石灰石—石膏濕法脫硫裝置中水耗量的測量方法

周燦 陳一鳴

（1華電電力科學研究院山東分院 山東濟南 250002 2山東電力研究院 山東濟南 250002）

1 前言

石灰石-石膏濕法脫硫工藝具有脫硫效率高（可達95%以上）、脫硫劑原料價廉易得、大型化技術成熟的優點，成為目前應用范圍最廣、工藝技術最成熟的脫硫工藝技術，也是當前通行的火電廠大機組煙氣脫硫的基本工藝。石灰石-石膏濕法脫硫工藝采用石灰石作為脫硫吸收劑，在脫硫吸收塔內，石灰石漿液與進入脫硫系統的鍋爐煙氣接觸混合，煙氣中的SO2與漿液中的Ca-CO3以及鼓入的氧化空氣進行化學反應被脫除，反應最終產物為石膏[1]。工藝系統由石灰石漿液制備系統、煙氣系統、SO2吸收系統、石膏脫水系統、脫硫用水系統、廢水處理系統等[2]組成。

其中，脫硫用水系統是維持整個脫硫系統穩定運行的重要組成部分，包括工藝水系統和工業水系統。工藝水系統為脫硫裝置提供各生產部件正常工作所需水量，主要任務是補充煙氣脫硫裝置操作時發生的水損失，包括冷卻煙氣蒸發的水量、石膏攜帶的水分、排放的廢水，為脫硫系統中的吸收劑漿液制備、除霧器沖洗、漿液管道沖洗提供用水。工業水供應系統為脫硫石膏脫水真空皮帶機用水、脫硫系統各類泵的密封水以及機械冷卻用水。工業水水質優于工藝水，脫硫石膏脫水真空皮帶機用水主要任務是沖洗石膏成品，降低石膏中氯離子的含量。

據統計，在4×600MW機組電廠用水系統中，脫硫系統水耗占全廠總耗水量的75.9%[3]。脫硫系統日常運行中，準確統計脫硫系統的水耗量，對優化脫硫系統運行、節能降耗、降低脫硫設施運營成本具有重大的意義。依據《石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置性能驗收試驗規范》（DL/T998-2006）[4]，水耗量是石灰石-石膏濕法脫硫裝置性能驗收試驗的一項指標，水耗量試驗方法為直接測量或平衡計算。《濕法煙氣脫硫工藝性能檢測技術規范》（DL/T986-2005）[5]給出的方法是采用水量分配母管上的在線流量計測定。

2 傳統測量方法介紹

目前，部分電廠脫硫工藝水系統設置了在線流量計[6]，可以統計出工藝水累計流量，進而計算出工藝水耗量。但是未安裝在線流量計的脫硫系統，由于工藝和工業兩路用水單位繁多且不定時，部分水量還要脫硫系統內部循環利用，測量所有用戶水耗量進而統計總水耗量工作量巨大，實際操作中往往無法實現，只能采用平衡計算的方法。

根據水的物料平衡，脫硫系統水耗主要由以下部分組成：脫硫副產物石膏攜帶水分、凈煙氣排放攜帶液滴、吸收塔內水分蒸發以及脫硫廢水排放。

2.1 脫硫石膏中攜帶水分：石膏中攜帶的水分包括自身的結晶水和表面附著水。由于石膏產量無法計量，依然需要物料衡算的方法來統計，計算時需要的參數有脫硫系統處理的煙氣量、脫硫進出口SO2濃度、脫硫效率等。再結合石膏化驗得出的石膏純度、石膏含濕量數據，進而計算出石膏帶出的水量。

2.2 凈煙氣排放攜帶霧滴：經吸收塔處理后的煙氣會攜帶大量的霧滴，但經過吸收塔頂部的除霧器截留后，脫硫系統出口煙氣的霧滴含量約可控制在75mg/Nm3以下。測量脫硫出口煙氣量及霧滴含量，采用經驗公式可以計算出這一部分水分損失。

2.3 吸收塔內水分蒸發：高溫煙氣的水蒸氣在進入吸收塔之前處于未飽和狀態。進入吸收塔后，煙氣和漿液在接觸過程中除了發生化學反應外，也伴隨著混合換熱過程，即煙氣降溫放出熱量，漿液中的水分通過蒸發變成水蒸汽吸收熱量。隨著換熱過程的不斷進行，煙氣中的水蒸汽含量不斷增加，直至達到出口煙氣溫度下的近飽和狀態。通過測量脫硫處理煙氣量和吸收塔進出口煙氣含濕量，可以計算出吸收塔內蒸發水量。

2.4 脫硫系統的廢水排放：隨著煙氣和石灰石在吸收塔內反應的持續進行，脫硫漿液在循環過程中會導致F-、Cl-、重金屬等雜質離子的富集，一方面會加速腐蝕脫硫設備，另一方面也會惡化漿液品質，影響石灰石的溶解和SO2的吸收。因此，脫硫系統需要定期排放廢水。這部分水量無法統計，只能通過經驗估算得出。

綜上所述，未安裝在線流量計的脫硫系統，通過平衡計算的方法計算水耗量既過程復雜、計算繁瑣，又無法保證結果的準確性。因此，尋求一種簡便的水耗量的測量方法是非常必要的。

3 新測量方法介紹

從電廠供水系統引接至脫硫島的水源有兩路，一路是電廠循環水排污水，另一路是電廠工業水，分別進入工藝水箱和工業水箱，兩座水箱均設有獨立的補水管路。下面以用水量較大的工藝水耗量測量為例介紹本方法，工業水耗量測量方法相同。

在水箱補水管上安裝超聲波流量計測量補水時管道流量，用F表示，這個流量是穩定不變的。在脫硫裝置DCS系統里采集試驗工況時段儲水箱補水閥的開啟指令時間，分別用t1、t2、…、tn表示。計算工藝水箱補水閥開啟總時間，用t表示，公式如下：t=t1+t2+…+tn。計算試驗工況總時間，用T表示。計算水耗量，用Q表示，公式如下：

式中：Q—水耗量，單位為m3/h；

F—工藝水箱補水流量，單位為m3/h；

t—工藝水箱補水閥開啟總時間，單位為h；

T—試驗工況總時間，單位為h。

4 新測量方法運用實例

結合某電廠1#、2#機組石灰石-石膏濕法脫硫裝置的工藝水耗量的測量實例來對本方法進一步說明。1#、2#機組脫硫裝置共用一座工藝水箱，兩臺機組脫硫系統工藝用水均由此水箱供給，而且水箱補水管安裝有工藝水流量計，可以統計出工藝水耗量，便于對方法的準確性進行驗證。

依據標準《石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置性能驗收試驗規范》（DL/T998-2006），性能試驗水耗量試驗需在設計工況（鍋爐為BMCR工況，燃煤為設計煤種）下連續進行7天。1#、2#機組脫硫試驗期間，兩臺機組均為滿負荷工況，連續7天穩定運行，燃煤為設計煤種，滿足試驗標準要求。具體試驗步驟如下。

4.1在工藝水箱補水管垂直段安裝超聲波流量計探頭，水箱補水時測量得到平均水流量F為100m3/h。

4.2 在脫硫DCS控制系統里采集7天里工藝水箱補水閥的開指令時間數據 t1為 10h，t2為 12h，t3為 11h，t4為 13h，t5為 9h。

4.3 計算工藝水箱補水閥開啟總時間t=t1+t2+t3+t4+t5=10+12+11+13+9=55h。

4.4 計算試驗工況總時間。T=7×24h=168h。

4.5 計算工藝水耗量，Q=(F×t）÷T=（100×55）÷168=32.74m3/h。

測量方法準確性的驗證：（1）由工藝水在線流量計統計出實驗工況7天里總工藝水耗量為5489.7m3，計算出工藝水耗量為32.68m3/h。（2）與在線流量計統計之間的偏差為0.18%，準確性較高。

5 結語

文中介紹了一種全新的石灰石-石膏濕法脫硫裝置水耗量的測量方法，克服了未安裝在線流量計的脫硫系統水耗量無法直接測量、平衡計算又復雜繁瑣的難題。測量方法便捷，結果準確，有望在電廠脫硫工藝中得到廣泛應用。同時，對已安裝在線流量計的脫硫用水系統，此方法可以做到在不影響在線流量計正常使用的情況下，完成其計量校驗。

[1]郭東明.脫硫工程技術與設備[M].北京:化學工業出版社,2007.

[2]孫克勤,鐘秦編著.火電廠煙氣脫硫系統設計、建造及運行[M].北京:化學工業出版社,2005.

[3]陳崇明,張楊,宋國升.石灰石一石膏濕法脫硫系統水耗計算及節水分析[J].上海:電站輔機,2013(1）

[4]中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T 998-2006石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置性能驗收試驗規范[S].北京:中國電力出版設,2006.

[5]中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T 986-2005濕法煙氣脫硫工藝性能檢測技術規范[S].北京：中國電力出版設，2006.

[6]傅文玲,胡秀麗.濕法煙氣脫硫系統測量儀表的選用[J].北京:化學工業出版社,2007.