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石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统运行分析

来源:伴沃教育
第23卷第2期 广东电力 Vo1.23 No.2 2010年2月 GUANGDONG ELECI'RIC pOⅥ R Feb.2O10 石灰石一石膏湿法烟气脱硫系统运行分析 张东平,潘效军,李乾军 (南京工程学院环境工程系,江苏南京211 167) 摘要:为了使脱硫系统能以更经济、节能的方式运行,对烟气脱硫系统中吸收塔、浆液循环泵、气一气加热器 (gas—gas heater,GGH)、增压风机、除雾器等重要设施的运行状况进行了分析,同时从脱硫剂耗量、电耗、水 耗等方面对系统运行状况进行了详细的评价。认为:脱硫系统阻力主要源于吸收塔、GGH和烟道;系统电耗主 要源于烟气系统、S 吸收系统。提出了应提高液气比、控制装置入1:2 S01的质量浓度、吸收塔浆液pH值取 5.4~5.6、增加GGH净烟气出口温度等优化运行建议。 关键词:烟气脱硫;节能;吸收塔;优化运行 中图分类号:X701.3 文献标志码:A 文章编号:1007—29OX(2O10)02—0023—04 Operation Analysis of Limestone-gypsum Wet Flue Gas Desulphurizati0n System ZHANG Dong—ping,PAN Xiao—jun,LI Qian—jun (Dept.of Environmental Engineering,Nanjing Inst.of Technology,Najing,Jiangsu 2 1 1 1 67,China) Abstract:To enable more economical and energy—saving operation of flue gas desulphurization(FGD)system,the operation status of key equipment such as absorber,slurry recycle pump,gas—gas heater(GGH),booster fan and demister in FGD system is analyzed.The system’S operation status is valued in detail from consumption of desulfurizer,power and water.it is concluded that the resistance of FGD system comes mainly from the absorber,GGH and flue,the systematic power consumption mostly from the flue gas system and the S02 absorbing system.Some advice of optimum operation is presented, which includes increasing the liquid—gas ratio,controlling the SO2 mass concentration at the device inlet,adopting pH value of 5.4~5.6 for absorber slurry,and enhancing the desulphurized flue gas outlet temperature of GGH. Key words: flue gas desulphurizatiOn(FGD);energy—saving;absorber;optimum operation 至2008年底,我国火电厂烟气脱硫装机容量 对装置运行性能和物料平衡进行分析,并研究脱硫 超过379 GW,约占煤电装机总容量的66%。作为 设施的优化问题,以达到节能减排的目的。 连接锅炉与烟囱的烟气脱硫装置,其运行质量对于 1烟气脱硫装置运行性能 确保主要污染物排放总量控制目标的实现,保证锅 炉的稳定、安全运行具有重要意义_1—51。 1.1吸收塔运行分析 石灰石一石膏湿法烟气脱硫(flue gas desu1. 吸收塔为烟气脱硫系统的核心,其压降约为系 phurization,FGD)T艺效率高、可靠性好、吸收 统总压降的50%,与烟气流量基本呈线性关系, 剂价廉易得、副产物便于利用,是目前我国应用最 烟气流量越大,吸收塔运行压降也越大。从图2可 多的技术,其典型工艺流程如图1所示[6]。为此, 知,锅炉负荷为5(】%额定负荷时吸收塔压降为 本文选取江苏太仓港环保发电有限公司2×135 1 kPa,而锅炉满负荷时吸收塔压降为1.4 kPa。 MW机组石灰石一石膏湿法脱硫装置为研究对象, 图3为脱硫效率与液气比的关系曲线,从图3 可知,液气比增加则脱硫效率增加,这是因为液气 收稿日期:2009.12.10 比决定酸性气体吸收所需要的吸收表面。在其他参 基金项目:南京工程学院科研启动基金资助项目(KXJ08021) 24 广东电力 第23卷 GGH为气一气加热器,gas-gas heater的缩写 图1 石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺流程图 图2吸收塔压降与锅炉负荷的关系曲线 数值一定的条件下,提高液气比相当于增大了吸收 塔内的喷淋密度,气液接触面积增加,总的传质速 率加快。从图3可见,液气比从10 L/m 升至20 L/rn3时,脱硫效率从92.5%升高到97.9%。 图3脱硫效率与液气比的关系曲线 图4为脱硫效率与入口SO 的质量浓度10 (SO )的关系曲线。入口10(S()2)与脱硫效率关系 密切,脱硫效率随着人VI l0(SO )的增大而减少。 从图4可知,标准状态下,当人口p(SO )从1 200 mg/m3增大到3 200 mg/m3时,脱硫效率从96.7% 下降到90.9%。 斟 狡 堰 翟 吸收塔入Llp(SO2)/(mg H一) 图4脱硫效率与入口P(SO2)的关系曲线 图5为脱硫效率与吸收塔浆液pH值的关系曲 线。脱硫效率随浆液pH值的升高而增加,且人VI p(SO )越高,影响效应越明显。从图5可知,石 膏浆液pH值从5.0增大到6.0时,脱硫效率从 89.6%增大到98.8%,升幅明显。为了抑制 CaSO ・1/2H,O过量增加而导致管道结垢,运行 过程中石膏浆液pH值一般保持在5.4~5.6。 图5脱硫效率与吸收塔浆液pH值的关系曲线 1.2浆液循环泵运行分析 表1为浆液循环泵对FGD性能影响情况。从 表1可知:浆液循环泵运行的台数与FGD性能关 系密切,浆液循环泵启动台数越多,脱硫效率越 高。1 4号泵同时启动时,系统脱硫效率高达 97.6%,装置电耗1 465 kW;当停运2号泵时, 脱硫效率降至96.1%,装置电耗1 115 kW;只启 动1号、4号泵时,脱硫效率为94.1%,比浆液循 环泵全开时的脱硫效率降低3.5个百分点,但运行 电耗只有740 kW,仅为全开运行时电耗的50.5%。 浆液循环泵为FGD系统最大的耗电设备,一 般占整个FGD系统电耗的35%~45%,因此其运 第2期 张东平,等:石灰石一石膏湿法烟气脱硫系统运行分析 行优化对于降低系统电耗意义重大。从上述分析可 知,运行1号、4号泵比1—4号泵全部运行的脱 硫效率仅降低3.5个百分点,但节能的效益却非常 显著。 表1 满负荷时浆液循环泵对FGD性能影响情况 1.3 GGH运行分析 GGH两侧压降均随着锅炉负荷的增加而增 加。GGH原烟气侧烟气温度高、烟气流速大,比 d)【/ 4 4 3 3 2 2 l 1 0 净烟气侧压降多120 Pa左右。经测试:锅炉负荷 5 0 5 O 5 0 5 O 5 O 为50%额定负荷时,原烟气侧、净烟气侧压降分 别为230 Pa和350 Pa;当负荷增至100%额定负 荷时,两侧压降分别变为360 Pa和480 Pa,总压 降为600~830 Pa,均满足两侧压降之和低于1 kPa的设计值。 湿法脱硫处理后的烟气水分含量高、湿度大、 温度低,烟气在烟囱内壁易结露,造成酸腐蚀。为 了减少烟囱腐蚀程度,应尽可能增加GGH净烟气 出口温度。 1.4增压风机运行分析 增压风机的型号为SAF35.5—20—1,是动叶可 调轴流风机(特性曲线如图6所示)。其主要的技术 参数为:设计流量435.93 m。/s;设计压头3.207 kPa;效率87.42%;风机功率1 596 kW;风机转 速735 r/rain;电动机功率2 250 kW。 增压风机电耗与烟气流量、全压呈近似正比例 关系,当增压风机进口原烟气流量从265 m /s增 大到356 m。/s时,增压风机电动机轴功率从 543 kW增大到722 kW。烟气流量增加了 34.48%,而电动机轴功率增加了24.46%,电 动机轴功率增幅比烟气流量增幅低10.02%,这 是因为不同流量下风机的全压效率相差较大的 缘故。由此可见,增压风机运行优化调节可节 约较大能耗。 90 180 270 360 450 540 630 720 8l0 流量/(m3・s一1) 图6 SAF35.5-20—1型轴流风机特性曲线 1.5除雾器运行分析 除雾器运行压降为1404190 Pa,其中一级除 雾器运行压降较大,为90~110 Pa,二级除雾器 运行压降较小,为50480 Pa。除雾器运行压降基 本在性能保证值允许范围内,即不考虑除雾器前后 涡流影响,并在设计烟气流速下,两级除雾器总压 力损失不大于200 Pa。 除雾器另一个关键考核指标是出口持液量,如 果GGH净烟气侧进口烟气持液量过大,则原烟气 侧吸收的热量很大一部分用在水分蒸发上,必然导 致GGH净烟气侧出口温度下降,从而加剧烟囱的 腐蚀,危及锅炉系统的安全运行,因此除雾器蒸发 水量详细计算十分重要。 2 FGD系统物耗分析 2.1吸收剂耗量分析 燃用煤质硫的质量分数为1.2%时,So 排出 量为2 548.7 kg/h,HCl平均排出量为55.6 kg/h, HF平均排出量为28.3 kg/h,石灰石耗量为 4 082 kg/h,计算出实际钙硫比为1.025。 2.2系统电耗分析 系统电耗包括烟气系统、So 吸收系统、石膏 处理系统、工艺水系统、公用系统等5个部分。从 表2可知,系统运行电耗体现在烟气系统、SO 吸 收系统,各占FGD系统总电耗42.5%和36%,石 膏处理系统、工艺水系统、制粉系统所占比例较 小,约为4.8%、1.65%和5.1%,因此优化浆液 循环泵的运行和使用,合理调节增压风机运行方 式,对降低FGD系统总电耗至关重要。 广东电力 第23卷 FGD系统在锅炉负荷为50%和100%额定负 荷下的电耗为2 116 kW、3 225 kW,分别占机组 装机容量的0.78%、1.19%,占机组实际发电量 的1.56%、1.19%。这表明FGD系统处理的烟气 流量越大,系统电耗占机组装机容量及实际发电量 比例越小。 表2 FGD系统运行电耗分析 2.3工艺水耗分析 维持FGD系统正常运行要消耗大量的工艺 水,T艺水除了3%~5%被石膏带走、6%左右通 过废水的形式排出外,其余90%左有的水全部通 过烟囱排人大气。因此,FGD运行过程中需要不 断补充T艺水以维持系统的正常运行。 进入系统的T艺水,包括吸收塔管道冲洗水、 M/E冲洗水、石膏清洗水、真空皮带机清洗水, 均由设备厂商提供,其耗量分别是5 800 kg/h、 182 400 kg/h、6 500 kg/h和6 500 kg/h。氧化空 气增湿水的量(78 kg/h)由热平衡计算得}十{。 排出系统的T艺水包括烟气带走的水蒸气、石 膏带水、石膏结晶水、废水及M/E出口烟气带走 的液滴,其耗量分别是33 680 kg/h、393 kg/h、 702 kg/h、2 245 kg/h和98 kg/h。烟气带走的水 蒸气由热量平衡得出,石膏带水和石膏结晶水根据 石膏饼的含水量及1 mol石膏带2 mol水计算得 出,废水量由烟气中的氯离子决定,保证系统中浆 液的氯离子体积分数小于0.02,M/E}H口带水量 以实际计算结果为基准。 3结论 脱硫系统阻力主要源于吸收塔、GGH和烟 道,锅炉满负荷时吸收塔阻力为1.4 kPa(含除雾 器阻力200 Pa),GGH阻力为830 Pa,烟道阻力 为500 Pa,系统实际阻力损失为2 730 Pa左右。 系统电耗主要源于烟气系统、SO 吸收系统, 各占FGD系统总电耗42.5%、36%,优化浆液循 环泵的运行和使用,合理调节增压风机运行方式, 对降低FGD系统总电耗至关重要。 参考文献: [1]武文江,栾桂泉,曲鹏,等黄台电厂330 Mw机组石灰石 石膏湿法烟气脱硫装置运行分析及改进建议[J].中国电力, 2004,37(Jc ̄刊):87—89 wu Wen—jiang。LUAN Gui-quan,ou Peng,et a1.Operation Analysis and Improving Suggestions on Wet Limestone-gypsum Flue Gas Desu1phurizati0n Device for 330 MW Unit in Huangtai Power Plant[J]China Electric Power,2004,37 (S):87 89. 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