湿法石灰石,石膏烟气脱硫运行费用分析及节能措施

火电厂烟气脱硫技术及管理工作研讨会论文集收稿日期：2004-05-31作者简介：胡秀丽（1964-），女，汉族，山西襄汾人，学士，高级工程师，从事火电厂烟气脱硫除尘技术管理工作。E-mail:[e-mail];电话:65061166-505534湿法石灰石/石膏烟气脱硫运行费用分析及节能措施胡秀丽，张连生（中电国华北京热电分公司，北京100025）摘要：以2002年运行材料消耗统计为基础，对中电国华北京热电分公司2号脱硫装置的运行费用进行了简要的分析；从优化运行方式、水源、使用优质石灰石等方面论述了FGD经济运行采取的一系列措施及效果对电厂降低烟气脱硫装置运行成本具有一定的指导意义。关键词：电厂烟气；脱硫；运行费用；节能0概述随着我国环保标准渐趋严格，火电厂治理SO2污染的力度不断加大，在众多的脱硫技术中，湿法石灰石/石膏烟气脱硫以其技术成熟、运行工况稳定、脱硫效率高及副产品石膏可以回收利用等特点成为火力发电厂脱硫技术的主流。湿法石灰石/石膏烟气脱硫工艺系统复杂，在脱除SO2的同时，要消耗大量的石灰石、水、电等运行材料，增大了发电运营成本。几年来，中电国华北京热电分公司（以下简称热电分公司）针对脱硫运行中的费用问题，开展了较为细致的分析研究，采取了一些节能措施，取得了较好的经济效益。热电分公司安装2套湿法石灰石/石膏烟气脱硫装置（以下简称FGD），脱除4台锅炉燃烧产生的SO2，每台锅炉额定蒸发量为410t/h，2台炉配1台200MW汽轮机。2号机组（3、4号炉）FGD由德国BBP环保公司提供，2000年10月投入运行，同时考虑到脱硫副产品二水石膏的综合利用，配套建成了石膏炒制板生产线。1号机组（1、2号炉）FGD由北京国电龙源环保公司承建，采用BBP脱硫技术，除关键设备进口外，其余采用国产设备，国产化率达60%以上，2003年7月投入试运行。目前，热电分公司已成为国内发电厂锅炉全部配有烟气脱硫装置的电厂之一。1工艺系统及主要设备（2号机组）热电分公司FGD布置在锅炉除尘器后，如图1所示。工艺系统主要包括：烟气系统、SO2吸收系统、吸收剂（石灰石浆液制备）系统、石膏脱水系统、工艺水系统、废水处理系统以及副产品石膏炒制及制板系统。主要设备包括：增压风机、烟气挡板门、回转式换热器（GGH）、吸收塔、除雾器、喷淋管、氧化风机、循环浆泵、破碎机、湿式球磨机、石灰石旋流器、石膏旋流器、真空皮带脱水机、石膏炒制及制板设备等。在引风机出口至烟道上设置旁路挡板，当FGD装置运行时，旁路挡板关闭，进、出口挡板打开。烟气由增压风机引入FGD系统经烟气换热器（GGH）降温后进入吸收塔，从吸收塔出来的净烟气再进入GGH升温后经烟囱排入大气。当FGD停运时，旁路挡板打开，进、出口挡板关闭，烟气直接从烟囱排入大气。胡秀丽等：湿法石灰石/石膏烟气脱硫运行费用分析及节能措施35图1FGD系统2FGD运行费用分析FGD运行费用主要包括：石灰石、工艺水、废水处理药剂以及转动设备电耗。其中电能消耗是FGD运行中最主要消耗，约占总消耗费用的60%～70%。脱硫副产品石膏在建筑业、建材业中有着广泛的应用，石膏及石膏板的销售收入可有效的降低一部分运行成本。下面就热电分公司2号FGD运行费用进行简要分析，2002年主要运行指标见表1。表12002年2号FGD主要运行指标月份投入率/%效率/%废水投入率/%耗电量/万kW耗电率/%石灰石耗量/t废水排放量/t二水石膏量/t半水石膏量/t制板量/m2运行时间/h110098.2100121.81.03892967.216291803800744210098961050.93830873147130检修672399.597.697115.20.95899968151501017.6692400020.880.37000211.25210059898.596810.95530800886298.9674240568097.678072.480.805335308931413200408火电厂烟气脱硫技术及管理工作研讨会论文集36续表月份投入率/%效率/%废水投入率/%耗电量/万kW耗电率/%石灰石耗量/t废水排放量/t二水石膏量/t半水石膏量/t制板量/m2运行时间/h79998.590127.081.088857801576342.77168733810098.695122.641.1289010001600135.3630727449989810099.960.997708621350304.566912616109898.59898.760.997108401232485.0411008563119998.698131.041.1785010081500369.3883272012979896121.21.0478096914002312304646合计97.1898.295.112171.00585699597150522729.1592666943从表1可看出：（1）2002年2号FGD运行6943h，投运率达97.18%，脱硫效率98.2%，耗电率1.005%。（2）石灰石消耗8569t，按74.6元/t计算，年费用63.9万元。（3）耗水量按设计36t/h计算，年耗水25万t，按0.87元/t计算，水费21.75万元。（4）耗电量1.2174×107kW·h，按0.278元/(kW·h)计算，电费为338.4万元。（5）年处理废水量9597.2t，根据年消耗药剂量计算，处理1t废水费用在8元左右，年处理废水药剂费用近10万元。（6）二水石膏年产量15052t，其中炒制成半水石膏2729t，销售二水石膏（15052-2729）=12323t，以63元/t计算，销售可收入77.63万元。（7）石膏板生产量59265.6m2，扣除2%损耗，按27元/m2计算，石膏板销售可收入156.8万元。综上所述，2号FGD实际年运行总费用见表2。表22002年FGD运行总费用统计表序号消耗费用/万元销售收入/万元运行费用/万元1石灰石63.9二水石膏77.632工艺水21.75半水石膏156.83药剂104电耗338.4总计434.05234.43199.62注：1.运行费用=消耗费用（石灰石+水+电+药剂）-销售收入（二水石膏+石膏板）=（63.9+21.75+338.4+10）-（77.63+156.8）=434.05-234.43=196.62万元。2.炒制、板厂消耗的重油、水、汽未计算在成本内。3节能措施3.1减少吸收塔循环泵运行台数热电分公司锅炉设计燃用大同混煤，煤含硫量为1.04%，FGD设计入口SO2质量浓度为2600mg/Nm3，出口为130mg/Nm3，3台循环泵运行，脱硫效率95.6%。现改烧神华煤，煤含硫量为0.4%～0.5%，由于燃煤含硫量的降低，FGD入口SO2质量浓度降至700～1200mg/Nm3，平均在800mg/Nm3左右，FGD设计裕量相对增大，吸收塔3台浆液循环泵运行，脱硫效率可高达99%以上，SO2排放质量浓度仅为5～10mg/Nm3，远高于北京市排放标准。2001年进行FGD性能考核试验时，进行了2台循环泵运行试验，脱硫效率仍能达到97%～98%。退出1台泵运行，按循环泵轴功率330kW，年运行6943h计算年节电243.0万kW·h，节约电费67.6万元，由此可见，吸收塔减少1台循环泵运行，脱硫效率降低1%～2%，但节能的效益却非常显著。表3吸收塔循环泵耗电量及费用循环泵泵流量/m3·h-1泵压头/×105Pa运行电流/A计算功率/kW年耗电量/万kW·h节电费用/万元1号48002.134.6305.8212.359.02号48002.338.3338.5235.065.33号48002.539.6350.0243.067.6注：泵耗电量=31/2UIcos取U—6300V，cos—0.813.2FGD工艺水源改造湿法石灰石/石膏烟气脱硫工艺中，烟气中SO2的脱除是通过烟气与浆液的喷淋洗涤完成，因此，维持FGD正常运行要消耗大量的工艺水，工艺水胡秀丽等：湿法石灰石/石膏烟气脱硫运行费用分析及节能措施37除10%左右被石膏带走外，其余全部通过烟囱排入大气。因此FGD运行中需要不断补充工艺水以维持系统的正常运行。为了降低FGD的运行成本，结合分公司水系统运行的具体情况，在2003年1号FGD的建设过程中，根据脱硫工艺用水的特点，设计安装了2台变频调速泵，根据用水负荷自动调整泵的出力（0～90t/h），降低了泵的电耗；同时对FGD工艺用水的水源进行了改造，由工业水来水改用机炉转动设备冷却水回收水，改造后一方面节省了FGD工艺用水（清洁水源），另一方面解决了由于转动设备夏季冷却水用量大，回水系统容量小造成的溢流，既节约了用水同时又减少了水资源的浪费，一举两得。从化学水质分析结果看，冷却水回水水质完全能满足FGD工艺用水的需要，我公司1套脱硫系统每小时平均消耗工艺水36t左右，改造后2套FGD年节约水约225万t，节约水费43.5万元，节水效益显著。3.3FGD废水引入冲渣水系统综合处理吸收塔中废水的排放对整个的吸收反应过程及石膏的品质起着致关重要的作用，因此为了防止吸收塔中氯离子浓度和杂质含量超标，从而影响石膏的品质，必须从系统中排出一定量的废水。脱硫废水为弱酸性，pH值在5.0～5.6之间，通常这部分水需要经过废水处理后达标排放。热电分公司2号FGD设计废水处理量为1.9m3/h，年处理运行费用在10万元以上。为了保证吸收塔废水的正常排放，1号FGD设计中增加了废水排放备用系统，一旦废水处理系统发生故障，可将废水排放至冲灰渣系统综合处理；同时对2号FGD的废水处理系统也进行了排入灰渣水系统的改造。热电分公司的除渣系统为水力除渣，补水量大约在5t/h左右，该系统安装1套灰渣废水处理系统。由于灰渣中CaO的溶解，冲灰渣水呈碱性，pH值为8.5～10.5，高碱性的水造成系统设备结垢严重，致使管路堵塞、泵出力下降的问题频繁发生。将FGD酸性废水引入除渣系统综合处理，灰渣水的特性得到了改善，从水质检测的情况看，pH值明显降低，灰渣废水处理设备的结垢情况明显好转。2套FGD排出的废水量约4t/h，引入除渣水系统后可替代渣系统的补水，既不影响除渣系统的水平衡，又能保证处理水的水质，可大幅减少脱硫运行成本。2003年进行了FGD废水排入灰渣水系统运行试验，水质监测指标见表4。表4FGD废水排入灰渣水前后监测指标引入前（灰渣水）引入后（灰渣水）日期pH值COD/mg·L-1悬浮物/mg·L-1日期pH值COD/mg·L-1悬浮物/mg·L-16-168.684.01.310-138.04727-078.563.04.810-207.75116.18-049.34119.611-037.93584.48-189.464.01.411-177.244.09.39-0110.5242.33.99-158.9464.6平均9.2511.714.27.7536.256.6注：1.监测取样点为灰渣废水处理清水池内;2.工业废水排放标准：pH值6.0～8.5；COD60mg/L；悬浮物50mg/L。3.4改用品质好且可磨系数较低的石灰石石灰石品质对脱硫效率、副产品石膏质量起着重要的作用，石灰石的硬度降低，将会大幅度的降低石灰石破碎及浆液制备的单耗，节约运行成本。2001年3月2号FGD运行中进行了长山和门头沟2个矿的石灰石对比试验，成分分析及可磨系数见表5。改用门头沟矿高纯度石灰石后，脱硫效率提高1.0%～1.5%，特别是石膏的颜色有的大幅度的改善，白度增加，有利于石膏和石膏板的销售，试验取得了较好的效果。表5石灰石成分及可磨系数分析序号项目长山矿门头沟矿设计1CaCO391.2%～95.3%99.1%91.2%2MgCO31.8%～5.3%0.33%1.8%3Fe2O30.3%～1.0%0.14%0.6%4AI2O30.3%～0.6%0.1%0.45%5SiO22.8%～