摘要：我国燃煤发电领域中，火电机组运行若能进行超低排放改造，则有利于实现燃煤电厂的污染物排放总量的控制，实现真正意义上的节能减排。基于此，本文先介绍了火电机组烟气脱硫工艺技术；其次，分析了火电机组烟气脱硫系统的能耗特征；最后，通过具体案例分析的方法，探究了火电机组烟气脱硫系统的节能优化方法。
关键词：燃煤发电；烟气循环；节能减排；烟气脱硫；废水处理
引言
根据2015年国家环保总局正式颁布的燃煤发电超低排放节能项目改造要求，火电机组的烟气脱硫技术需要在现有的基础上进一步优化，以确保烟气达标排放，达到节能减排的目的。但是，因为燃煤发电火电机组内部系统结构较为复杂，在实际的节能优化设计中可能面临严重的问题。因而，本文开展的火电机组烟气脱硫节能优化项目研究，具有现实意义。
一、火电机组烟气脱硫工艺技术
（一）湿法脱硫技术
1.石灰石-石膏
湿法脱硫技术中的代表技术是石灰石-石膏脱硫技术，这种技术方法已经在全国范围内得到了广泛地推广与运用。在具体的操作中，这种湿法脱硫技术体现出了技术成熟且成本低廉的优势特征，并且以石灰石和石膏作为主要的原料，降低原料获取的难度[1]。
2.双碱脱硫
双碱脱硫技术也是一种湿法脱硫技术，这种方法应用可以避免常规脱硫方法应用之后出现的结垢问题。双碱中的氢氧化钠的碱性强、溶解度大，并且还有较好的吸收效果，所以能有效地解决脱硫中出现的污垢堵塞问题。将这一技术和石灰石-石膏技术联合运用，能更进一步地降低能耗。
（二）半干法脱硫技术
1.烟气循环
脱硫工艺技术是利用吸收剂作为原材料，促进烟气中的二氧化硫和吸收剂相互融合。通过反复循环的操作方法，最终能使烟气中的二氧化硫被充分吸收。这种方法前期投入成本低，占地面积小，操作方法相对灵活[2]。
2.喷雾干燥
烟气中的二氧化硫和石灰乳会发生化学反应，并且生成白色亚硫酸钙。因此，在应用半干法脱硫技术中的喷雾干燥技术中，可以将石灰石作为原材料，充分节约了脱硫的成本，并降低了脱硫能耗。
（三）干法脱硫技术
干法脱硫技术是在我国有着较为悠久的发展历史，最早可以追溯到二十世纪末期。干法脱硫技术的应用具有成本低和操作简单的优势特征，例如，在火力电厂发电系统内部锅炉中进行喷钙尾部增湿操作，就是一种在尾部进行的烟气脱硫增湿操作方法，这种方法的应用能提高整个环节的脱硫效率，并达到较好的脱硫效果。
二、火电机组烟气脱硫系统能耗特征
（一）总体能耗特征
火电机组烟气脱硫系统不仅能体现出对环保特征，而在实际的运行中，因为系统内部各项设备的能耗较为显著，因此也是一个耗能系统。系统内部的子系统较多，不同的子系统有着不同的运行方式，实际起到的作用和能耗也有所不同。例如，供给系统、二氧化硫吸收系统、烟气系统等都是较为明显的能耗子系统。特别是在一些大型燃煤发电厂对火电机组烟气脱硫系统中，这些子系统的能耗总量可能会占到发电总量的2%左右，需要对此加强控制，实现节能降耗管理。
（二）不同环节的能耗特征
1.循环泵
循环泵主要是浆液循环输送设备，通过采用单级离心模式，实现设备的全开或者全关闭操作。将浆液输送到喷淋层之后进行循处理。每一个喷淋系统都会设置的多个喷淋层，每一层喷淋层都会与其对应的石灰石浆液和烟气进行反应，消除二氧化硫，而这一环节要求喷淋层要在额定满负荷状态下运行[3]。
2.增压风机
在火电机组烟气脱硫系统中烟气会受到多重阻力与压力，如果不能克服这些阻力和压力，则烟气便不能顺利地通过烟囱排放。增压风机的使用是帮助烟气克服压力的最好方法，在实际运行环境下，会产生不同的烟气量，系统的阻力也会根据烟气量的大小而作出相应的调整。当调整到合适的叶片开度时，系统能耗也能得到控制。
3.氧化风机
氧化风机是火电机组烟气脱硫系统中的重要组成部分，其设计会根据实际运行需求进行方案的制定和参数的计算。一般情况下，设计师会根据叶轮长度与外径的大小，计算出可利用面积。因为氧化反应风机能耗特性参数为定值，所以计算出的氧化风机容积效率也为定值，当转速越大时，能耗也就越大。
三、火电机组烟气脱硫系统节能优化方法
（一）案例分析
为了更具体对火电机组烟气脱硫系统的节能优化方法进行研究，并增强理论研究成果的实际应用价值，本文提出将我国某地区的火力发电厂2×660MW火力发电机组系统作为研究对象。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆系统在原本的运行阶段，运用石灰石-石膏脱硫技术方法，在现场进行强制氧化脱硫，实际的发电率为1.035，脱硫效率为80%左右。为解决火电机组烟气脱硫效率低的问题，同时实现节能减排的目标，本文对具体的烟气脱硫方法和路径进行了优化设计。
（二）节能路径
1.循环泵优化
循环泵的优化中，要对系统内部配置的4台浆液循泵进行统一优化。在实际运行期间，每一台浆液循环泵设备分别对应一层喷淋层，并且是自下而上的扬程进行喷淋。单台泵机设备的额定输出流量基本上在10，000立方米/小时，结合实际运行的数据，可以计算出脱硫率与液气比之间的关系。当火电机组烟气脱硫系统的脱硫率随着液气比增加而增加时，其增加幅度会较慢，特别是脱硫率达到95%之后，脱硫率增加的幅度进一步缩小，逐渐接近水平值，但是循环泵能耗却没有响应减少。所以，在这种情况下，技术部门提出在运行负荷为90%的状态下，将四台循环泵全开的模式转变成为三泵运行的模式，可以在满足火电机组烟气脱硫需求的同时降低能耗。如果系统运行负荷为40%，三泵运行可以调整为两泵运行，能耗还能更进一步降低。
2.增压风机优化
在火电机组烟气脱硫系统中，如果能够配备一台动叶可调解式的增风压机，设计流量调整为412，9000立方米/小时，则在实际的运行工作中，系统烟气阻力会随着机组负荷以及烟气脱硫塔内部的循环泵运行模式而作出相应的变化。在增压风机运行优化期间，工作人员需要充分地考到系统阻力的克服条件，确保风机叶片开度适合，并据此减少烟头压力余量，降低风机的能耗。例如，在运行符合为100%的情况下，烟气流量为800立方米/秒，为了克服其阻力，需要将压头的压力调整为3152Pa，此时，风机叶片的开度若能调整为65度，则可以满足实际的运行需求，与原本运行开度70度相比，节能功率得到了明显提升。
3.氧化风机优化
火电机组烟气脱硫系统当中常规状态下的氧化风机有3台，其中两台为运行设备，另外一台为备用设备。在实际的运行中，单台氧化风机的额定流量为12，252立方米/小时，风机全压状态下的压力为90，000Pa，额定功率为387.5kW。目前国内火电机组烟气脱硫系统中安装并进行使用的氧化风机大部分都是容积式风机，可采用的控制方法为变频调速控制法，这种方法可以达到良好的节能减排效果。其节能原理为：烟气入口当中的二氧化硫浓度会随着燃煤硫分、机组负荷的下降而下降，而氧化风机所能提供的空气量也会随着上述指标的下降而下降，能耗也由此降低，进而实现用电量的降低。
4.废水处理
在火电机组烟气脱硫的节能优化中，不仅要关注到能源的节约，还需要充分地考虑到无污染排放，特别是排放环节可能会对环境造成的污染影响。例如，在火电机组烟气脱硫的石膏浆液脱水之后，排除的滤液成分包括了氯离子、铅元素、钙元素、铜元素、镁元素、汞元素和硫酸根等酸性有害物质，废水当中的杂质还包括了高浓度的硫酸亚、亚硫酸盐、贵金属与悬浮物，如果不经过处理就直接排放，会严重地污染到生态环境。对此，在废水处理阶段，工作人员提出可以启动污泥处理装置，通过泵压脱水的方式，将得到的滤液输送到溢流坑，当其达到一定高度之后，送回到中和箱，与新产生的脱硫废液共同进行后续的处理。通过这种反复循环操作的方法，能逐渐使其中的有害物质进行中和反应，最终得到达到排放标准的废水。
5.电子束照射
应用电子束照射方法可以达到刺激火电机组运行中所产生烟气中的水分子、氧气分子和氮气分子，使他们形成具有强氧化性的自由基。这些具有强氧化性的自由基在和二氧化硫发生氧化反应之后，会形成包括硫酸在内的酸性物质，在期中喷入氨气，充分与酸性物质接触，最终会生成具有稳定性的硝酸铵及其固体颗粒。工作人员只需要使用除尘设备就可以将硝酸铵的固体颗粒进行收集，可以应用到化肥生产当中。由此可以看出，在火电机组烟气脱硫系统中应用这种方法，不仅能达到良好的脱硫脱硝效果，而且因为操作十分简便，所以减少了脱硫过程中所产生的能源消耗。
6.荷电干式喷射
荷电干式喷射方法也是一种烟气脱硫处理工艺技术，这种技术是将带电的微细吸收剂喷射到吸收塔内部。吸收塔内部收集到的烟气中的二氧化硫会和吸收剂充分接触之后产生化学反应，进而达到脱硫的效果，这种方法应用到的化学原理为：
（1）
在实际的应用中，可以通过在中间反应环节加入催化剂的方式，提高反应的速率，就可以应用到高硫煤脱硫反应工作当中。
（三）节能优化结果
在综合运用了多种不同的节能减排方式方法之后，本文研究对象火电机组的烟气脱硫系统达到了较为显著的优化结果。最终，40%至100%负荷工作状况中，不增加新设备的情况下，仅通过对现有设备的运行参数和配合模式进行调整，就达到了3%至25%的节能效率。并且，在主要能耗设备当中能耗较大的氧化风机和增压风机，也通过优化调整的方式，达到了相对有效的节能效果。
总结
综上所述，针对我国燃煤发电厂的火力机组在实际运行的烟气脱硫需求，工作人员设计出了科学有效的节能减排措施，最终达到了预期的优化目标。在工作中，根据具体的情况，确定了设施边界条件，同时根据燃煤的条件和煤炭的种类，设计出煤质硫分，设计出更为科学合理的管理方案。通过调整运行方式和优化运行参数，可降低烟气脱硫期间使用的增效剂，在满足环保达标排放要求的前提下，实现节能降耗。
参考文献：
[1]李珍兴，刘翔宇，李春玉.论火电厂脱硫节能降耗技术的改进措施[J].节能，2019，38（03）：95-97.
[2]赵羽.火电机组烟气脱硫系统的节能优化运行[J].河北企业，2018（11）：164-165.
[3]李兴华，牛拥军，何育东.火电机组脱硫系统超低排放改造节能优化[J].热力发电，2017，46（11）：119-123.
论文作者:马文辉
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/23
标签：烟气论文; 火电论文; 机组论文; 系统论文; 风机论文; 节能论文; 技术论文; 《电力设备》2019年第12期论文;