电厂湿法脱硫系统能耗特性与节能优化探讨

胡荣华

（国家电投江西电力有限公司景德镇发电厂，江西景德镇 333036）

湿法脱硫技术为当前应用最为广泛的脱硫技术，且在长期应用期间实现了优化改善，能耗逐步降低，以此落实新时代可持续发展战略，但在电厂湿法脱硫系统实际应用期间，受到内外部不稳定因素干扰，易出现节能效果不显著的情况，为进一步控制能源损耗，需结合湿法脱硫系统实际情况进行节能优化，在保障烟气排放达标的基础上，降低脱硫能源损耗。

1 湿法脱硫工程概况

某电厂湿法脱硫工程采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，石灰石价格低廉、化学活性良好，因此现阶段湿法脱硫系统广泛应用石灰石作为脱硫剂，因此该电厂湿法烟气脱硫系统的脱硫剂为石灰石与水混合调配而成的悬浮浆液。图1 为石灰石-石膏湿法脱硫系统图，在吸收塔内部，烟气中的二氧化硫将与石灰石发生反应，生成亚硫酸钙，并采用就地强制氧化的方式，将其转化为石膏浆液，石膏浆液通过泵体作用进入石膏旋流器，经浓缩后，石膏旋流器底流部分进入真空皮带脱水机，经脱水处理后即可获得干石膏，而石膏旋流器顶流滤液进入滤液箱内，通过滤液泵后返回吸收塔内。吸收塔内部设有喷淋塔装置，将带有氧化空气管道的浆池设置于吸收塔下方，塔内吸收段为五层喷淋，上部设置三级屋脊式除雾器。该石灰石-石膏湿法脱硫系统为“一炉一塔”配置，2 台机组公用一套石膏脱水系统，石膏旋流器共两台，真空皮带脱水系统两套。在该电厂湿法脱硫系统内并未设置增压风机、烟气换热器、烟气旁路，其中增压风机与引风机合并，在该系统中发电机组可安全运行。由该系统湿法脱硫产生的脱硫副产物（石膏）经脱水处理后可直接卸入石膏库，进行单独存放，石膏脱水后的含水率<10%，为再次循环利用。表1 为该电厂湿法脱硫系统主要技术指标。

表1 该电厂湿法脱硫系统主要技术指标

图1 石灰石-石膏湿法脱硫系统图

2 湿法脱硫系统中主要设备的能耗特性

2.1 循环浆液泵

案例电厂湿法脱硫系统吸收塔内设有五层喷淋，石灰石浆液可通过循环浆液泵传送至吸收塔喷淋层，此时石灰石可与烟气中二氧化硫发生反应，以此实现除硫。湿法脱硫系统中的循环浆液泵存在多种运行状态，循环浆液泵运转期间的流量规格不做调节，即循环浆液泵在大多数情况下均处于额定满负荷状态下，因此，在湿法脱硫系统中，可通过调节循环浆液泵运行数量对脱硫吸收塔石灰石浆液量进行控制。湿法脱硫系统中的循环浆液泵运行台数越多，则石灰石浆液喷淋量越大，则产生能量耗损越高，此时应注意均衡循环浆液泵运行台数、脱硫效率、能源损耗间的关系。除循环浆液泵运行台数外，其能耗还受泵效率、泵扬程、吸收塔浆液流量的影响，吸收塔浆液流量由液气比、烟气量决定，其中液气比为泵液喷淋量与烟气量的比值，而烟气量受负荷、煤种的影响[1]。

2.2 氧化风机

在湿法脱硫系统中，氧化风机可向吸收塔内鼓入充足空气，确保石灰石与二氧化硫的氧化反应在吸收塔内可顺利进行。上述氧化反应是实现湿法脱硫的基础，因此需确保该反应稳定进行，而氧化空气量为该氧化反应发生的必备条件之一，氧化反应所需要的空气量由原烟气浓度、烟气流量、脱硫效率决定，而氧化风机的应用则是为满足氧化反应所需的空气量，由此可知，氧化反应所需的空气量，可在一定程度上影响氧化风机的能源损耗，换言之，氧化风机的能源损耗程度受原烟气浓度、烟气流量、脱硫效率的影响[2]。

3 湿法脱硫系统节能优化策略

3.1 优化吸收塔

3.1.1 应用三层屋脊除雾器

吸收塔为湿法脱硫系统关键设备，为脱硫氧化反应的主要发生场所，若吸收塔在湿法脱硫期间可实现长期安全稳定运行，则可有效保障整个湿法脱硫系统的运行效率，继而降低烟气脱硫期间的能源损耗。吸收塔在脱硫期间易出现除雾器堵塞故障，导致该故障的原因主要为浆液浓度过高、PH 值过高，为避免除雾器堵塞故障降低脱硫效率，产生额外耗损，案例电厂采用三层屋脊除雾器，替换传统化两级平板式除雾器，并增设自动冲洗程序，脱硫期间可根据实际需求，调整除雾器的冲洗模式。应用三层屋脊除雾器后，冲洗水喷嘴角度可在90°～110°范围内自主调控，将喷淋覆盖区域扩大到150%，并使除雾器出口雾滴携带量(干基)不大于15mg/Nm3。除此之外，在日常工作期间，定期清洗除雾器，严格控制浆液浓度及PH 值，以此降低除雾器堵塞故障发生率，保障湿法脱硫整体效率，避免额外能源损耗。从吸收塔安全运行角度来看，若在湿法脱硫运行期间应用低品质石灰石，则会使镁离子超出标准，出现吸收塔浆液起泡现象，为保障脱硫效果及效率，应详细分析浆液成分，明确重金属离子、负离子具体含量，结合检测分析实际情况选择消泡剂，并换置内部浆液，排除杂质，以此确保脱硫反应能够顺利进行。

3.1.2 注重节能细节

为进一步实现湿法脱硫系统的节能优化，应对循环浆液泵的运行情况进行调整，注意控制PH 值及吸收塔液位，以此降低脱硫期间的能源损耗。通常情况下，应以湿法脱硫工程实际情况为依据，计算循环浆液泵运行数量，灵活调整循环浆液泵启动、停运状态，做好循环浆液泵切换工作，在此基础上对PH 值进一步精确，从吸收塔角度实现能耗控制。在湿法脱硫系统吸收塔优化期间，应在实现节能环保的同时，尽可能降低脱硫成本，并要求湿法脱硫工程工作人员定期运行数据，总结节能效果，结合控制采购的石灰石粉纯度、石灰石粉颗粒均匀度（含细度）及制浆时控制石灰石浆液密度，通过提升石灰石利用效率，起到节能降耗作用。

3.1.3 案例电厂湿法脱硫系统吸收系统最终优化方案

石灰石浆液通过循环浆液泵，由吸收塔浆池运至吸收塔喷嘴系统内，与烟气接触发生化学反应，吸收烟气中的SO2，在吸收塔循环浆池中利用氧化空气将亚硫酸钙氧化成硫酸钙，石膏浆液排出泵将石膏浆液从吸收塔送到石膏脱水系统。脱硫后的烟气夹带的液滴在吸收塔出口的除雾器中收集，使净烟气的液滴含量不超过15mg/Nm3；脱硫净化后单台机组烟气中的含尘浓度降低到5mg/Nm3；吸收塔浆池中的亚硫酸钙利用空气强制氧化，不再加入硫酸或其他化合物。表2 为案例电厂吸收系统部分参数，其中吸收塔为喷淋塔，直径为20/16.5m。

表2 案例电厂吸收系统主要参数

3.2 优化循环泵

3.2.1 规避循环泵常见故障

为减低由循环浆液泵造成的能源损耗，应对循环浆液泵进行定期调节，使循环浆液泵运行参数与脱硫效率良好匹配，以此保障脱硫效率，但在实际脱硫作业期间，需控制循环浆液泵调节频率，避免由频繁调节现象，造成额外能源损耗，并缩短脱硫系统运行寿命[3]。循环浆液泵在应用期间常发生机械密封性不足、叶轮磨损、汽浊等故障，为防止故障发生损坏设备性能，降低脱硫效率，应在湿法脱硫期间注意避免常见循环浆液泵故障。结合以往经验，可从以下几个方面对湿法脱硫循环浆液泵进行调节控制：（1）调整循环浆液泵叶轮通气孔数量及位置，保障平衡；（2）加大对吸收塔内循环浆液泵滤网的重视，定期检查并清理循环浆液泵滤网，规避滤网堵塞故障问题，以此保障循环浆液泵运行效果；（3）定期组织循环浆液泵密封性检测，确保循环浆液泵密封情况；（4）循环浆液泵停止运行后需立即清洗，使循环浆液泵始终处于高效稳定状态下；（5）循环浆液泵运行期间，应以实际情况为依据，动态调整吸收塔液位、浆液酸碱性等关键参数。

3.2.2 案例电厂湿法脱硫系统循环泵最终节能优化方案

吸收塔浆液循环泵把吸收塔浆池内的吸收剂浆液循环送给喷嘴。循环泵按照单元制设置（每台循环泵对应一层喷嘴），每塔设5 台循环泵台，泵为离心叶轮泵（无堵塞离心泵）。表3 为循环泵选型参数。

表3 循环泵选型参数

3.3 优化烟气系统

3.3.1 防止烟气管道堵塞

烟气系统在湿法脱硫系统中的作用在于排放烟气，若烟气系统管道出现堵塞故障，则会导致烟气系统在短时间内骤升，使氧化风机、引风机的能源损耗加剧，此外，过高烟压将导致湿法脱硫系统风机失速，甚至出现跳机、炉膛灭火情况。为避免烟气系统故障造成额外能耗，降低湿法脱硫系统节能效果，应对烟气系统管道堵塞问题加以控制，借助停机契机，检查烟气系统入口处是否存在石膏沉淀，及时清理吸收塔入口以及烟气管道内的石膏，防止石膏堆积。除此之外，可采用喷淋降温方式降低入口烟气温度，加速脱硫反应的进行，以此提升脱硫效率，起到节能降耗的效果。

3.3.2 调节烟气系统阻力

烟气系统优化可有效降低湿法脱硫系统能源损耗，在实际优化期间，应强化对烟气系统阻力的控制，采用串联方式，将增压风机、引风机连接，以此起到节能效果，而在案例电厂中，其湿法脱硫系统并未应用增压风机，则是将引风机与增压风机合并，相较于串联方式，合并方式所产生电量损耗更多，因此在未来节能降耗发展中，案例电厂可对烟气系统再次优化，将增压风机、引风机进行串联。将引风机与增压风机串联可使两者保持一致的工作状态，这就要求相关人员反复实验，采用变频调速方式，对电机转速进行线性调节，使风机避免失速区域，同时，应定期清理除雾器，控制压差，避免由压差过大而引发的电能额外损耗现象，以此实现电厂湿法脱硫系统的节能优化。

3.3.3 案例电厂湿法脱硫系统烟气系统最终节能优化方案

从锅炉两台引风机（与增压风机合并设置）的总烟道上引出的烟气，进入吸收塔。烟气在吸收塔内脱硫净化，经除雾器除去水雾后，经烟囱排入大气。每一台锅炉设置一套FGD 烟气系统。除此之外，不设旁路烟道，当锅炉从启动到100%BMCR 工况条件下，FGD 装置的烟气系统都能正常运行，并且在BMCR 工况下进烟温度加15℃裕量条件下仍能安全连续运行。当发生吸收塔浆液喷淋系统全停和FGD 入口烟气超温（180℃）时，吸收塔内部设备和净烟道的防腐不发生损坏。

综上所述，案例电厂在长期摸索实践中不断优化石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统，节能效果日渐提升，在分析现阶段能耗特性基础上，积极应用三层屋脊除雾器，分离烟气雾滴，优化吸收塔，并调整循环泵运行模式，降低非必要能源损耗，将引风机与增压风机合并，降低脱硫系统电能损耗，提升烟气排放效果，杜绝淤积堵塞问题，以此实现全方位的节能降耗。