大唐石门发电有限责任公司湖南常德415300
摘要：随着世界经济以及工业的快速发展，化石燃料的消耗量持续逐年增加，因此引发了能源危机、温室效应、环境污染等众多严重性的后果。为降低上述危害带来的不利影响，现阶段最为直接的方法就是发展节能减排技术。燃煤电厂作为煤炭消耗的主要行业之一，开展严格的烟气排放治理工作尤为重要。
关键词：火电机组；脱硫系统；超低排放；改造；节能优化
1脱硫系统设计边界条件确定
脱硫系统设计边界条件的确定，决定了改造工艺方案的选择。《火力发电厂烟气脱硫设计技术规程》规定：烟气脱硫装置的设计工况宜采用锅炉BMCR、燃用设计煤种工况下的烟气条件；已建电厂加装烟气脱硫装置时，宜根据实测烟气参数确定烟气脱硫装置的设计工况和校核工况，并充分考虑煤源变化趋势。
我国多数火电机组燃煤煤质波动较大，而目前我国超低排放改造要求环保指标极其严格，不允许每小时污染物排放均值超标。为降低环保风险，目前火电机组脱硫装置增容提效改造普遍存在改造设计煤质裕度过大、硫分设计值较高的现象。加之，当前国内燃煤火电机组整体负荷率偏低，往往造成多数机组脱硫装置实际运行工况严重偏离设计工况，普遍存在大马拉小车的现象，运行能耗较高，运行经济性较差，对企业节能降耗，降低生产成本相当不利。因此，在对现役机组烟气脱硫装置进行超低排放改造时，应合理确定设计边界条件。特别是设计煤种宜根据电厂近3年实际燃煤情况，煤质要重点考虑热值和硫份指标。选择可覆盖近3年燃煤质量95%以上的硫份值和热值，或综合考虑煤源变化、燃煤掺烧趋势等选择合适的设计硫份参数，不建议以短期燃煤煤种硫份峰值作为设计硫份。
2脱硫系统设计方案优化
2.1烟气系统
目前，脱硫装置烟气系统改造的主流方案是取消增压风机，将引风机和增压风机合并设置，由引风机克服脱硫装置烟气系统阻力。西安热工研究院有限公司刘家钰等对某电厂1000MW机组引风机与脱硫增压风机合并改造进行了方案对比研究，结果表明在机组1000MW满负荷运行工况下，改造前引风机和增压风机总功率为6581.2kW，引风机、脱硫增压风机合并改造后引风机总功率为5395.6kW，改造后烟气系统风机总功率减少1185.6kW，厂用电率下降0.237%，节能效果明显。取消增压风机后，还需对引风机出口至脱硫吸收塔入口间烟道以及脱硫塔出口的烟道进行优化设计，以减少烟道阻力。石清鑫等对某电厂300MW机组取消增压风机后引风机出口至GGH原烟气侧入口烟道设计进行优化研究，一种方案是采用矩形管道联接拆除增压风机后的烟道，优化方案为拆除增压风机及相关烟道，新建钢烟道使两侧引风机烟气汇流，然后从汇流烟道一侧开孔连接至GGH原烟气侧入口烟道，结果表明采用优化方案烟道阻力可在满负荷工况下降低约260Pa。
对于保留增压风机设置的脱硫系统，要防止引风机和增压风机中的一台在高效区运行，而另一台在低效区运行的情况。在机组和脱硫系统安全运行的前提下，可通过调整增压风机入口压力，寻找不同负荷工况下引风机和增压风机最节能的联合运行方式。一般情况下，增压风机和引风机电流之和为最小值时风机综合能耗最低。如果引风机压头裕量较大或机组日常运行负荷率较低，可考虑设置增压风机旁路烟道及增压风机前后挡板，在低负荷工况下停运增压风机，烟气经旁路烟道由引风机克服脱硫系统阻力。但低负荷时引风机运行工况为小流量高压头，容易引起风机失速，故能否设置增压风机旁路烟道及旁路烟道通流面积的选择，应根据引风机运行性能曲线确定。
2.2吸收塔系统
影响烟气脱硫系统脱硫效率的因素包括吸收塔结构设计、运行参数控制、吸收剂品质等。在脱硫系统设计边界条件确定后，影响吸收塔脱硫效率的主要设计因素包括烟气流速、喷淋浆液总流量、喷淋层及喷嘴布置、是否设置塔内强化传质构件等。以某600MW机组进行脱硫装置超低排放改造为例，其设计吸收塔入口SO2质量浓度为3000mg/m3，出口SO2质量浓度不超过35mg/m3，设计脱硫效率为98.83%。主流改造方案1为喷淋空塔方案，设置5层喷淋层，每层喷淋层对应设置1台流量为10500m3/h的浆液循环泵，最下层喷淋层对应浆液循环泵A，浆液循环泵扬程为19.8m，喷淋层中心线问距2m。主流方案2为托盘塔方案，设置4层喷淋层和1层合金托盘，每层喷淋层对应设置1台流量为10500m3/h的浆液循环泵，最下层喷淋层对应浆液循环泵A，浆液循环泵扬程19.8m，喷淋层中心线问距2m。
吸收塔系统的主要电耗为浆液循环泵电耗及吸收塔阻力引起的引风机(或增压风机)电耗，包括浆液循环泵轴功率和吸收塔阻力导致的风机轴功率。
虽然相对于喷淋空塔方案，托盘塔方案吸收塔阻力增加500Pa，引起风机电耗增加510kW，但喷淋空塔方案多设置1层喷淋层，对应的循环泵轴功率为1097kW，两者叠加得出在设计工况下运行时托盘塔方案可节能587kW，减少厂用电率约0.1%。
2.3氧化风系统
石灰石一石膏湿法脱硫装置吸收塔氧化风管布置方式主要有矛枪式和管网式。矛枪式氧化风管一般布置在吸收塔浆液搅拌器内侧上方，通过搅拌器旋流的推力促进氧化空气分布，距吸收塔底部距离一般约为2m。管网式氧化风管一般布置在距吸收塔浆池液面6-7m位置，该方式下氧化空气喷口距离液面的高度小于矛枪式布置方式，因此氧化风机扬程更低，电耗消耗量相对较小；同时氧化空气分布更均匀，氧化效果更好。
氧化风机可选择罗茨式和离心式。罗茨式风机为容积式风机，结构简单，但效率较低，一般为60%-70%。离心式风机可分为单级离心风机和多级离心风机，效率可达到85%以上。另外，罗茨风机为容积式风机，无法调节流量，而离心式风机具有较好的流量调节功能，可实现流量调节范围400/0100%，同时依然保持较高的效率。可见，在不同机组负荷或不同入口SO2质量浓度下，脱硫系统离心风机均具有较强的节能效果及较好的调节性和适应性。
以上述某电厂600MW机组脱硫装置超低排放改造为例，吸收塔氧化风管采用管网式布置方式，埋深7m，每座吸收塔设置2台100%容量氧化风机，一用一备，氧化风机流量13000m3/h，扬程100kPa，设计工况下单台离心式风机轴功率比罗茨式风机低约170kW，节能效果较预期更显著。
2.4石膏脱水系统
石灰石一石膏湿法烟气脱硫副产物石膏浆液，一般需要经过石膏旋流器和真空脱水机两级脱水处理。真空脱水机是二级脱水系统的核心设备，也是主要的耗能设备，主要分为圆盘脱水机和真空皮带脱水机。某电厂30cm处理能力的圆盘脱水机总电耗约53.5kW，同等处理能力的真空皮带脱水机总电耗约207kW，可见圆盘脱水机能耗约为真空皮带脱水机的1/4，节能效果显著。另外，圆盘脱水机还具有占地面积小、节水的特点，但其造价相对较高，且实际运行中也存在陶瓷盘片易堵塞、更换频率高、维护成本较高的问题。目前，有厂家推出了滤布真空盘式脱水机，其结构和陶瓷式圆盘脱水机类似，将盘片更换为框架外敷滤布式，降低了运行维护成本。但运行效果还有待长期运行后进一步验证。
结论
针对燃煤电厂脱硫系统超低排放改造项目的节能优化设计，首先应合理确定设计边界条件，根据实际燃煤及煤源选择合适的设计煤质硫份。其次，应优化设计方案，选择节能设备，设计方案应兼顾不同负荷工况下脱硫系统的灵活调节与节能运行。最后，应加强运行调整，摸索出最佳运行方式，优化运行参数，并可视情况在极限工况下合理使用脱硫增效剂来满足环保达标排放的要求。
参考文献：
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