基于煙氣余熱回收某600MW機組FGD水平衡問題分析

許青云　蔣文　朱文中

摘? 要：文章對火電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置（FGD）的水系統進行分析，找出了FGD系統主要水耗因素-塔內蒸發。針對國內某電廠600MW機組，提出了幾種通過煙氣余熱回收方式降低其FGD系統入口煙氣溫度的方案，分析對比了不同煙氣余熱回收方案下FGD水平衡情況。數據表明，通過煙氣余熱回收降低脫硫系統吸收塔入口煙氣溫度可以顯著降低FGD裝置的總耗水量，但同時帶來FGD系統水量不平衡的問題。針對FGD水平衡的優化措施進一步被提出。

關鍵詞：濕法脫硫;余熱回收;煙氣溫度;水耗;水平衡

中圖分類號：TK229.2? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）18-0125-03

Abstract： This paper analyzes the water system of limestone-gypsum wet flue gas desulfurization （FGD） unit in thermal power plant， and finds out the main water consumption factor of FGD system-evaporation in the tower. Aiming at the 600MW unit of a power plant in China， several schemes to reduce the inlet flue gas temperature of its FGD system by flue gas waste heat recovery are proposed， and the FGD water balance under different flue gas waste heat recovery schemes is analyzed and compared. The data show that reducing the flue gas temperature at the inlet of the absorption tower of the desulfurization system by flue gas waste heat recovery can significantly reduce the total water consumption of the FGD unit， but it also brings the problem of water imbalance in the FGD system. The optimization measures for FGD water balance are further proposed.

Keywords： wet desulfurization; waste heat recovery; flue gas temperature; water consumption; water balance

1 概述

當前國內已投運的煙氣脫硫工藝以石灰石-石膏濕法煙氣脫硫（簡稱FGD）為主，達約90%以上，該技術具有投資成本低、脫硫效率高、運行可靠等特點，但其缺點是耗水量相對較大。濕法脫硫系統耗水占電廠總耗水50%左右，一臺600MW機組濕法脫硫耗水約90-120t/h。FGD裝置內的水耗主要存在于飽和煙氣帶出的水、副產品石膏帶出水和排放的廢水，這些損耗通過工藝水的連續補入來平衡。

由于塔內蒸發式占FGD耗水主要部分，而塔內蒸發直接和FGD入口煙氣溫度相關。本文結合國內某電廠600MW機組FGD系統水平衡工況進行分析，提出了幾種通過煙氣余熱回收降低FGD入口煙氣溫度的方案，并對比了不同煙氣余熱回收方案下的FGD水平衡情況。研究了通過煙氣余熱回收降低入口煙氣溫度對塔內蒸發量和水平衡的影響，進一步提出了針對FGD系統水平衡的調整優化措施。

2 FGD裝置用水及耗水統計計算

2.1 國內某電廠FGD裝置用水和耗水情況統計計算

表1為該機組FDG系統在600MW滿負荷下的用水和耗水情況統計分析。

2.2 某電廠1號FGD裝置水平衡分析

圖1為該電廠#1機組1號FDG裝置水平衡分析圖。從圖1中可以看出，在滿負荷下，FGD入口煙氣氣態水含量為108t/h，煙氣經過脫硫系統后，由于塔內水分大量蒸發，出口煙氣氣態水含量增加到219t/h。煙氣從脫硫系統以氣態形式帶走的水量為111t/h，占整個脫硫系統的耗水量的89.5%。因此，塔內蒸發的氣態水是該機組FGD系統的主要耗水因素。

3 通過不同煙氣余熱回收方式降低煙氣溫度并進行FGD水平衡分析

FGD水平衡計算結果表明，脫硫系統耗水量主要和脫硫系統內蒸發水量有關。脫硫系統蒸發水量又取決于脫硫塔入口煙氣溫度的大小。如在FGD裝置前加裝煙氣余熱回收裝置，降低FGD入口煙氣溫度，將對硫系統蒸發水量產生很大影響。基于以上原因，本文提出三種針對該電廠#1機組的煙氣余熱回收方式，并對不同方式下脫硫系統水平衡和節水量進行了計算分析對比。

3.1 方案一

安裝位置：空預器后、電除塵前煙道。

煙氣溫降：煙氣由130℃降至105℃，經引風機機械轉動升高至118℃進入FGD。

凝結水系統：凝結水入口溫度70℃（分別從NO.8號低加入口與NO.7號低加出口抽出部分凝結水混合得到）;凝結水回水溫度105℃（引回NO.6低加入口）。

3.2 方案二

安裝位置：引風機與脫硫塔之間的煙道。

煙氣溫降：煙溫由145℃降至95℃進入FGD。

凝結水系統：凝結水入口溫度70℃（分別從NO.8號低加入口與NO.7號低加出口抽出部分凝結水混合得到）;凝結水回水溫度105℃（引回NO.6低加入口）。

3.3 方案三

安裝位置：分兩級布置，第一級布置在空預器與電除塵前之間的煙道;第二級布置在引風機與脫硫塔前之間的煙道。

煙氣溫降：第一級換熱器煙溫由130℃降至105℃;第二級換熱器煙溫由118℃降至70℃進入FGD。

凝結水系統：兩級換熱器凝結水串聯布置，從低加引出的凝結水先被第二級換熱器加熱后，再進入第一級換熱器被加熱。第二級凝結水入口溫度35.3℃（從NO.8號低加入口抽出部分凝結水得到）;回水溫度81℃（作為第一級換熱器入口凝結水）。第一級換熱器出口凝結水溫105℃（引回NO.6號低加入口）。

3.4 三種方案下脫硫系統的水平衡分析對比

通過加裝煙氣余熱回收裝置，方案一、方案二、方案三對應的方式FGD入口的煙氣溫度分別從145℃降低到118、95、70℃，各方案對煙氣溫度的控制能力非常顯著。在機組負荷工況和FGD補水量維持不變的情況下，三種方案下FGD出口凈煙氣攜帶氣態水量分別從219t/h降低到188、161、131t/h，即各方案下塔內蒸發量分別從111.15t/h下降到80.15、53.15、23.15t/h，各塔內的耗水量分別下降31、58、88t/h，節水效果顯著。

因此，降低脫硫塔入口煙氣溫度將會對FGD系統產生以下影響：

（1）導致脫硫系統的水量不平衡。輸入到系統的水量大于系統向外界輸出的水量。除霧器沖洗水、濾餅濾布沖洗水、進入系統的軸封冷卻水等各項總水量大于系統蒸發、石膏攜帶及廢水量。

（2）導致脫硫系統吸收塔液位過高。除霧器沖洗水量不變，吸收塔蒸發水量減少，使吸收塔內液位難以控制，液位過高。

（3）導致脫硫系統的漿液不能及時排放，影響漿液的運行品質，從而影響脫硫系統。

4 煙溫降低后FGD水平衡調整及優化

脫硫系統穩定運行時水量平衡的基本要求是，通過各節點流入系統的總水量和系統通過各口徑向外輸出的總水量保持一致。當對電站鍋爐進行了煙氣余熱回收改造后，進入脫硫塔的煙氣溫度進一步下降，導致脫硫塔內水的蒸發量出現下降，脫硫系統內的輸入水量將大于脫硫系統的輸出水量，導致脫硫系統內的水平衡被打破。如前述，脫硫系統內輸入水來源主要包括濾餅濾布沖洗水、除霧器沖洗水、進入系統的設備軸封冷卻水、其他設備冷卻水等，脫硫系統內輸出水的途徑包括煙氣攜帶的水蒸汽蒸發、石膏中帶水、系統廢水排放等。

上述方案對比數據表明，通過降低吸收塔入口煙氣溫度，減少凈煙氣中水蒸汽含量，可以達到脫硫系統深度節水的目的。但同時卻帶來了脫硫系統的水量平衡問題。因此，煙氣余熱回收后，為了脫硫系統的水系統平衡，需要對多余的水量進行有效處理和利用。下面針對該電廠#1機組進行煙氣余熱回收后的1號FGD裝置水系統進行如下調整：

（1）核定FGD裝置內各個系統和設備的用水情況，梳理各系統用水量，用水品質等;核定機組在40%-100%負荷工況下，原脫硫各系統的用水情況統計，確定水平衡規律。

（2）全部使用石膏脫水系統中的過濾水來進行石灰石制漿，減少或不用工藝水來制漿。

（3）系統中使用的設備、管道等應考慮采取必要的防腐措施處理。沖洗除霧器時可以考慮使用石膏過濾水等，建議利用FGD系統內中間節點水，以進一步減少補入水量，比如：沖洗1層或其他層除霧器時可以采用石膏過濾水。

（4）設備冷卻水盡量采用其他方式回收利用，以減少進入脫硫系統的水量。比如：氧化風機、磨機及其他相關的需要對潤滑油進行冷卻處理的設備的冷卻水不進入系統，盡量采取合理的方式回收利用;有些設備的冷卻水可以考慮引接到專用集液池收集，然后用泵輸入電廠工業水系統進行回收利用，如漿液泵軸封冷卻水。

（5）使用石膏過濾水進行濾布沖洗，減少或不用工藝水來沖洗。

（6）過量剩余水量，可考慮進入廢水系統，統一作為鍋爐爐渣的冷卻用水。

5 結束語

目前，國家對燃煤電廠節能降耗要求和指標不斷提高，這對于電廠水資源的高效利用提出了更嚴格的要求。對于燃煤電廠來說，脫硫系統是水耗的大戶，因此減少脫硫系統的水耗對電廠節水具有非常重要的意義。對于脫硫系統，其主要水耗來自塔內蒸發。塔內蒸發主要和進入脫硫系統煙氣溫度相關，因此降低吸收塔入口煙溫顯得尤為重要。

通過進行煙氣余熱回收，降低脫硫系統入口煙溫，可顯著減少煙氣攜帶的水蒸氣量，降低FGD裝置的水耗，但亦會打亂脫硫系統的原有水平衡。通過對原有脫硫系統的水系統進行研究和重新調整，幾個保持濕法脫硫系統水量平衡的若干方法被提出。

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