（中国电建甘肃能源崇信发电有限责任公司 甘肃省 744200）
摘要：随着国家对燃煤发电厂环保要求的不断提高，截至目前，全国单机容量600MW以上大容量火电机组大多数已经完成或正在进行超低排放改造。然而，很多改造后已投运的超低排放环保设施也暴露出设计裕量过大、改造过度、运行能耗过高等一系列问题。本文针对600MW燃煤电厂脱硫系统超低排放改造项目，从设计方案、运行方式等方面进行优化研究，提出节能优化措施。
关键词：火电机组；脱硫系统；超低排放；改造节能
1超低排放政策与要求
国家发改委、环保部及能源局3部委于2014年9月联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》，明确提出：东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，中部地区原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，并鼓励西部地区接近或达到燃气轮机组排放限值。
2脱硫系统设计方案优化
2.1烟气系统
目前，国内脱硫装置烟气系统改造的主流方案是取消增压风机，将引风机和增压风机合并设置，由引风机克服脱硫装置烟气系统阻力。某电厂2×600MW机组自投用以来，机组整体运行良好，但引风机和增压风机裕量较大，由于该厂机组长期在中低负荷调峰运行，实际运行效率较低，引风机和增压风机厂总计用电率超过1.5%。经河南省电力勘测设计院技术人员对该厂引风机与脱硫增压风机合并改造进行方案对比研究，结果表明在机组600MW满负荷运行工况下，改造前后烟气系统风机总功率减少1105.1kW，厂用电率下降0.215%，节能效果非常显著。
取消增压风机后，还需对引风机出口至脱硫吸收塔入口间烟道进行优化设计，尽量减少烟道弯头、挡板和变径，以减少烟道阻力。该600MW机组电厂由于环保要求，取消了脱硫系统烟气大旁路，同时在引风机出口和脱硫塔入口之间增设了小旁路，便于当增压风机故障时，开启小旁路，避免因增压风机故障引起机组停机。此种设计一方面导致烟道结构复杂，挡板、弯道多，烟道阻力增加较多。经统计，仅引风机出口到增压风机出口之间就有三个直角弯头、四个烟道挡板门。另一方面当增压风机停运后系统的阻力全部被引风机克服，因此必须要降负荷运行，易造成引风机抢风失速，导致引风机疲劳破坏；其次增压风机停机后进出口均是正压，由于百叶窗式进出口挡板门无法彻底隔绝烟气，检修难度很大。引增合一改造后取消增压风机，减少了机组故障点，避免了因增压风机故障停运所引起的机组降负荷以及引风机抢风失速。
根据该电厂现场情况初步判断，若不进行引增合一改造，烟道优化节能改造的潜力很小；若引增合一改造取消增压风机并拆除其烟道小旁路，烟道优化节能改造的效果将非常显著。河南省电力勘测设计院技术人员对该厂取消增压风机和其烟道小旁路后增引联合风机出口至吸收塔原烟气侧入口烟道设计进行优化研究，优化方案为拆除增压风机及相关烟道，新建钢烟道使两侧引风机烟气汇流，然后从汇流烟道一侧开孔连接至吸收塔原烟气侧入口烟道，结果表明采用优化方案烟道阻力可在满负荷工况下降低约240Pa左右。
2.2吸收塔系统
石灰石—湿法高效脱硫工艺根据吸收塔设计结构的不同，可分为单塔双循环、双塔双循环、单塔单循环强化传质、单塔单循环提高液气比等方案。
影响烟气脱硫系统脱硫效率的因素包括吸收塔结构设计、运行参数控制、吸收剂品质等。在脱硫系统设计边界条件确定后，影响吸收塔脱硫效率的主要设计因素包括烟气流速、喷淋浆液总流量、喷淋层及喷嘴布置、是否设置塔内强化传质构件等。以某600MW机组进行脱硫装置超低排放改造为例，其设计吸收塔入口SO2质量浓度为3000mg/m3，出口SO2质量浓度不超过35mg/m3，设计脱硫效率为98.83%。本着尽量节约利旧的原则，该厂确定改造方案1为喷淋空塔方案，设置5层喷淋层。方案2为托盘塔方案，设置4层喷淋层和1层合金托盘，每层喷淋层对应设置1台流量为7891m3/h的浆液循环泵，最下层喷淋层对应浆液循环泵D，浆液循环泵扬程26.9m。在现吸收塔底部3层喷淋层之间塔壁设置2级聚气环，聚气环采用6mm厚的2205材质。虽然相对于喷淋空塔方案，托盘塔方案吸收塔阻力增加约500Pa，引起风机电耗增加约420kW，但喷淋空塔方案多设置1层喷淋层，其对应的循环泵轴功率为900kW，两者叠加得出在设计工况下运行时托盘塔方案可节能326kW左右，减少厂用电率约0.07%。经过细致经济技术对比分析，该厂最终采用了托盘塔方案。
2.3氧化风系统
石灰石-石膏湿法脱硫装置吸收塔氧化风管布置方式主要有矛枪式和管网式。矛枪式氧化风管一般布置在吸收塔浆液搅拌器内侧上方，通过搅拌器旋流的推力促进氧化空气分布。管网式氧化风管一般布置在距吸收塔浆池液面5～6m位置，该方式下氧化空气喷口距离液面的高度小于矛枪式布置方式，因此氧化风机扬程更低，电耗消耗量相对较小；同时氧化空气分布更均匀，氧化效果更好。氧化风机可选择罗茨式和离心式。罗茨式风机为容积式风机，结构简单，但效率较低，一般为60%~70%，离心式风机效率可达到85%以上。另外，罗茨风机为容积式风机，无法调节流量，而离心式风机具有较好的流量调节功能，可实现流量调节范围40%~100%。可见，在不同机组负荷或不同入口SO2质量浓度下，脱硫系统离心风机均具有较强的节能效果及较好的调节性和适应性。
2.4石膏脱水系统
石灰石-石膏湿法烟气脱硫副产物石膏浆液，一般需要经过石膏旋流器和真空脱水机两级脱水处理。真空脱水机是二级脱水系统的核心设备，也是主要的耗能设备，主要分为圆盘脱水机和真空皮带脱水机。圆盘脱水机能耗约为真空皮带脱水机的1/4，节能效果显著。另外，圆盘脱水机还具有占地面积小、节水的特点，但其造价相对较高，且实际运行中也存在陶瓷盘片易堵塞、更换频率高、维护成本较高的问题。由于某600MW机组电厂原出力17.55t/h真空皮带脱水机运行稳定且能满足改造后石膏脱水需要，经综合考虑节约利旧未对石膏脱水系统进行改造。
3结论
针对燃煤电厂脱硫系统超低排放改造项目的节能优化，首先应合理确定设计边界条件，根据实际燃煤及煤源选择合适的设计煤质硫分。其次，应优化设计方案，选择节能设备，设计方案应兼顾不同负荷工况下脱硫系统的灵活调节与节能运行。最后，应调整运行方式，优化运行参数，在满足环保达标排放的前提下尽量降低单位减排能耗。
参考文献：
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［4］张辉，贾思宁，范菁菁.燃气与燃煤电厂主要污染物排放估算分析［J］.环境工程，2012，30（3）：59-62．
论文作者:张建明,段虎林
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/17
标签：风机论文; 吸收塔论文; 烟气论文; 机组论文; 系统论文; 烟道论文; 节能论文; 《电力设备》2017年第32期论文;