很多已投運的超低排放環(huán)保設(shè)施也暴露出設(shè)計裕量過大、改造過度、運行能耗過高等問題。本文針對燃煤電廠脫硫系統(tǒng)超低排放改造項目，從工程設(shè)計邊界條件、設(shè)計方案、運行方式等方面進行優(yōu)化研究，提出節(jié)能優(yōu)化措施。

 

 

脫硫系統(tǒng)設(shè)計邊界條件的確定，決定了其改造工藝方案的選擇。《火力發(fā)電廠煙氣脫硫設(shè)計技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：煙氣脫硫裝置的設(shè)計工況宜采用鍋爐BMCR、燃用設(shè)計煤種工況下的煙氣條件；已建電廠加裝煙氣脫硫裝置時，宜根據(jù)實測煙氣參數(shù)確定煙氣脫硫裝置的設(shè)計工況和校核工況，并充分考慮煤源變化趨勢。

 

我國多數(shù)火電機組燃煤煤質(zhì)波動較大，而目前我國超低排放改造要求環(huán)保指標極其嚴格，不允許每小時污染物排放均值超標。因此，為減低環(huán)保風險，目前火電機組脫硫裝置增容提效改造普遍存在改造設(shè)計煤質(zhì)裕度過大、硫分虛高的現(xiàn)象。加之，當前國內(nèi)燃煤火電機組整體負荷率偏低，往往造成多數(shù)機組脫硫裝置實際運行工況嚴重偏離設(shè)計工況，運行能耗較高，運行經(jīng)濟性較差。因此，在對現(xiàn)役機組煙氣脫硫裝置進行超低排放改造時，應(yīng)合理確定設(shè)計邊界條件。設(shè)計煤種宜根據(jù)電廠近3年實際燃煤情況，選擇可覆蓋近3年燃煤質(zhì)量95%以上的硫分參數(shù)，或綜合考慮煤源變化、燃煤摻燒趨勢等選擇合適的設(shè)計硫分參數(shù)，不建議以短期燃煤煤種硫分峰值作為設(shè)計硫分。

 

 

在確定脫硫系統(tǒng)超低排放改造方案時，應(yīng)在確保改造方案環(huán)保排放達標的前提下，盡量降低投資和能耗指標。脫硫系統(tǒng)能耗指標包括電耗、脫硫劑耗量、水耗、氣耗等，其中電耗成本約占其整體能耗成本的70%，因此本文所稱能耗泛指電耗。為更直觀地體現(xiàn)脫硫裝置污染物減排的能耗代價，便于比較不同負荷工況下脫硫系統(tǒng)的能耗指標，本文提出了單位減排能耗的概念，即脫除單位質(zhì)量SO2需要消耗的電量，計算公式如下：

 

 

 

式中：  

 

k為單位減排能耗，包括脫硫增壓風機電耗，對于取消增壓風機或引風機增壓風機二合一設(shè)置的機組，應(yīng)包含因脫硫系統(tǒng)阻力引起的引風機電耗增加值，kW˙h/kg；P為脫硫設(shè)備總軸功率，kW；Q為煙氣流量(標準狀態(tài)，干基，φ(O2)=6%，下同)，m3/h；CRSO2為原煙氣SO2質(zhì)量濃度，mg/m3；CCSO2為凈煙氣SO2質(zhì)量濃度，mg/m3。

 

節(jié)能優(yōu)化目標是以最低的單位質(zhì)量污染物減排能耗達到超低排放環(huán)保指標，即盡可能在脫硫改造方案設(shè)計選擇時降低脫硫系統(tǒng)電耗，并在低負荷工況下實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)與節(jié)能運行。

 

2.1煙氣系統(tǒng)

 

目前，脫硫裝置煙氣系統(tǒng)改造的主流方案是取消增壓風機，將引風機和增壓風機合并設(shè)置，由引風機克服脫硫裝置煙氣系統(tǒng)阻力。西安熱工研究院有限公司劉家鈕等對某電廠1000MW機組引風機與脫硫增壓風機合并改造進行了方案對比研究，結(jié)果表明在機組1000MW滿負荷運行工況下，改造前引風機和增壓風機總功率為6581.2kW，引風機、脫硫增壓風機合并改造后引風機總功率為5395.6kW，改造后煙氣系統(tǒng)風機總功率減少1185.6kW，廠用電率下降0.237%，節(jié)能效果顯著。

 

取消增壓風機后，還需對引風機出口至脫硫吸收塔入口間煙道進行優(yōu)化設(shè)計，以減少煙道阻力。石清鑫等對某電廠300MW機組取消增壓風機后引風機出口至GGH原煙氣側(cè)入口煙道設(shè)計進行優(yōu)化研究，一種方案是采用矩形管道聯(lián)接拆除增壓風機后的煙道，優(yōu)化方案為拆除增壓風機及相關(guān)煙道，新建鋼煙道使兩側(cè)引風機煙氣匯流，然后從匯流煙道一側(cè)開孔連接至GGH原煙氣側(cè)入口煙道，結(jié)果表明采用優(yōu)化方案煙道阻力可在滿負荷工況下降低約260Pa。

 

對于保留增壓風機設(shè)置的脫硫系統(tǒng)，要防止引風機和增壓風機中的一臺在高效區(qū)運行，而另一臺在低效區(qū)運行的情況。在機組和脫硫系統(tǒng)安全運行的前提下，可通過調(diào)整增壓風機入口壓力，尋找不同負荷工況下引風機和增壓風機最節(jié)能的聯(lián)合運行方式。一般情況下，增壓風機和引風機電流之和為最小值時風機綜合能耗最低。如果引風機壓頭裕量較大或機組日常運行負荷率較低，可考慮設(shè)置增壓風機旁路煙道及增壓風機前后擋板，在低負荷工況下停運增壓風機，煙氣經(jīng)旁路煙道由引風機克服脫硫系統(tǒng)阻力。但低負荷時引風機運行工況為小流量高壓頭，容易引起風機失速，所以能否設(shè)置增壓風機旁路煙道及旁路煙道通流面積的選擇應(yīng)根據(jù)引風機運行性能曲線確定。

 

2.2吸收塔系統(tǒng)

 

影響煙氣脫硫系統(tǒng)脫硫效率的因素包括吸收塔結(jié)構(gòu)設(shè)計、運行參數(shù)控制、吸收劑品質(zhì)等。在脫硫系統(tǒng)設(shè)計邊界條件確定后，影響吸收塔脫硫效率的主要設(shè)計因素包括煙氣流速、噴淋漿液總流量、噴淋層及噴嘴布置、是否設(shè)置塔內(nèi)強化傳質(zhì)構(gòu)件等。

 

以某600MW機組進行脫硫裝置超低排放改造為例，其設(shè)計吸收塔入口SO2質(zhì)量濃度為3000mg/m3，出口SO2質(zhì)量濃度不超過35mg/m3，設(shè)計脫硫效率為98.83%。改造方案1為噴淋空塔方案，設(shè)置5層噴淋層，每層噴淋層對應(yīng)設(shè)置1臺流量為10500m3/h的漿液循環(huán)泵，最下層噴淋層對應(yīng)漿液循環(huán)泵A，漿液循環(huán)泵揚程為19.8m，噴淋層中心線間距2m。方案2為托盤塔方案，設(shè)置4層噴淋層和1層合金托盤，每層噴淋層對應(yīng)設(shè)置1臺流量為10500m3/h的漿液循環(huán)泵，最下層噴淋層對應(yīng)漿液循環(huán)泵A，漿液循環(huán)泵揚程19.8m，噴淋層中心線間距2m。吸收塔改造方案對比見表1。

 

表12種吸收塔改造方案對比

                                         

 

吸收塔系統(tǒng)的主要電耗為漿液循環(huán)泵電耗及吸收塔阻力引起的引風機(或增壓風機)電耗，包括漿液循環(huán)泵軸功率和吸收塔阻力導致的風機軸功率。噴淋空塔方案和托盤塔方案的吸收塔電耗對比見表2。

 

表2不同改造方案的吸收塔電耗對比

                                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

雖然相對于噴淋空塔方案，托盤塔方案吸收塔阻力增加500Pa，引起風機電耗增加510kW，但噴淋空塔方案多設(shè)置1層噴淋層，其對應(yīng)的循環(huán)泵軸功率為1097kW，兩者疊加得出在設(shè)計工況下運行時托盤塔方案可節(jié)能587kW，減少廠用電率約0.1%。