曹 钖，龔 騰，游利國，李 林

(重慶松藻電力有限公司，重慶 401443)

按《國家發(fā)展改革委國家能源局關(guān)于開展全國煤電機(jī)組改造升級的通知》(發(fā)改運行〔2021〕1519號)的要求，2025年全國火電平均供電煤耗需降至300 g/(kW·h)以下。由《2021年燃煤電站生產(chǎn)運營管理第五十屆年會暨能效對標(biāo)發(fā)布會參會報告》可知，我國600 MW級濕冷超臨界機(jī)組2020年平均供電煤耗為310.70 g/(kW·h)，大部分電站供電煤耗與標(biāo)準(zhǔn)的差距較大。要使供電煤耗達(dá)標(biāo)，節(jié)約廠用電量尤為重要[1]。本文重點介紹了漿液循環(huán)泵的分配方式、氧化風(fēng)機(jī)優(yōu)化運行的方式，以及在脫硫系統(tǒng)中第一次采用漿液泵變頻改造等，為同類電廠提供參考。

1 設(shè)備簡介

某電廠2×660 MW機(jī)組燃用設(shè)計煤種含硫量為4.02%(原煙氣中SO2含量為11 265 mg/m3，前塔采用3臺漿液循環(huán)泵并列運行，脫硫塔為液柱塔，設(shè)計脫硫效率為83%，后塔采用5臺漿液循環(huán)泵，脫硫塔為噴淋塔，設(shè)計脫硫效率為98.2%，后塔出口布置2層除霧器。全塔都采用方形塔，總的設(shè)計效率為99.7%。所有漿液循環(huán)泵流量均為13 500 m3/h，前塔3臺漿液循環(huán)泵功率均為1 600 kW，后塔5臺漿液循環(huán)泵功率由下到上分別為1 150 kW、1 250 kW、1 400 kW、1 600 kW、1 600 kW。前后塔分別配置4臺攪拌器，攪拌器功率均為55 kW，事故漿液箱配置3臺攪拌器，攪拌器功率均為37 kW。其流程圖見圖1。

2 前塔循環(huán)泵運行方式

前塔設(shè)計為3臺泵并列運行。相同泵并聯(lián)運行后，理論上每臺泵的揚程相等，大于單臺運行的實際揚程，小于總理論揚程，隨著并聯(lián)水泵臺數(shù)的增加，提升幅度變緩。經(jīng)試驗，前塔啟動漿液循環(huán)泵后的效率和啟動后塔泵的效率見表1和圖2。

圖1 液柱塔+噴淋塔流程圖

表1 前塔啟動3臺漿液循環(huán)泵的效率和啟動2臺泵效率

圖2 前塔泵效率與漿液中石灰石含量關(guān)系曲線

由表1和表2可以看出，前塔啟動3臺泵與后塔啟動2臺泵時的效率比較，前塔啟動第二臺泵的效率比啟動第一臺泵的效率高。經(jīng)實踐證明，在相同pH值運行時，停1臺前塔漿液循環(huán)泵要實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，需強迫降低負(fù)荷約60 MW，而停運后塔第2臺泵實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，需強迫降低負(fù)荷200 MW。前塔1臺泵的功率為1 600 kW，后塔第2臺泵的功率為1 250 kW，每小時可以節(jié)約用電350 kW。1年節(jié)約250萬kW廠用電量。

表2 后塔啟動臺漿液循環(huán)泵后的效率

3 采用1臺變頻泵調(diào)節(jié)節(jié)能

3.1 采用變頻泵的原因

現(xiàn)有大型火力發(fā)電機(jī)組全部投入AGC運行，機(jī)組負(fù)荷通過電網(wǎng)直接進(jìn)行調(diào)度，始終處于調(diào)整狀態(tài)，在不同時期甚至幾分鐘內(nèi)都會有較大的波動。所以鍋爐負(fù)荷和脫硫入口SO2濃度也處于變化中，對漿液循環(huán)泵的啟停造成了較大影響。同時，電廠來煤多樣化，熱質(zhì)和硫分更為多樣化，電廠摻煤時在保障鍋爐安全燃燒的情況下還會適當(dāng)放寬對燃煤硫分的控制。不同種類的燃煤會對脫硫系統(tǒng)的運行工況造成的影響程度不同。而鍋爐燃燒生成的SO2主要來自燃煤，所以燃煤硫分的差異也會影響到漿液循環(huán)泵的啟停。大功率轉(zhuǎn)機(jī)頻繁啟停不但會對設(shè)備安全造成影響，還會造成能源浪費。

泵流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚程與轉(zhuǎn)速平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比。在其他運行條件不變的情況下，根據(jù)泵的比轉(zhuǎn)速公式可知，泵的能耗與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系，節(jié)電效果非常明顯。使用變頻器變速傳動系統(tǒng)，在節(jié)能方面有顯著效果，是最佳節(jié)能手段[2]。采用變頻泵可以改變液氣比，避免泵的頻繁啟動。

3.2 變頻泵的選擇

本塔型前塔采用3臺泵并列的方式運行，如變頻泵加在前塔，變頻泵在低頻運行時的揚程遠(yuǎn)低于工頻運行泵的揚程，將會使低頻泵不出力，不但會引起泵汽蝕，還會造成能源的浪費。后塔5臺泵標(biāo)高分別為19.5 m、21.5 m、23.5 m、25.5 m和27.5 m，功率分別為1 150 kW、1 250 kW、1 400 kW、1 600 kW、1 600 kW，流量均為13 500 m3/h。若選在第一層，第一層功率最小，調(diào)節(jié)范圍小，不利于節(jié)能。若選在第三、四層功率大，其布置位置高，變頻運行時低頻設(shè)置較大，也不利于節(jié)能，故綜合考慮后認(rèn)為設(shè)置在第二層最佳。變頻改造后泵平均頻率約為42 Hz。電流下降25 A左右。按每年運行5 000 h計算，1年節(jié)約110萬kW廠用電量。

漿液循環(huán)泵分別在30 Hz和48 Hz運行時，漿液量和噴淋效果明顯不同，噴淋面積也明顯不同，采用變頻運行相當(dāng)于在不改變泵運行臺數(shù)的情況下改變了液氣比，改變了脫硫效率。

4 優(yōu)化氧化風(fēng)機(jī)運行方式

氧化風(fēng)量欠缺將引起石灰石閉塞，脫硫效率下降。高濃度的亞硫酸鹽包裹石灰石顆粒會阻止石灰石顆粒溶解，引起石灰石閉塞，導(dǎo)致石灰石利用率及脫硫效率下降，嚴(yán)重危及脫硫系統(tǒng)的正常運行[3]。大部分電廠以取吸收塔漿液化驗亞硫酸鈣的方式來判斷氧化風(fēng)量是否充足，但實際生產(chǎn)中受取樣位置、取樣人員、化驗誤差等的影響，亞硫酸鈣并不能完全說明氧化風(fēng)量是否充足[4]。經(jīng)試驗，漿液中亞硫酸鈣的含量長期低于0.1%，但在運行中接帶一段時間高負(fù)荷后，漿液中的pH值會隨著運行時間的推移而不斷下降，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前pH值隨機(jī)組運行時間變化情況

在燃燒高硫煤運行中，在高負(fù)荷運行期間若pH值下降，要通過加大供漿量提升pH值是不可行的，所以在加負(fù)荷前就要采取必要的措施：一是加負(fù)荷前提升pH值運行；二是提前給足氧化風(fēng)量；三是在前塔和后塔氧化風(fēng)母管上各加1個流量計，精確調(diào)整氧化風(fēng)量。經(jīng)多次試驗后，對氧化風(fēng)機(jī)運行規(guī)定如下：當(dāng)原煙氣SO2濃度≤4 000 mg/m3時，運行1臺大氧化風(fēng)機(jī)；當(dāng)原煙氣SO2濃度在4 000～8 500 mg/m3時，負(fù)荷在500 MW以下，運行1臺大氧化風(fēng)機(jī)，負(fù)荷在500 MW以上，運行1臺大氧化風(fēng)機(jī)和1臺小氧化風(fēng)機(jī)；當(dāng)原煙氣SO2濃度≥8 500 mg/m3時，負(fù)荷在350 MW以下，原則 上運行1臺大氧化風(fēng)機(jī)，負(fù)荷在350～500 MW，原則上運行1臺大氧化風(fēng)機(jī)和1臺小氧化風(fēng)機(jī)，負(fù)荷在500 MW以上運行2臺大氧化風(fēng)機(jī)；特殊情況下可同時運行3臺氧化風(fēng)機(jī)。調(diào)整后在高負(fù)荷時pH值隨運行時間的變化情況如圖4所示。由圖3和圖4比較可知，優(yōu)化前pH值會隨著運行時間的推移而降低，在同時啟動3臺氧化風(fēng)機(jī)、加大供漿量的情況下，仍然不能達(dá)標(biāo)排放，最終只得降負(fù)荷運行，同時造成廠用電率和粉耗增加。當(dāng)系統(tǒng)優(yōu)化后，在高負(fù)荷時只需采用2臺氧化風(fēng)機(jī)就基本能滿足高負(fù)荷運行，同時減少了粉耗。特別是在迎峰度夏和度冬期間，約5個月的時間，至少可以減少1臺小容量氧化風(fēng)機(jī)的運行(500 kW)，節(jié)約電耗約為180萬kW，每小時可以節(jié)約供漿量20 t，每年可節(jié)約石粉耗量約4萬t。

圖4 優(yōu)化后pH值隨機(jī)組運行時間變化情況

5 粉耗優(yōu)化與節(jié)約

5.1 粉耗與電耗優(yōu)化

在單層噴淋中，漿液pH值在5.0～5.8時，脫硫效率隨著pH值的升高而增大[5]。隨著漿液pH值的提高，脫硫效率增大，石灰石含量相應(yīng)增加。循環(huán)漿液pH值從4.5增加至6.0時，石灰石含量增加比較緩慢；而pH值大于6.0后， 石灰石含量急劇增加[6]。本吸收塔采用單塔雙循環(huán)，石膏排出泵布置在前塔，漿液的pH值將影響石膏晶體的大小，低pH值有利于抑制細(xì)小石膏晶粒的形成[7]，石膏晶體越大，越利于脫石膏?；谑嗑ЯＰ纬纱笮〉脑?，吸收塔前塔漿池低pH值運行，吸收塔后塔漿池高pH值運行，有利于效率提高[8-9]。為保證前塔的脫硫效率和石膏品質(zhì)，將吸收塔前塔pH值控制在4.9～5.4進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果見表1。

根據(jù)表1可知，當(dāng)pH值為5.4，2臺漿液循環(huán)泵運行時，漿液中碳酸鈣濃度為3.4 g/L(3.4 kg/m3)，前塔漿液池容積為3 000 m3，即每小時需供石粉10.2 t。pH值為4.9，2臺漿液循環(huán)泵運行時，漿液中碳酸鈣濃度為1.4 g/L，每小時需供石粉4.2 t。pH值為5.4時比為4.2時，每小時多供漿6 t，按當(dāng)?shù)厥鄣氖袌鰞r格100元/t來計算，每小時多消耗電費為6×100=600元，如果多運行1臺漿液循環(huán)泵，那么增加費用為1 600×0.4=640元。高pH值漿液脫石膏時，大部分石粉被石膏帶出，造成石粉浪費。由此可見，前塔適當(dāng)控制較高pH值運行2臺漿液循環(huán)泵比運行3臺漿液循環(huán)泵更為劃算。每臺機(jī)組應(yīng)根據(jù)試驗計算啟泵臺數(shù)與pH控制值的關(guān)系，以確定是降低粉耗運行還是降低電耗。

后塔漿液不直接參與脫石膏，而是通過中間隔板上3個直徑為350 mm的孔進(jìn)行漿液交換，漿液中石灰石含量不影響直接影響石膏攜帶，吸收塔后塔pH值維持在5.85～6.15[10]以便于提升脫硫效率。由表2可知，后塔pH值控制在5.8時，3臺漿液循環(huán)泵運行的脫硫效率等同于4臺泵的效率，高pH值運行可減少漿液循環(huán)泵的運行數(shù)量。但根據(jù)文獻(xiàn)[5]可知，pH值大于6.0后， 石灰石含量急劇增加；同時根據(jù)文獻(xiàn)[11]可知，當(dāng)漿液pH值為5.9～6.0時易結(jié)垢，建議后塔pH值控制在6.0及以下。

5.2 節(jié)粉措施

合理調(diào)整吸收塔漿液密度。在吸收塔密度低于1 100 kg/m3時及時停運脫水系統(tǒng)，加大漿液循環(huán)倍率，減少石膏中碳酸鈣的含量，可提高石灰石利用率[12]。但過高的密度又會造成脫硫效率的下降，筆者在對該吸收塔進(jìn)行運行試驗后判斷出，密度控制在1 150～1 170 kg/m3時，石膏中碳酸鈣含量最低，同時石膏含水率也最低，每年可由此節(jié)約用水4 000余t。

6 其他節(jié)能方式

6.1 停機(jī)后的節(jié)能

目前660 MW級機(jī)組作為主力調(diào)峰機(jī)組，存在隨時被調(diào)停的可能，調(diào)停后漿液大量存放在吸收塔內(nèi)。該機(jī)組吸收塔配置8臺功率為55 kW的攪拌器，事故漿液箱配置3臺功率為37 kW的攪拌器，當(dāng)停機(jī)冷卻停運漿液循環(huán)泵后，應(yīng)立即將漿液倒至事故漿液箱，每小時可節(jié)約300 kW。1年停運時間(調(diào)停與檢修)扣除停機(jī)冷卻時間后約65天，則可節(jié)約電量46萬kW。

6.2 檢修維護(hù)

吸收塔前塔液柱噴嘴采用橡膠制作，由于前塔密度較高，機(jī)組運行時前塔3臺泵并列運行流速大，對噴嘴磨損也較大。噴嘴磨損后前塔形成煙氣走廊，機(jī)組運行1年左右時間就會造成噴嘴損壞，導(dǎo)致前塔脫硫效率明顯下降。另外，漿液循環(huán)泵葉輪磨損也較為嚴(yán)重，運行一段時間后出力明顯下降，影響機(jī)組泵出力，運行人員只有增加運行泵的數(shù)量來保證排放不超標(biāo)。機(jī)組運行維護(hù)對節(jié)能也至關(guān)重要。

6.3 節(jié)水

利用低溫省煤器降低排煙溫度可節(jié)約水耗[12]，同時降低排煙溫度(電除塵入口溫度)有利于除塵效率的升高。據(jù)文獻(xiàn)[13]可知，煙溫升高對靜電除塵器效率，尤其對煙塵排放濃度的影響相當(dāng)大，煙溫升高10～15 ℃會使靜電除塵器的效率下降0.04%～0.06%，粉塵排放濃度增加4～10 mg/m3。粉塵濃度有利于提高脫硫效率，減少廢水處理量，若公司增加低溫省煤器后降低排煙溫度20 ℃左右，每年可節(jié)水(按年運行小時數(shù)按5 000 h計算)約20萬t，按原水費用3元/t計算，可節(jié)約60余萬元。

7 結(jié)語

本文通過調(diào)整部分運行并結(jié)合技改，單機(jī)每年可節(jié)約廠用電量超600萬kW·h，按年利用時長為3 000 h計算，每年節(jié)約廠用電率約為0.3%，單機(jī)節(jié)約石粉約4萬t，節(jié)水約20萬t，每年可節(jié)約660余萬元(單機(jī))。運行中需根據(jù)機(jī)組運行工況進(jìn)行不斷的試驗與調(diào)整，才能取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1)前后塔漿液循環(huán)泵運行方式中，取前2臺泵運行方式更為節(jié)能，1年節(jié)約250萬kW廠用電量。

2)后塔漿液循環(huán)泵采用改頻運行方式改變液汽比，每年節(jié)約電耗約為180萬kW，每小時可以節(jié)約供漿量6 t，每年可節(jié)約石粉耗量約4萬t。同時減少循環(huán)泵啟停次數(shù)，可提高設(shè)備運行可靠率。但也要注意漿液循環(huán)泵的最低運行頻率，頻率過低會造成減速機(jī)供油泵轉(zhuǎn)速低，供油壓力不足，進(jìn)而造成減速機(jī)損壞，建議頻率不低于30 Hz。

3)降低漿液循環(huán)泵運行臺數(shù)，必然提升pH值運行，那么粉耗也將升高。粉耗與電耗的經(jīng)濟(jì)性要通過試驗確定，從而得出最優(yōu)的pH值與漿液循環(huán)泵運行臺數(shù)。

4)采用低溫省煤器不但可以節(jié)約發(fā)電標(biāo)煤耗，還可以在提升脫硫效率的同時節(jié)約用水。有條件的電廠可以優(yōu)先考慮該方案。