600MW机组湿法脱硫氧化风机停运可行性探讨

深能合和电力（河源）有限公司 张宇栋 赵建彬

深能合和电力(河源)有限公司的2×600MW 超超临界燃煤机组采用石灰石-石膏法脱硫工艺，通过对氧量的理论核算、氧化风机停运后吸收塔液位的影响分析、浆液品质分析与石膏品质分析，得出氧化风机停运的可行性探讨。试验表明，在停运过程中，净烟气SO2浓度、浆液中CaSO3浓度在正常范围内，石膏成分及脱水正常。本文通过优化氧化风机的运行方式，可实现降低厂用电率0.07%。

1 氧化风停运可行性分析

深能合和电力（河源）有限公司（以下简称“河源电厂”）的2×600MW 超超临界燃煤机组采用石灰石-石膏法脱硫工艺，每台机组设置1座脱硫吸收塔，每座吸收塔设置两台罗茨风机。

1.1 空气量对吸收塔的影响

氧化风量过大会导致系统能耗增加；过多的气泡会导致吸收塔产生虚假液位。氧化风量过小会导致脱硫系统设备的结垢和堵塞；抑制SO2的吸收，降低脱硫效率；影响脱硫石膏的品质[1]。因此，脱硫吸收塔需要的氧量需要相对精准控制。在保证脱硫效率的前提下，提供合理的氧化风，一方面可降低脱硫系统的运行费用，另一方面可保证脱硫系统的稳定运行。

1.2 氧化需求氧量、实际氧量计算

根据脱硫系统反应方程式，SO32-完全转化为SO42-，氧化需求氧气量QO2计算公式为QO2=SO2去除量×0.5)/ρ；实际参与反应氧量QO2r计算公式为QO2r=(O2-α×SO2×0.5)×β。计算保留最大裕度，取自然氧化率20%、氧化空气利用率20%，以燃烧高硫煤种工况为主，考虑修正因素，采集各负荷下对应的烟气数据，计算得出相应QO2、QO2r如表1。

表1 相关理论计算值

式中QO2为氧化需求氧气量，Nm3/h；ρ 为氧气的密度，ρ=1.43kg/Nm3；0.5为氧化反应化学当量摩尔比；QO2r为实际参与反应的氧量，Nm3/h；SO2为二氧化硫脱除量，Nm3/h；O2为原烟气氧量，Nm3/h；α 为自然氧化率，20%；β 为空气利用率，20%。

从表1中可以明显看出：各负荷下烟气中提供的氧气量远大于氧化所需的氧气量，从反应需求氧量来看，氧化风机是具备停运条件的。

此外，由于烟气仅会与喷淋出的浆液逆向接触而发生氧化反应，通过浆液池表面吸收的氧量是很小的，此时烟气中的氧量能否将喷淋区浆液中亚硫酸盐氧化为硫酸盐是停运氧化风机的关键。对此，做出如下分析：经典双膜理论认为，对于氧化反应的进行，其控制步骤是O2的吸收，而O2透过液膜的能力与接触表面积有关，接触表面积越大，O2的吸收能力越强，提高接触表面积的方法是提高液—气比，由于浆液循环泵参数确定，最大液—气比已确定，为了能够提高浆液自然氧化的效率，可以通过增加浆液循环停留时间τc 来实现。

τc（min）是浆液在吸收塔内循环一次在吸收塔中的平均停留时间，等于吸收塔浆液体积与循环浆液总流量之比。石灰石工艺的τc 一般为3.5～7min[2]。Tc=浆液体积（m3）/循环浆液总流量（m3/h）×60。

吸收塔直径15.3m；面积183.76062m2；循环量：ABC 浆液循环泵9800m3/h，D 浆液循环泵7100m3/h。当浆液循环泵ABCD、BCD 泵运行时，控制吸收塔液位分别在11.5m、11.3m，此时τc 分别为3.48min、4.67min，在保证石灰石溶解及石膏生长的同时实现了较多浆液循环次数，在喷淋效果稳定且富氧的情况下，自然氧化将在喷淋区持续发生。

1.3 氧化风机停运后浆液品质与石膏品质的变化

为了探究氧化风机停运对吸收塔浆液品质、石膏品质的影响，通过对氧化风机停运后的吸收塔浆液进行6小时内的逐小时化验，得出结果如表2，并分别于4月12日、16日、21日、22日进行时长0.5h、3.0h、5.0h、5.0h 的停运试验，在试验后对吸收塔浆液、石膏中石灰石含量、亚硫酸钙等参数进行化验，结果如表2～4所示。

表2 吸收塔浆液分时品质

结合表2～4相关化验数据可以看出，氧化风机停运后对吸收塔浆液品质、石膏品质基本无影响，各项指标均在正常范围内波动，尤其亚硫酸盐含量，始终保持在较低含量，证明了氧化风机停运的可行性。

表3 氧化风机停运后吸收塔浆液品质参数

表4 氧化风机停运后吸收塔石膏品质参数

1.4 氧化风机停运后吸收塔液位变化

吸收塔密度计算为：ρ=Δ P/g Δ H，液位计算公式为：H=P/ρg+h，式中Δ P 为差压，Pa；Δ H为差压变送器2个膜片的高度差，Δ H=8.8m；ρ 为浆液密度计算值，kg/m3；g 为重力加速度，9.8m/s；P 为吸收塔底部/顶部平均压力，Pa；h 为底部/顶部压力变送器的安装高度，h=0.97m/9.70m。

河源电厂脱硫吸收塔存在起泡现象，为防止氧化风机停运后产生溢流等事故，需探究氧化风机停运对液位的影响，实施了多次风机停运试验，在试验前将吸收塔液位降低至10.5m 左右，结果如表5。

表5 氧化风机停运统计表

编号1、2、3是未投加增效剂时氧化风机停运后的吸收塔液位变化情况，编号4、5是投加增效剂后吸收塔液位变化情况。可以看出液位出现上涨、下降两种情况。吸收塔参数见表6。

1.4.1 以3号试验吸收塔液位升高进行分析

由表6可以看出，氧化风机跳闸后吸收塔液位上涨约1.46m 是由于吸收塔顶部压力P 顶部上涨了约11.60kPa 所致。具体分析如下：

表6 吸收塔参数表

吸收塔浆液有一定粘度，在喷淋过程中夹杂烟气在浆液表面形成气泡，随着氧化风机所输入的空气不断逸出到浆液表面，气泡的内部压力不断增大，当压力超过其表面张力时，气泡破裂，浆液回落至浆液池中。当氧化风机停运后，气泡无法自行完成长大破裂，这种情况形成大量小气泡，提高了起泡层高度。此时由于起泡层的含水率不断增加，导致了吸收塔顶部压力升高，而底部压力基本保持不变。

1.4.2 以1号试验吸收塔液位降低进行分析

由表6可以看出，氧化风机跳闸后吸收塔液位降低约0.24m 是由于吸收塔顶部压力P 顶部降低了约2.5kPa 所致。具体分析如下：

结合2号试验可以看出，吸收塔液位在BC 浆液循环泵运行时停运氧化风机会造成吸收塔液位降低，可能原因为停运D 浆液循环泵后，由于循环量变少、浆液扰动减少导致基本不产生气泡。此外可能由于D 浆液循环泵喷淋层位于吸收塔顶层位置，喷淋落下的小液滴不断融合成大液滴，具有的能量较多、对浆液扰动较大、起泡层增高，而在BC 浆液循环泵运行时避免了该现象。

顶部压力测点在停运氧化风机后压力降低，其原因为在浆液自身起泡现象较轻的情况下，氧化风机向吸收塔内鼓气会使浆液表面形成新的气泡，使得起泡层增厚。而停运氧化风机后，起泡层由于没有新的空气鼓入而逐渐降直至稳定，使得顶部测点压力变小。

1.4.3 以5号试验投加增效剂后吸收塔液位升高进行分析

表6中5号试验是处理缺陷而停运氧化风机的前后吸收塔参数变化数据。可以看出，氧化风机停运、增启D 泵并喷淋95t 后塔位分别升高了0.46m、0.78m，原因是吸收塔顶部压力分别升高了4.07kPa、6.17kPa，底部液位在启泵后升高5.58kPa 所致，原因分析如下：

此时浆液中氯根浓度为16187mg/L，浆液品质相对较差，在A、B、C 三台浆液循环泵运行时，停运氧化风机后吸收塔液位上升了0.46m，符合以往的判断，浆液在氧化风断供后发生了起泡现象。但是相对于以往停运氧化风机的塔位变化（4号试验氯根8000mg/L、5号试验氯根10000mg/L），可以看出虽然浆液品质相对较差，但是液位反而涨幅下降，加入的增效剂可以有效抑制浆液起泡。增启D 浆液循环泵后液位出现了明显上升，增量最大至1.24m，其原因一方面是启泵后，对吸收塔浆液池表层产生扰动，起泡层增厚，另一方面由于向塔内补充了95t水，约使塔位上升0.5m。

本次停运氧化风机机组负荷为600MW，为预防吸收塔起泡而产生液位升高而溢流的现象，提前进行了倒浆操作，为浆液起泡留下充足的裕度。在经过停运氧化风机、增启浆液循环泵、增启除雾水泵等可以使吸收塔液位升高的操作后，可见吸收塔液位仍在可控范围内，对运行无影响。

此外，本次停运氧化风机可以看出增效剂的加入有效抑制了吸收塔浆液的起泡情况，更有利于创造停运条件，同时保证了吸收塔净烟气在要求范围内，未发生高负荷净烟气硫份超标现象。因此，从运行经济性的角度考量看，可以定期向塔内投加少量增效剂，在保持对吸收塔浆液起泡抑制效果的同时，做到改善吸收塔运行工况，节约石灰石采购量，减少湿磨机运行时间节约电量等降本情况，并且实现氧化风机的长期停运。

综上，按全年全负荷停运氧化风机，停运两台氧化风机可节约电量3512.6MWh，每年两台机组停运氧化风机保守计算可增收约162.6万元（不包括减少的设备损耗费用），存在巨大节能潜力。目前通过燃烧高硫煤投加催化剂的经验，可以在停运氧化风机过程中持续添加催化剂，保持吸收塔内的催化剂在一定浓度范围内。投加适量催化剂在提高脱硫率的情况下，还可达到以下效果：抑制吸收塔起泡，在停运氧化风机降低液位时可适当提高最低液位；稳定吸收塔pH，在保证自然氧化的同时减少对SO2吸收的抑制；减少石灰石用量，减少湿磨机运行时间，节约成本，缓解因湿磨机故障而产生的石灰石浆液制备压力大的问题。