“二爐二塔”脫硫氧化風系統(tǒng)集中控制節(jié)能優(yōu)化

邢小林，沈新安，葉辰升，鄒 鵬

(1.安徽淮南平圩發(fā)電有限責任公司，安徽 淮南 232089；2.安徽科力德電力科技有限公司，安徽 合肥 230000；3.中電華創(chuàng)(蘇州)電力技術研究有限公司，江蘇 蘇州 215123)

0 引言

國內90 %以上燃煤電廠采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，該工藝具有脫硫效率高、吸收劑價廉易得且利用率高、運行可靠性高等優(yōu)點。石灰石—石膏濕法脫硫工藝中的氧化風機為吸收塔中的漿液提供氧化空氣，將漿液中的亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，促進煙氣中SO2的吸收，然而氧化風機的選型是根據設計時的煤質硫分、煙氣量等來確定的，當燃煤硫分發(fā)生變化時，運行中氧化風機卻無法根據機組負荷、入口SO2濃度控制氧化風量[1-2]，且吸收塔漿液氧化程度沒有有效的測量手段來監(jiān)測，導致氧化風機總是處于最大的出力狀態(tài)，從而增加了系統(tǒng)的電耗。

1 系統(tǒng)設計

某燃煤電廠采用2×640 MW 超臨界燃煤機組，配備靜電除塵器并同步建設脫硫裝置，脫硫設計煤質硫分1.0 %，脫硫效率98.6 %，出口SO2濃度小于35 mg/m3，一座吸收塔配備兩臺氧化風機，一用一備。氧化風機選型風量9 200 m3/h (標準工況)，額定電流42 A，壓力90 kPa，軸功率355 kW。但在實際運行中，燃煤中硫分含量只有0.3 %～0.5 %，不到設計值的一半，且吸收塔未配備漿液氧化測量裝置，導致氧化風機風量沒有控制依據，只能根據設計值保持氧化風機入口閥門全開，造成極大的電能損耗。

為了降低脫硫氧化風系統(tǒng)電耗，針對“二爐二塔”母管式氧化風機系統(tǒng)布置的特點，將四臺氧化風機出口通過風管連接起來，集中共享母管制運行，四臺氧化風機可同時為兩臺吸收塔供給氧化風，提高設備利用率。在連接風管上安裝隔絕門，實現(xiàn)單臺爐獨立控制和二臺爐集中控制互相切換。在兩臺吸收塔都安裝了亞硫酸鹽分析儀(SA)，實時測量、監(jiān)控吸收塔漿液氧化程度，為脫硫系統(tǒng)安全運行實時預警，同時為風量在各塔之間自動匹配提供控制依據。氧化風機入口新增特制的預旋風量調節(jié)裝置(VSR)實現(xiàn)入口總風量根據負荷和燃煤含硫量的變化自動調整，分塔流量調節(jié)裝置實現(xiàn)各塔氧化風量的自動匹配。

2 系統(tǒng)關鍵技術

2.1 氧化風系統(tǒng)集中共享母管制運行

實現(xiàn)“二爐二塔”氧化風系統(tǒng)母管運行集中控制方式，充分利用單臺爐氧化風調節(jié)余量，實現(xiàn)集中自動調配，發(fā)揮系統(tǒng)整體性優(yōu)勢，避免資源配置的不平衡。同時，單爐獨立控制和二爐集中控制方式的自由切換提高系統(tǒng)運行靈活性，氧化風機由二用二備變成一用三備，提高系統(tǒng)備用能力。

2.2 亞硫酸鹽分析儀測量預警

根據吸收塔內氧化風管的布置方式以及相關的限制條件，SA 安裝在吸收塔旁邊，在線檢測吸收塔氧化反應區(qū)的漿液，利用電化學原理直接測量漿液中亞硫酸鹽(主要是亞硫酸鈣)離子濃度并轉換成標準信號上傳至用戶DCS 系統(tǒng)，實時顯示。

根據機組負荷、燃煤含硫量變化以及SA 濃度實時調節(jié)氧化風機入口特制的預旋風量調節(jié)裝置(VSR)的開度，進行風量調整。根據各塔自身漿液的氧化程度，按需自動配風，使各塔均處于最佳氧化反應狀態(tài)，提高脫硫效率。系統(tǒng)預設報警值，在漿液嚴重氧化不足時，及時控制入口含硫總量，防止?jié){液中毒和SO2超標排放。

2.3 高效節(jié)能的氧化風機預旋風量調節(jié)裝置(VSR)

VSR 風量調節(jié)裝置是代替擋板、閥門、變頻有效的風量調節(jié)裝置，通過預旋將節(jié)流損失轉化成旋轉動能，避免節(jié)流損失，對脫硫氧化風壓要求較高的現(xiàn)場最有效、合適。通過現(xiàn)場對比實驗，VSR與原蝶閥相比流量調節(jié)性能增強，而且具有增壓作用，可提高壓頭10 %，同時提高風機效率10 %。

3 系統(tǒng)控制原理

通過DCS 組態(tài)，形成一套集中自動監(jiān)控(CAMC)系統(tǒng)，提供實時安全預警，監(jiān)控入口含硫總量，預防環(huán)保超標和運行安全等風險，提高脫硫氧化風系統(tǒng)智能化運行水平[3-4]。監(jiān)控氧化風系統(tǒng)自動節(jié)能運行狀態(tài)，最大程度節(jié)約風機能耗。可實現(xiàn)單塔獨立和雙塔集中控制切換，提高系統(tǒng)運行靈活性，提高脫硫運行品質、數(shù)字化精準水平，真正實現(xiàn)總體安全、共享、節(jié)能、環(huán)保、經濟和自動運行。

3.1 控制原理

氧化風集中控制系統(tǒng)根據機組負荷和吸收塔入口煙氣SO2含量控制氧化風機投切，根據機組負荷、吸收塔入口煙氣SO2含量和吸收塔內漿液亞硫酸鹽濃度控制風機入口VSR，根據各塔漿液亞硫酸鹽濃度控制分塔流量調節(jié)裝置開度，可實現(xiàn)單塔獨立控制、單臺風機氧化風集中控制和兩臺風機氧風集中控制。

3.2 控制邏輯

氧化風系統(tǒng)風量控制根據機組負荷、入口煙氣SO2濃度和SA 測量濃度三者關系自動調整，采用多參數(shù)融合的控制方式快速調整風門開度并不斷精確調整，確保漿液處于最優(yōu)氧化狀態(tài)的同時，最大程度降低風機能耗。

4 實踐運用

該系統(tǒng)可對濕法脫硫氧化環(huán)節(jié)進行測量和控制，調節(jié)氧化風量；并對兩爐兩塔氧化風系統(tǒng)集中控制，充分提高氧化風系統(tǒng)設備利用率。該系統(tǒng)投運以來，漿液運行品質穩(wěn)定，出口SO2濃度排放達標；節(jié)能達50 %以上，平均每年節(jié)約電量超305萬kWh，折算每年節(jié)約標準煤約915 t、減少CO2排放約2 272 t、SO2排放約76 t、氮氧化物(NOx)排放約37 t，減排效果明顯。改造節(jié)能對比見表1。

表1 節(jié)能對比

在機組負荷較低的情況下，氧化風機由原先二用二備變?yōu)橐挥萌齻洌档惋L機日常運行和維護費用。該系統(tǒng)實現(xiàn)氧化風系統(tǒng)的精確控制、合理配風，提高電廠運行智能化水平。

5 結束語

針對濕法脫硫存在吸收塔漿液氧化環(huán)節(jié)不能精細控制，氧化風量沒有有效調節(jié)手段，相鄰機組氧化風系統(tǒng)設備和資源不可共享等問題，上述系統(tǒng)優(yōu)化技術能夠較好地控制脫硫氧化過程中氧化風量，降低脫硫能耗，保證運行安全、防止發(fā)生環(huán)保事故；整體提高了脫硫系統(tǒng)運行水平，取得了系統(tǒng)節(jié)能和自動運行等顯著成效。該系統(tǒng)響應我國提出的“30·60”碳達峰、碳中和目標，CO2減排效果明顯。