火电厂脱硫二级串联塔循环浆液泵运行节能研究

58热力网技术贴：
摘 要   以潍坊电厂670 MW火电机组石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统改造完成的串联吸收塔为研究对象。在保证SO2达标排放和设计脱硫效率的前提下，对4种运行方式的浆液循环泵能耗进行比对。得出不同循环泵运行方式下的用电和节能情况，以及不同入口SO2浓度下区间最佳系统运行控制方式，以实现FGD的经济性运行。

关键词 ：串联吸收塔 ；脱硫浆液循环泵 ；运行方式 ；脱硫效率 ；节能降耗

1 概述
        潍 坊 电 厂 采 用 石 灰 石-石 膏 湿 法 烟 气 脱 硫 系 统（FGD），于2006年建脱硫吸收塔，后经增容改造和提效改造，目前为2台串联吸收塔，设置8台脱硫浆液循环泵，脱硫效率达99.11%以上，出口SO2满足超低排放要求（35mg/m3），目前系统运行稳定。脱硫浆液循环泵是FGD的核心设备之一，直接影响串联塔的脱硫效率，因其电耗占脱硫系统总电耗50%左右，成为系统节能降耗优化的主要因素。二级塔运行初期主要是以达标排放为主，待串联吸收塔运行平稳后，可在保证机组安全稳定运行和环保达标排放的前提下，根据脱硫系统入口SO2浓度高低分为不同阶段，通过微调吸收塔密度、pH、排浆等运行参数，对脱硫串塔浆液循环泵运行方式的有效控制，达到节能降耗的目的。
        以潍坊电厂3#机组（670MW）串联吸收塔为研究对象，分别在不同入口SO2浓度下，保证吸收塔运行pH、密度等参数的相对稳定，对浆液循环泵运行方式优化控制，同时，保证脱硫系统出口满足超低排放要 求。 特 别 研 究 对 比 了“3+2” 与“2+3”“4+2” 与“3+3”运行方式下的节能情况。在脱硫系统入口SO2浓度逐渐升高，依次最佳的浆液循环泵运行方式为“2+1”“2+2”“2+3”“3+3”“4+3”“5+3”，初步实现了FGD烟气达标排放和经济运行，且具有一定的节能效果。

2 串联吸收塔浆液循环泵
        潍坊电厂3#机组脱硫系统于2007年投入运行，随着《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）颁布，于2011年潍坊电厂对脱硫吸收塔实施增容改造，增容改造后喷淋层由4层变为5层，同时，拆除制约脱硫效率的GGH设备。随着新环保法和地方法规的颁布，实施脱硫提效改造，即新增二级吸收塔，由原来的一级塔5层，变为一级塔和二级塔共计8层，将脱硫效率由原来的96.5%提升为99.11%，脱硫净烟道SO2排放指标控制在35mg/m3以下，满足国家和地方超低排放要求。
        塔脱硫系统由原“1炉1塔”改为“一炉双塔”，即在一级塔后新增二级塔，同时，配套3台脱硫浆液循环泵和2台氧化风机等，封堵旁路烟道。串联塔共设3A~3H浆液循环泵8台，其主要能耗参数如表1所示。
        一、二级吸收塔塔型均是喷淋空塔，其配套的浆液循环泵的具体参数如表1所示。其中，一级塔5台循环泵，二级塔为5台循环泵。一级塔供浆分别在C泵和D泵上，二级塔供浆为吸收塔液位以上供浆。

3 影响串联吸收塔运行的主要参数
        一级塔p H为4.5~5.5，二级塔p H为5.5~6.5 ；一级塔密度比二级塔高，一级塔石膏排出泵进行石膏脱水。测试过程在吸收塔浆液运行稳定，p H和密度在相对稳定的条件下进行，主要研究了不同脱硫浆液循环泵运行方式的优化，以实现FGD的经济性运行。
3.1 p H控制
        一、二级吸收塔均设有p H计、供浆管道，p H可独立控制。从脱硫效率上来讲，一级塔p H控制的低，有利于石灰石的溶解，提高石灰石的利用效率，并促进亚硫酸钙氧化，一般将一级p H控制在4.5~5.5，二级塔控制在5.5~6.5，在此p H值下促进SO2的吸收，有助于提高脱硫效率。
3.2 液位控制
        串联吸收塔采取双塔、单独循环形式，二级塔不直接排出石膏，而是将吸收塔浆液通过二级吸收塔的石膏排出泵转移到一级塔进行氧化结晶，可见二级塔液位调整主要靠其石膏排出泵。一级塔的水耗远高于二级塔，甚至达到10倍关系，因一级塔入口烟温高，运行一级塔循环泵数量愈多，会导致一级塔水耗加快，液位下降，可通过除雾器冲洗水进行调节液位，满足稳定运行条件下，可减少一级塔循环泵运行数量。
3.3 密度控制
        一、二级吸收塔均设有2只密度计，分别设置在0m和7m液位处，但是由于一级塔蒸发量大，同时产出石膏，会出现浆液密度偏高的现象，密度过高，不但会导致脱硫浆液循环泵的出力增加，电耗上升，而且会导致对搅拌器、循环泵冲刷腐蚀磨损的加剧、管道的堵塞和塔壁结垢等问题。一般吸收塔的浆液密度偏高时，可通过增加补水和除雾器冲洗等措施来调节，当吸收塔密度偏低时，可通过增加供浆量来调节。
3.4 效率控制
        为保证吸收塔等设备的安全稳定运行，一级吸收塔循环泵运行不低于2台，当过滤燃烧设计煤种，一级塔入口SO2浓度达到设计煤种的80%时，建议二级塔全出力运行，一级吸收塔是视情况保留1台或2台循环泵备用。一般将一级塔的脱硫效率控制在80%左右为宜，尽量发挥二级塔的出力，以达到节能降耗的作用。
3.5 氧化空气量控制
        串联吸收塔中氧气含量的控制靠分别独立的氧化风机系统进行控制。对于串联吸收塔来说，大部分氧化还原反应都是在温度较高的一级吸收塔中完成的，因此，一级吸收塔对氧气的需求较大。而二级塔中氧化空气的量要求相对较少，当一级塔入口SO2浓度达到设计煤种的80%时，一般情况下二级塔氧化风机保持“1用1备”。

4 串联吸收塔浆液循环泵运行节能效果对比分析
        试验研究的前提是吸收塔浆液运行稳定，p H和密度相对稳定的条件下进行，也就是说以脱硫浆液循环泵运行电耗为基准来进行节能研究。所有数据均取自DCS运行曲线，节能计算公式 ：W=Pt= 3UIcosθ·t。根据计算结果为每低1 A，折合每小时节约电量为8.73 k Wh。分别对运行5台循环泵“3+2”和“2+3”、6台循环泵“4+2”和“3+3”进行节能对比分析。
4.1 浆液循环泵“3+1”和“2+2”运行方式节能对比分析
        因为一级塔运行3台循环泵，二级塔运行1台循环泵，会使一级塔烟气携带水分量过大，一级塔二级塔液位迅速变化，一级塔和二级塔的浆液p H和密度波动过大，进而导致脱硫效率的下降。而且“3+1”运行电耗要远大于“2+2”方式，在正常工况下“3+1”运行方式几乎不存在，故在此不将运行4台循环泵的节能情况进行对比研究。
4.2 浆液循环泵“3+2”和“2+3”运行方式节能对比分析
        一级塔开启B泵、C泵、E泵，二级塔开启G泵、H泵为“3+2”运行方式 ；一级塔开启C泵、E泵，二级塔开启F泵、G泵、H泵为“2+3”运行方式，数据取自脱硫运行DCS所采集到的SO2浓度及循环泵运行电流。“3+2”和“2+3”运行方式下，循环泵电流及SO2去除浓度对比如表2和表3所示。


从表2、表3可以看出，2种运行方式脱硫系统入口和总排口SO2进出口浓度相当，但“2+3”运行方式循环泵电流比“3+2”方式低10.39 A，折合每小时节电约90.70 k Wh，按每年运行3000h、0.35元/k Wh计算，合计节约电耗为9.52万元/年，可见循环泵运行方式有一定的节能效果。
4.3 浆液循环泵“4+2”和“3+3”运行方式节能对比分析
        一级塔开启B泵、C泵、D泵、E泵，二级塔开启G泵、H泵为“4+2”运行方式 ；一级塔开启B泵、C泵、E泵，二级塔开启F泵、G泵、H泵为“3+3”运行方式，数据取自脱硫运行DCS所采集到的SO2浓度及循环泵运行电流。“4+2”和“3+3”运行方式下循环泵电流及SO2去除浓度对比如表4和表5所示。

        从表4、表5可以看出，2种运行方式脱硫系统入口和总排口SO2进出口浓度相当，“4+2”和“3+3”运行方式下循环泵电流基本相等，但“4+2”比“3+3”运行方式下一级塔多开1台氧化风机，氧化风机电流为25.6 A，折合每小时节电约59.53kWh，按每年运行3000h、0.35元/k Wh计算，合计节约电耗为23.47 万元/年，可见对循环泵运行方式的优化有较为可观的节能降耗效果。
        从以上数据可以得出，充分发挥二级吸收塔出力是串联吸收塔节能降耗的关键。针对不同的脱硫浓度，采用与之相适应的浆液泵运行方式和手段，以保证串联吸收塔SO2去除效率和超低排放要求。

5 结语
   （1）在脱硫系统入口SO2浓度为3 300~4 100mg/m3，运行5台浆液循环泵时，“2+3”运行方式更为节能 ；在脱硫系统入口SO2浓度为4 100~4 600 mg/m3，运行6台浆液循环泵时，“3+3”运行方式更为节能。
   （2）在脱硫系统入口SO2浓度逐渐升高，脱硫浆液循环泵依次最佳运行方式为“2+1”“2+2”“2+3”“3+3”“4+3”“5+3”。
   （3）在脱硫系统入口SO2浓度逐渐升高时，提高二级吸收塔浆液循环泵的出力，可起到较好的节能降耗作用。
   （4）建议一级吸收塔脱硫效率控制在80%左右，二级吸收塔氧化风机一般“1用1备”即可。
   （5）建议结合机组实际运行参数（包括浆液、p H值、密度、液气比、浆液停留时间等）及燃煤硫份情况，对浆液循环泵运行方式开展不同负荷段时的优化组合试验，探索在不同工况下实现FGD节能减排的最佳循环泵组合方式，在保证净烟气SO2浓度达标排放的前提下，实现FGD的经济性运行。