【摘 要】：本文主要分析、研究了我厂600MW机组氧化风系统优化改造对湿法烟气脱硫装置效率影响，实施改造后,各项指标优于原设计值，效果明显.
【Abstract】:This article mainly analyses and researches the Influence of wet flue gas desulfurization system’s efficiency for 600MW units in our factory ,which has implemented the upgrade and optimization of oxidation air system.After implementation of the said scheme, each index is better than original design value, good result has been obtained.
【关键词】:湿法烟气脱硫 氧化风系统 优化改造
【Key Words】：Wet flue gas desulfurization, oxidation air system，upgrade and optimization
0、前言：
近年来，随着全球气侯严峻变化，国际社会对各国环保话题已由经济角度上升到政治高度。我国环保排放政策已提高标准，节能减排力度正进一步加大。国内已建燃煤发电机组均按照排放要求完成达标排放，对锅炉烟气在原仅进行除尘处理的基础上，逐一实施并完成了脱硫、脱硝等环保处理，对新建、改建项目提出了近零排放的更高标准。以供各位同仁参考、借鉴。
1、原设备系统介绍：
我厂脱硫系统是由龙净环保引进德国LEE技术开展的EPC项目，福建龙净环保有限公司设计制造的石灰石-石膏就地强制氧化脱硫工艺。脱硫剂为石灰石(CaCO3)与水配制的悬浮浆液。在吸收塔内烟气中的SO2与石灰石反应后生成亚硫酸钙,并就地强制氧化为石膏，石膏经二级脱水处理后外运。
脱硫装置采用一炉一塔系统配置，共两套脱硫系统，石灰石制浆和二级石膏脱水系统公用。全烟气脱硫效率为96％。
吸收塔采用单回路喷淋塔设计，并将设置有氧化空气管道的浆池直接布置在吸收塔下部,塔内中上部吸收段设置六层喷淋，塔内顶部设置有一、二级除雾器，吸收塔下部反应区浆池容积为4400 m3。
从电厂1、2号锅炉来的原烟气, 分别由烟道引至各自的FGD系统。烟气经过原烟气挡板、增压风机（每台炉设置一台）后,进入GGH（哈尔滨锅炉厂34-VI（G）-530-QMR型烟气加热器）；原烟气的热量在GGH中被交换，在设计工况下, 其温度降至90℃左右，冷却了的原烟气进入吸收塔进行脱硫反应。在吸收塔内原烟气与石灰石浆液充分接触反应脱除其中的SO2, 原烟气温度进一步降低至饱和温度45℃左右。脱硫后的净烟气经除雾器除去雾滴后返回GGH, 加热后温度升至80℃以上，经过净烟气烟道、净烟气挡板和烟囱，排放到大气中。
脱硫装置的烟气入口与烟囱之间设置有旁路烟道，正常运行时烟气通过脱硫装置，事故情况或脱硫装置停机检修时烟气由旁路烟道进入烟囱。
2、脱硫系统中存在的主要问题：
2.1设备运行可靠性差：
自投产以来，经常发生氧化风机振动超标、轴承温度高跳闸停运事件，整机返厂检修台数达7台次，部分设备还是第二次返修，其他多台设备都处于振动大、轴承温度高等异常状态运行中。如下图所示：
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因其可靠性差，修复周期长，有时达四个月之久，不能满足我公司生产运行的要。
系统GGH因设计、设备选型、安装、吸收塔水平衡计算、检修维护及运行操作调整管理等存在诸多问题， GGH原烟气泄漏排放超标及堵塞严重，导致机组限制负荷运行；每年至少开旁路或停机后进行GGH高压水冲洗8次以上。
由于氧化风不足，导致石膏成份中亚硫酸钙超标，石膏脱水不净，脱水机在运行中出现拉稀、皮带跑偏等，设备频繁损坏。
单台机组吸收塔石灰石浆液的最大供给量瞬时达到250 t/h，超最大设计出力，石灰石浆液制备量及上料系统超设计负荷运行，设备磨耗现象特别严重，可靠性极差。
2.2、氧化风系统设计出力不足：
氧化风设计压力为98KPa，由于氧化风机出口风压偏低，稍微提高吸收塔液位就导致氧化风机排风不畅、蔽压，导致氧化风机频繁超温跳闸，吸收塔液位无法实现控制在设计值运行。
设计计算总风量为38000 Nm3/h，从吸收塔浆液、石膏取样分析报表中亚硫酸钙严重超标及脱水机工作效果看，亚硫酸钙氧化程度明显不促。
2.3运行操作调整：
由于氧化风不足，导致石膏中亚硫酸钙成份超标，石膏脱水不净等现象，为增强脱水效果，通过减少石膏泵排浆量、提高皮带运行速度以达到减薄石膏厚度，为满足机组额定出力运行，必须将所有脱水设备都投运。
吸收塔液位早期按设计液位运行，氧化风机出现排风不畅、蔽压，导致氧化风机频繁超温跳闸，后期最终只能限制在13米以下的较低液位运行；浆液PH值长期控制在5.2以下运行，脱硫效率很低，为保证二氧化硫不超排及机组带负荷要求，通过加大供浆量提升脱硫效率，不得以时机组只能降负荷运行。
2.4吸收塔内浆液沉积严重：
根据我厂脱硫系统实际情况看，吸收塔每次检修打开塔底人孔门时，在吸收塔底部靠A、B、C、D浆液循环泵入口滤网区域均有大量浆液沉积，最多时一次沉积浆液可达500T之多，各台泵的入口滤网堵塞而导致泵出力不足。
3、优化改造方案的研究：
按照环保部门下达在役电厂必须提高脱硫设备可性及系列减排政策要求，并结合其他电厂改造经验，在脱硫系统实施取消脱硫烟气GGH、取消旁路门及烟囱由干烟囱改为湿式烟囱的环保改造工作，在此基础上研究并同步实施我厂氧化风系统改造。
3.1、方案研究：
从化验报表分析看，石膏品质极差，石膏中亚硫酸钙含量一般均在5%以上，最高达14%，严重超过1%的标准要求；碳酸钙含量一般均在8%以上，最高达12%，也长期超过3%的标准要求。从下述提高设备可靠性、增加总风量、提升风压、提高氧化风的利自用率、降低吸收塔底部浆液沉积五个方面拟进行相应改造。
从前述设备频繁故障、可靠性极差着手，设置3台C0900型单级高速离心鼓风机。#1氧化风机为#1机组脱硫系统用，#2氧化风机为#2机组脱硫系统用，#3氧化风机为#1、#2机组脱硫系统互为公共备用，提高两台机组脱硫可靠性。
氧化风压原设计为98KPa，计算总风量为3800 Nm3/h，从吸收塔浆液、石膏取样分析报表中亚硫酸钙严重超标及脱水机工作效果看，亚硫酸钙氧化程度明显不促。拟将风机排气压力增加至110KPa，排气流量增加至50000 Nm3/h，将原氧化风管母管进行增容改造，母管由原DN450的变更为DN700的供气，增大氧化风供气量。
塔内原设计氧化风入口在吸收塔8.926m标高处设置4支矛枪式喷咀，喷口同标高设置4台搅拌器打散气泡，因吸收塔上部反应区直径达17米，仅靠4台搅拌器无法使氧化风在塔内均匀、充分地与浆液接触而反应。拟将塔内氧化风系统改为7根Dn325*3水平埋置管网式氧化风管，通过直径为9mm约3500个孔直接供氧化风到吸收塔浆液中反应。氧化风管出口中心标高在原设计标高8.926m基础上下降1米，氧化风管出口中心标高改为7.926m；同时提高吸收塔运行液位，以增加氧化空气在浆液中的埋深，提高氧化空气的利用率。
我厂脱硫系统吸收塔下部直径19米，反应池容积较大，达4400 m3。下层设置5台搅拌器，即使6台浆液循环泵长期运行，泵入口滤网区域还是会堆积大量浆液。根据现状判定积存浆液区域介质流场分布不均，或属搅拌动力不足而造成。拟在吸收塔底部积存浆液区增加搅拌器改善流场分布，同时增加搅拌动力。
3.2、方案实施：
全部拆除原有10台罗茨风机，更换为3台C0900型单级高速离心鼓风机，配套电机功率为6KV，2000KW。#1氧化风机为#1机组脱硫系统用，#2氧化风机为#2机组脱硫系统用，#3氧化风机为#1、#2机组脱硫系统互为公共备用，提高两台机组脱硫系统可靠性。
考虑到原设计氧化风量明显不足、大容积的吸收塔惯性延迟等因素，且空气在任何地区都是不收费的廉价易获得资源，按原设计额定负荷下烟气含硫量由8628 mg/Nm3增加到12000mg/Nm3极限工况，对氧化风量的需求作为改造计算依据。为提高吸收塔液位以达到亚硫酸钙充分氧化，进而提高吸收塔脱硫效率。在设备选型时，将风机排气压力由原设计98 KPa提升至110KPa；排气流量由原设计38000 Nm3/h提升至50000 Nm3/h；将原氧化风母管由原设计DN450增换为DN700，进行增容改造，增大氧化风供气量。
将吸收塔内氧化系统由原设计标高8.926m处4根矛枪式氧化风管喷口配置4台吸收塔搅拌器打散气泡方式，改为7根直径为Dn325*3、出口中心标高降为7.926m水平埋置于浆液中的管网式氧化风管，通过直径为9mm约3500个孔直接将氧化风供到吸收塔浆液中反应。氧化风管出口中心标高在原设计基础上下降1米；同时提高吸收塔运行液位，增加氧化空气埋深，提高氧化空气的有效利用率。
拆除吸收塔上层原有4台用于氧化的搅拌器，在A、B浆液循环泵和C、D 浆液循环泵入口滤网区域塔壁上各安装1台下层搅拌器，改善吸收塔下部区域浆液流场， 同时增强该区域内的搅拌动力，防止浆液沉积。
4、改造实施后调整运行效果及作用：
4.1、三台单级高速离心风机，单塔运行一台，两塔共同备用一台，增加了氧化风量及风压。彻底杜绝了因罗茨风机设备可靠性差引起石膏品质差,最终导致真空皮带脱水机、石膏输送皮带机等设备运行可靠性极低，制浆、上料系统出力表象不足的系列问题，脱硫系统设备可靠性大幅提高。
原罗茨风机稳定性、可靠性差，故障频发，返厂检修费用为13万元/次，2013年共返厂检修7台次之多，而且修后运行不到两个月又重复出现叶轮、轴承等部件损坏的重大缺陷，导致设备失备，每年可节约额外增加的设备检修维护费用80余万元。
4.2、节省厂用电明显，脱硫系统原设计厂用电率在2.45%；改造前运行厂用电率在2.4%以上，改造后降至1.8%以下；剔除引增合一及取消GGH后降低份额，经过第三方性能试验，氧化风机改造后厂用电率下降了0.2%，且脱硫效率还优于设计值。
原单套脱硫5台氧化风机总功率为2065KW，现单套脱硫仅运行一台功率为2000KW氧化风机，单台机组节约电耗65KW/h。在设计额定原烟气含硫量时，还可减少了一台1200KW/h的浆液循环泵运行电耗，两台45KW/h的吸收塔搅拌器，按年利用3500小时计算，每年单机节省电费为：（1200+65+90）*3500*0.48＝227.64万元。
4.3、吸收塔液位由改造前限制在13米以下运行，至改造后提升至接近15米运行；从改造后几次开塔检修的情况看，塔底部沉积浆液问题已彻底杜绝，提高了石灰石浆液的利用率。进而解决在原设计条件下供浆、制浆出力不足问题；脱硫效率明显提高，从运行化验报表分析，改造前石膏中碳酸钙含量在8%左右，改造后降至3%以下，石灰石耗量同比降低5%以上。每年节约石灰石、钢球消耗量，节省费用50万元以上。在工艺技术上简单易行，可广泛推广。
5、启发及意义：
5.1、火力发电厂湿法烟气脱硫系统中氧化风系统运行对整个脱硫效率影响非常大，氧化风都是取用自然界廉价易得的空气，运行成本比较低，各脱硫公司在设计时可适当增加富裕量。我厂根据现场实际运行工况及设计源头开展调查研究工作，找出脱硫系统一系列问题发生的原因均归根于氧化风量不足，针对问题提出解决方案和措施，获得了成功。
5.2、我厂#1、2号机组在2013年11月及2014年6月改造完成并投入运行，至今运行良好，能正常调整机组负荷，环保达标排放，无异常事件发生。
5.3、我厂设备改造投入750万元，更有效的是脱硫效率优越，各项技术经济指标优异，明显高于预期，二年内即可收回投资，并且无环保事件发生，对电厂湿法脱硫设备长期运行，确保可靠稳定，极具推广前景。
作者简介：
勾华明（1971.08-），男，汉族，贵州铜仁人，电力技术工程师/全国注册安全工程师，主要从事火电厂机电设备运行、维护检修和技术管理工作。