基于脫硫系統超低改造后水平衡控制研究

李振生

摘 要：火電廠鍋爐提效改造和煙氣超低排放改造是降低煤炭用量，提升煙氣凈化水平的重要手段，也是響應國家發改委號召，積極開展節能減排和環境保護的必要條件。本文對某石灰石-石膏濕法脫硫系統超低改造前后進行分析研究，找出水平衡控制的關鍵因素和解決思路。

關鍵詞：燃煤鍋爐；濕法脫硫系統；超低改造；水平衡控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.053

1 簡介

北方某電廠四臺1025t/h和兩臺2209t/h的亞臨界自然循環燃煤汽包爐，均采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝（以下簡稱FGD），兩級脫硫塔串聯運行。每座脫硫塔配置三層或四層漿液循環單元，煙氣流經脫硫塔時，煙氣中的二氧化硫與塔內的石灰石漿液產生化學反應，脫除煙氣中99%以上的二氧化硫，再經過除霧器除去煙氣中的漿液霧滴后達標排放。全廠脫硫系統的設計水耗為450噸/小時，石灰石粉消耗量為77噸/小時。

2 燃煤鍋爐脫硫系統超低改造方案

2.1 煙氣余熱回收利用

在燃煤鍋爐的發電過程中，鍋爐內部經過燃燒產生大量的熱量用于發電生產，但也有部分熱量直接排入大氣而浪費，帶來環境問題和經濟損失兩個方面的困擾。因此在進行脫硫超低改造時，首先進行了煙氣余熱的回收利用改造，通過在鍋爐干式電除塵入口煙道增加煙水換熱器的方式回收煙氣余熱，將鍋爐尾部的排煙溫度由約125℃降至95℃。回收的熱量一方面用于加熱凝結水，另一方面用于提升鍋爐燃燒用的空氣溫度和空氣預熱器前的煙氣溫度，從而消除因鍋爐脫硝氨逃逸帶來的硫酸氫銨導致空預器堵塞的問題。干式電除塵入口溫度降低還顯著提高了灰塵的荷電性能，從而提高了電除塵效果，降低煙塵的排放量。通過這樣的設計，鍋爐燃煤消耗量下降2克/千瓦時以上，按一個年發電規模120億度的大型發電廠計算，年可節約標準煤24萬噸。

2.2 脫硫輔機設計

為了保證鍋爐煙氣的達標排放，取消煙氣換熱器（gas-gas heater）和實施引風機增壓風機合一改造是必然結果。取消GGH的理由是因為煙氣泄漏率較高（受熱面回轉式煙氣換熱器泄露率通常在12%以上），脫硫前的煙氣泄漏到脫硫后的煙氣中，導致脫硫后的煙氣實際排放超出允許的水平。引增合一改造的目的是盡可能取消輔機設備，通過優化提高了引風機的運行效率，從而提高整體的運行可靠性和經濟性。

為了實現煙氣脫硫超低排放，采用的技術路線是增加吸收劑漿液循環單元的組數，這必然要增加相應的設備和沖洗系統。根據測算，一臺300MW機組，實現脫硫超低排放后新增的轉動設備冷卻水和漿液的沖洗水量大約在35噸/小時以上，這些水最后將全部進入脫硫系統。

3 改造完成后的水平衡控制分析

脫硫系統用水平衡時，進入系統的水量和排出系統的水量是相等的，這樣系統內的脫硫塔等容器保持液位的相對穩定。初始設計的邊界條件是鍋爐帶100% 的額定負荷，工藝過程的各項參數都滿足設計參數。實際上鍋爐的負荷是根據發電機實際功率的需求而不斷變化的，目前可以運行的的范圍大約在35～100%之間。鍋爐負荷降低時其煙氣量會成比例下降，煙氣溫度下降使也會使吸收塔內的蒸發量下降很多。根據研究，鍋爐增加煙氣冷卻器后，脫硫塔的蒸發量比沒有煙氣冷卻器的時候下降17%以上，全廠脫硫系統大約會結余76.5噸/小時的水量無法帶走，若機組負荷低于額定負荷時，這種情況更為顯著。對于一座直徑為17米的脫硫塔來說，76.5噸的水量相對于0.34米的容量。脫硫塔的液位是必須低于控制上限的，否則塔內的漿液會倒流進入煙道內造成設備的損壞。在排出系統的水量沒有增加的情況下，系統內的存水會越來越多，以致于到了無法維持正常液位的程度，引起漿液溢流污染環境和設備損壞的事件。

各項因素對脫硫水平衡的影響數據如下表：

4 改造完成后的水平衡控制手段

4.1 吸收劑制漿用水優化

對于干粉制漿的脫硫系統來說，一般在容器內將石灰石粉加水配置成約30%左右濃度的石灰石漿液，然后再泵入脫硫塔吸收二氧化硫。為了保證石灰石漿液的流動性，一般要求濃度不能過高，否則會導致泵或者管道堵塞，但是濃度低需要消耗更多的水，這與用水平衡控制的思路是相反的。根據計算， 77噸干粉配置成30%濃度的漿液需要加水179.7噸；若配置成40%濃度的漿液則需要加水115.5噸，比30%濃度的漿液減少耗水64.2噸。如果濃度達到45%，則只需要94噸水，與30%濃度的漿液相比減少水量85.7噸。

一般石灰石漿液濃度允許的上限為45%，維持上限運行是控制水消耗的關鍵手段。如果將所有的制漿用水改成脫硫系統內循環的石膏濾液，那將減少凈水耗179噸，脫硫水平衡控制就完全不是問題了。

4.2 系統沖洗和設備冷卻用水優化

不論是石灰石漿液還是石膏漿液，濃度都比較高。在設備和系統停止運行時進行必要的沖洗，保持內部的潔凈是下次投運的必要條件，否則漿液蒸發變干后沉積物結垢將很難清除，造成系統無法正常使用。

必要的系統沖洗和冷卻水量是根據實驗確定的維持系統安全運行的最小耗水量，通過實驗調整可以減少以上兩項用水45噸/小時以上，這對于維持系統的水平衡也是十分關鍵的。

4.3 水平衡優化控制結果

即使采取了較多的手段，仍然有149.1-130.7=18.4噸/小時的水量進入系統破壞原有的平衡，因此控制系統的穩定正常運行難度頗大。

5 結論

綜上所述，火電廠在進行了脫硫超低排放改造后，燃煤和水的消耗減少，煙氣排放更潔凈。但因為增加了設備和回收了煙氣余熱，在低負荷條件下的脫硫水平衡控制問題十分突出，仍然需要通過制漿水源改造或沖洗水完全回收等方案徹底解決問題。

參考文獻：

[1]李興華，牛擁軍，雷鳴等.火電機組脫硫系統超低排放改造節能優化[J/OL].熱力發電，2017（11）：119-123.endprint