300MW 循環(huán)流化床鍋爐濕法脫硫氧化風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化探索及改造淺析

張子明，裴平

(國能開遠(yuǎn)發(fā)電有限公司,云南 開遠(yuǎn) 661600)

近年來，隨著國家環(huán)保政策調(diào)整，特別是“2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和”目標(biāo)的提出，環(huán)保達(dá)標(biāo)排放、不觸碰環(huán)保底線、加大環(huán)保設(shè)施投入、提高環(huán)保設(shè)施效率等成為企業(yè)管理的重點(diǎn)工作。隨著燃煤發(fā)電廠煙氣環(huán)保達(dá)標(biāo)排放要求的不斷提高，石灰石-石膏濕法脫硫工藝因高效、實(shí)用、適應(yīng)性強(qiáng)、脫硫副產(chǎn)品（石膏）市場需求大等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠爐后煙氣凈化處理。

當(dāng)發(fā)電廠來煤硫份含量大幅增加超過脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)值后，氧化風(fēng)量不足會(huì)導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)發(fā)生一系列關(guān)聯(lián)問題，給發(fā)電廠帶來損失。國能開遠(yuǎn)發(fā)電有限公司經(jīng)過長期實(shí)踐探索，最終在沒有投入大量技改資金的前提下，利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)氧化風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，取得了良好效果。

1 設(shè)備系統(tǒng)基本情況

國能開遠(yuǎn)發(fā)電有限公司2×300MW 機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠制造的SG-1025/17.4-M801 型亞臨界中間再熱、單鍋筒自然循環(huán)鍋爐。鍋爐煙氣脫硫在煙囪和電除塵間加裝了石灰石/石膏濕法脫硫吸收塔及其輔助系統(tǒng)，脫硫吸收塔按一爐一塔配置，制漿系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、石膏處理系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等按兩爐公用配置。吸收塔入口SO2濃度設(shè)計(jì)值不大于6000 mg/Nm3，煙囪出口SO2排放濃度不大于200mg/Nm3，設(shè)計(jì)煤種的收到基硫份不大于2.52%。煙氣系統(tǒng)不設(shè)置旁路。吸收塔內(nèi)部采用單回路噴淋空塔工藝。

2 存在的問題及分析

2.1 存在的問題

2019年7月，由于來煤硫份含量大幅上升，收到基硫份平均都在3.5%以上，F(xiàn)GD 入口SO2濃度最高超過8000mg/Nm3，脫硫效率不能滿足機(jī)組達(dá)標(biāo)排放要求，脫硫石膏含水率大增，脫水困難，真空脫水濾布堵塞嚴(yán)重，濾布平均使用壽命僅900h 左右。為了機(jī)組達(dá)標(biāo)排放，經(jīng)常被迫降負(fù)荷運(yùn)行。

2.2 解決措施的探索

加大鍋爐氧量運(yùn)行。加大鍋爐風(fēng)機(jī)風(fēng)量運(yùn)行以后，煙囪SO2排放指標(biāo)得到一定改善，但是隨之而來的是鍋爐受熱面的磨損加劇和廠用電率的升高。

雙氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行。增啟備用氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行后，吸收塔脫硫效率有所提高，但是新問題隨之產(chǎn)生。因氧化風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)是一運(yùn)一備，共用1 根母管，當(dāng)2 臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，氧化風(fēng)母管風(fēng)道受阻、母管壓力升高，造成氧化風(fēng)機(jī)軸向推力增加、振動(dòng)增大，風(fēng)機(jī)頻繁故障需要檢修，2019年12月，還發(fā)生了氧化風(fēng)機(jī)推力軸承嚴(yán)重磨損事件。

2.3 原因分析

根據(jù)以上兩種解決措施中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，結(jié)合脫硫石膏含水率高、濾布頻繁堵塞，吸收塔漿液品質(zhì)惡化快等問題進(jìn)行綜合分析：

（1）工藝原理：石灰石/石膏濕法脫硫工藝是通過煙氣在吸收塔內(nèi)與含石灰石的吸收漿液充分逆向接觸，使煙氣中的二氧化硫溶解于水并與吸收劑及氧氣反應(yīng)生成石膏，從而達(dá)到脫硫的目的。其主要化學(xué)反應(yīng)式如下：

從石灰石/石膏濕法脫硫工藝原理可以看出，氧化反應(yīng)是否充分決定了漿液中亞硫酸鈣的氧化效果，影響著塔內(nèi)反應(yīng)的連續(xù)性。氧化反應(yīng)充分時(shí)，生成的石膏晶體粗壯，易脫水；反之，則會(huì)產(chǎn)生大量粒徑較細(xì)的亞硫酸鈣，使石膏脫水困難，濾布堵塞。另一方面，亞硫酸氫根的溶解會(huì)形成堿性環(huán)境，抑制CaCO3 的溶解，不僅增加漿液密度，還降低SO2 吸收率，最終發(fā)生石灰石“鈍化現(xiàn)象”，導(dǎo)致吸收塔漿液品質(zhì)逐步惡化。所以，吸收塔內(nèi)氧化反應(yīng)不充分是產(chǎn)生脫硫系統(tǒng)系列問題的主要原因。

（2）原因確定：吸收塔內(nèi)氧化反應(yīng)不充分受到氧化風(fēng)機(jī)氧量、吸收塔液位、攪拌程度、氧化風(fēng)管液面插入深度等因素影響，綜合石灰石/石膏濕法脫硫工藝原理、運(yùn)行實(shí)踐探索以及來煤硫份高于設(shè)計(jì)值等因素分析，最終確定造成當(dāng)前脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)問題的根本原因是進(jìn)入吸收塔的氧量不足，吸收塔內(nèi)氧化反應(yīng)不充分。

3 改造方案

公司圍繞吸收塔氧量不足，氧化反應(yīng)不充分這個(gè)關(guān)鍵，在節(jié)約技改資金，立足自我改造的前提下，按照“小改造解決大問題”的思路，確定改造方案為：氧化風(fēng)系統(tǒng)增加一路送風(fēng)管，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)獨(dú)立送風(fēng)。同時(shí)，在2 臺(tái)爐氧化風(fēng)機(jī)母管間搭接1 根聯(lián)通管，作為不同硫份條件下運(yùn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)使用，如圖1 所示。

圖1 氧化風(fēng)機(jī)管道改造示意圖

吸收塔內(nèi)漿液在攪拌器作用下按順時(shí)針方向流動(dòng)，為了使氧化風(fēng)充分溶解，在原氧化風(fēng)管中心點(diǎn)逆時(shí)針方向400mm處開孔做為新氧化風(fēng)管道中心點(diǎn)。原氧化風(fēng)管與新氧化風(fēng)管在吸收塔上位置偏差4.4°，與攪拌器位置偏差1°，開孔位置高度為吸收塔10m 處，如圖2 所示。

圖2 吸收塔開孔位置示意圖

4 改造后取得的成效

2020年9月，我公司完成2 臺(tái)爐脫硫系統(tǒng)氧化風(fēng)風(fēng)管的改造工作，運(yùn)行至今，系統(tǒng)穩(wěn)定，節(jié)能提效效果明顯。一是鍋爐氧量明顯下降，一二次風(fēng)機(jī)電耗減少，鍋爐受熱面磨損減小，效率提高。二是2 臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行不會(huì)造成風(fēng)機(jī)故障，設(shè)備可靠性提高。三是吸收塔脫硫效率明顯提高，目前FGD入口SO2濃度達(dá)7000 mg/Nm3時(shí)，可以不降負(fù)荷達(dá)標(biāo)排放，穩(wěn)定運(yùn)行。四是脫硫石膏脫水效率提高，每條濾布使用壽命由900h 增加到2500h 以上。五是2 臺(tái)爐氧化風(fēng)母管聯(lián)通可以根據(jù)負(fù)荷及運(yùn)行實(shí)際情況，優(yōu)化啟動(dòng)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行方式，達(dá)到節(jié)能降耗、提高可靠性的目的。

5 結(jié)語

通過對(duì)300MW 循環(huán)流化床鍋爐石灰石/石膏濕法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中遇到的實(shí)際問題進(jìn)行分析和總結(jié)，找出了氧化風(fēng)量不足是產(chǎn)生問題的根本原因，改造方案實(shí)施后效果明顯。改造方案具有投資小、改動(dòng)小、施工快、見效快、運(yùn)行靈活、系統(tǒng)可靠等特點(diǎn)，值得推廣借鑒。