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式中:
k为单位减排能耗,包括脱硫增压风机电耗,对于取消增压风机或引风机增压风机二合一设置的机组,应包含因脱硫系统阻力引起的引风机电耗增加值,kW˙h/kg;P为脱硫设备总轴功率,kW;Q为烟气流量(标准状态,干基,φ(O2)=6%,下同),m3/h;CRSO2为原烟气SO2质量浓度,mg/m3;CCSO2为净烟气SO2质量浓度,mg/m3。
节能优化目标是以最低的单位质量污染物减排能耗达到超低排放环保指标,即尽可能在脱硫改造方案设计选择时降低脱硫系统电耗,并在低负荷工况下实现脱硫系统灵活调节与节能运行。
2.1烟气系统
目前,脱硫装置烟气系统改造的主流方案是取消增压风机,将引风机和增压风机合并设置,由引风机克服脱硫装置烟气系统阻力。西安热工研究院有限公司刘家钮等对某电厂1000MW机组引风机与脱硫增压风机合并改造进行了方案对比研究,结果表明在机组1000MW满负荷运行工况下,改造前引风机和增压风机总功率为6581.2kW,引风机、脱硫增压风机合并改造后引风机总功率为5395.6kW,改造后烟气系统风机总功率减少1185.6kW,厂用电率下降0.237%,节能效果显著。
取消增压风机后,还需对引风机出口至脱硫吸收塔入口间烟道进行优化设计,以减少烟道阻力。石清鑫等对某电厂300MW机组取消增压风机后引风机出口至GGH原烟气侧入口烟道设计进行优化研究,一种方案是采用矩形管道联接拆除增压风机后的烟道,优化方案为拆除增压风机及相关烟道,新建钢烟道使两侧引风机烟气汇流,然后从汇流烟道一侧开孔连接至GGH原烟气侧入口烟道,结果表明采用优化方案烟道阻力可在满负荷工况下降低约260Pa。
对于保留增压风机设置的脱硫系统,要防止引风机和增压风机中的一台在高效区运行,而另一台在低效区运行的情况。在机组和脱硫系统安全运行的前提下,可通过调整增压风机入口压力,寻找不同负荷工况下引风机和增压风机最节能的联合运行方式。一般情况下,增压风机和引风机电流之和为最小值时风机综合能耗最低。如果引风机压头裕量较大或机组日常运行负荷率较低,可考虑设置增压风机旁路烟道及增压风机前后挡板,在低负荷工况下停运增压风机,烟气经旁路烟道由引风机克服脱硫系统阻力。但低负荷时引风机运行工况为小流量高压头,容易引起风机失速,所以能否设置增压风机旁路烟道及旁路烟道通流面积的选择应根据引风机运行性能曲线确定。
2.2吸收塔系统
影响烟气脱硫系统脱硫效率的因素包括吸收塔结构设计、运行参数控制、吸收剂品质等。在脱硫系统设计边界条件确定后,影响吸收塔脱硫效率的主要设计因素包括烟气流速、喷淋浆液总流量、喷淋层及喷嘴布置、是否设置塔内强化传质构件等。
以某600MW机组进行脱硫装置超低排放改造为例,其设计吸收塔入口SO2质量浓度为3000mg/m3,出口SO2质量浓度不超过35mg/m3,设计脱硫效率为98.83%。改造方案1为喷淋空塔方案,设置5层喷淋层,每层喷淋层对应设置1台流量为10500m3/h的浆液循环泵,最下层喷淋层对应浆液循环泵A,浆液循环泵扬程为19.8m,喷淋层中心线间距2m。方案2为托盘塔方案,设置4层喷淋层和1层合金托盘,每层喷淋层对应设置1台流量为10500m3/h的浆液循环泵,最下层喷淋层对应浆液循环泵A,浆液循环泵扬程19.8m,喷淋层中心线间距2m。吸收塔改造方案对比见表1。
表12种吸收塔改造方案对比
吸收塔系统的主要电耗为浆液循环泵电耗及吸收塔阻力引起的引风机(或增压风机)电耗,包括浆液循环泵轴功率和吸收塔阻力导致的风机轴功率。喷淋空塔方案和托盘塔方案的吸收塔电耗对比见表2。
表2不同改造方案的吸收塔电耗对比
虽然相对于喷淋空塔方案,托盘塔方案吸收塔阻力增加500Pa,引起风机电耗增加510kW,但喷淋空塔方案多设置1层喷淋层,其对应的循环泵轴功率为1097kW,两者叠加得出在设计工况下运行时托盘塔方案可节能587kW,减少厂用电率约0.1%。
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