1000MW火力發電機組脫硫兩臺吸收塔共用一臺氧化風機應用與研究

鄭瑞文 陳凌云 周宇瑋

摘要：本文主要介紹神華國華壽光發電有限責任公司2*1000MW火力發電機組脫硫兩臺吸收塔共用一臺氧化風機，在脫硫入口煙氣SO₂濃度（折算到標態，干基）為1458mg/Nm³前提條件下，每臺吸收塔兩臺氧化風機，入口流量9450Nm³/h，壓升：150kPa，電機：N=450kW，氧化風機正常運行方式一用一備，通過理論可行性理論計算論證、實施方案及步驟、實施過程中存在風險及控制措施、實施結論等過程，完成對脫硫吸收塔氧化風機節能優化運行，同時為脫硫吸收塔系統節能優化運行提供技術指導參考依據。

關鍵詞：二氧化硫;氧化風機;節能優化

中圖分類號：X773?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-2064（2019）17-0000-00

1 實施目的

壽光電廠2*1000MW超超臨界燃煤機組，脫硫系統設計一爐一塔，吸收塔為異徑塔，塔體尺寸：Φ21×10.7+1.7+19×29.9m;液位：12.5米，反應池容積：4250m³;設計煤種含硫量為0.63%，煙氣流量折算到標態，濕基，實際含氧量狀態下為3223843Nm³/h，煙氣SO₂濃度（折算到標態，干基）為1458mg/Nm³，每臺吸收塔配備兩臺氧化風機，一用一備，氧化風機入口流量9450Nm³/h，壓升：150kPa，電機：N=450kW。

為了挖掘脫硫節能潛力，做到節能與環保最佳優化運行，對脫硫1、2號機組氧化風機進行運行方式進行優化，實現兩臺機組一臺氧化風機運行三臺備運，達到節能的最佳效果^[1]。在優化運行過程中存在脫硫吸收塔因氧化風不足而造成塔內漿液亞硫酸根超標（正常標準小于1%，最大經驗值小于5%）、漿液中毒現象。

2 實施可行性計算論證

2.1 氧化空氣的作用

采用就地強化氧化方式在石灰石-濕法脫硫工藝中廣泛推廣和應用。SO₂吸收系統時此工藝的核心，主要由吸收、氧化和中和三部分組成。其中氧化是SO₂在吸收系統的一個重要化學過程;煙氣中的SO₂在吸收塔的吸收區被石灰石漿液捕捉后，在吸收塔底部的漿液池中，在攪拌器和強化氧化系統協同作用下，完成由亞硫酸根離子轉變成硫酸根離子的氧化過程，最終生成穩定的硫酸鹽（主要是CaSO₄）^[2]。良好的氧化擾動、傳質過程能夠保證較高的脫硫效率，提高脫硫劑的利用率和脫硫石膏的品質，能夠有效的避免設備和管道的結垢、堵塞，增強FGD系統的運行的穩定性和可靠性。因此，強制氧化風量的正確選取至關重要。

2.2 強化氧化的原理

在石灰石-濕法脫硫工藝中，氧化空氣由分配管路向吸收塔底部強制鼓入空氣，空氣氣泡中的氧先行通過氣泡壁面，氣液分解面，溶解于漿液溶液，后與HSO₃^-離子進行化學反應，使氧化趨于完全，漿液中的SO₃^-、HSO₃^-幾乎全部被強制氧化成SO₄^2-，最終以石膏的形式結晶析出。

O₂（g）→O₂（l）

2SO₂+O₂→2SO₃

SO₃^2-+1/2O₂（l）→SO₄^2-

HSO₃^-+1/2O₂（l）→SO₄^2-+H⁺

Ca²⁺+SO₄^2-+2H₂O→CaSO₄·2H₂O

2.3 氧化空氣的理論用量計算

HSO₃^-在吸收塔噴淋區被煙氣中的氧所氧化，其它的HSO₃^-在反應池中被氧化空氣完全氧化，反應如下：

2SO₂+O₂→2SO₃

根據煙氣量和煙氣中SO₂含量計算出脫除SO₂的量a mol，根據上述關系式，氧化1mol SO₂需要0.5molO₂，得出實際需氧量bO₂=a/2mol，根據液位不同，氧利用率按30%～50%考慮，本工程正常液位暫按45%利用率考慮，則氧化a molSO₂的需氧量為b1=a/2/0.45 mol=1.11a mol。

根據當地空氣中的含氧量為21%，所需氧化空氣量為c=b1/0.21=5.285a mol。折算為空氣量為Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000

（1）按負荷705MW，原煙氣量以242萬Nm³/h，含硫量810mg/Nm³計算需要氧化空氣量。

此狀態下的摩爾量為：

1000mg/Nm³÷64000mg/mol=0.0156mol/Nm³

2420000Nm³/h×0.0156mol/Nm³=37752mol/h

則所需氧化空氣量為c=b1/0.21=5.285a mol。折算為空氣量為Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000=37752mol/h×5.285×22.4Nm³/mol/1000=4469.2Nm³/h

兩臺機組相同負荷下，需氧化空氣量為4469.2×2Nm³/h=8938.5Nm³/h≤9450Nm3/h（氧化風機出力），滿足兩臺吸收塔共用一臺氧化風機的要求。

（2）按負荷757MW，原煙氣量以250萬Nm³/h，含硫量870mg/Nm³計算需要氧化空氣量。

此狀態下的摩爾量為：

1000mg/Nm³÷64000mg/mol=0.0156mol/Nm³

2500000Nm³/h×0.0156mol/Nm³=39000mol/h

則所需氧化空氣量為c=b1/0.21=5.285a mol。折算為空氣量為Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000=39000mol/h×5.285×22.4Nm³/mol/1000=4616.9Nm³/h

兩臺機組相同負荷下，需氧化空氣量為4616.9×2Nm³/h=9233.9Nm³/h≤9450Nm3/h（氧化風機出力），滿足兩臺吸收塔共用一臺氧化風機的要求。

（3）按實際負荷1000MW，原煙氣量以323萬Nm³/h，含硫量1000mg/Nm³計算需要氧化空氣量。

此狀態下的摩爾量為：

1000mg/Nm³÷64000mg/mol=0.0156mol/Nm³

3230000Nm³/h×0.0156mol/Nm³=50388mol/h

則所需氧化空氣量為c=b1/0.21=5.285a mol。折算為空氣量為Q=5.285amol×22.4Nm³/mol/1000=50388mol/h×5.285×22.4Nm³/mol/1000=5965.2Nm³/h

兩臺機組相同負荷下，需氧化空氣量為5965.2×2Nm³/h=11930.4Nm³/h>9450Nm3/h（氧化風機出力），不滿足兩臺吸收塔共用一臺氧化風機的要求。

（4）為保證數據的準確性，當實際負荷800MW及以上根據實時數據再進行核算，避免因理論導致數據的出入較大。

3 實施方案及步驟

當機組負荷在750MW及以下，可以執行兩臺機組吸收塔共用一臺氧化風機運行^[3]。

開啟1、2號吸收塔氧化風機母管聯絡兩側手動閥，停運一臺吸收塔氧化風機運行，觀察兩臺吸收塔氧化風機出口母管壓力、溫度偏差，通過調整氧化風機運行的吸收塔氧化風支管手動閥開度，調整壓力、溫度偏差方法如下：

（1）關閉氧化風機出口母管至吸收塔1、5號支管手動閥1/3;

（2）關閉氧化風機出口母管至吸收塔2、4號支管手動閥1/2;

（3）關閉氧化風機出口母管至吸收塔3號支管手動閥3/4;

（4）調整期間重點監視氧化風機出口流量（>10000m?/h）、溫度（<160℃），增速機前后軸承震動（<7.1mm/s），電機電流（<30A）變化;

（5）調整目標為1、2號吸收塔氧化風機母管出口壓力、流量偏差至最小。

調整運行試驗分以下四個階段進行：

（1）第一階段試驗，機組負荷750MW及以下，按照以上調整方式，每2天進行1、2號氧化風機切換運行一次，持續試驗10天時間，機組負荷750MW以上時，1、2號吸收塔氧化風各自運行;

（2）第二階段試驗，機組負荷750MW及以下，按照以上調整方式，每5天進行1、2號氧化風機切換運行一次，持續試驗10天時間，機組負荷750MW以上時，1、2號吸收塔氧化風各自運行;

（3）第三階段試驗，機組負荷750MW及以下，按照以上調整方式，每10天進行1、2號氧化風機切換運行一次，持續試驗20天時間，機組負荷750MW以上時，1、2號吸收塔氧化風各自運行;

（4）第四階段試驗，機組負荷750MW及以下，按照以上調整方式，每15天進行1、2號氧化風機切換運行一次，持續試驗20天時間，機組負荷750MW以上時，1、2號吸收塔氧化風各自運行;

（5）以上試驗期間運行值班員取樣，送化驗班化驗1、2號吸收塔漿液亞硫酸根含量天化驗一次，值班員每日記錄化驗記錄。

4 實施過程中存在的風險描述及控制措施

實施過程中存在吸收塔漿液亞硫酸鈣偏高等風險及控制措施，如表1所示。

（1）試驗期間每日化驗吸收塔漿液亞硫酸鈣含量，大于正常標準1%時，化驗結果專業內部通報;大于最大經驗值5%時，化驗結果匯報公司生產領導。

（2）當發現脫硫效率降低無法調整時，及時進行匯報，專業組進行討論。

（3）當脫水效果差時，及時進行化驗調整，并匯報，專業組進行討論。

（4）當發現脫硫管理發生堵塞時，對原因進行核實，并及時進行匯報，專業組進行討論。

（5）當SO₂含量超1000mg/Nm³超2小時時，停止試驗，恢復正常運行方式。

（6）當機組負荷超750MW 2小時，停止試驗，恢復正常運行方式。

5 結語

2019年2月27日-3月8日執行脫硫兩臺吸收塔共用一臺氧化風機實施方案，實施過程中按要求每日進行吸收塔漿液亞硫酸鈣含量測量且未超過試驗方案正常值，石膏脫水和廢水處理系統運行正常，未出現異常現象，故開始推廣執行，到目前已經實施5個月脫硫吸收塔、石膏脫水、脫硫廢水處理系統均正常運行，且控制煙氣出口二氧化硫10mg/m?以下運行，脫硫效率均可達到99.32%以上，節約廠用電450KW*0.8*30*24=129.6萬KWh，啟動很好降低廠用電效果，具有推廣意義和效果。

參考文獻

[1]吳晨濱.我國火力發電的技術戰略和環境效應[J].科技創業，2014（4）：13-14.

[2]環境保護總局.火電廠大氣污染物排放標準（GB 13223-2011）[M].北京：中國環境科學出版社，2011.

[3]朱法華，杜維魯.燃煤電廠SO2排放量確定方法研究[J].電力環境保護，2009（2）：1-4.

收稿日期：2019-07-26

作者簡介：鄭瑞文（1982—），男，山西忻州人，碩士，工程師，研究方向：火電運行及節能環保。