摘要：1000MW机组湿法烟气脱硫系统的运行成本包含有设备转机设备电费、脱硫吸剂费用、生产用水费用、SO2排污费等多种费用的支出。脱硫相对生产成本概念的提出，可以为脱硫系统的经济运行提供理论支持，为保证湿法烟气脱硫的经济运行，相关企业也需要对机组脱硫装置的实际运行情况、吸收塔运行的影响因素及循环泵在不同负荷及不同燃煤含硫量工况下的运行情况进行分析。本文主要对1000MW机组湿法烟气脱硫系统经济运行的实际需求、湿法烟气脱硫系统的共性问题、共性问题解决措施及湿法烟气脱硫系统经济运行保障措施进行了探究。
关键词：湿法烟气脱硫系统；吸收塔；循环泵；经济运行
前言：
1000MW级机组是目前国内大型火力发电厂主力机组。且再运行中基本采用湿法脱硫工艺，湿法烟气脱硫系统在火电厂运行过程中发挥着重要的作用。根据国家环境保护部门的相关规定，新建燃煤机组不能设置脱硫旁路烟道，现有的烟气脱硫设备也需要拆除旁路，在机组脱硫旁路拆除以后，湿法烟气脱硫系统的经济运行成为了火力发电企业所关注的问题。对这一问题进行探究，可以让火力发电机组烟气脱硫技术得到完善。
1.1000MW机组湿法烟气脱硫系统经济运行的实际需求
以某电厂使用的1000MW机组为例，该机组使用的脱硫方式为石灰石-石膏湿法烟气脱硫方式。脱硫系统包含有烟气系统、制浆系统、脱水系统、废水处理系统等子系统。制浆系统所使用的石灰石需要直接外买，脱水系统为两级脱水系统。在锅炉处于最大连续蒸发量的情况下，该系统入口烟气量为3001364m3/h（标态、干基，6%O2）。根据机组的设计要求，湿法烟气脱硫系统的脱硫效率需达到93.5%以上[1]，吸收塔出口净烟气中SO2含量小于35 mg/m3。
石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统具有工艺系统复杂的特点，该设备运行过程中产生的成本费用包含有水电费、脱硫剂费用、维修费用、折旧费用及运营管理费用等。电费、脱硫剂费用和水费与机组运行工况之间具有一定的联系。湿法烟气脱硫系统的运行方式也可以被看作是排污费与石膏销售收入的主要影响因素。通过对与脱硫装置运行方式有关的经济因素进行分析，相对生产成本概念是烟气脱硫系统经济运行的主要影响因素。以下公式为相对生产成本的计算公式：
C=C1+C2+C3+C4-C5
在上述公式之中，C为相对生产成本、C1为机组运行过程中产生的电费成本支出，C2为脱硫剂费用支出；C3指代的内容为水费支出；C4用于指代排污费支出，C5指代的内容为湿法烟气脱硫法所带来的石膏销售收入。根据火力发电厂的实际情况，脱硫相对生产成本最低为脱硫装置运行优化的主要目标。在保证脱硫效率及副产品石膏的品质的基础上，降低经济型消耗指标，是机组湿法烟气脱硫系统经济运行的实际需求。
2.湿法烟气脱硫系统的共性问题与解决措施
2.1管道磨损、堵塞、泄漏问题及解决措施
湿法烟气脱硫系统管道的运行环境较为恶劣，在流动介质的冲刷和腐蚀作用下，机组管道易出现系泄漏、磨损及堵塞等问题。为解决管道泄漏、管道磨损及管道堵塞等问题对湿法烟气脱硫系统正常运行的影响，设计中多采用衬胶管道。此种管道虽然可以发挥出防腐、耐磨的作用，但是在衬胶破裂、脱落以后，堵塞管道的衬胶会影响浆液的流动。根据湿法烟气脱硫系统的实际介质状况，工业管材的防腐性能、防磨性能与防垢性能是湿法烟气脱硫系统经济运行的影响因素。就机组运行中的实际情况而言，孔网钢塑复合管的应用，可以在解决管道磨损、堵塞及泄漏问题的基础上，为烟气脱硫系统的经济运行提供保障。此种管道的内壁较为光滑，内摩擦阻力小于金属管的阻力与金属衬胶管的阻力。
2.2机械密封泄漏问题及解决措施
机械密封泄漏问题主要指的是湿法烟气脱硫系统中的各种泵的机封泄漏问题。吸收塔搅拌器密封泄漏问题也会影响烟气脱硫系统的正常运行。机械密封泄漏问题的频繁出现可，不仅会造成人力、物力资源的浪费，也会让设备表现出脱硫效率低的问题。通过对机械密封泄漏问题的产生原因进行分析，机械密封的制造质量与工艺问题是引发泄漏问题的主要原因。检修人员的安装水平也可以被看作是机械密封泄漏问题的诱发因素。为了避免这一问题的出现，相关人员需要将质量良好的密封产品应用于湿法烟气脱硫系统之中，并要对系统检修人员的培训工作进行强化。针对机械密封安装技术水平对机械密封效果的影响，检修人员需要在经过严格的培训以后，参与到系统检修工作之中。
为保证湿法烟气脱硫系统的经济运行，相关单位也需要对阀门内漏问题进行及时处理、脱硫系统管路中传输的物质以二相介质石灰石浆液及石膏浆液为主。这些浆液对脱硫系统内部阀门具有一定的腐蚀作用，由此出现的内漏问题也会影响脱硫系统的正常运行。浆液循环系统阀门质量、浆液供应系统的阀门质量与浆液排放系统阀门质量是相关人员所不可忽视的内容。
3.1000MW级机组湿法烟气脱硫系统经济运行保障措施
3.1吸收塔运行参数的优化
3.1.1pH值运行优化
以前文所述设备为例，系统中共有5台循环泵，在吸收塔入口烟气SO2不超过2200 mg/m3时，循环泵全部投运的情况下，系统的主机负荷可以达到1000MW。吸收塔出口烟气SO2不超过35 mg/m3。在pH值不同的情况下，湿法烟气脱硫系统的出口烟气SO2含量会随之发生一定范围内的波动，如在某一工况下，pH值为5.02时，脱硫系统的出口烟气SO2含量为32.5 mg/m3；在pH值为5.57时，脱硫系统的出口烟气SO2下降至17.2 mg/m3，在pH值为5.86时，脱硫系统的出口烟气SO2降低至12.4 mg/m3。在pH值不断增加的情况下，石灰石成本、排污费及石膏收益也会有所增加，但是烟气脱硫系统的相对运行成本的差别相对有限，故而在对石膏品质及石灰石利用效率进行统筹分析的基础上，火力发电厂需要让湿法烟气脱硫系统处于低pH值运行状态，同时，为了防止设备腐蚀，不宜过度降低pH值，实际运行中 pH值取值范围一般控制在5.0-6.0之间。
3.1.2吸收塔浆液密度
吸收塔在烟气脱硫系统中发挥着较为重要的作用。一般情况下，吸收塔运行的影响因素主要与以下因素有关：一是，吸收塔浆液密度；二是，pH值的变化情况。在石膏浆液密度过低的情况下，浆液会表现出CaSO4含量低、CaCO3含量过高等现象，进而引起皮带机脱水困难等问题，也会导致石膏品质下降及石灰石消耗量增加等问题。在密度过高的情况下，石膏浆液往往难以对SO2进行有效吸收。出于提升脱硫效率，同时提高对吸收塔内石膏结晶速率以便后期石膏脱水的考虑，将石膏浆液密度控制在1070kg/m3以上，但是根据石膏浆液取样分析结果，在浆液密度不断增加的情况下，循环泵电流及系统管路磨损也会有所增加，故而石膏浆液的密度需控制在1070-1100kg/m3之间。
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3.1.3吸收塔液位与吸收塔腐蚀问题的优化
吸收塔液位高低是湿法脱硫系统氧化风机电量消耗的主要影响因素。在吸收塔液位较高的情况下，氧化空气压力的升高，会让氧化风机的电流有所增加，从而发挥出增加氧化效果的作用。为避免吸收塔溢流问题的出现，吸收塔液位高度需控制在10.5-11.3m之间[2]。
吸收塔腐蚀问题也是烟气脱硫系统运行过程中不可忽视的问题。以环氧树脂、不饱和树脂和聚酯树脂为代表的高性能防腐蚀涂料的应用，有助于腐蚀问题的解决。烟气脱硫系统中使用的鳞片以不锈钢鳞片、云母鳞片和石墨鳞片为主，相关人员需要根据烟气流动情况选择防腐材料。烟道改进是解决吸收塔腐蚀问题的一种可行措施。就湿法烟气脱硫系统的运行情况而言，吸收塔入口烟道除累积的积灰也会影响机组设备的正常运转，在吸收塔进口烟道中安装喷水系统的措施可以在提升脱硫效率的同时，促进脱硫副产品的品味的提升。在烟温过高的紧急状态下，这一系统也为系统内设备提供一定的保障。
3.2循环泵运行方式的优化
循环泵运行方式与燃煤含硫量及主机负荷等因素有关，在循环泵运行方式优化过程中，相关人员的需要对主机负荷的变化情况与循环泵的运行情况进行关注，如在机组负荷为500MW的情况下，电厂可以采用2台循环泵同时运行的方案，pH值需控制在5.3-5.4之间，吸收塔浆液密度需控制在1080-1100kg/m3之间。
为促进循环泵运行方式的优化，检修部门需要在机组调停以后，对管路堵塞问题进行彻底清理，如出于提升吸收塔管路的通畅性的需要，可以借助脱硫添加剂效果实验，优化机组设备的节能指标，也可以在增加吸收塔内托盘数量，增加液汽接触面积的方式，提升机组的脱硫效率。
3.3地坑系统的优化
地坑系统在湿法烟气脱硫系统正常运行及停运冲洗过程中发挥着较为重要的作用。根据湿法烟气脱硫系统的实际情况，地坑需要设置在吸收塔区域、石膏脱水区域、石灰石浆液制备区等区域。在脱硫系统检修维护过程中，地沟堵塞问题是地坑系统中较为常见的一种问题。为保证湿法烟气脱硫系统的正常运行，相关单位可以采用在脱水区域地沟中加装喷嘴的措施。这一措施的应用，可以让一些流入地沟的石膏浆液进入地坑，进而为地沟的畅通性提供保障。除此以外，这一措施也可以在提升检修工作的工作效率的同时，为脱硫设备的正常运行提供保障。
地坑泵系统的优化，也有助于湿法烟气脱硫系统的正常运行。针对地坑泵备用泵不足及地坑泵出力不足等问题，检修部门需要部分备用泵充当临时地坑泵使用，以便在地坑来水量较大或泵检修时防止地坑中浆液溢流。针对地坑泵在液位变化影响下出现的跳闸问题，可以利用液位高低控制模式取代原有的控制逻辑，以便在延长地坑泵使用寿命的基础上，促进湿法烟气脱硫系统的经济运行。
3.4石膏脱水系统的优化
针对石膏浆液缓冲箱泵堵塞问题给湿法烟气脱硫系统经济运行效率的影响，相关人员需要对吸收塔内生成的固体含量25%的低浓度石膏浆液进行优化，并要让石膏浆液排出泵打入至真空脱水皮带机上方的石膏漩流器中，此时石膏中的水分可以下降至55%。在石膏浆液二次脱水工序完成以后，石膏含水量可以下降至10%以内，这一设计方案的应用，可以发挥出简化石膏浆液处理环节的作用。在石膏浆液缓冲箱去除以后，相关人员也需要重新调整排出泵的功率，并要对控制系统进行调整。就烟气脱硫系统的长远发展而言，此种运行方式的应用有助于降低系统的生产运行成本与维护成本，也可以在避免石膏浆液泵故障的同时，节约事故启动用电量。
3.5 1000MW机组脱硫系统设备的国产化
1000MW机组脱硫系统设备的国产化，可以在降低脱硫成本的基础上，为脱硫系统的经济运行提供保障。一些大型机组中应用有大量进口设备，设备采购周期长、设备设计缺陷等因素会严重影响机组运行。在进口设备应用于机组以后进口配件费用也会让脱硫系统的运行成本有所增加。相关设备的国产化，可以让相关单位在降低运行成本的同时，避免进口设备缺陷给脱硫系统正常运行带来的不利影响。为保证湿法烟气脱硫系统的正常运行，相关单位需要从设备运行情况及劣化分析等方面入手，完成国产化设备清单的编制，进而在对相应计划进行完善的基础上，利用国内先进设备与前沿技术，提升大型火电机组脱硫设备的国产化率，如石膏浆液循环泵的国产化、机械密封的国产化及其他部件的国产化已经得到了关注。
3.5.1石膏浆液循环泵的国产化
以某型号1000MW机组为例，该设备在运行过程中长期处于满负荷运行状态。受石灰石分的品质及进口滤网堵塞等问题的影响，机组中的脱硫石膏浆液循环泵叶轮已经严重磨损，叶轮气蚀现象也给机组的正常运行与机组脱硫效率带来了不利影响。对此相关单位根据石膏浆液循环泵的实际工作情况，选择国内专业厂家。在对相关厂家的产品质量进行分析的基础上，发电厂通过技术论证的方式，确定理想的国产设备。产品质量与产品的经济性是国产石膏浆液循环泵选择过程中所遵循的原则。就湿法烟气脱硫的实际情况而言，国产设备的产品参数不能低于进口产品的相关参数。
3.5.2机械密封的国产化
湿法烟气脱硫系统具有转动设备较多的特点，设备动静部分的密封方式以机械密封方式为主。在烟气脱硫运行工况与介质条件的影响下，机械密封的规格与型号具有多样化的特点。根据前文论述，机械密封产品多应用于湿法烟气脱硫系统中的以下设备：一是石膏浆液循环泵；二是湿法烟气脱硫系统的工艺水泵；三是吸收塔搅拌器；四是废水漩流泵与废水泵；五是石灰浆液循环泵与排出泵。在机械密封国产化实施过程中，密封质量是人们所不可忽视的内容。
3.5.3其它部件的国产化
脱硫系统中的其他部件主要指的是石膏漩流站备件、废水漩流站备件及吸收塔搅拌器桨叶、桨叶调节阀等。在国产化进程中，相关单位仍然需要对设备的质量问题进行关注。
结语：
在满足环保要求的基础上，降低湿法烟气脱硫系统的运行成本，可以在保证脱硫效率的基础上，促进火电厂经济效益的提升，脱硫系统经济运行方案设计需要严格依照MW机组的实际运行情况开展设计，以保证设计方案的实效性。
参考文献：
[1]余鹏，王森，曾庭华.1000 MW机组无旁路湿法石灰石-石膏烟气脱硫系统运行风险分析及控制措施[J].广东电力，2012，25（02）：116-119.
[2]何望飞，李兴华.660MW机组湿法烟气脱硫系统经济运行分析及优化研究[J].广东电力，2010，23（06）：20-22.
[3]成黎明.降低660MW机组湿法烟气脱硫系统厂用电率措施[J].科技与企业，2015（20）：182.
[4]吴永德，宋建珂，李光耀.2×300MW机组两炉一塔湿法烟气脱硫系统分析及建议[J].广西电力，2012，35（03）：71-74.
[5]刘延泉，牛成林，程海燕，刘欣.330MW机组湿法烟气脱硫控制系统目标值优化[J].中国电力，2012，45（04）：68-72.
论文作者:李杰
论文发表刊物:《河南电力》2018年11期
论文发表时间:2018/11/29
标签：烟气论文; 湿法论文; 系统论文; 浆液论文; 吸收塔论文; 石膏论文; 机组论文; 《河南电力》2018年11期论文;