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脱硝厂家:燃煤电厂超低排放新技术探讨

编辑:
admin
来源:
未知
发布时间:
2018-04-26

    本文在总结常规燃煤电厂WFGD系统优化运行经验的基础上,结合新技术的发展与应用,探讨经过超低排放改造的燃煤电厂WFGD系统的优化运行要素和方法。总结而言,常规的有关WFGD系统的节能降耗、脱硫效率与SO2浓度排放、控制系统与运行管理和污染物协同脱除等方而的优化方法,经过适当改进或调整后,依然适用于超低排放WFGD系统的优化。此外,应加强超低排放WFGD系统在节水和系统控制等方而新技术的研发与应用。尤其是在当前人们对大气环境污染问题日益重视和排放标准日趋严格的形势下,应多关注WFGD系统多污染协同脱除能力的提升,加快此类技术的研究和推广应用。

引言

    WFGD系统作为燃煤电厂控制SO2排放的主要设备,成为超低排放改造的重点对象。超低排放WFGD大多在传统空塔喷淋技术的基础上,根据煤种及含硫量等参数进行改造,使用复合塔技术及pH分区技术等。复合塔技术包括旋汇祸合、沸腾泡沫、增设托盘技术等;pH分区技术包括单塔双循环及双塔双循环技术等。经过超低改造,WFGD系统在提高脱硫效率的同时,其污染物协同脱除能力大多有所提高,尤其是对细颗粒物的脱除能力。

    WFGD系统作为燃煤电厂除主机外的重要设备,其高效运行关系到全厂的生产经营状况,与之相关的优化运行也一直备受关注,这方面的研究报道也较多。超低排放下,面对严苛的排放标准和电价考核机制,如何继续做好WFGD系统的优化运行工作,确保其经济高效运行,将成为煤电行业关心和讨论的重要问题。

    对此,本文将在梳理和总结常规燃煤电厂WFGD系统优化运行经验的基础上,结合一些新技术的发展应用,探讨WFGD系统在超低排放下的优化运行,为超低排放燃煤电厂WFGD系统的经济高效运行提供参考。

1 优化运行要素

1.1 节能降耗

    节能降耗关系到WFGD系统的经济运行和电厂的降本增效,包括能耗、物耗及水耗等的优化,也是优化运行的首要问题。传统WFGD作为电厂的能耗大户,厂用电率在1%~2%,而其中的浆液循环泵、增压风机及氧化风机等作为WFGD的主要设备,其耗电量约占整个系统的80%。超低排放WFGD系统的用电设备有所整合和增加,能耗状况也有所变化。WFGD的物耗主要为石灰石,水耗则主要是随烟气蒸发水量、石灰石浆液制备用水、吸取塔补水、除雾器冲洗水及排放废水等。超低排放下,由于SO2排放浓度的降低,石灰石耗量将会上升,而耗水量的变化则因除雾器改造冲洗水量的增加和其他节水技术的应用存在一定的不确定性,但水耗依然较大。总之,能耗、物耗及水耗是WFGD系统的主要成本消耗,且超低排放下,这类消耗增加明显,也将是优化的首要目标。

1.2 脱硫效率及SO2排放浓度

    脱硫效率是衡量WFGD系统性能的重要指标,受反应工艺控制、烟气温度和成分及烟尘含量等影响,也与浆液循环泵及氧化风机等设备运行状况密切相关,其优化调整关系到WFGD的高效经济运行。SO2排放浓度是检验WFGD运行状况最重要的参数,也是环境监测关注的重点,受相关排放标准的约束不能太高,又因为脱硫成本及WFGD脱除能力的限制不可能太低。超低排放下,脱硫效率更高,SO2排放浓度也更低,两者的优化也将更重要。

1.3 控制系统及运行管理

    对于WFGD而言,当锅炉工况、煤质、烟气条件等发生变化时,控制系统能根据运行参数变化做出快速响应和调整至关重要,良好的控制系统不仅关系到设备的安全高效利用,也关系到物耗能耗等的最优配置,更关系到系统整体的经济效益。此外,WFGD的高效运行还需要优秀的运行管理,这对于系统的节能降耗和设备使用寿命的延长均有帮助。超低排放下,排放标准的降低、调节空间的缩小、响应要求的提高、电价考核的压力和发电利润空间的压缩,对WFGD控制系统的调节能力和运行管理水平均提出了更高要求。

1.4 污染物协同脱除能力

    随着人们对大气环境质量的日益重视,燃煤电厂对常规污染物(NOx、SO2及烟尘等)之外污染物的脱除能力逐渐受到关注。但目前,燃煤电厂尾部烟气净化设施己较为冗长,短期内难有空间和财力添加新的净化设施,充分挖掘利用现有烟气净化设备的协同脱除能力将是首选。WFGD系统作为燃煤电厂重要烟气净化设备之一,有一定的污染物联合脱除能力,超低排放下,其多种污染物协同脱除能力将受到更多关注。

2优化运行方法

2.1 节能降耗优化

2.1.1 能耗优化

    超低排放下,WFGD系统大都取消了GGH和增压风机,并施行“引增合一”,剩下主要用电设备为浆液循环泵、氧化风机、湿式球磨机和石膏脱水系统等,相对传统WFGD系统而言,这些用电设备只在容量和数量上发生变化,因此一些常规的能耗优化方法依然适用。一般而言,当机组负荷、烟气量或入口SO2浓度发生变化时,浆液循环泵可通过调整运行台数和组合方式进行节能;其次可进行叶轮改造,改变泵的流量,降低泵在不同组合方式下的浆液裕量,确保高效运行;此外,使用低压高效喷嘴、选择合适塔型降低喷淋层高度或降低循环浆液密度均可实现能耗优化。对于氧化风机,则可通过变频改造或调整运行台数等方式实现节能。另外,合理控制吸取塔液位,保证浆液循环泵入口压头和氧化风机出口阻力之和处于最佳值,能够起到同时优化两种设备能耗的作用。需要注意的是,超低排放下,双塔WFGD系统通过减少循环泵或氧化风机数量实现能耗优化时,应优先减少一级塔的泵和风机数量,保证较高的SO2脱除效果,确保排放不超标。湿式球磨机的节能,首先要利用好磨球级配技术,控制好不同大小的钢球比例,并保持最佳钢球装载量;其次,确保石灰石原料粒径满足设计要求(<20mm);另外,根据需要提前做好规划,统筹好制粉量,减少球磨机运行时间圈等。对于石膏脱水系统,可提高旋流器底流含固量和多套石膏脱水装置错开运行,减少石膏浆液排出泵和真空皮带机运行时间,实现运行能耗减少。更重要的是,超低排放下应结合运行数据,根据不同负荷、烟气及入口SO2浓度条件,完善主要用电设备运行卡片的制定,确保能耗最优。

2.1.2 物耗优化

    超低排放WFGD系统石灰石耗量有所上升,降低石灰石耗量应首先从源头上控制,尽量选用低硫煤,并严格监控石灰石品质;其次,控制合理的浆液pH值,确保石灰石的充分利用;另外,SO2排放浓度在不超标的前提下不宜过低,避免石灰石用量过高;还有,运行中注意调整减少球磨机甩料,也有利于石灰石耗量的降低。此外,超低排放下,应强化废水处理与排放管理,以免浆液中Cl-和Al3+等杂质浓度偏高,影响脱硫反应效率,增加石灰石消耗。
 

2.1.3 水耗优化

    随烟气蒸发所带走的吸取塔内水分,约占WFGD系统耗水量90%,减少烟气携带水分是控制WFGD水耗的关键。常规做法有调节炉膛燃烧和配风,或安装低温省煤器等,来降低过量空气系数或吸取塔入口烟温,从而减少水分蒸发。超低排放下,不少电厂使用MGGH或低低温除尘技术,以降低WFGD系统入口烟温,减少水分蒸发。还有一些单位积极研发零补水技术或相变凝聚器技术,降低WFGD系统出口烟温,使烟气中水分过饱和后凝结收集利用,以实现WFGD的节水。此外,其他一些常规方法也有利于超低排放WFGD系统的节水。如合理回收利用石膏滤液水和石膏旋流器分离出的溢流水,减少工艺水补充,最大程度实现水的循环利用;加强阀门状况监控,减少泄露;确保石膏旋流器和真空皮带机的脱水性能,降低石膏含水率等。

    除了上述方法能帮助超低排放WFGD系统实现节能降耗外,使用脱硫添加剂,也是文献报道的节能降耗的有效方法。添加剂能够促进SO2吸取和石灰石溶解,提高石灰石浆液反应活性,为浆液循环泵优化组合提供条件,对石灰石和水耗量的降低均起到一定作用。但实施超低排放之前,WFGD系统对添加剂的使用并不多,而超低排放背景下,面对低排放限值和高脱硫效率,需适当加强其使用。

2.2 脱硫效率及SO2排放浓度优化

    运行中WFGD系统脱硫效率的优化,首先需调整石灰石浆液投入量,控制好吸取塔浆液pH值和钙硫比,其次,考虑浆液循环泵的运行数量,控制好液气比。另外,优先使用扬程高的浆液循环泵,使浆液有充分停留时间;保证充足的氧化风量,使SO32-充分氧化;控制吸取塔液位,确保足够氧化区及石膏生成空间;避免吸取塔浆液起泡,这些都是进一步优化脱硫效率的手段。超低排放下,SO2的排放限值更低,而设计脱硫效率更高,需联合运用多种方法才有效。另外,投加脱硫添加剂、控制合适的烟温、较低的入口烟尘浓度或使用CFD优化喷淋工艺合理布局喷嘴,对脱硫效率的优化调整均有积极作用。需要注意的是,尽管优化脱硫效率的手段众多,但优化的同时要确保物耗能耗等最优。关于SO2排放浓度的优化,首先要降低入口SO2浓度,可通过燃烧或掺烧低硫煤、炉内喷碱等方式控制,然后经过脱硫效率的优化调整,在考虑排放限值和成本最优的前提下,使SO2排放浓度稳定且大小合适。超低排放下,排放限值为35mg/m3,建议将SO2排放浓度控制在25mg/m3左右。

2.3 控制系统及运行管理优化

    常规的WFGD控制系统,采用PID控制方法,根据优化设计参数制定系统过程控制策略,但机组实际运行过程中,工况、煤质和烟气参数是经常变化的,与优化设计参数存在一定的偏差,致使控制系统调节速度较慢,收敛效果较差,有时出现振荡失稳,使运行调整结果较差。超低排放下,应加强对WFGD相关设备及参数控制逻辑和控制策略的优化,使设备响应更为及时,参数波动范围更小。此外,应完善专家模糊控制技术的开发与应用,该技术制定的控制策略,在WFGD系统运行中根据实际运行数据进行调整,其动态性与稳定性相对PID技术得到较大提高,尤其是波动较大时能快速稳定。至于运行管理的优化,应强调部门之间沟通协作,加强参数监控和设备巡检,严格设备消缺管理与考核,完善WFGD系统指标考核体系,加强员工技能培训和职业道德教育,保证良好的运行管理水平。

2.4 污染物协同脱除能力优化

    目前,对于WFGD系统的污染物协同脱除大多停留在研究阶段,而实际运行中WFGD的协同脱除效果则较低。研究表明,WFGD对总颗粒物的脱除率低于75%,而对PM2.5的脱除率则更低,甚至出现PM2.5浓度升高的现象;Hg的脱除则因不同价态出现分化现象,烟气中Hg2+获得较好脱除效果,而Hg0去除率则较低;而SO3的去除率一般在50%以下。超低排放下,需加强WFGD系统多污染物协同脱除能力的优化,加快此类技术的研发、推广与应用。

    己知的WFGD多污染协同脱除技术有如下几种:石灰石浆液中投加添加剂,促进Hg0向Hg2+的氧化;优化喷淋效果,促进SO3和PM2.5细颗粒物的凝聚长大,方便捕集;使用组合式除雾器,增加除雾器冲洗水频次,提高多污染物的协同捕集效率。超低排放下,WFGD系统有一些新技术的发展和应用,取得了较好的多污染物协同脱除效果。

3 结束语

    燃煤电厂WFGD系统经过超低排放改造,设备发生了一些变化,较低的SO2排放限值和严格的超低排放电价考核政策,对其系统的经济高效运行提出了更高要求。超低排放WFGD系统,大多是在原有空塔喷淋系统的基础上进行改造,除了取消GGH和施行“引增合一”之外,主要设备的组成未发生本质性变化。因此,常规的针对WFGD系统节能降耗、脱硫效率与SO2排放浓度、控制系统与运行管理及污染物协同脱除能力等的优化方法,根据超低排放下的实际情况,经过适当改进或调整后依然适用。但在应用过程中,一些优化方法需提高要求或强化应用,例如浆液循环泵的组合运行、脱硫效率的调整和添加剂的投加等。此外,除了充分汲取利用旧方法外,应加强新技术的发展与应用,例如,节水技术和系统控制技术。特别是在当前人们对大气环境问题日益重视和排放标准日趋严格的背景下,应加强WFGD系统多污染协同脱除技术方面的研究与应用。

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