石灰石-石膏濕法脫硫系統節電運行優化

張義斌，陳祥君，高 原

(華電能源股份有限公司哈爾濱第三發電廠，哈爾濱 150024)

石灰石-石膏濕法脫硫系統節電運行優化

張義斌，陳祥君，高 原

(華電能源股份有限公司哈爾濱第三發電廠，哈爾濱 150024)

針對600MW機組石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統運行中存在耗電量偏高問題，分析了優化系統運行方式和運行參數的可行性及其耗電原因，對石灰石-石膏濕法煙氣脫硫制漿系統磨機進行了降單耗試驗，提出了降低吸收塔運行液位、降低制漿系統磨機單耗等運行措施。實踐證明，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統采用吸收塔降液位運行和優化調整濕式球磨機單耗的運行優化方式能夠進一步降低脫硫系統的耗電。

濕法脫硫；吸收塔；磨機；節電；優化運行

目前，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫(FGD)技術具有技術成熟、運行可靠、脫硫效率高等優點，在燃煤電廠得到廣泛應用。華電能源哈爾濱第三發電廠(以下簡稱哈三電廠)兩臺600MW機組煙氣脫硫系統采用了按單元制設計、塔內強制氧化的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，設置兩套制漿系統及兩套石膏脫水系統作為兩臺機組脫硫系統的公用系統部分。在實際運行中發現兩套系統雖然能夠滿足煙氣的脫硫指標，但系統運行中存在耗電量偏大、運行成本高等問題。本文分析了兩臺機組脫硫系統耗電問題原因，根據石灰石-石膏濕法煙氣脫硫制漿系統磨機降單耗試驗，提出并實施了降低吸收塔運行液位、降低吸收塔羅茨式氧化風機的運行電流等節電運行措施，降低了制漿系統磨機單耗，脫硫系統節電運行效果顯著。

1 脫硫系統耗電問題的原因分析

哈三電廠兩臺600 MW機組脫硫系統投產后，吸收塔運行以兩臺漿液循環泵為主，考慮到3號鍋爐使用高硫煤的需要，對3號脫硫系統進行了增容改造，吸收塔加高4m,吸收塔漿液循環泵由3臺增加至4臺，氧化風機(羅茨式)電源由380 V等級增容至6 kV等級。吸收塔其它漿液循環泵根據脫硫效率間斷投運，漿液制備系統及石膏脫水系統間斷投運，雖然系統耗電較設計有了一定的降低，但系統運行耗電需要進一步降低[1-4]，可以適當改變系統的一些運行參數及優化一些系統運行方式，達到系統進一步節電的效果。

兩臺機組脫硫系統吸收塔液位、制漿系統均采用設計調試后的運行參數及方式運行，其中3號吸收塔運行液位9.8 m，4號吸收塔運行液位8.0 m，A磨機運行電流18.8 A，出力4.2 t/h；B磨機運行電流18.5 A，出力4.2 t/h；3號吸收塔羅茨式氧化風機運行電流35 A，流量5.37 km3/h，出口壓力98 kPa；4號吸收塔羅茨式氧化風機運行電流288 A，流量3.295 km3/h，出口壓力70 kPa；4號吸收塔石膏排出泵運行功率30 kW，脫硫濾液泵運行功率22 kW，脫硫溢流泵運行功率30 kW。對上述運行參數進行分析可知，兩套制漿系統的磨機運行電流是否為經濟運行電流，吸收塔氧化風機、漿液循環泵運行電流是否偏高,是實現系統節能的焦點；適當降低吸收塔運行液位能否使氧化風機、漿液循環泵電流降低；能否通過對不同直徑鋼球重新配比，確定磨機鋼球的最佳裝載量，確定磨機經濟運行電流以降低磨機電耗，需要通過試驗來加以論證。

2 脫硫系統節電優化措施

2.1 3、4號吸收塔降液位運行

該廠3號吸收塔設計運行液位10.0 m,4號吸收塔設計運行液位8.0 m，試驗是在機組滿負荷工況下進行，在保持吸收塔內漿液密度不變的情況下，考慮到吸收塔漿液循環泵的汽蝕余量5.6 m，吸收塔液位逐漸降低至6.5 m運行[5]。

保持3號吸收塔漿液密度值1 089 kg/m3不變，逐漸降低3號吸收塔液位，3號吸收塔各設備運行參數變化值如表1所示，3號吸收塔出口CEMS運行參數變化值如表2所示。

表1 3號吸收塔降液位運行參數變化表Table 1 No.3 absorption tower level reduction operating parameter change table

表2 3號吸收塔降液位CEMS運行參數變化表Table 2 No.3 absorption tower level reduction CEMS operating parameter change table

保持4號吸收塔漿液密度值1 120 kg/m3不變，逐漸降低4號吸收塔液位，4號吸收塔各設備運行參數變化值如表3所示,4號吸收塔出口CEMS運行參數變化值如表4所示。

表3 4號吸收塔降液位運行參數變化表Table 3 No.4 absorption level reduction operating parameter change table

表4 4號吸收塔降液位CEMS運行參數變化表Table 4 No.4 absorption level reduction CEMS operating parameter change table

2.1.1 吸收塔降低液位后參數分析

將3、4號吸收塔液位降低至6.5 m后，發現3號吸收塔氧化風機電流由35 A降至27 A運行 ，4號吸收塔氧化風機電流由193 A降至166 A運行,3、4號吸收塔漿液循環泵電流幾乎無變化；3、4號吸收塔的氧化風量均增加。雖然吸收塔氧化風機出口壓力降低，但通過石膏漿液中亞硫酸鈣含量的對比，未見亞硫酸鈣含量增加，因此降低吸收塔液位對石膏的生成并無影響，但氧化風機電流有較大幅度降低。

3、4號吸收塔設計(BMCR)煙氣量2 250 Nm3/h,入口SO2含量640 mg/Nm3,出口SO2≤200 mg/Nm3，通過對吸收塔降液位后吸收塔出口CEMS參數對比，發現對吸收塔入口煙氣中SO2的脫除無影響，出口煙氣中SO2含量遠遠小于設計值(參見表2、表4)，滿足GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》脫硫的要求。

2.1.2 吸收塔降低液位后經濟效益分析

3號吸收塔羅茨式氧化風機額定電流41.9 A，額定電壓6 kV，額定功率355 kV；降液位前實際運行電流35 A，流量5.37 km3/h，出口壓力98 kPa,耗電量為

N=1.732IVcosΦ

(1)

式中:N為耗電量；I為氧化風機電流；V為氧化風機電機電源電壓；cosΦ為功率因數，cosΦ=0.85。

3號氧化風機降液位前實際運行功率為

N=1.732×35×6×0.85=309 kW

3號氧化風機降液位后實際運行功率為(電流按27 A計算)：

N=1.732×27×6×0.85=238 kW

4號吸收塔羅茨式氧化風機額定電流288 A，額定電壓380 V，額定功率160 kV；降液位前實際運行電流193 A，流量3.295 km3/h，出口壓力70 kPa。

根據式(1)，計算出 4號氧化風機降液位前實際運行功率為

N=1.732×193×0.380×0.85=107.97 kW

4號氧化風機降液位后實際運行功率為(電流按163A計算)

N=1.732×163×0.380×0.85=91.18 kW

3、4號吸收塔液位降低至6.5 m后，3號吸收塔因氧化風機電流的降低每年可節約電量(309-238)×5500=390 500 kW·h ；4號吸收塔因氧化風機電流的降低每年可節約電量(107.97-91.18) ×5 500=92 345 kW·h(按機組年運行5 500 h計算)。

2.2 濕式球磨機單耗優化調整

經過對哈三電廠3、4號機組脫硫制漿系統的參數分析及磨機單耗計算，發現兩套制漿系統的磨機在滿足設計出力時A磨機和B磨機運行單耗分別為39.5 kW·h/t和38.9 kW·h/t，即存在運行電流偏大、磨機單耗高的問題，需要對兩套制漿系統的磨機重新進行鋼球裝載試驗[6-7]。通過試驗確定兩臺磨機的最佳鋼球配比、最佳鋼球裝載量及經濟運行電流，以降低兩套制漿系統的磨機單耗。

磨機主要設計參數如表5所示。調整兩臺濕式磨機鋼球裝載量前兩臺濕式球磨機(A、B)運行數據如表6所示。

2.2.1 磨機鋼球裝載量的計算及鋼球直徑的選擇

鋼球裝載量計算式為

G=φ·r·V

(2)

式中：φ為鋼球充填系數；r為鋼球堆積比重，r=4.9 t/m3；V為磨機筒體有效容積，m3。

鋼球直徑計算式為

d=(250dm)0.5

(3)

式中：d為充填鋼球直徑，mm；dm為原料顆粒度，mm。

表5 磨機主要設計參數Table 5 Main design parameters of mill

表6 磨機(A、B)運行數據Table 6 mill A and mill B operation statistics

因石灰石干料粒度必須通過同一規格的上料篩子過濾，石灰石干料粒度直徑能夠保證在≤20 mm，因此無論在磨機試驗及還是運行情況下均為≤20 mm的石灰石粒徑。

用鋼球裝載量和鋼球直徑計算公式計算出鋼球裝載量在15～21.5 t，鋼球直徑40～70 mm。根據多次試驗結果，選取鋼球直徑的配比分別為40 mm 、50 mm 、60 mm 、70 mm，對應鋼球直徑加裝鋼球量占比分別為20% 、30% 、30%、20%[4-6]。

2.2.2調整兩臺磨機鋼球裝載量后A、B磨機運行參數變化

調整鋼球裝載量后，A磨機運行參數如表7所示，A磨機出力、電流、單耗與鋼球裝載量關系曲線如圖1所示。B磨機運行參數如表8所示。B磨機出力、電流、單耗與鋼球裝載量關系曲線如圖2所示。

表7 調整鋼球裝載量后A磨機運行參數Table 7 A mill operating parameters after adjusting steel ball loading capacity

1—A磨機出力與鋼球裝載量關系曲線；2—A磨機電流與鋼球裝載量關系曲線；3—A磨機單耗與鋼球裝載量關系曲線

表8 調整鋼球裝載量后B磨機各項運行參數Table 8 mill B operating parameters after adjusting steel ball loading capacity

1—B磨機出力與鋼球裝載量關系曲線；2—B磨機電流與鋼球裝載量關系曲線； 3—B磨機單耗與鋼球裝載量關系曲線

經過對試驗表7、表8、圖1、圖2分析和對磨機鋼球裝載量調整前后各項數據對比(見表9)，發現A、B兩臺磨機經調整鋼球直徑按不同比例混配裝載后，鋼球裝載量減少了2～3 t，給料量由原4.2 t/h增至4.8 t/h，石灰石漿液細度、含固量參數能夠達到設計值，磨機電流、單耗明顯降低。

表9 磨機鋼球裝載量調整前后各項數據對照表Table 9 Statistics comparison table before and after adjusting mill steel ball loading capacity

2.2.3 磨機A、B調整鋼球裝載量后經濟效益分析

根據式(1)計算出 A、B磨機鋼球裝載量調整后每小時耗電量NA、NB分別為

NA=1.732×16.6×6×0.85=146.63 kW

NB=1.732×17.2×6×0.85=151.9 kW

磨機單耗為

M=N/t

(4)

式中：N為磨機每小時耗電量；t為磨機每小時給料量。

A、B磨機鋼球裝載量調整后磨機單耗MA、MB分別為

MA=146.63/4.8=30.548 (kW·h)/t

MB=151.9/4.8=31.64 (kW·h)/t

通過上述試驗計算結果分析，A磨機通過調整鋼球裝載量單耗由39.54 (kW·h)/t降至30.548 (kW·h)/t，單耗降幅為22.7%；按2014年全年消耗石灰石22 270 t計算，可節約電量190 853 kW·h。 B磨機通過調整鋼球裝載量單耗由38.9 (kW·h)/t降至31.64 (kW·h)/t，單耗降幅為18.76%；按2014年全年消耗石灰石22 270 t計算，則可節約電量162 571 kW·h。

3 結 論

1) 通過石灰石-石膏濕法煙氣脫硫制漿系統磨機降單耗試驗，可實現制漿系統在滿足制漿系統額定出力及各參數要求的情況下降低制漿系統磨機單耗，實現制漿系統的經濟運行。

2)在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統噴淋空塔液位滿足吸收塔漿液循環泵汽蝕余量要求液位條件下，通過降低吸收塔液位運行，降低吸收塔羅茨式氧化風機的運行電流，實現脫硫系統節電運行。

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(編輯 侯世春)

Optimization of power saving operation of limestone-gypsum wet flue gas desulphurization system

Zhang Yibin,Chen Xiangjun,GAO Yuan

(Huadian Energy Harbin No.3 Power Plant,Harbin 150024,China)

Higher power consumption exists during the operation of 600MW unit limestone-gypsum wet flue gas desulfurization system.As to the problem,the feasibility of optimized system operating method and parameters and the reason of power consumption are analyzed and the unit consumption reduction test is carried out on the mill in the limestone-gypsum wet flue gas desulfurization pulverizing system,and operation measures are put forward to reduce the absorption tower operation level and the unit consumption of mill in pulverizing system.The practice proves that the optimized operating methods to reduce the absorption tower operation level and optimize wet ball mill unit consumption can further reduce the power consumption of the limestone-gypsum wet flue gas desulfurization system.

wet desulfurization; absorption tower; mill; power saving; optimized operation

2016-05-20;

2017-06-01。

張義斌(1972—)，男，高級工程師，從事電廠集控運行管理工作。

TM621.7

B

2095-6843(2017)04-0357-05