深度調峰對串塔脫硫系統水平衡的影響及優化建議

中國大唐集團科學技術研究院有限公司西北電力試驗研究院 陜西 西安 710021

引言

受供電電源結構的調整,經濟發展增速的減緩,裝機規模的不斷增長,用電需求增長放緩等因素的影響。近年來,火電機組調峰已成為新常態,尤其在風電、光伏資源豐富的西北地區,新能源所占比例越來越大,基于電力即發即用難以存儲的特性,對電網的安全運營提出了巨大挑戰。因此,調峰電源的重要性愈加突出。目前,我國以抽水蓄能電站、燃氣發電機組等為主要調峰電源,但隨著新能源接入量的迅速增加,上述電源的調峰能力越來越“力不從心”。加之全社會用電量增速大幅放緩,而火電機組的建設卻未因此停歇,這造成了全國范圍內火電裝機大幅過剩,2018年我國火電利用小時數為4316小時[1]。面對嚴峻的用電形勢,電廠積極進行系統優化改造,以便適應深度調峰的要求。在深度調峰期間,機組運行工況持續惡化,對脫硫裝置等環保設施存在不可忽視的影響。隨著我國環保政策的日趨嚴格,尤其是超低排放標準的執行,任何影響環保設施運行的因素都是不可忽視的。因此,有必要掌握深度調峰對環保系統的影響。本文著重討論對脫硫系統水平衡的影響及優化建議。

1 工程概述

該電廠鍋爐為兩套660MW,采用石灰石濕法脫硫工藝,串聯吸收塔配置。預洗塔和脫硫塔之間有鏈接管道。脫硫系統包括煙氣系統,吸收系統,石灰石制漿系統,廢水處理系統,石膏脫水系統等,最終產物為石膏。由于機組參與深度調峰,脫硫系統長期處于低負荷運行,脫硫系統水平衡難以控制,導致預洗塔除霧器差壓增長過快,嚴重影響機組安全運行。脫硫系統設計參數見表1。

表1 脫硫系統設計參數

2 脫硫系統水平衡

2.1 脫硫系統水平衡 脫硫系統水平衡是指進入脫硫系統的所有水量與排出水量可以達到動態平衡,以保證脫硫系統維持一定的運行液位和漿液中氯離子含量不超標。進入脫硫系統的水主要有,原煙氣攜帶水量QHY,沖洗除霧器水量QHM,供漿帶入的水量QHCa,機封冷卻水量QHL,氧化風減溫水QHA,系統補水QHB等。排出水量主要包括：飽和煙氣帶出水量QHW,脫硫廢水量QHCl,脫硫副產物帶出水量QHS等[2]。這其中脫硫副產物石膏帶水主要有未脫出的水和其自身的結晶水,一般按脫水石膏重量的10%計算。脫硫系統的廢水量和來水及煤中的氯離子含量有關,如果來水和燃燒煙氣中的氯離子較大,廢水量就較大,但一般就單臺600MW機組來說,一般在15t/h左右。以上水量所占比例一般不會超過FGD總耗水量的15%,而整個FGD系統耗水量最大的部分就是凈煙氣所帶走的飽和水蒸氣量。圖1為脫硫水平衡分析圖。

圖1 脫硫水平衡分析圖

所以可以列出如下等式：QHY+QHM+QHCa+QHL+QHA+QHB=QHW+QHCl+QHS

2.2 塔內蒸發水量計算 煙氣在預洗塔內經過石灰石漿液噴淋洗滌后,煙氣中的水蒸氣達到飽和狀態,煙氣中形成液態水。根據吸收塔內蒸發量計算公式[3]分別計算了機組滿負荷和深度調峰工況30%負荷下的FGD系統攜帶走的飽和水蒸氣量。見表1。

表1 FGD系統攜帶走飽和水蒸氣量

從FGD系統攜帶走飽和水蒸氣量計算表中可以看到,滿負荷工況攜帶水量101891kg/h,深度調峰30%負荷工況攜帶水量15801kg/h,兩者相差86090kg/h。深度調峰工況下,系統補水量少,而脫硫系統補水多以沖洗除霧器的形式對吸收塔進行補充。而串聯塔脫硫系統,二級吸收塔幾乎沒有蒸發損失,水平衡更難以維持。只能減少除霧器沖洗頻率維持水平衡,這就造成了除霧的堵塞情況的發生。該電廠在起機后一個月,長時間低負荷運行,一級吸收塔阻力從滿負荷100Pa左右增長至1200Pa,嚴重影響機組帶負荷和機組安全運行。

3 串聯脫硫系統水平衡優化

在一定的工況下,系統的耗水量一定,總的進水量就是基本穩定的,必須對這部分水量進行合理的分配,優化系統的進水方式。主要措施有：

(1)采用濾液水制漿,可適當增大濾液水箱的容量,保證系統有一定的緩沖量,制漿全部采用濾液水,脫水和制漿盡量保持同步[4]。

(2)對機封冷卻水進行閉式循環改造,使用后的冷卻水重新回收至工藝水箱。

(3)加強系統維護,保證各閥門、管道無內漏,避免工藝水直接進入脫硫塔內部。

(4)加大廢水系統的投運率,在低負荷工況時,加大廢水排量,可提高系統水耗,也可以有效降低氯離子含量。

4 串聯吸收塔脫硫系統的改造

在深度調峰和長期低負荷運行時,為控制系統水平衡,除霧器不能得到有效沖洗,造成預洗塔除霧器堵塞嚴重。為保證除霧器沖洗,又不影響脫硫系統水平衡,可對脫硫系統除霧器進行改造。

在預洗塔與吸收塔連接煙道處,安裝一級煙道除霧器取代原有的預洗塔除霧器,用于攔截隨煙氣攜帶的漿液,防止其在連接煙道中沉積,堵塞煙道。并在除霧器前后各設置一套除霧器沖洗系統,沖洗水在重力作用下,落至除霧器底部,為防止底部腐蝕,集水槽可采用316L不銹鋼。

沖洗水被收集至沉淀池,經沉淀后,上清液進入p H值調節池,污泥可排至脫水皮帶或地坑。由于沖洗水在和煙氣接觸后呈酸性,為防止設備腐蝕,需要進行調質,向p H調節池中加入NaOH,變為中性后,進入沖洗水箱,可繼續作為除霧器沖洗水。沖洗水箱接引一路工藝水,作為補充。

該改造方案既可以保證除霧器的沖洗頻次,又不會增加預洗塔的補水。對水平衡的控制,起到良好的調節作用。而且,除霧器沖洗水可反復循環使用,也能達到節水的目的。工藝流程圖見圖2。

圖2 除霧器改造工藝流程

5 結論

脫硫系統水耗主要為凈煙氣攜帶走的飽和水蒸氣,對于串聯吸收塔系統深度調峰和長期低負荷運行,系統補水量小,除霧器沖洗頻次低易堵塞,且難以保持水平衡的穩定,影響機組的安全穩定運行。

面對水平衡難以控制時,先考慮對系統進行優化運行調整,如采用濾液水制漿,機封水閉式循環,加大廢水排放等方案。如果還未能達到效果,可對系統進行改造,分離除霧器與預洗塔,使除霧器沖洗循環獨立出來,解決水平衡的問題。