以濰坊電廠670 MW火電機(jī)組石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)改造完成的串聯(lián)吸收塔為研究對(duì)象。在保證SO2達(dá)標(biāo)排放和設(shè)計(jì)脫硫效率的前提下，對(duì)4種運(yùn)行方式的漿液循環(huán)泵能耗進(jìn)行比對(duì)。得出不同循環(huán)泵運(yùn)行方式下的用電和節(jié)能情況，以及不同入口SO2濃度下區(qū)間最佳系統(tǒng)運(yùn)行控制方式，以實(shí)現(xiàn)FGD的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。

1 概述

濰坊電廠采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)（FGD），于2006年建脫硫吸收塔，后經(jīng)增容改造和提效改造，目前為2臺(tái)串聯(lián)吸收塔，設(shè)置8臺(tái)脫硫漿液循環(huán)泵，脫硫效率達(dá)99.11%以上，出口SO2滿足超低排放要求（35mg/m3），目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

脫硫漿液循環(huán)泵是FGD的核心設(shè)備之一，直接影響串聯(lián)塔的脫硫效率，因其電耗占脫硫系統(tǒng)總電耗50%左右，成為系統(tǒng)節(jié)能降耗優(yōu)化的主要因素。二級(jí)塔運(yùn)行初期主要是以達(dá)標(biāo)排放為主，待串聯(lián)吸收塔運(yùn)行平穩(wěn)后，可在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行和環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的前提下，根據(jù)脫硫系統(tǒng)入口SO2濃度高低分為不同階段，通過(guò)微調(diào)吸收塔密度、pH、排漿等運(yùn)行參數(shù)，對(duì)脫硫串塔漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式的有效控制，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

以濰坊電廠3#機(jī)組（670MW）串聯(lián)吸收塔為研究對(duì)象，分別在不同入口SO2濃度下，保證吸收塔運(yùn)行pH、密度等參數(shù)的相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式優(yōu)化控制，同時(shí)，保證脫硫系統(tǒng)出口滿足超低排放要 求。 特 別 研 究 對(duì) 比 了“3+2” 與“2+3”“4+2” 與“3+3”運(yùn)行方式下的節(jié)能情況。在脫硫系統(tǒng)入口SO2濃度逐漸升高，依次最佳的漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式為“2+1”“2+2”“2+3”“3+3”“4+3”“5+3”，初步實(shí)現(xiàn)了FGD煙氣達(dá)標(biāo)排放和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，且具有一定的節(jié)能效果。

2 串聯(lián)吸收塔漿液循環(huán)泵

濰坊電廠3#機(jī)組脫硫系統(tǒng)于2007年投入運(yùn)行，隨著《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）頒布，于2011年濰坊電廠對(duì)脫硫吸收塔實(shí)施增容改造，增容改造后噴淋層由4層變?yōu)?層，同時(shí)，拆除制約脫硫效率的GGH設(shè)備。隨著新環(huán)保法和地方法規(guī)的頒布，實(shí)施脫硫提效改造，即新增二級(jí)吸收塔，由原來(lái)的一級(jí)塔5層，變?yōu)橐患?jí)塔和二級(jí)塔共計(jì)8層，將脫硫效率由原來(lái)的96.5%提升為99.11%，脫硫凈煙道SO2排放指標(biāo)控制在35mg/m3以下，滿足國(guó)家和地方超低排放要求。

塔脫硫系統(tǒng)由原“1爐1塔”改為“一爐雙塔”，即在一級(jí)塔后新增二級(jí)塔，同時(shí)，配套3臺(tái)脫硫漿液循環(huán)泵和2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)等，封堵旁路煙道。串聯(lián)塔共設(shè)3A~3H漿液循環(huán)泵8臺(tái)，其主要能耗參數(shù)如表1所示。

一、二級(jí)吸收塔塔型均是噴淋空塔，其配套的漿液循環(huán)泵的具體參數(shù)如表1所示。其中，一級(jí)塔5臺(tái)循環(huán)泵，二級(jí)塔為5臺(tái)循環(huán)泵。一級(jí)塔供漿分別在C泵和D泵上，二級(jí)塔供漿為吸收塔液位以上供漿。

表1 串聯(lián)塔脫硫漿液循環(huán)泵主要參數(shù)

3 影響串聯(lián)吸收塔運(yùn)行的主要參數(shù)

一級(jí)塔p H為4.5~5.5，二級(jí)塔p H為5.5~6.5 ；一級(jí)塔密度比二級(jí)塔高，一級(jí)塔石膏排出泵進(jìn)行石膏脫水。測(cè)試過(guò)程在吸收塔漿液運(yùn)行穩(wěn)定，p H和密度在相對(duì)穩(wěn)定的條件下進(jìn)行，主要研究了不同脫硫漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式的優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)FGD的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。

3.1 p H控制

一、二級(jí)吸收塔均設(shè)有p H計(jì)、供漿管道，p H可獨(dú)立控制。從脫硫效率上來(lái)講，一級(jí)塔p H控制的低，有利于石灰石的溶解，提高石灰石的利用效率，并促進(jìn)亞硫酸鈣氧化，一般將一級(jí)p H控制在4.5~5.5，二級(jí)塔控制在5.5~6.5，在此p H值下促進(jìn)SO2的吸收，有助于提高脫硫效率。

3.2 液位控制

串聯(lián)吸收塔采取雙塔、單獨(dú)循環(huán)形式，二級(jí)塔不直接排出石膏，而是將吸收塔漿液通過(guò)二級(jí)吸收塔的石膏排出泵轉(zhuǎn)移到一級(jí)塔進(jìn)行氧化結(jié)晶，可見(jiàn)二級(jí)塔液位調(diào)整主要靠其石膏排出泵。一級(jí)塔的水耗遠(yuǎn)高于二級(jí)塔，甚至達(dá)到10倍關(guān)系，因一級(jí)塔入口煙溫高，運(yùn)行一級(jí)塔循環(huán)泵數(shù)量愈多，會(huì)導(dǎo)致一級(jí)塔水耗加快，液位下降，可通過(guò)除霧器沖洗水進(jìn)行調(diào)節(jié)液位，滿足穩(wěn)定運(yùn)行條件下，可減少一級(jí)塔循環(huán)泵運(yùn)行數(shù)量。

3.3 密度控制

一、二級(jí)吸收塔均設(shè)有2只密度計(jì)，分別設(shè)置在0m和7m液位處，但是由于一級(jí)塔蒸發(fā)量大，同時(shí)產(chǎn)出石膏，會(huì)出現(xiàn)漿液密度偏高的現(xiàn)象，密度過(guò)高，不但會(huì)導(dǎo)致脫硫漿液循環(huán)泵的出力增加，電耗上升，而且會(huì)導(dǎo)致對(duì)攪拌器、循環(huán)泵沖刷腐蝕磨損的加劇、管道的堵塞和塔壁結(jié)垢等問(wèn)題。一般吸收塔的漿液密度偏高時(shí)，可通過(guò)增加補(bǔ)水和除霧器沖洗等措施來(lái)調(diào)節(jié)，當(dāng)吸收塔密度偏低時(shí)，可通過(guò)增加供漿量來(lái)調(diào)節(jié)。

3.4 效率控制

為保證吸收塔等設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，一級(jí)吸收塔循環(huán)泵運(yùn)行不低于2臺(tái)，當(dāng)過(guò)濾燃燒設(shè)計(jì)煤種，一級(jí)塔入口SO2濃度達(dá)到設(shè)計(jì)煤種的80%時(shí)，建議二級(jí)塔全出力運(yùn)行，一級(jí)吸收塔是視情況保留1臺(tái)或2臺(tái)循環(huán)泵備用。一般將一級(jí)塔的脫硫效率控制在80%左右為宜，盡量發(fā)揮二級(jí)塔的出力，以達(dá)到節(jié)能降耗的作用。

3.5 氧化空氣量控制

串聯(lián)吸收塔中氧氣含量的控制靠分別獨(dú)立的氧化風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制。對(duì)于串聯(lián)吸收塔來(lái)說(shuō)，大部分氧化還原反應(yīng)都是在溫度較高的一級(jí)吸收塔中完成的，因此，一級(jí)吸收塔對(duì)氧氣的需求較大。而二級(jí)塔中氧化空氣的量要求相對(duì)較少，當(dāng)一級(jí)塔入口SO2濃度達(dá)到設(shè)計(jì)煤種的80%時(shí)，一般情況下二級(jí)塔氧化風(fēng)機(jī)保持“1用1備”。

4 串聯(lián)吸收塔漿液循環(huán)泵運(yùn)行節(jié)能效果對(duì)比分析

試驗(yàn)研究的前提是吸收塔漿液運(yùn)行穩(wěn)定，p H和密度相對(duì)穩(wěn)定的條件下進(jìn)行，也就是說(shuō)以脫硫漿液循環(huán)泵運(yùn)行電耗為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行節(jié)能研究。所有數(shù)據(jù)均取自DCS運(yùn)行曲線，節(jié)能計(jì)算公式 ：W=Pt= 3UIcosθ·t。根據(jù)計(jì)算結(jié)果為每低1 A，折合每小時(shí)節(jié)約電量為8.73 k Wh。分別對(duì)運(yùn)行5臺(tái)循環(huán)泵“3+2”和“2+3”、6臺(tái)循環(huán)泵“4+2”和“3+3”進(jìn)行節(jié)能對(duì)比分析。

4.1 漿液循環(huán)泵“3+1”和“2+2”運(yùn)行方式節(jié)能對(duì)比分析

因?yàn)橐患?jí)塔運(yùn)行3臺(tái)循環(huán)泵，二級(jí)塔運(yùn)行1臺(tái)循環(huán)泵，會(huì)使一級(jí)塔煙氣攜帶水分量過(guò)大，一級(jí)塔二級(jí)塔液位迅速變化，一級(jí)塔和二級(jí)塔的漿液p H和密度波動(dòng)過(guò)大，進(jìn)而導(dǎo)致脫硫效率的下降。而且“3+1”運(yùn)行電耗要遠(yuǎn)大于“2+2”方式，在正常工況下“3+1”運(yùn)行方式幾乎不存在，故在此不將運(yùn)行4臺(tái)循環(huán)泵的節(jié)能情況進(jìn)行對(duì)比研究。

4.2 漿液循環(huán)泵“3+2”和“2+3”運(yùn)行方式節(jié)能對(duì)比分析

一級(jí)塔開(kāi)啟B泵、C泵、E泵，二級(jí)塔開(kāi)啟G泵、H泵為“3+2”運(yùn)行方式 ；一級(jí)塔開(kāi)啟C泵、E泵，二級(jí)塔開(kāi)啟F泵、G泵、H泵為“2+3”運(yùn)行方式，數(shù)據(jù)取自脫硫運(yùn)行DCS所采集到的SO2濃度及循環(huán)泵運(yùn)行電流?！?+2”和“2+3”運(yùn)行方式下，循環(huán)泵電流及SO2去除濃度對(duì)比如表2和表3所示。

表2 “3+2”運(yùn)行方式下循環(huán)泵電流及SO2去除濃度對(duì)比

表3 “2+3”運(yùn)行方式下循環(huán)泵電流及SO2去除濃度對(duì)比

從表2、表3可以看出，2種運(yùn)行方式脫硫系統(tǒng)入口和總排口SO2進(jìn)出口濃度相當(dāng)，但“2+3”運(yùn)行方式循環(huán)泵電流比“3+2”方式低10.39 A，折合每小時(shí)節(jié)電約90.70 k Wh，按每年運(yùn)行3000h、0.35元/k Wh計(jì)算，合計(jì)節(jié)約電耗為9.52萬(wàn)元/年，可見(jiàn)循環(huán)泵運(yùn)行方式有一定的節(jié)能效果。

4.3 漿液循環(huán)泵“4+2”和“3+3”運(yùn)行方式節(jié)能對(duì)比分析

一級(jí)塔開(kāi)啟B泵、C泵、D泵、E泵，二級(jí)塔開(kāi)啟G泵、H泵為“4+2”運(yùn)行方式 ；一級(jí)塔開(kāi)啟B泵、C泵、E泵，二級(jí)塔開(kāi)啟F泵、G泵、H泵為“3+3”運(yùn)行方式，數(shù)據(jù)取自脫硫運(yùn)行DCS所采集到的SO2濃度及循環(huán)泵運(yùn)行電流?！?+2”和“3+3”運(yùn)行方式下循環(huán)泵電流及SO2去除濃度對(duì)比如表4和表5所示。

表4 “4+2”運(yùn)行方式下循環(huán)泵電流及SO2去除濃度對(duì)比

表5 “3+3”運(yùn)行方式下循環(huán)泵電流及SO2去除濃度對(duì)比

從表4、表5可以看出，2種運(yùn)行方式脫硫系統(tǒng)入口和總排口SO2進(jìn)出口濃度相當(dāng)，“4+2”和“3+3”運(yùn)行方式下循環(huán)泵電流基本相等，但“4+2”比“3+3”運(yùn)行方式下一級(jí)塔多開(kāi)1臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，氧化風(fēng)機(jī)電流為25.6 A，折合每小時(shí)節(jié)電約59.53kWh，按每年運(yùn)行3000h、0.35元/k Wh計(jì)算，合計(jì)節(jié)約電耗為23.47 萬(wàn)元/年，可見(jiàn)對(duì)循環(huán)泵運(yùn)行方式的優(yōu)化有較為可觀的節(jié)能降耗效果。

從以上數(shù)據(jù)可以得出，充分發(fā)揮二級(jí)吸收塔出力是串聯(lián)吸收塔節(jié)能降耗的關(guān)鍵。針對(duì)不同的脫硫濃度，采用與之相適應(yīng)的漿液泵運(yùn)行方式和手段，以保證串聯(lián)吸收塔SO2去除效率和超低排放要求。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）在脫硫系統(tǒng)入口SO2濃度為3 300~4 100mg/m3，運(yùn)行5臺(tái)漿液循環(huán)泵時(shí)，“2+3”運(yùn)行方式更為節(jié)能 ；在脫硫系統(tǒng)入口SO2濃度為4 100~4 600 mg/m3，運(yùn)行6臺(tái)漿液循環(huán)泵時(shí)，“3+3”運(yùn)行方式更為節(jié)能。

（2）在脫硫系統(tǒng)入口SO2濃度逐漸升高，脫硫漿液循環(huán)泵依次最佳運(yùn)行方式為“2+1”“2+2”“2+3”“3+3”“4+3”“5+3”。

（3）在脫硫系統(tǒng)入口SO2濃度逐漸升高時(shí)，提高二級(jí)吸收塔漿液循環(huán)泵的出力，可起到較好的節(jié)能降耗作用。

（4）建議一級(jí)吸收塔脫硫效率控制在80%左右，二級(jí)吸收塔氧化風(fēng)機(jī)一般“1用1備”即可。

（5）建議結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行參數(shù)（包括漿液、p H值、密度、液氣比、漿液停留時(shí)間等）及燃煤硫份情況，對(duì)漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式開(kāi)展不同負(fù)荷段時(shí)的優(yōu)化組合試驗(yàn)，探索在不同工況下實(shí)現(xiàn)FGD節(jié)能減排的最佳循環(huán)泵組合方式，在保證凈煙氣SO2濃度達(dá)標(biāo)排放的前提下，實(shí)現(xiàn)FGD的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。