火電機(jī)組漿液循環(huán)泵節(jié)能改造應(yīng)用實(shí)踐*

景玉潔

(霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司，山西 呂梁 033102)

0 引 言

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)是處理火電廠煙氣中SO4的主要方式，漿液循環(huán)泵是FGD系統(tǒng)中的主要的能消耗設(shè)備，其電能消耗量占總FGD系統(tǒng)耗電量約50%[1～2]。若FGD系統(tǒng)中循環(huán)漿液量提供不足、則不能保證系統(tǒng)脫硫效率；若循環(huán)漿液提供量過大則又造成漿液循環(huán)泵電能消耗過大，因此，合理的確定循環(huán)漿液量可以在確保FGD系統(tǒng)可靠運(yùn)行的同時(shí)降低漿液循環(huán)泵電能消耗[3～5]。

現(xiàn)階段各大火力電廠FGD系統(tǒng)為了確保脫硫效率，漿液循環(huán)泵提供的循環(huán)漿液量偏大，造成一定程度的電能浪費(fèi)。為此，筆者對某50MW發(fā)電機(jī)組FGD系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析，并綜合確定循環(huán)漿液使用量，并以此優(yōu)化漿液循環(huán)泵運(yùn)行，從而降低電能消耗。

1 發(fā)電機(jī)組FGD系統(tǒng)運(yùn)行分析

某火電發(fā)電廠50MW發(fā)電機(jī)組采用FGD系統(tǒng)脫硫，燃煤產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入到噴淋塔后從下往上依次通過3個(gè)噴淋層從而去除煙氣中的SO2(具體見圖1)，各個(gè)噴淋層均對應(yīng)一個(gè)漿液循環(huán)泵。具體該火電廠FGD系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)見表1。

圖1 FGD系統(tǒng)脫硫示意圖

當(dāng)循環(huán)漿液中的PH值較高時(shí)有利于提高SO2去除效率，PH值較低時(shí)有利于Ca2+析出，選擇合適的PH值對FGD系統(tǒng)煙氣脫硫反應(yīng)影響顯著。為了使得FGD系統(tǒng)硫鈣比保持在合理的范圍，一般將循環(huán)漿液中PH值控制在5.0～5.3。從表1看出，該火力發(fā)電廠內(nèi)的循環(huán)漿液PH值在4.5～4.8，能夠取得使得FGD系統(tǒng)脫硫效率較高、形成高品質(zhì)石膏。主要原因?yàn)椋寒?dāng)煙氣量在一定范圍內(nèi)小幅度波動時(shí)，由于提供的循環(huán)漿液量較大，原煙氣中本身的SO2濃度偏低，F(xiàn)GD系統(tǒng)具有較高的液氣比(循環(huán)漿液量/SO2量)，煙氣中的SO2可以與循環(huán)漿液液滴充分接觸，石灰石漿液可以與SO2充分反應(yīng)，造成循環(huán)漿液內(nèi)的鈣硫比降低，從而減低循環(huán)漿液PH值，由此可知，循環(huán)漿液中PH值偏低主要是由于提供的循環(huán)漿液量過大。但是此種運(yùn)行方式時(shí)會顯著增加漿液循環(huán)泵電能消耗量。

表1 FGD系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

2 循環(huán)漿液合理供應(yīng)量確定

通過上述分析可知，為FGD系統(tǒng)提供較多的循環(huán)漿液雖然具有較高的脫硫效率，但是會造成電能、漿液等大量浪費(fèi)。因此，對根據(jù)實(shí)際清理對循環(huán)漿液需求量進(jìn)行計(jì)算，從而提高漿液循環(huán)泵經(jīng)濟(jì)性。

2.1 循環(huán)漿液使用量確定

FGD系統(tǒng)使用的循環(huán)漿液量與原煤內(nèi)的硫份含量、鍋爐載荷等密切相關(guān)，根據(jù)參考文獻(xiàn)[6～8]計(jì)算方法可以求得發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組在不同煤硫份、不同載荷下的循環(huán)漿液使用量。具體計(jì)算得到的不同煤硫份、不同載荷下循環(huán)漿液使用量變化曲線見圖2。

圖2 不同煤硫份、載荷下循環(huán)漿液消耗量曲線

從圖中看出，隨著原煤中硫份增加，循環(huán)漿液使用量程線性增加，鍋爐載荷越大，使用的循環(huán)漿液量越多。根據(jù)圖2并結(jié)合發(fā)電機(jī)組載荷、原煤含硫量即可得到確定循環(huán)漿液使用量。

2.2 循環(huán)漿液供應(yīng)量控制

該發(fā)電廠鍋爐設(shè)計(jì)燃燒的原煤含硫量在0.7%左右，應(yīng)根據(jù)循環(huán)漿液使用量調(diào)整漿液循環(huán)泵運(yùn)行。單臺漿液循環(huán)泵提供的循環(huán)漿液量在8 500 m3/h，具體漿液循環(huán)泵運(yùn)行數(shù)量與發(fā)電機(jī)組載荷關(guān)系見圖3。

圖3 漿液循環(huán)泵運(yùn)行數(shù)量與發(fā)電機(jī)組載荷關(guān)系

從圖3看出，當(dāng)發(fā)電機(jī)組載荷在85%額定載荷以內(nèi)時(shí)，采用兩臺漿液循環(huán)泵提供的循環(huán)漿液完全可以滿足FGD系統(tǒng)循環(huán)漿液需求量，因此可以將漿液循環(huán)泵運(yùn)行從3臺調(diào)整為2臺，降低漿液循環(huán)泵電能消耗。

在FGD系統(tǒng)內(nèi)布置的1#、2#、3#漿液循環(huán)泵功率分別為740、800、830 kW。發(fā)電機(jī)組每年按照6 000 h運(yùn)行，其中40%時(shí)間發(fā)電機(jī)組處于滿載運(yùn)行，20%時(shí)間載荷率在50%以內(nèi)，載荷率為60%、70%、80%、90%時(shí)間均為10%。1年中3臺漿液循環(huán)泵完全運(yùn)行時(shí)電量消耗量為1422萬kW·h，電費(fèi)費(fèi)用為497.7萬元(費(fèi)用按照0.35元/kW·h計(jì)算)。按照圖3所示方式當(dāng)發(fā)電機(jī)組載荷85%以內(nèi)時(shí)，暫停1臺漿液循環(huán)泵，使用兩臺為FGD系統(tǒng)提供循環(huán)漿也可滿足系統(tǒng)脫硫需求。設(shè)定3臺漿液循環(huán)泵交替停機(jī)運(yùn)行，每臺漿液循環(huán)泵停機(jī)時(shí)間相等，則此方式下循環(huán)漿液泵年電能消耗量為1205萬kW·h，電費(fèi)費(fèi)用為421.75萬元，循環(huán)漿液泵年電能消耗、電費(fèi)消耗量分別降低237萬kW·h、82.95萬元，綜合電能消耗降低率為16.4%。

由于可見，通過將循環(huán)漿液泵運(yùn)行方式從滿載運(yùn)行調(diào)整為根據(jù)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行，當(dāng)負(fù)荷在85%額定載荷以內(nèi)時(shí)，循環(huán)漿液泵從3臺改為2臺運(yùn)行，不僅不會給FGD系統(tǒng)脫硫效率造成影響，而且還可以顯著的電能消耗。

3 漿液循環(huán)泵改造

當(dāng)發(fā)電機(jī)組在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)3臺漿液循環(huán)泵運(yùn)行、低負(fù)荷時(shí)2臺漿液循環(huán)泵運(yùn)行，但是漿液循環(huán)泵提供的循環(huán)漿液量仍偏大，具體對漿液循環(huán)泵優(yōu)化有的發(fā)電機(jī)組載負(fù)荷與循環(huán)漿液過剩的量關(guān)系見圖4。

圖4 發(fā)電機(jī)組載負(fù)荷與過剩循環(huán)漿液量關(guān)系

3.1 漿液循環(huán)泵葉輪改造

該火電廠漿液循環(huán)泵采用的葉輪數(shù)為6片，造成循環(huán)漿液泵提供的流量過大原因是設(shè)計(jì)流量與實(shí)際流量間存在較大偏差，因此可以通過降低循環(huán)漿液泵流量來降低循環(huán)漿液供應(yīng)量并降低電能消耗。

根據(jù)該發(fā)電廠使用的原煤含硫量，發(fā)電機(jī)組在任何工況運(yùn)行時(shí)循環(huán)漿液量供應(yīng)量均有1 500 m3/h的富裕量。原有的漿液循環(huán)泵供應(yīng)量均為8 500 m3/h，經(jīng)過分析將其中2臺循環(huán)漿液泵葉輪進(jìn)行改造，

使得循環(huán)漿液泵流量為7 000 m3/h，具體漿液循環(huán)泵改造前后的泵組運(yùn)行方式見表2。根據(jù)發(fā)電機(jī)組不同運(yùn)行工況、循環(huán)漿液需求量來選擇不同的循環(huán)漿液泵運(yùn)行方式，從而實(shí)現(xiàn)漿液循環(huán)泵高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

表2 改造前后漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式比(原煤硫份0.6%)

3.2 漿液循環(huán)泵運(yùn)行分析

現(xiàn)階段該發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組使用的原煤硫份在0.5～0.6%間。當(dāng)硫份在0.6%時(shí)，發(fā)電機(jī)組負(fù)荷在85%以上時(shí)，3臺漿液循環(huán)泵同時(shí)運(yùn)行(1臺大泵、2臺小泵)；發(fā)電機(jī)組負(fù)荷在60～85%時(shí)，運(yùn)行2臺液循環(huán)泵(1臺大泵、1臺小泵)；發(fā)電機(jī)組負(fù)荷在60%以內(nèi)時(shí)，運(yùn)行2臺小功率漿液循環(huán)泵。當(dāng)硫份在0.5%時(shí)，發(fā)電機(jī)組負(fù)荷在90%以上時(shí)，運(yùn)行2臺液循環(huán)泵(1臺大泵、1臺小泵)；發(fā)電機(jī)組負(fù)荷在90%以內(nèi)時(shí)，運(yùn)行2臺小流量漿液循環(huán)泵。

4 結(jié) 論

(1) 根據(jù)火力發(fā)電廠FGD系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)實(shí)際循環(huán)漿液使用量對漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)發(fā)電機(jī)組載荷在85%以上時(shí)運(yùn)行3臺漿液循環(huán)泵、負(fù)荷在85%以內(nèi)時(shí)運(yùn)行2臺漿液循環(huán)泵。通過對漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式進(jìn)行改進(jìn)，漿液循環(huán)泵綜合電能消耗降低16.4%。

(2) 漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式改進(jìn)后FGD系統(tǒng)循環(huán)漿液供應(yīng)量仍偏大，對泵輪進(jìn)行改造從而將兩臺泵流量由8 500 m3/h降低至7 000 m3/h，并針對發(fā)電機(jī)組使用的原煤硫份提出具體的運(yùn)行方案，可以降低循環(huán)漿液泵電能消耗量18～40萬元/a，進(jìn)一步提升了漿液循環(huán)泵運(yùn)行效率。研究成果可以為其他電廠類似情況的漿液循環(huán)泵節(jié)能改造提供一定經(jīng)驗(yàn)借鑒。