火电厂烟气脱硫装置最优运行工况的探讨和实践

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火电厂烟气脱硫装置最优运行工况的探讨和实践

工况的方法,对某300MW机组石灰石-石膏湿法 FGD装置进行了运行优化试验,在保证装置较佳脱 硫效果的同时,减少了装置的运行成本。

流留寨大桥脚手架工程施工方案脱单位质量SO2相对生产成本概念

火电厂FGD装置投入运行后,运行的经济效 益和环保效益在一定程度上是互为制约的。以石灰 石-石膏湿法脱硫装置为例,增加浆液循环泵投运 的台数或适当增加石灰石浆液的供给可以提高系统 的脱硫率,从而达到更好的环保效果,但系统的电 耗和脱硫剂的消耗就会明显增加,尽管同时也会减 少火电厂SOz的排污缴费(目前为0.63元/kg)并增 加石膏的销售收入。但由于电耗和脱硫剂消耗增加 的成本要高于排污费减少和石膏销售收入增加的收 益,因此企业总的经济效益是下降的。在环保效益 和经济效益互为矛盾的情况下,如何确定FGD的

最优运行工况(主要是达到多高的脱硫率),成为 FGD运行优化工作的关键。目前对于已投运的 FGD装置应达到的性能指标,我国还没有明确的 规定,可以参考的规定和原则如下

2003年我国发布了修订的《火电厂大气污染 物排放标准》。该标准中规定了火电厂锅炉SO2的 最高允许排放浓度。例如对于第2和第3时段电 厂,分别从2010年和2004年开始执行400mg/m 的SO最高允许排放质量浓度。但该标准只规定了 最高允许排放质量浓度,若按这一标准,大多数 FGD装置的脱硫能力不能得到充分的发挥。

目前大多数火电厂是按照系统设计的脱硫率来 确定运行工况的。但问题是,当烟气中的SO质量 浓度超过设计值,脱硫率肯定无法满足设计要求。 而当烟气中的SO:质量浓度或烟气负荷低于设计值 时,脱硫率又会高于设计值。此时尽管脱硫率提高 了,但由于SO的总量减少了,相应SO的脱除量 是减少的,而FGD的运行成本减少有限,因此运 行的经济性很差。

1.3按照火电厂的SO2排放总量控制的要求

目前对于火电厂SO排放总量的控制要求,我 国还缺少科学的数据。即使有总量控制的数据,火 电厂也应该针对燃料和负荷的不同情况,找到经济 性最佳的控制策略。 为此,我们提出脱单位质量SO相对生产成本 (K的概念来指导FGD系统的运行工况。FGD装 置的各项成本费用主要包括财务费用、折旧费、电 费、脱硫剂费用、水费、蒸汽费、人工费、修理费、 运营管理费和保险费等。其中财务费用、折旧费、 人工费、修理费、运营管理费、保险费完全不受脱 硫工况调整的影响,水费、蒸汽费受脱硫工况调整 的影响也很小,在计算中可不予考虑。此外,FGD 装置的投运状况还会影响SO的排污缴费和石膏销 售收入。因此,提出定义如下的脱单位质量SO2的 相对生产成本(K的概念,以脱单位质量SO相对 生产成本为最低的工况作为最佳的运行工况,即

元/kg; 相对生产成本,元; Q一SO2脱除量,kg; Mi一FGD系统电费,元; M2一FGD脱硫剂费用,元; FGD投运后减少的SO2排污缴 费,元; MFGD系统石膏销售收入,元。

FGD装置最优运行工况的实践

按照实现脱单位质量SO相对生产成本最低的 目标,对某300MW机组石灰石-石膏湿法FGD 装置进行了运行优化试验。试验主要包括循环泵的 优化运行和吸收塔浆液pH值的调整。

该FGD装置共有4台循环泵,体积流量均为 4708m/h。A,B,C,D泵对应喷淋层标高分别 为20.18m,22.16m,24.14m和26.12m。设 计为3台运行1台备用,平时的习惯运行工况为 A,B,C泵运行,D泵备用。循环泵对应的喷淋 层高度越高,循环浆液和烟气反应的时间就越长 脱硫效果就越好,但循环泵的电耗相应增加。为找 到在不同烟气负荷条件下的循环泵优化运行工况 分别进行了在100%,85%和75%烟气量条件下 的循环泵组合试验。试验期间,在标准状态下烟气 中SO2质量浓度为1700~1800mg/m”,pH值在 5.3左右。经济指标计算依据如下:电价0.45 元/kWh;石灰石粉价格250元/t;石灰石纯度 90%;钙硫质量比m(Ca)/m(S)为1.03;脱硫装 置年运行5500h:在标准状态下烟气中S02质量 浓度1800mg/m²。由于该机组的石膏价格很低 石膏收益值远低于其它的成本费用,因此未列入相 对成本的计算中

2.1.1100%烟气量试验结果

100%烟气量条件下共进行了7个不同循环泵 组合的工况,分别为工况1(A,C,D泵运行) 工况2(C,D泵运行)、工况3(B,C,D泵运行), 工况4(B,C泵运行)、工况5(A,B,C泵运行) 工况6(A,B泵运行)和工况7(A,B,D泵运行) 主要试验结果和经济指标分别见表1和表2。从表 2中可以看出,工况2的K值最低(0.536元/kg) 为最佳工况。

表1100%烟气量各工况主要试验结果

00%烟气量各工况每年主要

2.1.285%烟气量和75%烟气量试验结果

85%烟气量条件下共进行了8个不同循环泵组 合的工况,分别为工况1(A,B,D泵运行)、工 况2(A,B泵运行)、工况3(A,B,C泵运行)、 工况4(B,C泵运行)、工况5(B,C,D泵运行)、 工况6(C,D泵运行)、工况7(A,C,D泵运行) 和工况8(A,D泵运行)。限于篇幅,试验数据不 再一一列出。其中工况6的K值最低,为0.531 元/kg。 75%烟气量条件下共进行了5个不同循环泵组 合的工况,分别为工况1(A,D泵运行)、工况2 (A,B,D泵运行)、工况3(B,D泵运行)、工况 4(A,C,D泵运行)和工况5(C,D泵运行)。其 中工况3的K值最低,为0.588元/kg。

从最终结果看,脱单位质量SO相对生产成本 这一指标能很好地实现环保效益和经济效益之间的 平衡。各烟气量条件下的最佳工况并非是脱硫率最 高的工况,也不是生产成本最低的工况。但由于其 脱硫率较高而生产成本较低,而成为脱单位质量 SO2相对成本最低的工况

为便于指导运行,根据以上优化运行试验结果 和结论,制定了循环泵优化运行推荐表,见表3。 表中根据机组负荷和烟气成分的情况,给出了具体 的推荐循环泵运行方式。考虑到在实际运行过程 中,检修、电机启动频率的要求等各种因素的影 响,每种情况均给出了2个推荐运行方式,其中方 式1为最佳方案,方式2为较佳方案。采用推荐的 优化运行方式和原先习惯运行方式相比较,相对生 产成本平均要小0.097元/kg,每年可节约运行费 用约97.2万元

表3不同p(SO)下循环泵运行方式推荐表

2.2pH控制值的优化

该FGD系统的石灰石浆液的补充是直接采用 吸收塔浆液pH值进行控制的:pH值低于某一设 定值,开始补充石灰石浆液;pH值升至某一设定 值,停止石灰石浆液的补充。为找到吸收塔浆液运 行的较佳pH值,进行了不同pH值的试验,分别

为:工况1,pH值在5.25~5.35范围内;工况2, pH值在5.15~5.25范围内;工况3,pH值在 5.35~5.45范围内。试验期间循环泵均为A,C, D泵运行,烟气中S02质量浓度在1700mg/m左 右。试验结果见表4和表5。

表4pH值调整各工况主要试验结果

表5pH值调整各工况每年主要经济指标

从表中可以看出,在试验范围内,吸收塔浆液 的pH值越高,脱硫率就越高,石膏中的CaCO 质量分数也越高,相应增大了钙硫质量比,石灰石 耗量自然也增加了。我们试验的各工况pH值和各 项性能指标相差不是很大,即使如此,也可以看 出,工况1是最佳工况,即pH值在5.25~5.35 范围内,既可以达到较高的脱硫率(95.6%),又可 以实现较低的钙硫质量比(1.032)。而当pH值在 5.35~5.45范围内,脱硫率尽管可以进一步增加, 但并不明显(95.8%),钙硫质量比却有一定的增加 (1.043);而当pH值在5.15~5.25范围内,钙硫 质量比尽管可以进一步减少,但并不明显(1.030) 脱硫率却有一定的下降(下降0.5%)。最终工况1 的脱单位质量SO2相对成本为0.561元/kg,较其 它两工况均略低。

[4]俞立.鲁棒控制-线性矩阵不等式处理方法[M].北京:清 华大学出版社,2002 [5]卢强浙江省桐庐水库施工组织设计,孙元章.电力系统非线性控制[M].北京:科学出版 社:1993.

按照脱单位质量SO:相对生产成本最低的要求 确定FGD装置的运行工况,可以很好的兼顾FGD 装置的环保效益和经济效益。按此理论,对1台 300MW机组FGD装置的运行进行优化,脱1吨 SO可减少运行成本约97元,每年可节约运行费 用约100万元。

[1]廖永进.火力发电厂烟气脱硫成本研究【R],广州:广东省 电力试验研究所.2005.

作者简介:廖永进(1971-),男,陕西西安人,高级工程师, 1 学硕士,主要从事锅炉和FGD装置的调试、试验及优化工作

MA TLAB[Z].[s. 1. ]: The Mathwor 995

作者简介:蔡超豪(1965-)db37/t 5114-2018 住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程施工与验收规范,男,浙江温州人,副教授,工学学 从事电力系统供用电及其控制的教学与研究

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