摘要

針對600MW機(jī)組石灰石一石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中存在耗電量偏高問題，分析了優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)的可行性及其耗電原因，對石灰石一石膏濕法煙氣脫硫制漿系統(tǒng)磨機(jī)進(jìn)行了降單耗試驗(yàn)，提出了降低吸收塔運(yùn)行液位、降低制漿系統(tǒng)磨機(jī)單耗等運(yùn)行措施。實(shí)踐證明，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)采用吸收塔降液位運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)整濕式球磨機(jī)單耗的運(yùn)行優(yōu)化方式能夠進(jìn)一步降低脫硫系統(tǒng)的耗電。

關(guān)鍵詞：濕法脫硫;吸收塔;磨機(jī);節(jié)電;優(yōu)化運(yùn)行

華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠(以下簡稱哈三電廠)兩臺600MW機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)采用了按單元制設(shè)計(jì)、塔內(nèi)強(qiáng)制氧化的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，設(shè)置兩套制漿系統(tǒng)及兩套石膏脫水系統(tǒng)作為兩臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)的公用系統(tǒng)部分。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)兩套系統(tǒng)雖然能夠滿足煙氣的脫硫指標(biāo)，但系統(tǒng)運(yùn)行中存在耗電量偏大、運(yùn)行成本高等問題。本文分析了兩臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)耗電問題原因，根據(jù)石灰石一石膏濕法煙氣脫硫制漿系統(tǒng)磨機(jī)降單耗試驗(yàn)，提出并實(shí)施了降低吸收塔運(yùn)行液位、降低吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電流等節(jié)電運(yùn)行措施，降低了制漿系統(tǒng)磨機(jī)單耗，脫硫系統(tǒng)節(jié)電運(yùn)行效果顯著。

1脫硫系統(tǒng)耗電問題的原因分析

哈三電廠兩臺600 MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)投產(chǎn)后，吸收塔運(yùn)行以兩臺漿液循環(huán)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(tǒng)進(jìn)行了增容改造，吸收塔加高4m，吸收塔漿液循環(huán)泵由3臺增加至4臺，氧化風(fēng)機(jī)(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(huán)泵根據(jù)脫硫效率間斷投運(yùn)，漿液制備系統(tǒng)及石膏脫水系統(tǒng)間斷投運(yùn)，雖然系統(tǒng)耗電較設(shè)計(jì)有了一定的降低，但系統(tǒng)運(yùn)行耗電需要進(jìn)一步降低，可以適當(dāng)改變系統(tǒng)的一些運(yùn)行參數(shù)及優(yōu)化一些系統(tǒng)運(yùn)行方式，達(dá)到系統(tǒng)進(jìn)一步節(jié)電的效果。

兩臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)吸收塔液位、制漿系統(tǒng)均采用設(shè)計(jì)調(diào)試后的運(yùn)行參數(shù)及方式運(yùn)行，其中3號吸收塔運(yùn)行液位9.8m，4號吸收塔運(yùn)行液位8.0m，A磨機(jī)運(yùn)行電流18.8A，出力4.2t/h;B磨機(jī)運(yùn)行電流18.5A，出力4.2t/h;

3號吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流35A，流量5.37km3/h，出口壓力98kPa;

4號吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流288A，流量3.295 km3/h，出口壓力70kPa;

4號吸收塔石膏排出泵運(yùn)行功率30kW，脫硫?yàn)V液泵運(yùn)行功率22kW脫硫溢流泵運(yùn)行功率30kW。

對上述運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析可知，兩套制漿系統(tǒng)的磨機(jī)運(yùn)行電流是否為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電流，吸收塔氧化風(fēng)機(jī)、漿液循環(huán)泵運(yùn)行電流是否偏高，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的焦點(diǎn);適當(dāng)降低吸收塔運(yùn)行液位能否使氧化風(fēng)機(jī)、漿液循環(huán)泵電流降低;能否通過對不同直徑鋼球重新配比，確定磨機(jī)鋼球的最佳裝載量，確定磨機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電流以降低磨機(jī)電耗，需要通過試驗(yàn)來加以論證。

2脫硫系統(tǒng)節(jié)電優(yōu)化措施

2.1 3、4號吸收塔降液位運(yùn)行

該廠3號吸收塔設(shè)計(jì)運(yùn)行液位10.0m，4號吸收塔設(shè)計(jì)運(yùn)行液位8.0m，試驗(yàn)是在機(jī)組滿負(fù)荷工況下進(jìn)行，在保持吸收塔內(nèi)漿液密度不變的情況下，考慮到吸收塔漿液循環(huán)泵的汽蝕余量5.6m，吸收塔液位逐漸降低至6.5m運(yùn)行。

保持3號吸收塔漿液密度值1089kg/m3不變，逐漸降低3號吸收塔液位，3號吸收塔各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)變化值如表1所示，3號吸收塔出口CEMS運(yùn)行參數(shù)變化值如表2所示。

表1 3號吸收塔降液位運(yùn)行參數(shù)變化表

表2 3號吸收塔降液位CEMS運(yùn)行參數(shù)變化表

保持4號吸收塔漿液密度值1120kg/m3不變，逐漸降低4號吸收塔液位，4號吸收塔各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)變化值如表3所示，4號吸收塔出口CEMS運(yùn)行參數(shù)變化值如表4所示。

表3 4號吸收塔降液位運(yùn)行參數(shù)變化表

表4 4號吸收塔降液位CEMS運(yùn)行參數(shù)變化表

2.1.1 吸收塔降低液位后參數(shù)分析

將3、4號吸收塔液位降低至6.5m后，發(fā)現(xiàn)3號吸收塔氧化風(fēng)機(jī)電流由35A降至27A運(yùn)行，4號吸收塔氧化風(fēng)機(jī)電流由193A降至166A運(yùn)行，3、4號吸收塔漿液循環(huán)泵電流幾乎無變化;3、4號吸收塔的氧化風(fēng)量均增加。雖然吸收塔氧化風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)電流有較大幅度降低。

3、4號吸收塔設(shè)計(jì)(BMCR)煙氣量2250Nm3/h，入口SO2含量640mg/Nm3，出口SO2≤200mg/Nm3，通過對吸收塔降液位后吸收塔出口CEMS參數(shù)對比，發(fā)現(xiàn)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值(參見表2、表4)，滿足GB 13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》脫硫的要求。

2.1.2 吸收塔降低液位后經(jīng)濟(jì)效益分析

3號吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)額定電流41.9A，額定電壓6kV額定功率355kV;降液位前實(shí)際運(yùn)行電流35A，流量5.37km3/h，出口壓力98kPa，耗電量為

N=1.7321VcosΦ (1)

式中:

N為耗電量;l為氧化風(fēng)機(jī)電流;V為氧化風(fēng)機(jī)電機(jī)電源電壓;cosΦ為功率因數(shù)，cosΦ=0.85。

3號氧化風(fēng)機(jī)降液位前實(shí)際運(yùn)行功率為

N=1.732x35x6x0.85=309kW

3號氧化風(fēng)機(jī)降液位后實(shí)際運(yùn)行功率為(電流按27A計(jì)算):

N=1.732x27x6x0.85=238kW

4號吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)額定電流288A額定電壓380V額定功率160kV;降液位前實(shí)際運(yùn)行電流193A，流量3.295km3/h，出口壓力70kPa。

根據(jù)式(1)，計(jì)算出4號氧化風(fēng)機(jī)降液位前實(shí)際運(yùn)行功率為

N=1.732x193x0.380x0.85=107.97kW

4號氧化風(fēng)機(jī)降液位后實(shí)際運(yùn)行功率為(電流按163 A計(jì)算)

N=1.732x163x0.380x0.85=91.18kW

3、4號吸收塔液位降低至6.5m后，3號吸收塔因氧化風(fēng)機(jī)電流的降低每年可節(jié)約電量(309-238)x5500=390500kW˙h;

4號吸收塔因氧化風(fēng)機(jī)電流的降低每年可節(jié)約電量(107.97-91.18)x5500=92345kW˙h(按機(jī)組年運(yùn)行5500h計(jì)算)。

2.2 濕式球磨機(jī)單耗優(yōu)化調(diào)整

經(jīng)過對哈三電廠3、4號機(jī)組脫硫制漿系統(tǒng)的參數(shù)分析及磨機(jī)單耗計(jì)算，發(fā)現(xiàn)兩套制漿系統(tǒng)的磨機(jī)在滿足設(shè)計(jì)出力時A磨機(jī)和B磨機(jī)運(yùn)行單耗分別為39.5kW˙h/t和38.9kW˙h/t，即存在運(yùn)行電流偏大、磨機(jī)單耗高的問題，需要對兩套制漿系統(tǒng)的磨機(jī)重新進(jìn)行鋼球裝載試驗(yàn)。通過試驗(yàn)確定兩臺磨機(jī)的最佳鋼球配比、最佳鋼球裝載量及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電流，以降低兩套制漿系統(tǒng)的磨機(jī)單耗。

磨機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表5所示。調(diào)整兩臺濕式磨機(jī)鋼球裝載量前兩臺濕式球磨機(jī)(A、B)運(yùn)行數(shù)據(jù)如表6所示。

2.2.1 磨機(jī)鋼球裝載量的計(jì)算及鋼球直徑的選擇

鋼球裝載量計(jì)算式為

G=φ˙r˙V (2)

式中：

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

鋼球直徑計(jì)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(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表6磨機(jī)(A、B)運(yùn)行數(shù)據(jù)

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

用鋼球裝載量和鋼球直徑計(jì)算公式計(jì)算出鋼球裝載量在15-21.5t，鋼球直徑40-70mm。根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果，選取鋼球直徑的配比分別為40mm，50mm，60mm，70mm，對應(yīng)鋼球直徑加裝鋼球量占比分別為20%，30%，30%，20%。

2.2.2 調(diào)整兩臺磨機(jī)鋼球裝載量后A,B磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)變化

調(diào)整鋼球裝載量后，A磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)如表7所示，A磨機(jī)出力、電流、單耗與鋼球裝載量關(guān)系曲線如圖1所示。B磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)如表8所示。B磨機(jī)出力、電流、單耗與鋼球裝載量關(guān)系曲線如圖2所示。

表7 調(diào)整鋼球裝載量后A磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)

A磨機(jī)出力與鋼球裝載量關(guān)系曲線，2-A磨機(jī)電流與鋼球裝載量關(guān)系曲線，3-A磨機(jī)單耗與鋼球裝載量關(guān)系曲線

圖1 A磨機(jī)出力、電流、單耗與鋼球裝載量關(guān)系曲線

表8 調(diào)整鋼球裝載量后B磨機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)

1-B磨機(jī)出力與鋼球裝載量關(guān)系曲線，2-B磨機(jī)電流與鋼球裝載量關(guān)系曲線，3-B磨機(jī)單耗與鋼球裝載量關(guān)系曲線

圖2 B磨機(jī)出力、電流、單耗與鋼球裝載量關(guān)系曲線

經(jīng)過對試驗(yàn)表7、表8、圖1、圖2分析和對磨機(jī)鋼球裝載量調(diào)整前后各項(xiàng)數(shù)據(jù)對比(見表9)，發(fā)現(xiàn)A、B兩臺磨機(jī)經(jīng)調(diào)整鋼球直徑按不同比例混配裝載后，鋼球裝載量減少了2-3t，給料量由原4.2t/h增至4.8t/h，石灰石漿液細(xì)度、含固量參數(shù)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)值，磨機(jī)電流、單耗明顯降低。

表9 磨機(jī)鋼球裝載量調(diào)整前后各項(xiàng)數(shù)據(jù)對照表

2.2.3 磨機(jī)A、B調(diào)整鋼球裝載量后經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)式(1)計(jì)算出A、B磨機(jī)鋼球裝載量調(diào)整后每小時耗電量NA、NB分別為

NA=1.732x16.6x6x0.85=146.63kW

NB=1.732x17.2x6x0.85=151.9kW

磨機(jī)單耗為

M=N/t (4)

式中：N為磨機(jī)每小時耗電量;t為磨機(jī)每小時給料量。

A、B磨機(jī)鋼球裝載量調(diào)整后磨機(jī)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(yàn)計(jì)算結(jié)果分析，

A磨機(jī)通過調(diào)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22270t計(jì)算，可節(jié)約電量190853kW˙h。

B磨機(jī)通過調(diào)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22270t計(jì)算，則可節(jié)約電量162571kW˙h。

3結(jié)論

(1)通過石灰石-石膏濕法煙氣脫硫制漿系統(tǒng)磨機(jī)降單耗試驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)制漿系統(tǒng)在滿足制漿系統(tǒng)額定出力及各參數(shù)要求的情況下降低制漿系統(tǒng)磨機(jī)單耗，實(shí)現(xiàn)制漿系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

(2)在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)噴淋空塔液位滿足吸收塔漿液循環(huán)泵汽蝕余量要求液位條件下，通過降低吸收塔液位運(yùn)行，降低吸收塔羅茨式氧化風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電流，實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)節(jié)電運(yùn)行。

本文發(fā)表于《黑龍江電力》2017年8月 第39卷 第4期作者張義斌，男，高級工程師，從事電廠集控運(yùn)行管理工作。