生成含水率<10%的石膏送至仓库储藏，而脱水处理所产生的废液一部分作为浆液配制用水，一部分送至废水处理系统进行处理，经过澄清、中和最后排放。

2 节能优化措施

FGD 系统运行状态不仅直接关系主机安全，也直接关联能否完成节能减排量化目标。当前，煤炭价格保持上涨态势，采购燃煤的灰份和硫含量不断增大，导致运行、维护费用同步增加，因此很有必要深度内部挖潜，不断提高FGD 系统运行、维护水平，加强精细化管理。

2.1 节电措施

2.1.1 保持适当的吸收塔内浆液密度和液位

吸收塔内浆液密度越大，液位越高，浆液循环泵入口压力越大，电流越大。密度过大时，一是保持石膏脱水系统运行，二是通过除雾器补水，三是限制补浆。液位太高时，亦需限制除雾器补水，但液位过低会直接影响氧化反应空间。吸收塔内浆液密度和液位直接影响系统的脱硫效率，在工况调整过程中，必须综合考虑能否保证SO2达标排放。

2.1.2 优化浆液循环泵运行方式

入口SO2浓度较低且保持稳定，在确保SO2达标排放的情况下，可以通过尽量减少浆液循环泵的投运时间和投运台数来实现节约厂用电。运行人员可根据入炉煤质和锅炉负荷不同工况选择浆液循环泵运行最佳组合，从而确保脱硫系统运行的经济性，提高节能效益（见图1）。

图1 优化浆液循环泵运行方式

2.1.3 氧化风机的电耗主要与氧化风量有关

风量调整应根据塔内浆液化学成分的分析结果进行，当浆液里的SO2－3含量达到标准时，不必再加大氧化风量。 同时，在运行过程中，应及时根据氧化风机电流的变化判断风机入口或出口喷嘴有无堵塞，如有应及时清理和冲洗。此外，氧化风机的出口压力与吸收塔液位、浆液密度成正比［2］，应保持合理的吸收塔液位、浆液密度，以促进氧化风机节电运行。

2.2 节水措施

2.2.1 回收利用内、外部水源

减少新鲜工艺水补水，最大程度地实现水往复循环。FGD 系统的用水分工艺水和工业水两个部分，其中工艺水主要用途包括各塔罐箱补水、除雾器冲洗和管道冲洗以及泵的机封润滑水。工艺水的使用量基本决定整个FGD 系统用水量平衡。在除雾器压差允许的情况下，吸收塔液位控制尽量采用滤液水，但应从滤液水箱出一定流量的废水，以保证石膏中Cl－、飞灰、惰性物质颗粒等的达标，实现系统内部水资源的梯级利用，并加强水质监控，否则可能会导致塔内浆液恶化，浆液置换时间缩短，除雾器结垢堵塞。此外，应完善FGD 系统区域的排水收集系统，雨水回收利用，代替部分脱硫水源，保持沟道畅通。

2.2.2 优化除雾器冲洗方式

在除雾器压差稳定允许的情况下，根据机组负荷段，改变以往的传统冲洗模式，采取不同的冲洗频率，较优化前降低水耗30%,节水效果明显。具体措施如下：

1）机组负荷<200 MW 时，吸收塔除雾器每6 h冲洗一次；

2）机组负荷200～250 MW时，吸收塔除雾器每5 h冲洗一次；

3）机组负荷>250 MW 时，吸收塔除雾器每4 h冲洗一次；

4）吸收塔浆液起泡或除雾器压差有上升趋势时，吸收塔除雾器冲洗恢复至每4 h冲洗一次。

2.3 节约脱硫剂（石灰石）措施

2.3.1 选用品质好的石灰石原料

石灰石品质的优劣决定着石灰石耗量的大小。石灰石中CaCO3的含量一般不应低于90%。石灰石品质对脱硫效率，副产品石膏质量起着重要的作用，石灰石的硬度降低，将会大幅度的降低石灰石破碎及浆液制备的单耗，节约运行成本。

2.3.2 确定合理的pH值控制范围

优化浆液的pH 值，合理选择钙硫比等措施可以直接影响脱硫效率。一般而言，pH 值越高，SO2向液膜主体扩散的速率越快，传质系数就越大，有利于促进SO2的吸收，但是容易造成浆液沉淀、堵塞系统。同时，石膏中的CaCO3质量分数也越高，相应增大了钙硫比，造成石灰石耗量的增加。pH 值越小，浆液酸性越强，酸性气体SO2就越难被吸收，造成脱硫率下降。因此，确定合理的pH 值控制范围就成为湿法脱硫系统工艺设计的关键所在。

控制脱硫塔浆液pH值在5.0%～5.6%，保持脱硫剂的利用率通常自动调节的pH 设定值为5.2%～5.3%为最佳。适当降低pH 值，减少供浆量，避免造成石灰石细粉无谓浪费。

3 节能降耗管理措施

3.1 加强部门之间的沟通协作

发电部、检修部、燃供部和策划部等脱硫管理部门应加强沟通，明确权责，协同管理，共同保障FGD系统的安全、稳定、经济、优质运行。相关人员要重点提高入厂石灰石粉和燃煤品质的保障水平，加强对水质的监控，严格设备消缺管理与考核，全面提高设备的健康水平，彻底解决设备限出力或带病运行的问题。

3.2 完善FGD 系统指标考核体系

进一步完善既有效节能降耗又切实可行的考核指标体系，通过对FGD 系统运行过程中机组负荷、燃煤硫含量、出入口烟气流量和SO2浓度、脱硫效率石膏品质、设备电耗、水质和用水量、石灰石粉品质和用量等主要参数的长期监测、统计分析，探索各参数之间的作用规律，明确影响脱硫效率和石膏品质的主要因素，探讨在达标排放基础上的最低电耗、水耗、粉耗，确定不同工况下各参数的最佳范围和调整方式，建立以系统内的电耗、水耗、粉耗，出口SO2浓度，石膏品质为主要衡量标准的考核指标体系。

3.3 加强员工技能培训和职业道德教育

加强对运行人员的培训，通过对脱硫运行规程和其他FGD系统技术资料的组织学习，不断提高运行人员岗位技能。建立班组之间学习交流机制，分享FGD系统调整优化技术经验，及时改变个人或班组的不当操作习惯。同时，要注重提高员工职业道德，增强部门凝聚力，激发员工工作积极性，为保障FGD 系统的长期稳定、经济运行创造有利条件。

4 结束语

石灰石—石膏湿法FGD 系统庞大复杂，既有为实现SO2脱除反应的大量机械设备，又有为提高自动化程度的大量在线监控仪表，运行过程能耗较大，脱硫成本控制关系整个机组的经济运行，而整个FGD 系统复杂工艺过程和自动化控制对运行及管理具有较高要求。本文针对FGD系统工艺特点、流程及存在的主要问题，通过对FGD系统长期运行工况进行总结分析，合理制定节能降耗措施，使脱硫系统环保、稳定、高效、经济地运行，最大限度地降低系统的厂用电率，降低脱硫系统的生产成本，拓宽企业的节能降耗空间。