脫硫系統電耗計算方法分析與應用

譚 放

（大唐環境集團股份有限公司，北京 100096）

廠用電率作為火電廠最為主要的技術經濟指標之一，每下降1%，將使供電煤耗減少3.499%，而脫硫系統作為火電廠廠用電系統中耗電量較大的系統，對于660 MW 機組，其耗電量一般占廠用電的5%～7%。然而，國內外火電公司對于脫硫系統電耗的態度截然不同，很多國內電廠在新建擴建改建工程招標文件中對脫硫電耗要求很低甚至完全沒有要求，而國外大型火電公司卻將脫硫系統電耗提高到與脫硫效率同等重要的一類考核指標，將直接影響業主對工程承包方的考核，對于電耗超出保證值的情況處罰十分嚴厲，輕則罰款，重則拒收。近年來，隨著中國政府“一帶一路”倡議的推進，中方企業不斷出海承攬項目，而目前國內對于電耗值的計算并無統一的規定或成文標準，電耗計算時多采用換算系數法，但該方法與實際脫硫系統電耗存在較大誤差，因此有必要對脫硫系統電耗計算方法進行相關討論。

1 脫硫系統負荷分析

根據負荷特性、電壓等級、設備功率等因素，在脫硫系統電耗計算中將脫硫系統分為高壓負荷和低壓負荷。其中，高壓負荷以增壓風機、漿液循環泵等高壓電動機為主；低壓負荷按負荷性質分為低壓電動機、電加熱器、電子設備、電源饋線等。以某2×660 MW火電廠為例，脫硫系統電耗計算結果中，高壓負荷占比84%，是主要的電耗來源，因此如何通過合理的節能措施降低脫硫系統的高壓負荷是降低脫硫系統電耗的核心問題。

2 脫硫系統電耗計算方法

2.1 換算系數法

根據DL/T5153—2014《火力發電廠廠用電設計技術規程》中關于火力發電廠設計廠用電率估算方法的說明，將其運用到脫硫系統電耗計算中，可得到以下公式：

式中：Sc為脫硫系統計算負荷（kVA）；cosφav為電動機在運行時的平均功率因數，因為脫硫系統負荷以高壓負荷為主，可取0.85；P為脫硫系統電耗計算值（kW）。

式中：Pc為負荷的計算功率；K為換算系數，可按表1取值。

表1 脫硫系統負荷換算系數表

其中負荷計算功率pc應按負荷特點確定：

對于連續運行（包括經常連續和不經常連續）的設備為：

式中：Pe為電動機的額定功率（kW）。

對于短時及斷續運行的設備為：

換算系數法是根據設備的電動機功率Pe計算得出電耗值，在計算時考慮了負荷特點折算出計算功率，計算功率又根據負荷換算系數折算出計算負荷，在兩次折算中系數的取值均采用設定值，存在較大的誤差。同時，換算系數法計算的基礎采用電動機功率，在電廠實際運行中，設計煤種和實際煤種相比變化較大，造成了入口SO2濃度存在較大的波動范圍，為保證運行時的脫硫效率達到環保要求，在設備選型時考慮了較大余量，導致電動機的額定功率比實際耗電功率較大，計算出的電耗結果也比實際運行時的電耗值大。

2.2 軸功率系數法

傳統軸功率法計算脫硫系統電耗時，將各個電機驅動設備的軸功率直接相加求和計算得出脫硫系統電耗結果。而軸功率系數法在傳統軸功率法的基礎上充分考慮了設備的負荷特點、運行狀況和電機效率，得到了以下公式：

式中：P為脫硫系統電耗計算值（kW）；Pki為第i臺設備的軸功率（kW）；Kti為第i 臺設備的設備同時率系數；ηi為第i臺設備的電動機效率。

其中，Kt為設備同時率，反映設備在實際運行中耗電功率與額定功率的比值，脫硫設備在一段時間T內，可根據軸功率的不同分為n 個時間段，每一個時間段記作Ti，相應的設備軸功率記作Pkti，設備同時率Kt可由以下公式計算所得：

式中：Pk為脫硫設備額定狀態下的軸功率（kW）。

在具備相應條件時，對脫硫設備的軸功率進行一定時間內的時間加權統計，可以計算出設備同時率系數；采用軸功率系數法計算的電耗結果充分考慮了不同設備的負荷特性和電機效率，從單個設備的耗電功率看，更貼近實際電耗值，但是，該方法在一定程度忽略了系統運行的整體性，脫硫系統的工況是不斷變化的，一段時間內的工況并不能表征所有的系統狀態。

3 案例分析

以某2×660 MW 燃煤機組煙氣脫硫系統為例，該機組采用濕法脫硫，包含煙氣系統、石灰石漿液制備系統、二氧化硫吸收系統、石膏排放系統、漿液排放系統、工藝和冷卻水系統、破碎系統和廢水處理系統，采用以上兩種方法計算在保證工況下的電耗值，結算結果如表2所示。

表2 某2×660 MW燃煤機組脫硫系統電耗計算值

由計算結果可知，脫硫系統的電耗主要來自高壓負荷，其中增壓風機和漿液循環泵對其影響最大。兩種計算方法的主要差異來源于增壓風機的電耗計算結果，而漿液循環泵的計算結果差距較小，因為增壓風機的額定電機功率遠高于耗電軸功率，基于額定電機功率的換算系數法并不能真正反映其耗電情況，而漿液循環泵在大多數工況下都處于額定滿負荷狀態。所以耗電功率與額定電機功率差值較小，兩種計算方法的差值也較小。

3.1 煙氣脫硫系統整體能耗特性

火電機組煙氣脫硫系統在發揮環保作用的同時，也有著能耗高的特性。對于大型燃煤電廠，脫硫系統的耗電量占廠用電的5%～7%，占據總發電量的0.5%，不同類型的火電廠的脫硫能耗情況不同，要結合具體實際具體分析。脫硫系統是由多個子系統構成，不同的子系統在不同的工況下有不同的能耗特性，主要包括SO2吸收系統、煙氣系統、石膏處理系統和脫水系統等，其中主要的能耗來源為增壓風機、漿液循環泵、真空泵、氧化風機、濕式球磨機等設備。

3.2 增壓風機能耗特性分析及節能措施

煙氣通過火電機組煙氣脫硫系統時，需要克服一定的阻力使煙氣經過脫硫系統通過煙囪向大氣排放，脫硫系統通過增壓風機克服系統阻力，機組在不同工況下的煙氣量不同，造成系統阻力也會相應地發生變化，因此增壓風機選型往往選用額定功率較大的設備，以保證能夠適應不同的工況，實際運行的耗電功率與額定功率存在較大的差異也導致了電機效率的降低。因此，降低增壓風機電耗：①可以通過優化設備選型的方式，減少電機功率余量，提高電機效率；②可以通過定期疏通煙道阻塞的方式，減小系統阻力；③可以通過優化增壓風機控制方式，葉片開度及時跟隨煙氣量變化，降低增壓風機能耗。

3.3 漿液循環泵能耗特性分析及節能措施

漿液循環泵通過單級離心式水泵的全開和關閉操作，將石灰石漿液輸送到噴淋層。脫硫系統設置多個噴淋層，漿液循環泵將石灰石漿液輸送到噴淋層，并與煙氣發生反應，脫除逆向而來的煙氣中的二氧化硫。如果脫硫系統漿液循環泵需要吸收更多的漿液量，必須增加運行泵的臺數，而不是調節正在運行的單臺泵的流量。漿液循環泵的能耗情況主要受機組入爐煤硫分影響，受機組負荷影響較小。因此，降低漿液循環泵能耗，可以通過動態控制、靈活切換的方式，合理控制漿液循環泵運行時間，降低能耗；也可以通過提高機組負荷率，降低漿液循環泵廠用電率占比，提高能源利用率。

3.4 真空泵能耗特性分析及節能措施

設計技術規范要求，石膏脫水系統為兩臺機組的公用系統，因此，在設計時需至少設計兩套真空脫水設備來完成石膏脫水作業，而在實際運行中，石膏脫水系統多采用一用一備的運行形式。脫水系統可以通過設計優化使一臺真空泵就能滿足公用系統的作業需求，并留有足夠的備用裕量，進而簡化系統結構。同時，還可以通過加裝漿液切換管道和石膏分液器的方式，降低真空泵的耗電量，提高系統效率。

3.5 氧化風機能耗特性分析及節能措施

氧化風機在設計時會根據設計輸入參數確定，而設計輸入參數是定值，工程設計師根據一定的葉輪外徑和葉輪長度，計算出面積利用系數。因為影響氧化風機能耗特性的參數是定值，所以氧化風機的容積效率也是定值，氧化風機的轉速越快，能耗越大，二者呈正相關性。而在工程設計中，一般每臺機組設置兩臺型號、功率完全一致的氧化風機，采用一用一備的運行形式。而實際運行中，不同的工況需要的氧化風量是不同，可以對氧化風機采用差異化設計，兩臺氧化風機可以應對不同工況以達到降低電耗的效果。

4 結束語

（1）脫硫系統電耗在火電廠廠用電占有重要的位置，降低脫硫系統能耗，對于降低廠用電率，增加上網電量，提高機組技術經濟指標，降低發電成本，有著重要的意義。正因如此，國外火電公司對于電耗問題十分重視，將電耗保證值提高到與脫硫效率同等重要的位置。

（2）通過對比換算系數法和軸功率系數法兩種電耗計算方法可以看出，軸功率系數法在計算時考慮了更多的影響因素，計算結果更貼近實際運行電耗，而換算系數法基于設備的電動機功率，在計算時采用了多次估算，實際計算的電耗結果往往大于實際運行電

（3）降低脫硫電耗的核心在于降低增壓風機電耗和漿液循環泵電耗，可以通過調節煙氣系統阻力、疏通煙氣管道阻塞等方式降低增壓風機電耗，通過漿液循環泵動態控制、靈活切換等方式降低漿液循環泵電耗，通過簡化系統、加裝漿液切換管道和石膏分液器的方式，降低真空泵的耗電量，通過差異化設計、充分利用備用設備的方式提高氧化風機的運行效率，進而達到降低脫硫系統能耗的目的。