電廠濕法脫硫系統能耗特性與節能優化探討

胡榮華

（國家電投江西電力有限公司景德鎮發電廠，江西景德鎮 333036）

濕法脫硫技術為當前應用最為廣泛的脫硫技術，且在長期應用期間實現了優化改善，能耗逐步降低，以此落實新時代可持續發展戰略，但在電廠濕法脫硫系統實際應用期間，受到內外部不穩定因素干擾，易出現節能效果不顯著的情況，為進一步控制能源損耗，需結合濕法脫硫系統實際情況進行節能優化，在保障煙氣排放達標的基礎上，降低脫硫能源損耗。

1 濕法脫硫工程概況

某電廠濕法脫硫工程采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術，石灰石價格低廉、化學活性良好，因此現階段濕法脫硫系統廣泛應用石灰石作為脫硫劑，因此該電廠濕法煙氣脫硫系統的脫硫劑為石灰石與水混合調配而成的懸浮漿液。圖1 為石灰石-石膏濕法脫硫系統圖，在吸收塔內部，煙氣中的二氧化硫將與石灰石發生反應，生成亞硫酸鈣，并采用就地強制氧化的方式，將其轉化為石膏漿液，石膏漿液通過泵體作用進入石膏旋流器，經濃縮后，石膏旋流器底流部分進入真空皮帶脫水機，經脫水處理后即可獲得干石膏，而石膏旋流器頂流濾液進入濾液箱內，通過濾液泵后返回吸收塔內。吸收塔內部設有噴淋塔裝置，將帶有氧化空氣管道的漿池設置于吸收塔下方，塔內吸收段為五層噴淋，上部設置三級屋脊式除霧器。該石灰石-石膏濕法脫硫系統為“一爐一塔”配置，2 臺機組公用一套石膏脫水系統，石膏旋流器共兩臺，真空皮帶脫水系統兩套。在該電廠濕法脫硫系統內并未設置增壓風機、煙氣換熱器、煙氣旁路，其中增壓風機與引風機合并，在該系統中發電機組可安全運行。由該系統濕法脫硫產生的脫硫副產物（石膏）經脫水處理后可直接卸入石膏庫，進行單獨存放，石膏脫水后的含水率<10%，為再次循環利用。表1 為該電廠濕法脫硫系統主要技術指標。

表1 該電廠濕法脫硫系統主要技術指標

圖1 石灰石-石膏濕法脫硫系統圖

2 濕法脫硫系統中主要設備的能耗特性

2.1 循環漿液泵

案例電廠濕法脫硫系統吸收塔內設有五層噴淋，石灰石漿液可通過循環漿液泵傳送至吸收塔噴淋層，此時石灰石可與煙氣中二氧化硫發生反應，以此實現除硫。濕法脫硫系統中的循環漿液泵存在多種運行狀態，循環漿液泵運轉期間的流量規格不做調節，即循環漿液泵在大多數情況下均處于額定滿負荷狀態下，因此，在濕法脫硫系統中，可通過調節循環漿液泵運行數量對脫硫吸收塔石灰石漿液量進行控制。濕法脫硫系統中的循環漿液泵運行臺數越多，則石灰石漿液噴淋量越大，則產生能量耗損越高，此時應注意均衡循環漿液泵運行臺數、脫硫效率、能源損耗間的關系。除循環漿液泵運行臺數外，其能耗還受泵效率、泵揚程、吸收塔漿液流量的影響，吸收塔漿液流量由液氣比、煙氣量決定，其中液氣比為泵液噴淋量與煙氣量的比值，而煙氣量受負荷、煤種的影響[1]。

2.2 氧化風機

在濕法脫硫系統中，氧化風機可向吸收塔內鼓入充足空氣，確保石灰石與二氧化硫的氧化反應在吸收塔內可順利進行。上述氧化反應是實現濕法脫硫的基礎，因此需確保該反應穩定進行，而氧化空氣量為該氧化反應發生的必備條件之一，氧化反應所需要的空氣量由原煙氣濃度、煙氣流量、脫硫效率決定，而氧化風機的應用則是為滿足氧化反應所需的空氣量，由此可知，氧化反應所需的空氣量，可在一定程度上影響氧化風機的能源損耗，換言之，氧化風機的能源損耗程度受原煙氣濃度、煙氣流量、脫硫效率的影響[2]。

3 濕法脫硫系統節能優化策略

3.1 優化吸收塔

3.1.1 應用三層屋脊除霧器

吸收塔為濕法脫硫系統關鍵設備，為脫硫氧化反應的主要發生場所，若吸收塔在濕法脫硫期間可實現長期安全穩定運行，則可有效保障整個濕法脫硫系統的運行效率，繼而降低煙氣脫硫期間的能源損耗。吸收塔在脫硫期間易出現除霧器堵塞故障，導致該故障的原因主要為漿液濃度過高、PH 值過高，為避免除霧器堵塞故障降低脫硫效率，產生額外耗損，案例電廠采用三層屋脊除霧器，替換傳統化兩級平板式除霧器，并增設自動沖洗程序，脫硫期間可根據實際需求，調整除霧器的沖洗模式。應用三層屋脊除霧器后，沖洗水噴嘴角度可在90°～110°范圍內自主調控，將噴淋覆蓋區域擴大到150%，并使除霧器出口霧滴攜帶量(干基)不大于15mg/Nm3。除此之外，在日常工作期間，定期清洗除霧器，嚴格控制漿液濃度及PH 值，以此降低除霧器堵塞故障發生率，保障濕法脫硫整體效率，避免額外能源損耗。從吸收塔安全運行角度來看，若在濕法脫硫運行期間應用低品質石灰石，則會使鎂離子超出標準，出現吸收塔漿液起泡現象，為保障脫硫效果及效率，應詳細分析漿液成分，明確重金屬離子、負離子具體含量，結合檢測分析實際情況選擇消泡劑，并換置內部漿液，排除雜質，以此確保脫硫反應能夠順利進行。

3.1.2 注重節能細節

為進一步實現濕法脫硫系統的節能優化，應對循環漿液泵的運行情況進行調整，注意控制PH 值及吸收塔液位，以此降低脫硫期間的能源損耗。通常情況下，應以濕法脫硫工程實際情況為依據，計算循環漿液泵運行數量，靈活調整循環漿液泵啟動、停運狀態，做好循環漿液泵切換工作，在此基礎上對PH 值進一步精確，從吸收塔角度實現能耗控制。在濕法脫硫系統吸收塔優化期間，應在實現節能環保的同時，盡可能降低脫硫成本，并要求濕法脫硫工程工作人員定期運行數據，總結節能效果，結合控制采購的石灰石粉純度、石灰石粉顆粒均勻度（含細度）及制漿時控制石灰石漿液密度，通過提升石灰石利用效率，起到節能降耗作用。

3.1.3 案例電廠濕法脫硫系統吸收系統最終優化方案

石灰石漿液通過循環漿液泵，由吸收塔漿池運至吸收塔噴嘴系統內，與煙氣接觸發生化學反應，吸收煙氣中的SO2，在吸收塔循環漿池中利用氧化空氣將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，石膏漿液排出泵將石膏漿液從吸收塔送到石膏脫水系統。脫硫后的煙氣夾帶的液滴在吸收塔出口的除霧器中收集，使凈煙氣的液滴含量不超過15mg/Nm3；脫硫凈化后單臺機組煙氣中的含塵濃度降低到5mg/Nm3；吸收塔漿池中的亞硫酸鈣利用空氣強制氧化，不再加入硫酸或其他化合物。表2 為案例電廠吸收系統部分參數，其中吸收塔為噴淋塔，直徑為20/16.5m。

表2 案例電廠吸收系統主要參數

3.2 優化循環泵

3.2.1 規避循環泵常見故障

為減低由循環漿液泵造成的能源損耗，應對循環漿液泵進行定期調節，使循環漿液泵運行參數與脫硫效率良好匹配，以此保障脫硫效率，但在實際脫硫作業期間，需控制循環漿液泵調節頻率，避免由頻繁調節現象，造成額外能源損耗，并縮短脫硫系統運行壽命[3]。循環漿液泵在應用期間常發生機械密封性不足、葉輪磨損、汽濁等故障，為防止故障發生損壞設備性能，降低脫硫效率，應在濕法脫硫期間注意避免常見循環漿液泵故障。結合以往經驗，可從以下幾個方面對濕法脫硫循環漿液泵進行調節控制：（1）調整循環漿液泵葉輪通氣孔數量及位置，保障平衡；（2）加大對吸收塔內循環漿液泵濾網的重視，定期檢查并清理循環漿液泵濾網，規避濾網堵塞故障問題，以此保障循環漿液泵運行效果；（3）定期組織循環漿液泵密封性檢測，確保循環漿液泵密封情況；（4）循環漿液泵停止運行后需立即清洗，使循環漿液泵始終處于高效穩定狀態下；（5）循環漿液泵運行期間，應以實際情況為依據，動態調整吸收塔液位、漿液酸堿性等關鍵參數。

3.2.2 案例電廠濕法脫硫系統循環泵最終節能優化方案

吸收塔漿液循環泵把吸收塔漿池內的吸收劑漿液循環送給噴嘴。循環泵按照單元制設置（每臺循環泵對應一層噴嘴），每塔設5 臺循環泵臺，泵為離心葉輪泵（無堵塞離心泵）。表3 為循環泵選型參數。

表3 循環泵選型參數

3.3 優化煙氣系統

3.3.1 防止煙氣管道堵塞

煙氣系統在濕法脫硫系統中的作用在于排放煙氣，若煙氣系統管道出現堵塞故障，則會導致煙氣系統在短時間內驟升，使氧化風機、引風機的能源損耗加劇，此外，過高煙壓將導致濕法脫硫系統風機失速，甚至出現跳機、爐膛滅火情況。為避免煙氣系統故障造成額外能耗，降低濕法脫硫系統節能效果，應對煙氣系統管道堵塞問題加以控制，借助停機契機，檢查煙氣系統入口處是否存在石膏沉淀，及時清理吸收塔入口以及煙氣管道內的石膏，防止石膏堆積。除此之外，可采用噴淋降溫方式降低入口煙氣溫度，加速脫硫反應的進行，以此提升脫硫效率，起到節能降耗的效果。

3.3.2 調節煙氣系統阻力

煙氣系統優化可有效降低濕法脫硫系統能源損耗，在實際優化期間，應強化對煙氣系統阻力的控制，采用串聯方式，將增壓風機、引風機連接，以此起到節能效果，而在案例電廠中，其濕法脫硫系統并未應用增壓風機，則是將引風機與增壓風機合并，相較于串聯方式，合并方式所產生電量損耗更多，因此在未來節能降耗發展中，案例電廠可對煙氣系統再次優化，將增壓風機、引風機進行串聯。將引風機與增壓風機串聯可使兩者保持一致的工作狀態，這就要求相關人員反復實驗，采用變頻調速方式，對電機轉速進行線性調節，使風機避免失速區域，同時，應定期清理除霧器，控制壓差，避免由壓差過大而引發的電能額外損耗現象，以此實現電廠濕法脫硫系統的節能優化。

3.3.3 案例電廠濕法脫硫系統煙氣系統最終節能優化方案

從鍋爐兩臺引風機（與增壓風機合并設置）的總煙道上引出的煙氣，進入吸收塔。煙氣在吸收塔內脫硫凈化，經除霧器除去水霧后，經煙囪排入大氣。每一臺鍋爐設置一套FGD 煙氣系統。除此之外，不設旁路煙道，當鍋爐從啟動到100%BMCR 工況條件下，FGD 裝置的煙氣系統都能正常運行，并且在BMCR 工況下進煙溫度加15℃裕量條件下仍能安全連續運行。當發生吸收塔漿液噴淋系統全停和FGD 入口煙氣超溫（180℃）時，吸收塔內部設備和凈煙道的防腐不發生損壞。

綜上所述，案例電廠在長期摸索實踐中不斷優化石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統，節能效果日漸提升，在分析現階段能耗特性基礎上，積極應用三層屋脊除霧器，分離煙氣霧滴，優化吸收塔，并調整循環泵運行模式，降低非必要能源損耗，將引風機與增壓風機合并，降低脫硫系統電能損耗，提升煙氣排放效果，杜絕淤積堵塞問題，以此實現全方位的節能降耗。