某火電廠雙塔雙循環(huán)煙氣脫硫系統(tǒng)優(yōu)化運行研究

某火電廠雙塔雙循環(huán)煙氣脫硫系統(tǒng)優(yōu)化運行研究摘要雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)由于設(shè)備多、系統(tǒng)簡單而存在電耗物耗較高的問題。以某高硫煤火電廠雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)作為討論對象，從物耗、能耗角度動身，討論了雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)水平衡、石灰石供應(yīng)系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、漿液循環(huán)泵組合運行等方面的優(yōu)化，使其顯示出較好的經(jīng)濟性。為其他高硫煤機組深度降低脫硫廠用電率方面供應(yīng)閱歷借鑒。關(guān)鍵詞:雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng);廠用電率;電耗;優(yōu)化運行0引言2014年9月，發(fā)改能源[2014]2093號文明確要求，東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機組SO2排放值必需達到燃氣輪機組排放限值。超低排放改造后，在污染物達標及煤耗指標的雙重壓力下，必需對現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施進行升級改造。石灰石-石膏濕法脫硫工藝是我國燃煤機組主流脫硫技術(shù)，針對燃用高硫煤機組的達標排放問題，有學(xué)者討論表明，在單塔基礎(chǔ)上串聯(lián)一個汲取塔采納雙塔雙循環(huán)工藝，在大機組、高硫分的脫硫系統(tǒng)改造中具有明顯優(yōu)勢。除此以外，潘丹萍等分析得到雙塔WFGD系統(tǒng)對細顆粒物和SO3酸霧脫除效率明顯高于單塔系統(tǒng)。但雙塔脫硫系統(tǒng)設(shè)備簡單，廠用電率較單塔脫硫系統(tǒng)增加顯著。針對雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)設(shè)計及運行中存在的主要問題，有學(xué)者從精細化優(yōu)化調(diào)整角度實現(xiàn)雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)節(jié)能降耗。本文對某電廠600MW機組雙塔脫硫系統(tǒng)開展優(yōu)化運行討論，從物耗、能耗兩大部分入手，在脫硫系統(tǒng)水平衡、石灰石供應(yīng)系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、漿液循環(huán)泵組合運行等方面進一步挖掘脫硫系統(tǒng)節(jié)水及節(jié)能潛力，有效降低脫硫系統(tǒng)廠用電率，為電廠經(jīng)濟高效運行和設(shè)備技改供應(yīng)充分的理論依據(jù)。1討論方法1.1脫硫裝置主要設(shè)計參數(shù)該電廠脫硫系統(tǒng)采納石灰石—石膏濕法脫硫，原設(shè)計為單塔，2012年由于煤源發(fā)生變化，入口硫分增至3.0%，因而在原汲取塔前串聯(lián)一個預(yù)洗塔，兩塔均為噴淋空塔，預(yù)洗塔設(shè)置3層噴淋層，對應(yīng)3臺漿液循環(huán)泵分別為A、B、C泵，電機功率分別為1400kW、710kW、630kW，循環(huán)漿液量分別為13000m3/h、7300m3/h、7300m3/h。汲取塔設(shè)置4層噴淋層，對應(yīng)4臺漿液循環(huán)泵分別為A、B、C、D泵，功率均為1490kW，循環(huán)漿液量均為8932m3/h。預(yù)洗塔和汲取塔各有一套石灰石制漿系統(tǒng)。預(yù)洗塔和汲取塔的氧化風(fēng)機均為兩運一備配置，單臺氧化風(fēng)量分別為13200m3/h和9900m3/h。改造后脫硫系統(tǒng)煙氣參數(shù)如表1所示。表1脫硫系統(tǒng)煙氣設(shè)計參數(shù)<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092218096166.png”alt=“1.png”width=“436”height=“255”/1.2試驗依據(jù)及儀器測試期間要求機組及環(huán)保設(shè)施正常運行。試驗依據(jù)為《煙氣脫硫設(shè)備性能測試方法》(GB/T21508-2008)、《石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置性能驗收試驗規(guī)范》(DL/T998-2007)、《煙氣濕法脫硫用石灰石粉反應(yīng)速率的測定》(DL/T943-2015)、《石膏化學(xué)分析方法》(GB/T5484-2012)、《石灰石化學(xué)分析方法》(GB/T3286-1998)。試驗所用儀器為煙氣分析儀(RosemountNGA2000)、煙氣分析儀(Ultramat23)、微壓計(Swe-maMan7)、超聲波流量計(FLUXUSF601)、pH計(HM-30P)。2脫硫系統(tǒng)運行現(xiàn)狀分析2.1脫硫系統(tǒng)水平衡通過對目前脫硫水系統(tǒng)進行水量核算和系統(tǒng)排查，發(fā)覺脫硫水系統(tǒng)主要存在問題有:(1)石膏脫水系統(tǒng)溢流漿液箱和濾液水箱沒有實現(xiàn)分別，兩者混合后返回汲取塔，長期運行會導(dǎo)致漿液品質(zhì)下降;(2)系統(tǒng)整體較為簡單，存在內(nèi)漏和不經(jīng)濟利用的狀況，化驗結(jié)果顯示濾液水可滿意制漿水質(zhì)要求;(3)預(yù)洗塔地坑的溢流漿液部分進入石灰石制備系統(tǒng)，會降低汲取塔石膏漿液的品質(zhì)和石灰石供漿效率，加劇石灰石供漿管路和泵體的磨損，不利于脫硫系統(tǒng)的高效運行和穩(wěn)定排放。2.2石灰石供應(yīng)系統(tǒng)采集正常運行下兩個工況下的漿液樣品，核算實際和理論的石灰石粉耗量(理論鈣硫比根據(jù)1.03計算)進行對比分析。工況表如表2。采集A、B兩廠家的石灰石粉進行分析，結(jié)果如表3所示。工況1的鈣硫比為1.35，理論核算石灰石粉耗量為381.4t/d，實際石灰石粉耗量為499.9t/d;工況2的鈣硫比為1.26，理論核算石灰石粉耗量為357.9t/d，實際石灰石粉耗量為438.0t/d。目前石灰石粉耗量大，主要緣由有:(1)機組負荷波動大，運行掌握為了避開瞬時超標，在機組負荷或SO2濃度上升后會間歇式加大石灰石供漿量，造成石灰石粉鋪張;(2)石灰石粉品質(zhì)較差，石灰石粉純度、細度及活性均不達標，會造成運行人員對石灰石供漿量推斷偏差。表2試驗工況<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092218098055.png”alt=“2.png”width=“426”height=“98”/表3電廠用石灰石粉分析<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092218108065.png”alt=“3.png”width=“453”height=“139”/2.3氧化空氣系統(tǒng)在雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)中依據(jù)系統(tǒng)特點設(shè)置風(fēng)量不同的氧化風(fēng)機，依據(jù)一、二級汲取塔脫硫的SO2的量考慮氧化風(fēng)機的投運狀況，進而掌握氧硫比值。在不同運行工況下，根據(jù)脫硫效率99.5%、氧硫比為3.33，核算2+1氧化風(fēng)機及1+1氧化風(fēng)機組合方式的最大出力等，調(diào)整實際運行工況下氧化風(fēng)機出口流量，結(jié)果見表4。表4氧化風(fēng)機優(yōu)化配置核算<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092218106784.png”alt=“4.png”width=“414”height=“181”/結(jié)果表明:(1)當機組負荷600MW，原煙氣SO2濃度為5500mg/m3時，以此工況為參考，低于運行工況出力的運行狀態(tài)汲取塔系統(tǒng)可實現(xiàn)單臺氧化風(fēng)機運行，可節(jié)約38A的運行電流，相應(yīng)可節(jié)約廠用電率0.127%;(2)為充分發(fā)掘氧化系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化空間，將預(yù)洗塔3臺氧化風(fēng)機中的1臺更換為改造前流量6612m3/h的氧化風(fēng)機，在機組負荷450MW，原煙氣SO2濃度低于5500mg/m3，可實現(xiàn)預(yù)洗塔氧化風(fēng)機一大一小運行，可削減10A的運行電流，相應(yīng)可節(jié)約廠用電率0.036%。2.4漿液循環(huán)泵組合運行狀況雙塔雙循環(huán)工藝中煙氣經(jīng)過一級塔和二級塔兩個循環(huán)過程得到凈化，為優(yōu)化漿液循環(huán)泵投運方式，在預(yù)洗塔和汲取塔之間增設(shè)SO2測點，當入口SO2濃度不同時，預(yù)洗塔和汲取塔需要脫除SO2的效率也不同。一般狀況下預(yù)洗塔SO2去除率為50%～60%，汲取塔去除率掌握在40%～50%。其運行優(yōu)化原則為:預(yù)洗塔漿液循環(huán)泵運行的數(shù)量保證略低于最佳液氣比，避開造成氧化不足的狀況。將預(yù)洗塔和汲取塔pH值掌握在設(shè)計范圍內(nèi)，理論計算得到不同負荷的漿液循環(huán)泵的配置狀況見表5。在保證出口穩(wěn)定達標排放的前提下，在不同機組負荷、不同入口SO2濃度條件下分別進行了不同漿液循環(huán)泵投運的組合方式試驗，結(jié)果見表6。表5漿液循環(huán)泵不同組合方式的停留時間和液氣比<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092218102684.png”alt=“5.png”width=“664”height=“284”/表6實際運行工況<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092218102507.png”alt=“6.png”width=“682”height=“274”/工況3～工況5均為高負荷工況，當原煙氣SO2濃度超過5500mg/m3，預(yù)洗塔和汲取塔漿液循環(huán)必需全部運行。當原煙氣SO2濃度在4500～5500mg/m3范圍時，可采納預(yù)洗塔3臺+汲取塔3臺漿液循環(huán)泵運行的組合方式，在汲取塔入口SO2濃度低于500mg/m3時，可停運汲取塔最頂層漿液循環(huán)泵B。為保證出口SO2濃度低于35mg/m3，汲取塔入口SO2不宜超過1100mg/m3。試驗結(jié)果如圖1所示。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092218107341.png”alt=“7.png”width=“408”height=“282”/圖1高負荷下不同循環(huán)泵組合方式下脫硫效率工況6～工況9均為中負荷工況，在原煙氣SO2濃度在5000-6000mg/m3，可實現(xiàn)預(yù)洗塔2～3臺+汲取塔3臺漿液循環(huán)泵運行的組合方式。預(yù)洗塔漿液循環(huán)泵三臺泵實際運行電流分別為114A、63A、63A，汲取塔漿液循環(huán)泵的四臺泵實際運行電流分別為62A、80A、77A、73A。從漿液循環(huán)泵的電流分布可以看出，假如預(yù)洗塔A泵可選擇停運，ABC+XX的組合方式比BC+ABCD的組合方式更經(jīng)濟;假如預(yù)洗塔A泵必需運行，AB+XXX或者AC+XXX的運行方式也是較節(jié)能的組合方式。試驗結(jié)果如圖2所示。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092218112885.png”alt=“8.png”width=“411”height=“279”/圖2中負荷下不同循環(huán)泵組合方式下脫硫效率工況10～工況12均為低負荷工況，在低負荷工況下可實現(xiàn)預(yù)洗塔2臺+汲取塔2～3臺漿液循，環(huán)泵運行的組合方式原煙氣SO2濃度6000mg/m3左右。試驗結(jié)果如圖3所示。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092218116254.png”alt=“9.png”width=“410”height=“280”/圖3低負荷下不同循環(huán)泵組合方式下脫硫效率3現(xiàn)有系統(tǒng)優(yōu)化措施3.1水平衡系統(tǒng)的優(yōu)化(1)對現(xiàn)有工藝流程合理優(yōu)化。盡量削減系統(tǒng)內(nèi)漏水，將濾液水用于制漿，關(guān)閉工藝水箱至汲取塔和預(yù)洗塔石灰石制漿用水閥門;將真空泵密封水及機封冷卻水改為閉式循環(huán)，皮帶機沖洗水、密封水、潤滑水由工業(yè)水改為工藝水;切斷預(yù)洗塔地坑至汲取塔石灰石漿液箱的管路，預(yù)洗塔地坑漿液與預(yù)洗塔本體自循環(huán)。(2)考慮全廠用水梯級利用，為電廠下階段廢水零排放做預(yù)備。3.2石灰石供應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)化為實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的精細化運行，要定期化驗入廠石灰石品質(zhì)，保證其品質(zhì)，再結(jié)合本次診斷試驗脫硫水平衡系統(tǒng)的優(yōu)化，提高石灰石漿液制備的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)變石灰石漿液的供應(yīng)方式，核準對應(yīng)工況下的連續(xù)供漿量，在負荷及入口SO2較穩(wěn)定狀況下，盡量實行連續(xù)供漿方式。3.3氧化空氣系統(tǒng)的優(yōu)化由于在脫硫系統(tǒng)改造時設(shè)計裕量偏大，下一步可考慮更換汲取塔及預(yù)洗塔氧化風(fēng)機，避開設(shè)備閑置和投資鋪張，以及氧化空氣進入循環(huán)泵或石膏排出泵以及可能消失的漿液起泡問題。3.4漿液循環(huán)泵的組合優(yōu)化結(jié)合電廠配煤摻燒，盡量掌握在低負荷時段，燃用高硫煤;在高負荷時段，燃用低硫煤。在高、中、低負荷依據(jù)入口SO2濃度范圍選擇合理的漿液循環(huán)泵的開啟數(shù)量和組合方式，并制定優(yōu)化運行指導(dǎo)卡片。在預(yù)洗塔出口處加裝煙氣分析儀，在入口煙氣SO2濃度波動較大時可快速作出響應(yīng)，同時掌握預(yù)洗塔和汲取塔脫硫效率的安排，避開因預(yù)洗塔入口煙氣SO2濃度和出口CEMS表計顯示值存在時間差造成的出口超標問題，在此基礎(chǔ)上可做進一步優(yōu)化調(diào)整。4經(jīng)濟性分析(1)目前該電廠用石灰石粉單價為140元/t，根據(jù)實際鈣硫比1.35計算，每天汲取劑的成本為7.00萬元。如更換為滿意設(shè)計值要求的石灰石粉，設(shè)定單價為180元/t，根據(jù)設(shè)計鈣硫比1.03計算，每天汲取劑的成本為6.87萬元。則優(yōu)化后每天汲取劑節(jié)省成本為0.13萬元。(2)在低于運行工況出力的運行狀態(tài)下汲取塔系統(tǒng)可實現(xiàn)單臺氧化風(fēng)機運行，可節(jié)約38A的運行電流，相應(yīng)可節(jié)約廠用電率為0.127%。并將預(yù)洗塔3臺氧化風(fēng)機中的1臺更換為改造前流量6612m3/h的氧化風(fēng)機，可削減10A的運行電流，相應(yīng)可節(jié)約廠用電率為0.036%。二者相加，共節(jié)約廠用電率0.163%。則氧化風(fēng)機優(yōu)化后每天電耗節(jié)省成本為1.30萬元。(3)嚴格把握在低負荷時段，燃用高硫煤，即原煙氣SO2濃度根據(jù)6000mg/m3掌握;在高負荷時段，燃用低硫煤，即原煙氣SO2濃度按5000mg/m3掌握。實際運行過程中，在有停運漿液循環(huán)泵的條件下，首先停運汲取塔1～2臺漿液循環(huán)泵;在汲取塔漿液循環(huán)泵運行臺數(shù)為2臺時，可選擇預(yù)洗塔2臺漿液循環(huán)泵的組合方式。掌握凈煙氣SO2