火电机组脱硫超低排放运行能耗分析与节能运行展望

火电机组脱硫超低排放运行能耗分析与节能运行展望

刘清洪

华电克拉玛依发电有限公司     新疆 克拉玛依  834000

摘要：煤炭是国家主要的能源供给手段，而煤炭的脱硫是环保的一项关键技术，其运营成本较高，因此，通过对其节能效果的优化研究，可以为今后的生产操作工作提供借鉴。

关键词：火电机组；脱硫抄底排放；节能

引言

随着经济的发展，社会的进步，环保意识也越来越强。在我国的空气污染中，燃煤烟类污染物占据了相当大的比重，其中SO2、烟灰是污染的首要污染源，而目前的酸性雨水问题还比较突出，火力发电厂烟气中含有大量的硫，已经超出了排放的要求，所以必须对发电厂烟气进行脱硫，并作为治理SO2的重要手段。煤炭资源短缺的现状，使煤炭成为今后一段时期内的重要经济来源。燃煤电厂烟气脱硫系统属于高耗能处理的工艺，对其节能结构进行深入的研究，对其节能降耗进行深入研究具有重要意义。

1.背景概述

随着我国火力发电企业超低排放的改造已经进入了尾声，脱硫工艺技术上采取了增设喷淋层、增设增效装置（合金托盘、旋汇耦合器）、新增二级吸收塔等工艺技术改造，使系统余量大为提高，基本可以实现不同负荷、不同硫分工况下的稳定达标排放，为二氧化硫减排工作做出了卓越贡献。同时，由于在改建过程中增设了大量的高效率电力设施（例如循环泵、氧化风机等），导致了设备功耗和系统阻力的增大，导致了风机功耗的进一步增大。近几年，我国燃煤电厂的平均使用时间逐渐减少，运行的负荷越来越大，因此，发电公司要扩大发电单位的能耗。所以，在未来超低排放阶段，提高脱硫装置的运行经济效益，达到节约能源和减少污染的目的，是目前烟气治理中亟待解决的问题。在这一大背景下，文章对烟气脱硫系统在超低排放后的运行情况及相关因素进行了研究，并提出了今后的发展方向[1]。

2.能耗影响因素

（1）烟气条件。多数电厂在超低产改造中，过于注重对高硫分煤种的适应性，采用了大马力循环泵，增加循环泵数量，增加合金托盘等方法，使其在设计条件下具有很好的经济效益。但是，对于低浓度低负荷烟气，循环泵投入运行的困难很多，为了保证其超低的排放，多数发电厂都会出现大量的循环泵投入运行，同时氧化风机、搅拌器和公用设备也要投入运行，因此每小时的脱硫消耗都比较高。以华电公司的东北地区发电厂为例子，该系统的脱硫系统的设计含硫量一般为0.5%，但是由于煤源的限制，其燃烧的硫分只有0.3%，因此，在较小的负载下，只需要投入1台循环水泵就可以达到，但是为了安全起见，发电厂经常要同时使用两台，从而提高设备的电耗和系统阻力。根据华电电厂的初始数据，其实际含硫量通常只有70%。由于火力发电厂深度调峰工作不断深入，导致了电厂全年负荷偏少，烟尘状况与设计偏差已成为新的工作标准，因此需要采取相应的对策[2]。

（2）石灰石品质。石灰石质量是整个脱硫体系能源消耗的关键因素，其中的掺杂会对整个脱硫体系的运行和运行的稳定性产生重要的影响，主要体现为：固体的MgCO3与白云石（CaCO3.MgCO3)，固体的碳酸镁与SO2发生反应，产生了可溶性MgSO4，过量的MgSO4会阻碍石灰的溶出，从而使石膏的质量和水分性质变差；白云石不易溶于水，最后以固体废弃物形式排放，不仅会提高石灰石消耗，还会降低石灰石的消融速度；高SiO2会使球磨机的机械损耗增大，并对循环泵、喷嘴及管路产生磨损；Fe2O3和Al2O3在浆料中容易与氯化物发生化学反应，从而导致石灰石的“封闭”，从而导致石灰石的反应能力下降。

（3）设备健康状态。在脱硫系统中，大多数主要的设备（循环泵、氧化风机）都是以老换新的方式进行的，由于使用年限较长，一些重要的装置长期处于腐蚀磨损的恶劣环境中，其健康状况对设备的功率产生了很大的影响，导致能源消耗的增大。吸附系统中的污垢和阻塞（循环泵滤网，喷雾层喷嘴，除雾器等），过流部件（循环泵叶轮），合金托盘冲刷，阀门内漏（除雾器冲洗阀门，氧化风减温阀门等），以及主要仪表（pH计、密度计、液位计）的畸变都会导致系统电耗、水耗以及物耗增加，是系统能耗重要影响因素[3]。

3.节能运行展望

（1）开展能效对标管理。站在火力发电集团的立场上，鉴于各火力发电厂拥有大量的火力发电厂，为了提高脱硫系统的节能效果，并要求各火力发电厂积极强化脱硫系统的运行，可以在集团或地区公司范围内，根据不同容量（300 MW、600 MW、100万 MW）、不同配置（单塔和双塔）不同配置，根据脱硫厂能耗、单位脱硫能耗、设备能耗分布等因素，构建科学的脱硫能效对标体系，最终开发出脱硫系统能效对标平台，实时展示不同电厂每套脱硫系统的能耗指标。上级部门能够根据该平台对所属电厂烟气排放情况进行精确掌握，以便对其进行日常监管和技术改造方案的制定。各基层发电厂积极开展能源消耗对比，发现能源消耗的异常情况，并及时发现问题并给出相应的对策。

（2）脱硫系统运行优化。在达到排放标准的情况下，根据烟气系统能耗（设备能耗与阻力）、物耗（石灰石）最低为指标，对不同负荷、不同硫分工况进行了系统运行优化试验，通过调节供浆方式、循环泵与氧化风组合方式，得出不同工况下的脱硫系统最低能耗、物耗运行方式，包括供浆流量范围、循环泵组合方式、氧化风机投运数量、运行 pH等参数，最后确定运行卡，以引导运行。同时，针对运行水平不高、调整不及时导致的高能耗问题，利用先进的控制算法和控制模型，利用运行数据挖掘和运行最优实验的方法，建立了一个脱硫智能控制系统，并开发出脱硫智能控制系统，外挂于现行的脱硫 DCS系统，实现运行方式的智能巡优、异常状态的及时预警和能耗物耗水平的分析统计。

（3）关键设备节能改造。循环水泵约为烟气脱硫装置的50%，是节能优化中的重要环节，一般的优化操作都是以最优的投入方式进行，而不能进行液气比的持续调整，从而使大多数情况下的液气比例与最优的偏差较大。采用增加循环泵的变频调速器或采用永磁式变频技术，能够适应不同工作环境的需要，调节水泵的转速，从而控制水泵的流量和压力，减小水泵的输出，达到最佳的液气比例。为了保证使用效果，对其进行了最优操作和安全性能测试，其中主要有：在不同的转速条件下，对喷淋效果、循环泵电流、电压、出口压力、泵的振动进行观测；在热状态时，对循环水泵的安全速度进行了计算，并建立了循环水泵的速度和流量的对应关系，并给出了相应的安全运行速度区间。最后建立了不同负荷和不同硫分条件下的循环泵速度和净烟尘SO2的最佳排放模式[4]。

（4）浆液品质把控。石灰石浆是脱硫吸附剂，其质量好坏对整个脱硫体系的能源消耗有很大影响。浆料质量控制的主要内容有：原料质量、制浆质量。关于石灰石的质量，当前发电厂更注重碳酸钙的质量，而忽略了 MgO、SiO2、活性碳等因素，在今后的工作中，要强化 MgO、SiO2的检测；在活性测试方面，大多数发电厂都没有足够的生产能力，应该进行周期性检查（例如每个月一次），如果发生了一些问题，那么就应该进行石灰石的反应。在制浆质量方面，为了保证浆料的粒径达到技术指标，必须在生产过程中进行球磨机的生产性能测试，在大修期间进行钢球耗计算，根据磨机钢球级配的原则，适时添加新鲜钢球铬含量，确保钢球铬含量不宜低于17%。在泥浆质量的每日质量管理中，必须进行化学监测，当泥浆组成出现异常时，要进行原因的剖析。在操作过程中，应确保浆液 pH、浓度在工艺许可的范围内，并对进入吸收塔烟气、工艺水品质进行控制，防止烟气中大量油污、烟尘和工艺水中高浓度COD、 SS、氯离子进入导致浆液中毒、起泡等现象的发生[5]。

4.结语

在燃煤电厂烟气脱硫装置的操作中，盲目地寻求高的脱硫效果并不一定是一种合理、科学的做法。从环境保护的角度出发，根据机组负荷和煤种特点，对装置的操作模式进行调整，从而达到节能减排的目的。

参考文献

[1] 邱国华,魏宏鸽,梁秀进,等. 火电机组脱硫超低排放运行能耗分析与节能运行展望[J]. 发电技术,2020,41(5):510-516. DOI:10.12096/j.2096-4528.pgt.20040.

[2] 韩钧. 火电机组烟气脱硫系统的节能优化运行分析[J]. 探索科学,2016(12):470.

[3] 孙化军. 火电机组烟气脱硫系统的节能优化运行[J]. 化工管理,2021(33):24-25. DOI:10.19900/j.cnki.ISSN1008-4800.2021.33.012.

[4] 徐钢,袁星,杨勇平,等. 火电机组烟气脱硫系统的节能优化运行[J]. 中国电机工程学报,2012,32(32):22-29,前插4.

[5] 李卫东,门浩,韩锋,等. 火电机组烟气脱硫系统的节能优化运行[J]. 化工设计通讯,2016,42(2):124-125. DOI:10.3969/j.issn.1003-6490.2016.02.094.