串联吸收塔分级控制对脱硫系统性能影响的优化研究

车 凯，郁金星，韩忠阁

(国网河北省电力公司电力科学研究院，河北 石家庄 050021)

串联吸收塔分级控制对脱硫系统性能影响的优化研究

车 凯，郁金星，韩忠阁

(国网河北省电力公司电力科学研究院，河北 石家庄 050021)

以某发电厂330MW机组石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统新改造完成的串联吸收塔为研究对象，在满负荷工况下，针对不同入口SO2浓度，试验研究了串联吸收塔浆液pH值、吸收塔液位、浆液循环泵分级控制对脱硫效率、SO2排放特性以及脱硫能耗的影响。通过试验得出了满负荷工况下不同入口SO2浓度区间时的最佳系统运行控制方式，为串联吸收塔脱硫系统的实际优化运行控制提供了依据和参考。

湿法烟气脱硫系统；串联吸收塔；分级控制；优化

0 引言

燃煤机组污染排放达到燃气机组排放标准，可以视为“近零排放”。《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定燃气机组排放标准:烟尘<5mg/m3，SO2<35mg/m3，NOx<50mg/m3。《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》明确了行动目标: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，中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。

为此，许多电厂对脱硫系统进行了升级改造。串联吸收塔具有脱除效率高，稳定性好，对硫分适应性强、原吸收塔改造工作量少、用时短等优点而受到许多电厂的青睐。但是根据实际燃烧煤种及机组负荷工况条件，在满足环保标准及脱硫效率等主要设计参数要求的条件下，制定相对经济的运行方案，包括最佳循环泵运行组合、吸收塔浆液pH值、吸收塔液位以及钙硫比等成为亟待解决的技术问题。本文以某发电厂330MW机组石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统新改造完成的串联吸收塔为研究对象，试验研究了串联吸收塔分级控制对脱硫效率、SO2排放特性以及脱硫能耗的影响。为今后脱硫系统的节能改造及其运行控制优化提供重要的依据。

1 试验部分

该发电厂脱硫装置采用串联吸收塔，脱硫系统按燃煤硫分2.05%，入口SO2浓度4586mg/m3，烟气量按1240512m3/h(标态，湿基，实际氧)设计，在燃用设计煤种时，一级塔脱硫效率≥87%、二级塔按入口SO2浓度600mg/m3(6%O2)出口SO2浓度<35mg/m3(6%O2)、效率≥95%，系统总脱硫效率≥99.3%。

1.1 吸收塔浆液pH对脱硫效率的影响

FGD系统一、二级吸收塔共用一套石灰石浆液供给系统。提高吸收塔浆液pH值控制，有利于SO2的吸收，可提高脱硫效率，但当pH值控制过高时，石灰石中Ca2+的溶解速度减慢，SO32-的氧化也受到抑制，不利于石膏结晶；反之，降低pH值，有利于石灰石溶解，但SO2的吸收受到抑制，脱硫效率将下降。因此在运行中保持吸收塔浆液pH值稳定，将其控制在合适范围内是有效控制SO2吸收反应、获得稳定脱硫率和石膏品质的前提。机组负荷330MW满负荷工况下，分别控制一级塔入口SO2浓度2500mg/m3时、二级塔入口SO2浓度500mg/m3时，两塔脱硫效率与pH值关系曲线见图1。

图1 330MW负荷下pH值与脱硫效率关系

从图1可知，两级塔的变化规律基本一致，脱硫效率随着pH值的升高显著提高，一级吸收塔浆液pH值由4.9提高至5.4，脱硫效率快速增加，当pH值高于5.4时，脱硫效率增长速度开始趋缓。二级吸收塔浆液pH值变化趋势相同，当pH值高于5.4时，脱硫效率增长速度开始趋缓。在实际的运行操作中，将两级塔浆液pH值控制pH在5.0～5.3之间，脱硫系统运行较为合理。

1.2 吸收塔液位对脱硫效率的影响

吸收塔液位越高，循环泵入口浆液静压头越高，喷淋高度越高，浆液在塔内停留时间长，与气体接触的时间延长，接触界面增加，气体穿越气膜/液膜界面机会多，吸收效果更佳。同时液位高，能够降低鼓出液面的氧化空气量，使空气更均匀充分的和浆液混合，使氧化反应更充分，提高吸收塔浆液品质，最终提高脱硫率。330MW负荷下，一级塔与二级塔同开2台浆液循环泵，其他条件不变，吸收塔液位与脱硫效率关系如图2所示。可以看出，一级塔与二级塔脱硫效率随着吸收塔液位的增加而升高。当一级塔液位低于9.0m时(一级塔液位设计范围8.4m～9.4m)，脱硫效率低于87%，二级塔液位低于8.7m时(二级塔液位设计范围8.4m～9.4m)，脱硫效率低于95%，无法满足运行要求。

同时，在浆液循环泵流量不变的情况下，较高的吸收塔液位可以增大浆液循环泵入口的压力，在一定范围内可以降低循环泵的运行电流，起到节能的作用，而氧化风机的电耗会略有增加。计算可知，一级塔2台浆液循环泵运行时，吸收塔液位由8.4m升至9.3m，循环泵与氧化风机电耗减少13kW·h，脱硫系统运行费用减少约0.35%；二级塔2台浆液循环泵运行时，吸收塔液位由8.4m升至9.3m，循环泵与氧化风机总电耗减少18(kW·h)，脱硫系统运行费用减少约0.55%，由此可以看出，吸收塔液位变化对脱硫效率的影响较大，而对能耗的影响较小，因此液位的控制主要由脱硫效率决定，一级塔应将液位控制在9.0m～9.4m，二级塔应将液位控制在8.7m～9.1m。

图2 330MW负荷下吸收塔液位与脱硫效率关系

在实际运行中，随机组负荷、燃烧煤种硫分变化，需要调整相应的FGD浆液循环泵运行方式来确保脱硫出口浓度及效率达标。串联吸收塔分级效率控制，即浆液循环泵组合控制是影响吸收塔串联运行方式的一个关键技术问题。一级塔脱硫效率不能过高或过低，过高有可能造成浆液氧化不足，过低则会造成总脱硫效率不能满足设计要求，进而影响整个脱硫系统运行效果。

因此，如何在确保环保排放达标的情况下，确定合适的浆液循环泵组合运行方式，成为串联吸收塔运行的关键。且浆液循环泵是脱硫系统的主要耗电设备，约占整个系统电耗的70%以上，在烟气条件一定的情况下，循环泵的投运情况决定了脱硫反应的最终液气比，并直接影响脱硫效率和SO2排放浓度。因此，循环泵的投运数量和配置方式关系着系统脱硫效率和经济性。该脱硫系统一级塔和二级塔分别有三台浆液循环泵，不同泵投入运行时脱硫效率及电耗有显著差距。在机组满负荷工况下，针对不同入口SO2浓度，分别对一级塔和二级塔不同浆液循环泵组合运行进行对比试验。

制定了以下运行方式：

(1)原烟气SO2浓度低于3000mg/m3时，可采取一级塔2台泵，二级塔1台泵运行方式；

(2)原烟气SO2浓度为3000～4000mg/m3时，可采取一级塔2台泵，二级塔2台泵运行方式；

(3)原烟气SO2浓度为4000～4500mg/m3时，可采取一级塔2台泵，二级塔3台泵运行方式；

(4)原烟气SO2浓度为4500～5500mg/m3时，可采取一级塔3台泵，二级塔2台泵运行方式；

(5)原烟气SO2浓度为5500～6000mg/m3时，可采取一级塔3台泵，二级塔3台泵运行方式；

(6)原烟气SO2浓度高于6000mg/m3时，已超出了吸收塔所能承受的最大能力。

2 运行方式优化组合

总结上述试验结果，330WM负荷下，脱硫装置吸收系统最佳运行方式见表1。

表1 330MW负荷下优化运行方式操作卡

项 目运行参数设定入口原烟气SO2浓度/mg·m3<30003000～40004000～45004500～55005500～6000浆液循环泵/台2+12+22+33+23+3pH值5.0～5.05.0～5.05.1～5.15.2～5.25.4～5.4吸收塔液位/m9.0～8.79.1～8.89.2～9.09.3～9.29.4～9.3氧化风机/台1～21～21～21～22～2

表1中的吸收系统最佳运行组合，给出了在不同入口SO2浓度时，最佳的浆液循环泵组合方式、最佳的pH设定值、氧化风机的投运台数、吸收塔液位的运行设定。

3 结语

(1)串联吸收塔脱硫系统运行存在巨大的调整优化空间，优化运行能够提高脱硫系统的稳定性和经济性。

(2)pH值对脱硫效率有显著影响，正确的控制策略是在保证脱硫效率的前提下，控制合理的pH值，降低钙硫比进而降低石灰石耗量。

(3)维持吸收塔合理液位运行，能够有效提高脱硫效率和降低脱硫系统能耗，且有利于脱硫产物的充分氧化，是脱硫系统优化运行的重要调控手段。

(4)浆液循环泵是脱硫系统的主要耗电设备，循环泵的投运组合对串联吸收塔脱硫效率、电耗影响很大，实际运行操作时应根据入口硫分情况灵活调整两级塔循环泵投运组合，降低电耗。

(5)通过试验给出了不同入口SO2浓度区间的最佳循环泵运行方式。

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Optimization research on influence of series-connected absorption tower hierarchical control on wet desulfurization system

The influence of Series-connected absorption tower slurry pH value，tower slurry level and hierarchical control to desulfurization efficiency, SO2emission characteristics and energy consumption were researched for different inlet SO2concentration in full load condition on series-connected absorption tower of limestone-gypsum wet flue gas desulfurization system which transformed completion recently. It is concluded that the best way to system operation control mode under different inlet SO2concentration range in full load condition, which provided a basis and reference to the actual optimal operation control on series-connected absorption tower.

wet flue gas desulfurization system; series-connected absorption tower;hierarchical control; optimization research

X701.3

B

1674-8069(2017)02-044-03

2016-08-24；

2016--

车 凯(1985-)，男，硕士，工程师，主要从事电力环保工作的相关研究。E-mail: chekai311@163.com