600MW機(jī)組濕法脫硫裝置水耗的分析和計(jì)算

1、600mw機(jī)組濕法脫硫裝置水耗的分析和計(jì)算analysis and calculation of wet fgd water consumption for 600mw units聶鵬飛河北大唐國(guó)際王灘發(fā)電有限責(zé)任公司 河北唐山 063611 摘要介紹某600mw機(jī)組石灰石-石膏濕法脫硫裝置工藝水系統(tǒng)，總結(jié)歸納了脫硫工藝水的用途。闡述了影響脫硫裝置水耗的幾個(gè)主要因素，包括：吸收塔內(nèi)水的蒸發(fā)、石膏結(jié)晶水、石膏表面附著水、廢水排放等。對(duì)600mw機(jī)組石灰石-石膏濕法脫硫裝置用水量以及耗水量做了分析和計(jì)算，并繪制了600mw機(jī)組脫硫裝置水平衡圖。通過(guò)分析提出相應(yīng)的節(jié)水措施：降低入口煙氣溫度；采用低溫

2、省煤器；引入輸煤沖洗水制漿；合理控制除霧器沖洗水時(shí)間和間隔；收集利用煙囪和煙道內(nèi)的凝結(jié)水等。關(guān)鍵詞濕法脫硫；火電廠；水耗；措施；600mw機(jī)組abstract: the process water system of limestone - gypsum wet fgd device for some 600mw units were introduced, summarized the use of desulfurization process water. several major factors affecting water consumption of desulfurizati

3、on devices were discussed, including the water evaporation in the absorber, crystal water of gypsum, surface attached water of gypsum, wastewater discharge,etc. the water consumption and consumption of limestone - gypsum wet fgd for 600mw units was analysed and calculated, and a water balance diagra

4、m of 600mw units desulfurization devices was drawed.meanwhile, the corresponding water-saving measures were put forward,such as lower inlet gas temperature; using low-temperature economizer; introducing coal-washing water into limestone slurry making；reasonable control of the mist eliminator wash wa

5、ter and the interval of wash time；collection and use of condensation water in the chimney and flue,etc.key words: wet fgd;power plant; water consumption; measures; 600mw units隨著火電廠經(jīng)營(yíng)形勢(shì)的日趨艱難和水資源的匱乏，對(duì)無(wú)煙氣換熱器（ggh）濕法煙氣脫硫裝置水耗問(wèn)題的研究和探討，也就越來(lái)越顯得重要和迫切。尤其對(duì)于北方缺水地區(qū)而言，脫硫裝置水耗占火電廠水耗比重較大，是火電廠運(yùn)行管理的重要參數(shù)，也是火電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理的重點(diǎn)和

6、難點(diǎn)。同時(shí)，受?chē)?guó)內(nèi)煤炭市場(chǎng)的影響，火電廠燃煤變化較大。加之，火電廠自身就鍋爐、汽機(jī)等系統(tǒng)不斷實(shí)施節(jié)能等各種改造。所以，火電廠脫硫裝置運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)之初會(huì)發(fā)生較大的變化，脫硫裝置的實(shí)際水耗與脫硫公司的設(shè)計(jì)水平衡數(shù)據(jù)會(huì)有所偏差。因此僅僅依靠設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)去分析火電廠脫硫裝置的水耗問(wèn)題是片面的。只有搞清楚脫硫裝置實(shí)際水耗，才能使火電廠脫硫裝置的節(jié)水工作做到有的放矢。 某2×600 mw機(jī)組采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，吸收塔采用噴淋塔形式，無(wú)球磨機(jī)及煙氣換熱器（ggh），外購(gòu)石灰粉，兩臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)于2006年6月投運(yùn)。本文根據(jù)該電廠脫硫裝置的實(shí)際運(yùn)行情況，結(jié)合設(shè)計(jì)因素，對(duì)脫硫裝置在運(yùn)行過(guò)程中的

7、水耗問(wèn)題進(jìn)行了深入的分析和計(jì)算，并提出了相應(yīng)的節(jié)水措施。1 脫硫裝置工藝水的用途無(wú)煙氣換熱器（ggh）濕法脫硫系統(tǒng)的工藝水主要由工藝水泵和除霧器沖洗水泵提供。如圖1所示，其用途主要分為以下幾種類(lèi)型：石灰石漿液制備用水、除霧器沖洗水、吸收塔工藝補(bǔ)水、真空皮帶脫水機(jī)用水、漿液管道沖洗用水、氧化風(fēng)機(jī)及氧化空氣冷卻用水、入口煙氣事故噴淋水及其它。下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。 圖1 脫硫工藝水系統(tǒng)圖1.1 石灰石漿液制備系統(tǒng)用水石灰石漿液制備用水主要用來(lái)與外購(gòu)石灰粉攪拌成質(zhì)量濃度為20-25的石灰石漿液，主要來(lái)自工藝水。從理論上講，石灰石漿液制備系統(tǒng)本身并不消耗任何形式的水，所起到的作用只是將石灰石漿液投加至吸收

8、塔參與化學(xué)反應(yīng)，以維持吸收塔內(nèi)漿液正常的ph值。1.2 除霧器沖洗水除霧器安裝在吸收塔上部，當(dāng)帶有液滴的煙氣進(jìn)入除霧器煙道時(shí)，由于流線的偏折，在慣性力的作用下實(shí)現(xiàn)氣液分離，部分液滴撞擊在除霧器葉片上被捕集下來(lái)。除霧器沖洗水的作用是一方面是定期沖洗由除霧器葉片捕集的液滴、粉塵，保持葉片表面清潔(有些情況下起保持葉片表面潮濕的作用)，防止葉片結(jié)垢和堵塞，維持系統(tǒng)正常運(yùn)行。一方面沖洗完除霧器后的沖洗水直接落入吸收塔漿池中，維持吸收塔的液位，起著調(diào)節(jié)吸收塔液位平衡的作用。為了維持脫硫裝置的正常運(yùn)行,必須要補(bǔ)充系統(tǒng)消耗的同等水量，這主要通過(guò)除霧器的沖洗水來(lái)實(shí)現(xiàn)。1.3 真空皮帶脫水機(jī)用水真空皮帶脫水機(jī)用

9、水首先是水環(huán)式真空泵的工作液，然后重復(fù)用作濾餅和濾布沖洗用水、密封皮帶密封和潤(rùn)滑水。這些用水主要用于保證真空皮帶脫水機(jī)的正常運(yùn)行和出力，保持濾布的清潔和保證石膏品質(zhì)，最終都通過(guò)濾液回收至吸收塔, 并在脫硫裝置內(nèi)部循環(huán)使用。在水環(huán)式真空泵運(yùn)行過(guò)程中，其排氣管會(huì)不斷向外外出夾帶水滴的排氣，進(jìn)入大氣中無(wú)法回收。 1.4 吸收塔工藝補(bǔ)水 脫硫裝置在機(jī)組低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，由于吸收塔內(nèi)水的蒸發(fā)量較小，除霧器沖洗水一般就能維持吸收塔液位，不需要吸收塔工藝補(bǔ)水。在機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷工況連續(xù)運(yùn)行時(shí)，隨著工藝水蒸發(fā)量的增大，僅靠除霧器沖洗水對(duì)吸收塔內(nèi)水份的補(bǔ)給是不夠的，因此需要工藝水直接對(duì)吸收塔補(bǔ)充，以維持吸收塔液位。1.

10、5 脫硫廢水處理系統(tǒng)耗水脫硫廢水處理設(shè)施去除重金屬等離子時(shí)需要消耗pfs、pam、石灰乳、有機(jī)硫等藥劑，配置這些藥劑時(shí)需要添加一定量的工藝水以制成相應(yīng)的溶液。1.6 脫硫設(shè)備設(shè)施冷卻水和沖洗水脫硫設(shè)備冷卻水主要包括氧化風(fēng)機(jī)冷卻水、氧化空氣冷卻水等，這部分冷卻水在整個(gè)fgd裝置中一般都是連續(xù)循環(huán)使用。脫硫設(shè)施沖洗水包括ph計(jì)和液位計(jì)等脫硫儀表的沖洗水、煙氣事故噴淋降溫水、管道及箱罐清理水等。設(shè)備設(shè)施的冷卻水和沖洗水都可以排放到脫硫裝置中的排水收集系統(tǒng)循環(huán)使用。2 耗水量的分析和計(jì)算無(wú)煙氣換熱器（ggh）濕法脫硫系統(tǒng)在滿(mǎn)負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)耗水量較大。如表1所示，我們以該發(fā)電公司1號(hào)機(jī)組脫硫裝置

11、8月份夏季大負(fù)荷期間運(yùn)行累積數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行分析和計(jì)算。表1中的脫硫工藝用水量、制漿系統(tǒng)用水量、廢水排放量均由流量計(jì)累積而得，石灰粉耗量、石膏產(chǎn)生量均是實(shí)際稱(chēng)重發(fā)生量，出入口煙氣溫度均為dcs歷史數(shù)據(jù)平均值。以月數(shù)據(jù)作為分析和計(jì)算基礎(chǔ)，分析結(jié)果會(huì)更具有代表性。 表1 1號(hào)機(jī)組脫硫裝置8月份運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)目月數(shù)據(jù)機(jī)組運(yùn)行小時(shí)數(shù)/h744機(jī)組利用小時(shí)數(shù)/h678脫硫系統(tǒng)運(yùn)行小時(shí)數(shù)/h744脫硫總用水量/t84772制漿系統(tǒng)用水量/t23662脫硫廢水排放量/t2305吸收塔入口平均煙氣溫度/131吸收塔出口平均煙氣溫度/51.8石灰粉耗量/t6794石膏產(chǎn)生量/t12230石膏平均含水率/%14石

12、膏純度/%922.1 石灰石漿液制備系統(tǒng)用水計(jì)算脫硫設(shè)計(jì)要求石灰石漿液密度大多在1200-1250，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度約為20-25%。由表1可得，脫硫劑耗量全月耗量6794，加水量估算最大為40，制漿系統(tǒng)實(shí)際水耗為34.9。2.2 吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水是脫硫裝置中水耗的主要部分。正常情況下, 鍋爐煙氣中的水蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%-9%,并沒(méi)有達(dá)到其排煙溫度及其壓力對(duì)應(yīng)的飽和狀態(tài)。鍋爐煙氣進(jìn)入吸收塔后，與自上而下噴淋的循環(huán)漿液逆向接觸并發(fā)生反應(yīng)，煙氣溫度由130左右迅速降低至50左右。與此同時(shí)，吸收漿液中水份的不斷蒸發(fā)，煙氣中的水蒸汽迅速達(dá)到飽和，在吸收塔出口處煙氣中的水蒸氣完全達(dá)到飽和狀態(tài)。

13、在吸收塔出口處飽和水蒸氣量取決于煙氣在此溫度和壓力狀態(tài)下含濕量，含濕量就是指每千克濕飽和煙氣中所含有的水蒸氣質(zhì)量，根據(jù)伯努利方程： （1）式（1）中為水蒸氣分壓，為煙氣分壓。吸收塔出口處濕煙氣壓力為0.11mpa，根據(jù)道爾頓分壓定律，于是含濕量公式就變?yōu)椋?（2）從式（2）可以看出， 當(dāng)吸收塔出口濕煙氣參數(shù)一定時(shí)，煙氣的含濕量只取決于水蒸氣分壓力的大小，而水蒸氣的分壓力則取決于水蒸氣的溫度，不同溫度下干飽和水蒸氣的分壓力可以通過(guò)antoine方程： （3）式（3）中為熱力學(xué)溫度，290-500k之間適用。以該發(fā)電公司1號(hào)機(jī)組脫硫裝置為例：脫硫系統(tǒng)入口煙氣量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，6%) = 2199

14、022，脫硫入口標(biāo)態(tài)干煙氣密度=1.344；脫硫系統(tǒng)入口煙氣量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，濕基，6%) =2376054；按表1吸收塔出口煙氣平均51.8來(lái)計(jì)算，吸收塔出口處煙氣平均每小時(shí)攜帶的飽和水蒸氣量為：257.6原煙氣中平均每小時(shí)攜帶的水量為142.2煙氣從脫硫系統(tǒng)平均每小時(shí)攜帶走的飽和水蒸氣量為：115.4由此可見(jiàn)，在整個(gè)脫硫裝置化學(xué)吸收反應(yīng)過(guò)程中,煙氣在吸收塔內(nèi)的絕熱增濕過(guò)程需要消耗大量的水份。吸收塔出口煙氣的含水量，與進(jìn)入吸收塔的煙氣量、煙氣溫度有直接關(guān)系。煙氣量越大,煙氣溫度越高,使原煙氣達(dá)到飽和狀態(tài)所需的蒸發(fā)水量就越大。另一方面，即使機(jī)組負(fù)荷相同，由于入口煙氣參數(shù)不一等原因，吸收塔內(nèi)水的蒸發(fā)

15、量也會(huì)相差很大。2.3 吸收塔出口煙氣攜帶液態(tài)水經(jīng)過(guò)漿液逆流洗滌后的煙氣, 其中的水蒸氣溶解程度達(dá)到飽和狀態(tài)后,凈煙氣中就會(huì)出現(xiàn)液態(tài)水。這部分液態(tài)水隨凈煙氣經(jīng)過(guò)吸收塔除霧器后排入大氣后不能回收使用，但是這部分水量一般很小。吸收塔頂部的除霧器可以將流經(jīng)的煙氣含液態(tài)水量控制在75以下, 該值為能被凈煙氣攜帶到大氣中液態(tài)水的最大值,也是除霧器的性能保證值。凈煙氣中所含液態(tài)水量主要與凈煙氣量有直接關(guān)系,凈煙氣夾帶的液態(tài)水量為=0.2。2.4 石膏結(jié)晶水及附著水脫硫石膏是鍋爐煙氣進(jìn)行脫硫凈化處理而得到的副產(chǎn)物。石膏攜帶水一般分為兩部分，一部分是結(jié)晶水，一部分是表面附著水。在吸收塔內(nèi)，煙氣中的so2首先被

16、漿液中的水吸收，再與其中的caco3反應(yīng)生成caso3，caso3又被鼓入空氣中的o2強(qiáng)制氧化，最終生成石膏晶體caso42h2o。因此，根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量可計(jì)算得石膏結(jié)晶水量=12230×92%×36/172÷678=3.5石膏表面附著水設(shè)計(jì)值一般是10%，但實(shí)際上一般都比這個(gè)高，原因有兩方面：真空皮帶脫水機(jī)出力不足，石膏經(jīng)二級(jí)脫水后水量未能完全脫除；受外購(gòu)石灰粉品質(zhì)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，煙氣中粉塵含量超標(biāo)等因素影響，石膏漿液品質(zhì)與設(shè)計(jì)偏離較大，不能滿(mǎn)足要求。所以石膏實(shí)際含水率一般會(huì)比設(shè)計(jì)值略大。由此計(jì)算可得石膏表面附著水量=12230×14%÷67

17、8=2.5t/h2.5 脫硫裝置排出廢水濕法煙氣脫硫漿液中的鹽分和懸浮雜質(zhì)濃度隨運(yùn)行時(shí)間的增加會(huì)越來(lái)越高，另外煙氣中含有少量從原煤中帶來(lái)的f-和cl-進(jìn)入脫硫吸收塔后被洗滌下來(lái)進(jìn)入漿液。f-與漿液中的鋁聯(lián)合作用對(duì)脫硫吸收劑石灰石的溶解產(chǎn)生屏蔽影響，致使石灰石溶解性減弱、脫硫效率降低；而氯離子濃度的增高也會(huì)引起脫硫率下降，加速漿液泵葉輪、襯膠管道等過(guò)流部件的腐蝕磨損，并影響石膏品質(zhì)。因此，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫過(guò)程通常需要排出一部分吸收塔漿液，以達(dá)到控制cl-、f-離子濃度的目的，這部分漿液稱(chēng)之為脫硫廢水。經(jīng)過(guò)石膏旋流器、廢水旋流器旋流后的脫硫廢水, 其石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%左右。一般情況下吸收

18、塔漿液中cl-濃度達(dá)到或超過(guò)一定濃度時(shí)，才會(huì)排出廢水。脫硫廢水的排放量靈活性較大，并不是恒定排出的量。在系統(tǒng)cl-濃度沒(méi)有達(dá)到設(shè)定最大值的狀態(tài)下，外排的水量取決于系統(tǒng)內(nèi)水的利用程度，當(dāng)系統(tǒng)cl-濃度達(dá)到設(shè)計(jì)最大值的狀態(tài)，外排廢水量取決于進(jìn)系統(tǒng)cl-的量。同理，計(jì)算可得=3.4t/h。3 系統(tǒng)滿(mǎn)負(fù)荷下的水耗3.1 滿(mǎn)負(fù)荷下脫硫裝置的水平衡 如圖2所示，綜上所分析和計(jì)算，某600mw機(jī)組脫硫裝置水平衡圖。該脫硫裝置設(shè)計(jì)滿(mǎn)負(fù)荷水耗在115t/h，但實(shí)際滿(mǎn)負(fù)荷水耗為125t/h，比設(shè)計(jì)值高出10t/h。這是因?yàn)樵撁摿蜓b置設(shè)計(jì)入口和出口煙氣溫度為123和49，而8月份實(shí)際入口和出口煙氣溫度為131和51

19、.8，由此可見(jiàn)脫硫裝置入口煙氣溫度的升高相應(yīng)的增加了吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水量。圖2 某發(fā)電公司600mw機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷下脫硫裝置水平衡圖3.2 控制水耗的措施無(wú)煙氣換熱器（ggh）濕法脫硫裝置工藝水主要用作吸收塔補(bǔ)水、石灰粉制漿以及除霧器沖洗，管道沖洗、泵的軸封水、密封水等。由于脫硫系統(tǒng)的用水量大，設(shè)計(jì)時(shí)就要充分考慮系統(tǒng)的水平衡問(wèn)題，盡量做到循環(huán)利用，減少耗水量。對(duì)于已經(jīng)投運(yùn)的脫硫裝置來(lái)說(shuō)，可采用以下措施進(jìn)行節(jié)水：(1) 濕法脫硫系統(tǒng)水量損失主要是因?yàn)槊摿蚝髢魺煔鈳ё叩乃葸^(guò)多，該部分水份在凈煙道和煙囪中會(huì)有部分凝結(jié)。在凈煙道和煙囪底部布置疏水管道將這部分凝結(jié)水輸送到吸收塔地坑中。這樣既可以避免冷凝酸液對(duì)

20、煙道的腐蝕，又可以補(bǔ)充吸收塔用水。(2) 把漿液循環(huán)泵機(jī)封沖洗水、石灰石漿液泵機(jī)封沖洗水、管道沖洗水等所有軸封水和沖洗水水引入到吸收塔地坑或者石膏排放坑，以重復(fù)利用。(3) 確保真空皮帶脫水機(jī)脫水性能良好，降低石膏中的含水量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)石膏含水量偏大時(shí)，及時(shí)對(duì)石膏脫水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整真空皮帶脫水機(jī)至最佳狀態(tài)和出力運(yùn)行，防止其長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)過(guò)度補(bǔ)水。(4) 將其他可利用水引入到脫硫系統(tǒng)。工業(yè)廢水處理水及氫站冷卻用水全部匯集進(jìn)入輸煤沖洗水泵房前池，主要作為廠區(qū)輸煤系統(tǒng)的沖洗用水。就實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，輸煤系統(tǒng)沖洗水完全可以替代工藝水作為石灰石漿液制備用水。(5) 由于濕法脫硫系統(tǒng)的沖洗水閥、補(bǔ)水閥數(shù)量眾

21、多，易出現(xiàn)閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)和內(nèi)漏的故障。這不但會(huì)給各箱罐的液位調(diào)整帶來(lái)困難，也會(huì)增大水耗。因此，在運(yùn)行中要對(duì)這些閥門(mén)狀況加強(qiáng)監(jiān)控。(6) 合理控制除霧器沖洗水時(shí)間和間隔。除霧器沖洗間隔時(shí)間長(zhǎng)，容易導(dǎo)致除霧器堵塞。除霧器沖洗間隔時(shí)間短，則會(huì)浪費(fèi)沖洗水。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況摸索最佳的沖洗時(shí)間和間隔。(7) 由于塔內(nèi)蒸發(fā)水量同吸收塔入口煙氣溫度基本成線性關(guān)系。所以應(yīng)從控制脫硫裝置入口煙氣溫度下手，通過(guò)在吸收塔入口煙道增加低溫省煤器等設(shè)備改造措施，降低吸收塔內(nèi)水的蒸發(fā)量。4 結(jié)語(yǔ)近幾年來(lái)國(guó)家對(duì)環(huán)保日益重視，火電廠濕法脫硫系統(tǒng)裝置的整體可靠性水平有了較大進(jìn)步。然而隨著火電廠經(jīng)營(yíng)形勢(shì)日益嚴(yán)峻和節(jié)能減排政策的日

22、趨嚴(yán)格，對(duì)脫硫裝置本身的能耗和水耗等經(jīng)濟(jì)性水平的要求也進(jìn)一步的提高，如何控制濕法脫硫裝置水耗成為擺在火電廠緩解經(jīng)營(yíng)壓力面前的重要課題。本文以某電廠600mw機(jī)組石灰石-石膏濕法脫硫裝置實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)脫硫工藝水的用途和消耗進(jìn)行詳細(xì)分析和計(jì)算，從吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水量著手，提供了各種水量計(jì)算的方法，并建立了水平衡圖。如文中所述，脫硫系統(tǒng)用水量和耗水量水平與鍋爐煙氣量、脫硫裝置入口和出口煙氣溫度等有著密切的關(guān)系。吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水量占脫硫水耗的比重最大，在90%以上。對(duì)于建造之初就沒(méi)有安裝煙氣換熱器（ggh）的火電廠來(lái)說(shuō)，重新安裝煙氣換熱裝置（ggh）顯然是不現(xiàn)實(shí)的，而煙氣換熱器（ggh）也并非脫硫裝置節(jié)水的唯一途徑。