火電機組煙氣脫硫系統的節能優化運行

孫化軍(大唐環境產業集團股份有限公司張家口項目部，河北 張家口 075000)

0 引言

燃煤火力發電會產生大量的含硫尾氣，而煙氣脫硫系統是降低污染排放的重要系統，但其存在著能耗高的缺點，而火電作為經濟發展的支柱產業，在未來很長一段時間都將持續存在，因此，對其煙氣脫硫系統的節能優化進行研究具有重要的現實意義。

1 火電機組煙氣脫硫工藝

1.1 濕法煙氣脫硫工藝

1.1.1 石灰石-石膏法

該工藝是現階段中國應用最廣泛的煙氣脫硫方法，其過程首先是將石灰石研磨后加入一定的水制成漿液，然后通過循環泵將其注入到吸收塔內，煙氣中的二氧化硫等廢氣會與漿液發生氧化還原反應生成硫酸鈣沉淀。在進一步結晶后，形成二水石膏殘留在吸收塔中，最后通過除霧器將脫硫凈化后的尾氣排放到大氣中，通過真空系統將石膏脫水排出。

1.1.2 雙堿法

長期使用石灰石-石膏法進行除硫會在吸收塔上結垢，若不及時除垢，會出現堵塞的問題，而使用雙堿法就能有效地解決該方面的問題。雙堿法是以氫氧化鈉為主要原材料。由于氫氧化鈉具有強堿性，因此其能吸收、溶解更多含硫的酸性物質[1]。同時，該工藝的操作方法也相對簡單，成本也較低，因此可以提升企業的經濟利潤。但也會存在堿性過強腐蝕吸收塔的問題。

1.2 半干法脫硫工藝

1.2.1 噴霧干燥法

該工藝是將石灰漿噴成霧狀來吸收煙氣中的二氧化硫，其具有操作運行簡單、造價低、能耗低的特點，而且由于脫硫產物為粉狀，不會產生廢水。但其具有極其顯著的缺點：在尾氣處理后，極其容易在吸收塔的內部上殘留污垢，會堵塞霧化裝置甚至對其造成腐蝕。同時，其產生的脫硫殘渣的二次利用價值低，若不及時處理，會造成環境的二次污染。

1.2.2 煙氣循環流化床

該工藝由德國的魯奇公司率先發明，其運作原理是將煙氣和吸收劑多次在循環流化床中循環，通過延長兩種物質的接觸面積和時間來達到提高吸收劑利用率和脫硫程度的目的。而且煙氣的狀態越湍急，吸收效率就越高。該工藝具有占地面積小的優點，但其投入的成本較高。

2 煙氣脫硫系統的節能優化路徑

在所有脫硫工藝中，石灰石-石膏法是最為環保的，可以最大程度地降低廢氣中的含硫量，但該工藝需要消耗大量的電力和水資源，因此必須對該系統進行優化改進。

2.1 節約電耗

節約電耗主要可以從以下三個方面進行優化：(1)降低真空泵的能耗。在目前的工藝下，使用石灰石-石膏法脫硫需要配備至少兩臺真空脫水泵才能夠滿足石膏脫水工序需求。可以通過配備石膏漿液分離器和漿液分離器管道，將大部分的漿液進行預分離，然后再配備一臺真空泵進行脫水，提高設備的利用效率；(2)降低漿液循環泵能耗。可以從降低漿液循環泵的流量、漿液變頻旋轉、選擇合適的漿液循環泵規格這三個方面著手，其中，第一項的效用最為顯著；(3)減小煙氣系統阻力。煙氣系統的阻力越大，脫硫系統的電耗就越大。因此，可以通過優化脫硫系統的管道排列分布、選取合適的管道截面積和長度、減少彎頭數量以及使用圓管等提高煙氣流轉的順暢性，降低阻力，從而實現電耗的降低[2]。

2.2 節約水資源

濕法煙氣脫硫處理需要消耗大量的水，同時有很大一部分火電廠存在著除霧設備老化的問題，造成水資源浪費更加嚴重。節約水資源的優化可以從以下三個方面著手：(1)冷卻水和沖洗水的回收利用。對于大部分的火電廠來說，冷卻水可以進行二次使用。通過設計引水管可以將富余的冷卻水收集在冷卻箱中，待凈化后重新泵入脫硫系統中實現二次利用。霧化沖洗水的回收亦是如此。(2)冷凝液的回收利用。電廠的煙氣中含有大量的水蒸氣，目前大部分沒有被回收利用，通過在煙道處設置多道冷凝液回收裝置，并使用回流管連接，將水蒸氣冷凝后收集至集水坑中備用[3]；(3)配備煙氣換熱器。通過在引風機出口煙道位置配置煙氣換熱器，實現更高效率的加熱和冷凝，降低加熱器的綜合用氣量，進而實現水資源的節約。

3 實例分析

3.1 實例背景

某火電廠配套2組660 MW燃煤發電機組，其基于塔雙循環技術和石灰石-石膏法設計了煙氣脫硫系統。其燃煤的硫含量一般為0.90%，在滿載的情況下可以達到1.2%左右，通過優化調整，脫硫效率達95%以上。脫硫吸收塔進口的煙氣參數如表1所示。

表1 脫硫吸收塔進口的煙氣參數

3.2 節能優化路徑

3.2.1 節電路徑

(1)采用“二合一”風機：原有的煙氣系統采用單設增壓風機和引風機的方式來實現煙氣的循環，本次將增壓風機嵌入到引風機中，實現“二合一”的效果[4]。單臺機組優化前后的經濟性比較如表2所示。

表2 單臺機組優化前后經濟性比較

如表2所示，對比可知，通過優化風機機組，單臺機組每年可以節約38.76萬元的能耗費用。同時，通過取消增壓風機，可以降低設備的投資成本，提高了電廠運營的經濟性；(2)漿液循環泵的運行優化：該電廠配備兩臺功率為800 kW和一臺900 kW的漿液循環泵來滿足每臺機組吸收塔的正常運行，三臺機組采用串聯的控制結構，且初始設計余量大于電廠的滿載功率，因此，當電廠無法滿載運行時，將造成極大的浪費。為了提高循環泵的利用效率，進行組合運行試驗。經過試驗表明，當機組滿負載時，可以通過關閉一臺漿液循環泵來降低廠用電率；同時，在機組沒有滿負荷運行時，關閉漿液循環泵，降低廠用電率的效果更加顯著；(3)石膏脫水系統的優化：該電廠配備了兩臺真空脫水機用于石膏的脫水，兩臺泵的設計能力為機組滿載產生的石膏量的1.1倍。本次優化方案為：在過濾水泵前后分別加裝漿液切換管道和漿液分配器，當機組處于滿載容量時，漿液分配器會對石膏進行初步分離，然后初步分離的石膏會進入切換管道中，然后只需啟用一臺真空脫水機就將石膏全部處理完成。石膏脫水系統優化前后能耗對比如表4所示，優化后每年可以節約約40.7萬元的能耗費用；(4)其他：除了上述措施外，還采取了：①將漿液供給泵、除霧器沖洗水泵以及石膏排出泵更改為變頻結構，根據鍋爐內煙氣量以及SO2的濃度的變化，變頻調節泵電機的功率；②優化煙道的設計，管道全部采用圓形管道結構，并延長直管的長度并減少彎頭的數量，保有彎頭也設計為緩轉彎頭，將系統的阻力降至最低，從而有效的降低電耗；③將吸收塔漿液的pH值調整到最合適的值，一般設置為11～13，同時降低液氣比，促進SO2的吸收，降低循環泵的能耗。通過上述方法的優化，可以降低年電能成本約60萬元。

表4 石膏脫水系統優化前后能耗對比

3.2.2 節水路徑

在節水方面主要采用以下三種方式進行：(1)通過計算單臺機組煙氣的凝結水量，在煙囪內筒位置加裝了冷凝水回收裝置，經過測算，單臺機組的凝水量可達2 t/h，將冷凝水注回脫硫系統中，達到節水的目的；(2)該電廠單臺機組的石膏(游離水含量10%)產量約為20 t/h，游離水在石膏分離出來后就會蒸發到大氣中，通過提高脫水機的脫水效率，將游離水的含量降低至約4%，單臺機組的節水量可達1.2 t/h；(3)該電廠單臺機組冷卻水量約為32 t/h，通過加設引流管道，將冷卻水和沖洗水連接至集水箱中，經過凈化后重新返回塔內利用。通過上述三種方式，可以達到單臺機組約35 t/h的節水量。

4 結語

石灰石-石膏法作為煙氣脫硫系統的主流工藝方法，在脫硫效率滿足要求的前提下，可以通過一系列的優化設計，提高該系統的節能性能。在原材料及其他成本飛漲的今天，資源的節約可以帶來成本的降低，可以進一步穩定電力行業，為中國經濟的發展保駕護航。