“二炉二塔”脱硫氧化风系统集中控制节能优化

邢小林，沈新安，叶辰升，邹 鹏

(1.安徽淮南平圩发电有限责任公司，安徽 淮南 232089；2.安徽科力德电力科技有限公司，安徽 合肥 230000；3.中电华创(苏州)电力技术研究有限公司，江苏 苏州 215123)

0 引言

国内90 %以上燃煤电厂采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺，该工艺具有脱硫效率高、吸收剂价廉易得且利用率高、运行可靠性高等优点。石灰石—石膏湿法脱硫工艺中的氧化风机为吸收塔中的浆液提供氧化空气，将浆液中的亚硫酸钙氧化成硫酸钙，促进烟气中SO2的吸收，然而氧化风机的选型是根据设计时的煤质硫分、烟气量等来确定的，当燃煤硫分发生变化时，运行中氧化风机却无法根据机组负荷、入口SO2浓度控制氧化风量[1-2]，且吸收塔浆液氧化程度没有有效的测量手段来监测，导致氧化风机总是处于最大的出力状态，从而增加了系统的电耗。

1 系统设计

某燃煤电厂采用2×640 MW 超临界燃煤机组，配备静电除尘器并同步建设脱硫装置，脱硫设计煤质硫分1.0 %，脱硫效率98.6 %，出口SO2浓度小于35 mg/m3，一座吸收塔配备两台氧化风机，一用一备。氧化风机选型风量9 200 m3/h (标准工况)，额定电流42 A，压力90 kPa，轴功率355 kW。但在实际运行中，燃煤中硫分含量只有0.3 %～0.5 %，不到设计值的一半，且吸收塔未配备浆液氧化测量装置，导致氧化风机风量没有控制依据，只能根据设计值保持氧化风机入口阀门全开，造成极大的电能损耗。

为了降低脱硫氧化风系统电耗，针对“二炉二塔”母管式氧化风机系统布置的特点，将四台氧化风机出口通过风管连接起来，集中共享母管制运行，四台氧化风机可同时为两台吸收塔供给氧化风，提高设备利用率。在连接风管上安装隔绝门，实现单台炉独立控制和二台炉集中控制互相切换。在两台吸收塔都安装了亚硫酸盐分析仪(SA)，实时测量、监控吸收塔浆液氧化程度，为脱硫系统安全运行实时预警，同时为风量在各塔之间自动匹配提供控制依据。氧化风机入口新增特制的预旋风量调节装置(VSR)实现入口总风量根据负荷和燃煤含硫量的变化自动调整，分塔流量调节装置实现各塔氧化风量的自动匹配。

2 系统关键技术

2.1 氧化风系统集中共享母管制运行

实现“二炉二塔”氧化风系统母管运行集中控制方式，充分利用单台炉氧化风调节余量，实现集中自动调配，发挥系统整体性优势，避免资源配置的不平衡。同时，单炉独立控制和二炉集中控制方式的自由切换提高系统运行灵活性，氧化风机由二用二备变成一用三备，提高系统备用能力。

2.2 亚硫酸盐分析仪测量预警

根据吸收塔内氧化风管的布置方式以及相关的限制条件，SA 安装在吸收塔旁边，在线检测吸收塔氧化反应区的浆液，利用电化学原理直接测量浆液中亚硫酸盐(主要是亚硫酸钙)离子浓度并转换成标准信号上传至用户DCS 系统，实时显示。

根据机组负荷、燃煤含硫量变化以及SA 浓度实时调节氧化风机入口特制的预旋风量调节装置(VSR)的开度，进行风量调整。根据各塔自身浆液的氧化程度，按需自动配风，使各塔均处于最佳氧化反应状态，提高脱硫效率。系统预设报警值，在浆液严重氧化不足时，及时控制入口含硫总量，防止浆液中毒和SO2超标排放。

2.3 高效节能的氧化风机预旋风量调节装置(VSR)

VSR 风量调节装置是代替挡板、阀门、变频有效的风量调节装置，通过预旋将节流损失转化成旋转动能，避免节流损失，对脱硫氧化风压要求较高的现场最有效、合适。通过现场对比实验，VSR与原蝶阀相比流量调节性能增强，而且具有增压作用，可提高压头10 %，同时提高风机效率10 %。

3 系统控制原理

通过DCS 组态，形成一套集中自动监控(CAMC)系统，提供实时安全预警，监控入口含硫总量，预防环保超标和运行安全等风险，提高脱硫氧化风系统智能化运行水平[3-4]。监控氧化风系统自动节能运行状态，最大程度节约风机能耗。可实现单塔独立和双塔集中控制切换，提高系统运行灵活性，提高脱硫运行品质、数字化精准水平，真正实现总体安全、共享、节能、环保、经济和自动运行。

3.1 控制原理

氧化风集中控制系统根据机组负荷和吸收塔入口烟气SO2含量控制氧化风机投切，根据机组负荷、吸收塔入口烟气SO2含量和吸收塔内浆液亚硫酸盐浓度控制风机入口VSR，根据各塔浆液亚硫酸盐浓度控制分塔流量调节装置开度，可实现单塔独立控制、单台风机氧化风集中控制和两台风机氧风集中控制。

3.2 控制逻辑

氧化风系统风量控制根据机组负荷、入口烟气SO2浓度和SA 测量浓度三者关系自动调整，采用多参数融合的控制方式快速调整风门开度并不断精确调整，确保浆液处于最优氧化状态的同时，最大程度降低风机能耗。

4 实践运用

该系统可对湿法脱硫氧化环节进行测量和控制，调节氧化风量；并对两炉两塔氧化风系统集中控制，充分提高氧化风系统设备利用率。该系统投运以来，浆液运行品质稳定，出口SO2浓度排放达标；节能达50 %以上，平均每年节约电量超305万kWh，折算每年节约标准煤约915 t、减少CO2排放约2 272 t、SO2排放约76 t、氮氧化物(NOx)排放约37 t，减排效果明显。改造节能对比见表1。

表1 节能对比

在机组负荷较低的情况下，氧化风机由原先二用二备变为一用三备，降低风机日常运行和维护费用。该系统实现氧化风系统的精确控制、合理配风，提高电厂运行智能化水平。

5 结束语

针对湿法脱硫存在吸收塔浆液氧化环节不能精细控制，氧化风量没有有效调节手段，相邻机组氧化风系统设备和资源不可共享等问题，上述系统优化技术能够较好地控制脱硫氧化过程中氧化风量，降低脱硫能耗，保证运行安全、防止发生环保事故；整体提高了脱硫系统运行水平，取得了系统节能和自动运行等显著成效。该系统响应我国提出的“30·60”碳达峰、碳中和目标，CO2减排效果明显。