石灰石-石膏濕法脫硫系統節能管理

李 斌 盧海中 朱冠華

上海上電電力運營有限公司

0 引言

目前，我國大氣污染形勢嚴峻，在能源結構方面，仍是以燃煤機組為主，而燃煤機組是SO2等大氣污染物的主要排放源［1］，控制燃煤電廠SO2排放對治理大氣污染有著舉足輕重的作用。面對日益嚴格的環保要求，煙氣脫硫成本隨之增加，已成為電廠運行成本的大戶。

1 某電廠320 MW機組脫硫系統整體概述

1.1 系統概況

工程4×320 MW 機組中(#1、#2)FGD 系統采用日本石川島播磨（IHI）公司的濕式石灰石——石膏法煙氣脫硫工藝。(#3、#4)FGD系統采用中電投遠達環保工程有限公司的濕式石灰石——石膏法煙氣脫硫工藝。

四套FGD裝置燃煤鍋爐配套運行，采用一爐一塔，能處理從鍋爐排出的100%的煙氣量，脫硫效率≥95%，系統可利用率>99%。整套FGD 系統包括煙道及吸收系統、吸收劑制備系統（公用）、石膏脫水系統（公用）、廢水處理系統（公用）、輔助公用系統“5 個子系統”。其中，煙道及吸收系統分別與鍋爐形成單元布置，增壓風機設有進口擋板、出口擋板，以及旁路擋板，增壓風機旁路擋板按照60%BMCR工況的煙氣量進行設置。

1.2 工藝簡介

煙氣脫硫吸收劑石灰石（CaCO3）通過吸收劑制備系統完成制粉、制漿，達到一定濃度的石灰石漿液被送至吸收塔內，而后通過漿液循環泵將漿液送至吸收塔上部的螺旋漿液噴淋裝置，使漿液形成霧狀并由上而下對煙氣洗滌和脫硫。鍋爐吸風機排出的原煙氣通過FGD 進口擋板經軸流式增壓風機增壓后進入煙氣－煙氣換熱器（GGH），經降溫后進入吸收塔，煙氣由下而上與吸收塔上部由上而下的霧狀漿液充分接觸完成化學反應除去SO2后形成凈煙氣，并經吸收塔頂部的二級除霧器除去煙氣中的霧滴，而后煙氣進入GGH冷端吸熱升溫，經FGD出口擋板由煙囪排入大氣，而吸收SO2后形成的亞硫酸鈣（CaSO3）漿液沉降至漿液池內，在攪拌器攪拌的同時被不斷鼓入的空氣氧化生成二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）石膏漿液。石膏漿液則由吸收塔排漿泵送至石膏脫水系統進行脫水處理，生成含水率<10%的石膏送至倉庫儲藏，而脫水處理所產生的廢液一部分作為漿液配制用水，一部分送至廢水處理系統進行處理，經過澄清、中和最后排放。

2 節能優化措施

FGD 系統運行狀態不僅直接關系主機安全，也直接關聯能否完成節能減排量化目標。當前，煤炭價格保持上漲態勢，采購燃煤的灰份和硫含量不斷增大，導致運行、維護費用同步增加，因此很有必要深度內部挖潛，不斷提高FGD 系統運行、維護水平，加強精細化管理。

2.1 節電措施

2.1.1 保持適當的吸收塔內漿液密度和液位

吸收塔內漿液密度越大，液位越高，漿液循環泵入口壓力越大，電流越大。密度過大時，一是保持石膏脫水系統運行，二是通過除霧器補水，三是限制補漿。液位太高時，亦需限制除霧器補水，但液位過低會直接影響氧化反應空間。吸收塔內漿液密度和液位直接影響系統的脫硫效率，在工況調整過程中，必須綜合考慮能否保證SO2達標排放。

2.1.2 優化漿液循環泵運行方式

入口SO2濃度較低且保持穩定，在確保SO2達標排放的情況下，可以通過盡量減少漿液循環泵的投運時間和投運臺數來實現節約廠用電。運行人員可根據入爐煤質和鍋爐負荷不同工況選擇漿液循環泵運行最佳組合，從而確保脫硫系統運行的經濟性，提高節能效益（見圖1）。

圖1 優化漿液循環泵運行方式

2.1.3 氧化風機的電耗主要與氧化風量有關

風量調整應根據塔內漿液化學成分的分析結果進行，當漿液里的SO2－3含量達到標準時，不必再加大氧化風量。 同時，在運行過程中，應及時根據氧化風機電流的變化判斷風機入口或出口噴嘴有無堵塞，如有應及時清理和沖洗。此外，氧化風機的出口壓力與吸收塔液位、漿液密度成正比［2］，應保持合理的吸收塔液位、漿液密度，以促進氧化風機節電運行。

2.2 節水措施

2.2.1 回收利用內、外部水源

減少新鮮工藝水補水，最大程度地實現水往復循環。FGD 系統的用水分工藝水和工業水兩個部分，其中工藝水主要用途包括各塔罐箱補水、除霧器沖洗和管道沖洗以及泵的機封潤滑水。工藝水的使用量基本決定整個FGD 系統用水量平衡。在除霧器壓差允許的情況下，吸收塔液位控制盡量采用濾液水，但應從濾液水箱出一定流量的廢水，以保證石膏中Cl－、飛灰、惰性物質顆粒等的達標，實現系統內部水資源的梯級利用，并加強水質監控，否則可能會導致塔內漿液惡化，漿液置換時間縮短，除霧器結垢堵塞。此外，應完善FGD 系統區域的排水收集系統，雨水回收利用，代替部分脫硫水源，保持溝道暢通。

2.2.2 優化除霧器沖洗方式

在除霧器壓差穩定允許的情況下，根據機組負荷段，改變以往的傳統沖洗模式，采取不同的沖洗頻率，較優化前降低水耗30%,節水效果明顯。具體措施如下：

1）機組負荷<200 MW 時，吸收塔除霧器每6 h沖洗一次；

2）機組負荷200～250 MW時，吸收塔除霧器每5 h沖洗一次；

3）機組負荷>250 MW 時，吸收塔除霧器每4 h沖洗一次；

4）吸收塔漿液起泡或除霧器壓差有上升趨勢時，吸收塔除霧器沖洗恢復至每4 h沖洗一次。

2.3 節約脫硫劑（石灰石）措施

2.3.1 選用品質好的石灰石原料

石灰石品質的優劣決定著石灰石耗量的大小。石灰石中CaCO3的含量一般不應低于90%。石灰石品質對脫硫效率，副產品石膏質量起著重要的作用，石灰石的硬度降低，將會大幅度的降低石灰石破碎及漿液制備的單耗，節約運行成本。

2.3.2 確定合理的pH值控制范圍

優化漿液的pH 值，合理選擇鈣硫比等措施可以直接影響脫硫效率。一般而言，pH 值越高，SO2向液膜主體擴散的速率越快，傳質系數就越大，有利于促進SO2的吸收，但是容易造成漿液沉淀、堵塞系統。同時，石膏中的CaCO3質量分數也越高，相應增大了鈣硫比，造成石灰石耗量的增加。pH 值越小，漿液酸性越強，酸性氣體SO2就越難被吸收，造成脫硫率下降。因此，確定合理的pH 值控制范圍就成為濕法脫硫系統工藝設計的關鍵所在。

控制脫硫塔漿液pH值在5.0%～5.6%，保持脫硫劑的利用率通常自動調節的pH 設定值為5.2%～5.3%為最佳。適當降低pH 值，減少供漿量，避免造成石灰石細粉無謂浪費。

3 節能降耗管理措施

3.1 加強部門之間的溝通協作

發電部、檢修部、燃供部和策劃部等脫硫管理部門應加強溝通，明確權責，協同管理，共同保障FGD系統的安全、穩定、經濟、優質運行。相關人員要重點提高入廠石灰石粉和燃煤品質的保障水平，加強對水質的監控，嚴格設備消缺管理與考核，全面提高設備的健康水平，徹底解決設備限出力或帶病運行的問題。

3.2 完善FGD 系統指標考核體系

進一步完善既有效節能降耗又切實可行的考核指標體系，通過對FGD 系統運行過程中機組負荷、燃煤硫含量、出入口煙氣流量和SO2濃度、脫硫效率石膏品質、設備電耗、水質和用水量、石灰石粉品質和用量等主要參數的長期監測、統計分析，探索各參數之間的作用規律，明確影響脫硫效率和石膏品質的主要因素，探討在達標排放基礎上的最低電耗、水耗、粉耗，確定不同工況下各參數的最佳范圍和調整方式，建立以系統內的電耗、水耗、粉耗，出口SO2濃度，石膏品質為主要衡量標準的考核指標體系。

3.3 加強員工技能培訓和職業道德教育

加強對運行人員的培訓，通過對脫硫運行規程和其他FGD系統技術資料的組織學習，不斷提高運行人員崗位技能。建立班組之間學習交流機制，分享FGD系統調整優化技術經驗，及時改變個人或班組的不當操作習慣。同時，要注重提高員工職業道德，增強部門凝聚力，激發員工工作積極性，為保障FGD 系統的長期穩定、經濟運行創造有利條件。

4 結束語

石灰石—石膏濕法FGD 系統龐大復雜，既有為實現SO2脫除反應的大量機械設備，又有為提高自動化程度的大量在線監控儀表，運行過程能耗較大，脫硫成本控制關系整個機組的經濟運行，而整個FGD 系統復雜工藝過程和自動化控制對運行及管理具有較高要求。本文針對FGD系統工藝特點、流程及存在的主要問題，通過對FGD系統長期運行工況進行總結分析，合理制定節能降耗措施，使脫硫系統環保、穩定、高效、經濟地運行，最大限度地降低系統的廠用電率，降低脫硫系統的生產成本，拓寬企業的節能降耗空間。