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在總結(jié)常規(guī)燃煤電廠WFGD系統(tǒng)優(yōu)化運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，探討經(jīng)過超低排放改造的燃煤電廠WFGD系統(tǒng)的優(yōu)化運行要素和方法。總結(jié)而言，常規(guī)的有關(guān)WFGD系統(tǒng)的節(jié)能降耗、脫硫效率與SO2濃度排放、控制系統(tǒng)與運行管理和污染物協(xié)同脫除等方而的優(yōu)化方法，經(jīng)過適當(dāng)改進(jìn)或調(diào)整后，依然適用于超低排放WFGD系統(tǒng)的優(yōu)化。此外，應(yīng)加強超低排放WFGD系統(tǒng)在節(jié)水和系統(tǒng)控制等方而新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。尤其是在當(dāng)前人們對大氣環(huán)境污染問題日益重視和排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格的形勢下，應(yīng)多關(guān)注WFGD系統(tǒng)多污染協(xié)同脫除能力的提升，加快此類技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用。

0引言

WFGD系統(tǒng)作為燃煤電廠控制SO2排放的主要設(shè)備，成為超低排放改造的重點對象。超低排放WFGD大多在傳統(tǒng)空塔噴淋技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)煤種及含硫量等參數(shù)進(jìn)行改造，使用復(fù)合塔技術(shù)及pH分區(qū)技術(shù)等。復(fù)合塔技術(shù)包括旋匯禍合、沸騰泡沫、增設(shè)托盤技術(shù)等;pH分區(qū)技術(shù)包括單塔雙循環(huán)及雙塔雙循環(huán)技術(shù)等。經(jīng)過超低改造，WFGD系統(tǒng)在提高脫硫效率的同時，其污染物協(xié)同脫除能力大多有所提高，尤其是對細(xì)顆粒物的脫除能力。

WFGD系統(tǒng)作為燃煤電廠除主機(jī)外的重要設(shè)備，其高效運行關(guān)系到全廠的生產(chǎn)經(jīng)營狀況，與之相關(guān)的優(yōu)化運行也一直備受關(guān)注，這方面的研究報道也較多。超低排放下，面對嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)和電價考核機(jī)制，如何繼續(xù)做好WFGD系統(tǒng)的優(yōu)化運行工作，確保其經(jīng)濟(jì)高效運行，將成為煤電行業(yè)關(guān)心和討論的重要問題。

對此，本文將在梳理和總結(jié)常規(guī)燃煤電廠WFGD系統(tǒng)優(yōu)化運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合一些新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，探討WFGD系統(tǒng)在超低排放下的優(yōu)化運行，為超低排放燃煤電廠WFGD系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)高效運行提供參考。

1優(yōu)化運行要素

1.1 節(jié)能降耗

節(jié)能降耗關(guān)系到WFGD系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行和電廠的降本增效，包括能耗、物耗及水耗等的優(yōu)化，也是優(yōu)化運行的首要問題。傳統(tǒng)WFGD作為電廠的能耗大戶，廠用電率在1%～2%，而其中的漿液循環(huán)泵、增壓風(fēng)機(jī)及氧化風(fēng)機(jī)等作為WFGD的主要設(shè)備，其耗電量約占整個系統(tǒng)的80%。超低排放WFGD系統(tǒng)的用電設(shè)備有所整合和增加，能耗狀況也有所變化。WFGD的物耗主要為石灰石，水耗則主要是隨煙氣蒸發(fā)水量、石灰石漿液制備用水、吸收塔補水、除霧器沖洗水及排放廢水等。超低排放下，由于SO2排放濃度的降低，石灰石耗量將會上升，而耗水量的變化則因除霧器改造沖洗水量的增加和其他節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用存在一定的不確定性，但水耗依然較大?？傊?，能耗、物耗及水耗是WFGD系統(tǒng)的主要成本消耗，且超低排放下，這類消耗增加明顯，也將是優(yōu)化的首要目標(biāo)。

1.2 脫硫效率及SO2排放濃度

脫硫效率是衡量WFGD系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，受反應(yīng)工藝控制、煙氣溫度和成分及煙塵含量等影響，也與漿液循環(huán)泵及氧化風(fēng)機(jī)等設(shè)備運行狀況密切相關(guān)，其優(yōu)化調(diào)整關(guān)系到WFGD的高效經(jīng)濟(jì)運行。SO2排放濃度是檢驗WFGD運行狀況最重要的參數(shù)，也是環(huán)境監(jiān)測關(guān)注的重點，受相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)的約束不能太高，又因為脫硫成本及WFGD脫除能力的限制不可能太低。超低排放下，脫硫效率更高，SO2排放濃度也更低，兩者的優(yōu)化也將更重要。

1.3 控制系統(tǒng)及運行管理

對于WFGD而言，當(dāng)鍋爐工況、煤質(zhì)、煙氣條件等發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)能根據(jù)運行參數(shù)變化做出快速響應(yīng)和調(diào)整至關(guān)重要，良好的控制系統(tǒng)不僅關(guān)系到設(shè)備的安全高效利用，也關(guān)系到物耗能耗等的最優(yōu)配置，更關(guān)系到系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)效益。此外，WFGD的高效運行還需要優(yōu)秀的運行管理，這對于系統(tǒng)的節(jié)能降耗和設(shè)備使用壽命的延長均有幫助。超低排放下，排放標(biāo)準(zhǔn)的降低、調(diào)節(jié)空間的縮小、響應(yīng)要求的提高、電價考核的壓力和發(fā)電利潤空間的壓縮，對WFGD控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和運行管理水平均提出了更高要求。

1.4 污染物協(xié)同脫除能力

隨著人們對大氣環(huán)境質(zhì)量的日益重視，燃煤電廠對常規(guī)污染物(NOx、SO2及煙塵等)之外污染物的脫除能力逐漸受到關(guān)注。但目前，燃煤電廠尾部煙氣凈化設(shè)施己較為冗長，短期內(nèi)難有空間和財力添加新的凈化設(shè)施，充分挖掘利用現(xiàn)有煙氣凈化設(shè)備的協(xié)同脫除能力將是首選。WFGD系統(tǒng)作為燃煤電廠重要煙氣凈化設(shè)備之一，有一定的污染物聯(lián)合脫除能力，超低排放下，其多種污染物協(xié)同脫除能力將受到更多關(guān)注。

2優(yōu)化運行方法

2.1 節(jié)能降耗優(yōu)化

2.1.1 能耗優(yōu)化

超低排放下，WFGD系統(tǒng)大都取消了GGH和增壓風(fēng)機(jī)，并施行“引增合一”，剩下主要用電設(shè)備為漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)、濕式球磨機(jī)和石膏脫水系統(tǒng)等，相對傳統(tǒng)WFGD系統(tǒng)而言，這些用電設(shè)備只在容量和數(shù)量上發(fā)生變化，因此一些常規(guī)的能耗優(yōu)化方法依然適用。一般而言，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷、煙氣量或入口SO2濃度發(fā)生變化時，漿液循環(huán)泵可通過調(diào)整運行臺數(shù)和組合方式進(jìn)行節(jié)能;其次可進(jìn)行葉輪改造，改變泵的流量，降低泵在不同組合方式下的漿液裕量，確保高效運行;此外，使用低壓高效噴嘴、選擇合適塔型降低噴淋層高度或降低循環(huán)漿液密度均可實現(xiàn)能耗優(yōu)化。對于氧化風(fēng)機(jī)，則可通過變頻改造或調(diào)整運行臺數(shù)等方式實現(xiàn)節(jié)能。另外，合理控制吸收塔液位，保證漿液循環(huán)泵入口壓頭和氧化風(fēng)機(jī)出口阻力之和處于最佳值，能夠起到同時優(yōu)化兩種設(shè)備能耗的作用。需要注意的是，超低排放下，雙塔WFGD系統(tǒng)通過減少循環(huán)泵或氧化風(fēng)機(jī)數(shù)量實現(xiàn)能耗優(yōu)化時，應(yīng)優(yōu)先減少一級塔的泵和風(fēng)機(jī)數(shù)量，保證較高的SO2脫除效果，確保排放不超標(biāo)。濕式球磨機(jī)的節(jié)能，首先要利用好磨球級配技術(shù)，控制好不同大小的鋼球比例，并保持最佳鋼球裝載量;其次，確保石灰石原料粒徑滿足設(shè)計要求(<20mm);另外，根據(jù)需要提前做好規(guī)劃，統(tǒng)籌好制粉量，減少球磨機(jī)運行時間圈等。對于石膏脫水系統(tǒng)，可提高旋流器底流含固量和多套石膏脫水裝置錯開運行，減少石膏漿液排出泵和真空皮帶機(jī)運行時間，實現(xiàn)運行能耗減少。更重要的是，超低排放下應(yīng)結(jié)合運行數(shù)據(jù)，根據(jù)不同負(fù)荷、煙氣及入口SO2濃度條件，完善主要用電設(shè)備運行卡片的制定，確保能耗最優(yōu)。

2.1.2 物耗優(yōu)化

超低排放WFGD系統(tǒng)石灰石耗量有所上升，降低石灰石耗量應(yīng)首先從源頭上控制，盡量選用低硫煤，并嚴(yán)格監(jiān)控石灰石品質(zhì);其次，控制合理的漿液pH值，確保石灰石的充分利用;另外，SO2排放濃度在不超標(biāo)的前提下不宜過低，避免石灰石用量過高;還有，運行中注意調(diào)整減少球磨機(jī)甩料，也有利于石灰石耗量的降低。此外，超低排放下，應(yīng)強化廢水處理與排放管理，以免漿液中Cl-和Al3+等雜質(zhì)濃度偏高，影響脫硫反應(yīng)效率，增加石灰石消耗。

2.1.3 水耗優(yōu)化

隨煙氣蒸發(fā)所帶走的吸收塔內(nèi)水分，約占WFGD系統(tǒng)耗水量90%，減少煙氣攜帶水分是控制WFGD水耗的關(guān)鍵。常規(guī)做法有調(diào)節(jié)爐膛燃燒和配風(fēng)，或安裝低溫省煤器等，來降低過量空氣系數(shù)或吸收塔入口煙溫，從而減少水分蒸發(fā)。超低排放下，不少電廠使用MGGH或低低溫除塵技術(shù)，以降低WFGD系統(tǒng)入口煙溫，減少水分蒸發(fā)。還有一些單位積極研發(fā)零補水技術(shù)或相變凝聚器技術(shù)，降低WFGD系統(tǒng)出口煙溫，使煙氣中水分過飽和后凝結(jié)收集利用，以實現(xiàn)WFGD的節(jié)水。此外，其他一些常規(guī)方法也有利于超低排放WFGD系統(tǒng)的節(jié)水。如合理回收利用石膏濾液水和石膏旋流器分離出的溢流水，減少工藝水補充，最大程度實現(xiàn)水的循環(huán)利用;加強閥門狀況監(jiān)控，減少泄露;確保石膏旋流器和真空皮帶機(jī)的脫水性能，降低石膏含水率等。

除了上述方法能幫助超低排放WFGD系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能降耗外，使用脫硫添加劑，也是文獻(xiàn)報道的節(jié)能降耗的有效方法。添加劑能夠促進(jìn)SO2吸收和石灰石溶解，提高石灰石漿液反應(yīng)活性，為漿液循環(huán)泵優(yōu)化組合提供條件，對石灰石和水耗量的降低均起到一定作用。但實施超低排放之前，WFGD系統(tǒng)對添加劑的使用并不多，而超低排放背景下，面對低排放限值和高脫硫效率，需適當(dāng)加強其使用。

2.2 脫硫效率及SO2排放濃度優(yōu)化

運行中WFGD系統(tǒng)脫硫效率的優(yōu)化，首先需調(diào)整石灰石漿液投入量，控制好吸收塔漿液pH值和鈣硫比，其次，考慮漿液循環(huán)泵的運行數(shù)量，控制好液氣比。另外，優(yōu)先使用揚程高的漿液循環(huán)泵，使?jié){液有充分停留時間;保證充足的氧化風(fēng)量，使SO32-充分氧化;控制吸收塔液位，確保足夠氧化區(qū)及石膏生成空間;避免吸收塔漿液起泡，這些都是進(jìn)一步優(yōu)化脫硫效率的手段。超低排放下，SO2的排放限值更低，而設(shè)計脫硫效率更高，需聯(lián)合運用多種方法才有效。另外，投加脫硫添加劑、控制合適的煙溫、較低的入口煙塵濃度或使用CFD優(yōu)化噴淋工藝合理布局噴嘴，對脫硫效率的優(yōu)化調(diào)整均有積極作用。需要注意的是，盡管優(yōu)化脫硫效率的手段眾多，但優(yōu)化的同時要確保物耗能耗等最優(yōu)。關(guān)于SO2排放濃度的優(yōu)化，首先要降低入口SO2濃度，可通過燃燒或摻燒低硫煤、爐內(nèi)噴堿等方式控制，然后經(jīng)過脫硫效率的優(yōu)化調(diào)整，在考慮排放限值和成本最優(yōu)的前提下，使SO2排放濃度穩(wěn)定且大小合適。超低排放下，排放限值為35mg/m3，建議將SO2排放濃度控制在25mg/m3左右。

2.3 控制系統(tǒng)及運行管理優(yōu)化

常規(guī)的WFGD控制系統(tǒng)，采用PID控制方法，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計參數(shù)制定系統(tǒng)過程控制策略，但機(jī)組實際運行過程中，工況、煤質(zhì)和煙氣參數(shù)是經(jīng)常變化的，與優(yōu)化設(shè)計參數(shù)存在一定的偏差，致使控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度較慢，收斂效果較差，有時出現(xiàn)振蕩失穩(wěn)，使運行調(diào)整結(jié)果較差。超低排放下，應(yīng)加強對WFGD相關(guān)設(shè)備及參數(shù)控制邏輯和控制策略的優(yōu)化，使設(shè)備響應(yīng)更為及時，參數(shù)波動范圍更小。此外，應(yīng)完善專家模糊控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，該技術(shù)制定的控制策略，在WFGD系統(tǒng)運行中根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，其動態(tài)性與穩(wěn)定性相對PID技術(shù)得到較大提高，尤其是波動較大時能快速穩(wěn)定。至于運行管理的優(yōu)化，應(yīng)強調(diào)部門之間溝通協(xié)作，加強參數(shù)監(jiān)控和設(shè)備巡檢，嚴(yán)格設(shè)備消缺管理與考核，完善WFGD系統(tǒng)指標(biāo)考核體系，加強員工技能培訓(xùn)和職業(yè)道德教育，保證良好的運行管理水平。

2.4 污染物協(xié)同脫除能力優(yōu)化

目前，對于WFGD系統(tǒng)的污染物協(xié)同脫除大多停留在研究階段，而實際運行中WFGD的協(xié)同脫除效果則較低。研究表明，WFGD對總顆粒物的脫除率低于75%，而對PM2.5的脫除率則更低，甚至出現(xiàn)PM2.5濃度升高的現(xiàn)象;Hg的脫除則因不同價態(tài)出現(xiàn)分化現(xiàn)象，煙氣中Hg2+獲得較好脫除效果，而Hg0去除率則較低;而SO3的去除率一般在50%以下。超低排放下，需加強WFGD系統(tǒng)多污染物協(xié)同脫除能力的優(yōu)化，加快此類技術(shù)的研發(fā)、推廣與應(yīng)用。

己知的WFGD多污染協(xié)同脫除技術(shù)有如下幾種：石灰石漿液中投加添加劑，促進(jìn)Hg0向Hg2+的氧化;優(yōu)化噴淋效果，促進(jìn)SO3和PM2.5細(xì)顆粒物的凝聚長大，方便捕集;使用組合式除霧器，增加除霧器沖洗水頻次，提高多污染物的協(xié)同捕集效率。超低排放下，WFGD系統(tǒng)有一些新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，取得了較好的多污染物協(xié)同脫除效果。

如清新環(huán)境的SPC-3D脫硫除塵一體化技術(shù)，采用旋匯禍合技術(shù)和改進(jìn)的管式除霧器，增加了煙塵、PM2.5、液滴及SO3等的脫除率;類似的還有中電遠(yuǎn)達(dá)的沸騰式泡沫脫硫除塵一體化技術(shù);另外，一些單位研發(fā)的相變凝聚技術(shù)，在節(jié)水的同時，也能夠?qū)崿F(xiàn)多污染物的協(xié)同脫除。

3 結(jié)束語

燃煤電廠WFGD系統(tǒng)經(jīng)過超低排放改造，設(shè)備發(fā)生了一些變化，較低的SO2排放限值和嚴(yán)格的超低排放電價考核政策，對其系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)高效運行提出了更高要求。超低排放WFGD系統(tǒng)，大多是在原有空塔噴淋系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，除了取消GGH和施行“引增合一”之外，主要設(shè)備的組成未發(fā)生本質(zhì)性變化。因此，常規(guī)的針對WFGD系統(tǒng)節(jié)能降耗、脫硫效率與SO2排放濃度、控制系統(tǒng)與運行管理及污染物協(xié)同脫除能力等的優(yōu)化方法，根據(jù)超低排放下的實際情況，經(jīng)過適當(dāng)改進(jìn)或調(diào)整后依然適用。但在應(yīng)用過程中，一些優(yōu)化方法需提高要求或強化應(yīng)用，例如漿液循環(huán)泵的組合運行、脫硫效率的調(diào)整和添加劑的投加等。此外，除了充分吸取利用舊方法外，應(yīng)加強新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，例如，節(jié)水技術(shù)和系統(tǒng)控制技術(shù)。特別是在當(dāng)前人們對大氣環(huán)境問題日益重視和排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格的背景下，應(yīng)加強WFGD系統(tǒng)多污染協(xié)同脫除技術(shù)方面的研究與應(yīng)用。