600MW机组湿法脱硫装置水耗的分析和计算

1、600mw机组湿法脱硫装置水耗的分析和计算analysis and calculation of wet fgd water consumption for 600mw units聂鹏飞河北大唐国际王滩发电有限责任公司 河北唐山 063611 摘要介绍某600mw机组石灰石-石膏湿法脱硫装置工艺水系统，总结归纳了脱硫工艺水的用途。阐述了影响脱硫装置水耗的几个主要因素，包括：吸收塔内水的蒸发、石膏结晶水、石膏表面附着水、废水排放等。对600mw机组石灰石-石膏湿法脱硫装置用水量以及耗水量做了分析和计算，并绘制了600mw机组脱硫装置水平衡图。通过分析提出相应的节水措施：降低入口烟气温度；采用低温

2、省煤器；引入输煤冲洗水制浆；合理控制除雾器冲洗水时间和间隔；收集利用烟囱和烟道内的凝结水等。关键词湿法脱硫；火电厂；水耗；措施；600mw机组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随着火电厂经营形势的日趋艰难和水资源的匮乏，对无烟气换热器（ggh）湿法烟气脱硫装置水耗问题的研究和探讨，也就越来越显得重要和迫切。尤其对于北方缺水地区而言，脱硫装置水耗占火电厂水耗比重较大，是火电厂运行管理的重要参数，也是火电厂经济运行管理的重点和

6、难点。同时，受国内煤炭市场的影响，火电厂燃煤变化较大。加之，火电厂自身就锅炉、汽机等系统不断实施节能等各种改造。所以，火电厂脱硫装置运行工况与设计之初会发生较大的变化，脱硫装置的实际水耗与脱硫公司的设计水平衡数据会有所偏差。因此仅仅依靠设计数据去分析火电厂脱硫装置的水耗问题是片面的。只有搞清楚脱硫装置实际水耗，才能使火电厂脱硫装置的节水工作做到有的放矢。 某2×600 mw机组采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，吸收塔采用喷淋塔形式，无球磨机及烟气换热器（ggh），外购石灰粉，两台机组脱硫系统于2006年6月投运。本文根据该电厂脱硫装置的实际运行情况，结合设计因素，对脱硫装置在运行过程中的

7、水耗问题进行了深入的分析和计算，并提出了相应的节水措施。1 脱硫装置工艺水的用途无烟气换热器（ggh）湿法脱硫系统的工艺水主要由工艺水泵和除雾器冲洗水泵提供。如图1所示，其用途主要分为以下几种类型：石灰石浆液制备用水、除雾器冲洗水、吸收塔工艺补水、真空皮带脱水机用水、浆液管道冲洗用水、氧化风机及氧化空气冷却用水、入口烟气事故喷淋水及其它。下面进行详细介绍。 图1 脱硫工艺水系统图1.1 石灰石浆液制备系统用水石灰石浆液制备用水主要用来与外购石灰粉搅拌成质量浓度为20-25的石灰石浆液，主要来自工艺水。从理论上讲，石灰石浆液制备系统本身并不消耗任何形式的水，所起到的作用只是将石灰石浆液投加至吸收

8、塔参与化学反应，以维持吸收塔内浆液正常的ph值。1.2 除雾器冲洗水除雾器安装在吸收塔上部，当带有液滴的烟气进入除雾器烟道时，由于流线的偏折，在惯性力的作用下实现气液分离，部分液滴撞击在除雾器叶片上被捕集下来。除雾器冲洗水的作用是一方面是定期冲洗由除雾器叶片捕集的液滴、粉尘，保持叶片表面清洁(有些情况下起保持叶片表面潮湿的作用)，防止叶片结垢和堵塞，维持系统正常运行。一方面冲洗完除雾器后的冲洗水直接落入吸收塔浆池中，维持吸收塔的液位，起着调节吸收塔液位平衡的作用。为了维持脱硫装置的正常运行,必须要补充系统消耗的同等水量，这主要通过除雾器的冲洗水来实现。1.3 真空皮带脱水机用水真空皮带脱水机用

9、水首先是水环式真空泵的工作液，然后重复用作滤饼和滤布冲洗用水、密封皮带密封和润滑水。这些用水主要用于保证真空皮带脱水机的正常运行和出力，保持滤布的清洁和保证石膏品质，最终都通过滤液回收至吸收塔, 并在脱硫装置内部循环使用。在水环式真空泵运行过程中，其排气管会不断向外外出夹带水滴的排气，进入大气中无法回收。 1.4 吸收塔工艺补水 脱硫装置在机组低负荷下运行时，由于吸收塔内水的蒸发量较小，除雾器冲洗水一般就能维持吸收塔液位，不需要吸收塔工艺补水。在机组满负荷工况连续运行时，随着工艺水蒸发量的增大，仅靠除雾器冲洗水对吸收塔内水份的补给是不够的，因此需要工艺水直接对吸收塔补充，以维持吸收塔液位。1.

10、5 脱硫废水处理系统耗水脱硫废水处理设施去除重金属等离子时需要消耗pfs、pam、石灰乳、有机硫等药剂，配置这些药剂时需要添加一定量的工艺水以制成相应的溶液。1.6 脱硫设备设施冷却水和冲洗水脱硫设备冷却水主要包括氧化风机冷却水、氧化空气冷却水等，这部分冷却水在整个fgd装置中一般都是连续循环使用。脱硫设施冲洗水包括ph计和液位计等脱硫仪表的冲洗水、烟气事故喷淋降温水、管道及箱罐清理水等。设备设施的冷却水和冲洗水都可以排放到脱硫装置中的排水收集系统循环使用。2 耗水量的分析和计算无烟气换热器（ggh）湿法脱硫系统在满负荷工况下运行时,系统耗水量较大。如表1所示，我们以该发电公司1号机组脱硫装置

11、8月份夏季大负荷期间运行累积数据为基础，进行分析和计算。表1中的脱硫工艺用水量、制浆系统用水量、废水排放量均由流量计累积而得，石灰粉耗量、石膏产生量均是实际称重发生量，出入口烟气温度均为dcs历史数据平均值。以月数据作为分析和计算基础，分析结果会更具有代表性。 表1 1号机组脱硫装置8月份运行相关数据项目月数据机组运行小时数/h744机组利用小时数/h678脱硫系统运行小时数/h744脱硫总用水量/t84772制浆系统用水量/t23662脱硫废水排放量/t2305吸收塔入口平均烟气温度/131吸收塔出口平均烟气温度/51.8石灰粉耗量/t6794石膏产生量/t12230石膏平均含水率/%14石

12、膏纯度/%922.1 石灰石浆液制备系统用水计算脱硫设计要求石灰石浆液密度大多在1200-1250，对应的质量浓度约为20-25%。由表1可得，脱硫剂耗量全月耗量6794，加水量估算最大为40，制浆系统实际水耗为34.9。2.2 吸收塔内蒸发水吸收塔内蒸发水是脱硫装置中水耗的主要部分。正常情况下, 锅炉烟气中的水蒸气质量分数为7%-9%,并没有达到其排烟温度及其压力对应的饱和状态。锅炉烟气进入吸收塔后，与自上而下喷淋的循环浆液逆向接触并发生反应，烟气温度由130左右迅速降低至50左右。与此同时，吸收浆液中水份的不断蒸发，烟气中的水蒸汽迅速达到饱和，在吸收塔出口处烟气中的水蒸气完全达到饱和状态。

13、在吸收塔出口处饱和水蒸气量取决于烟气在此温度和压力状态下含湿量，含湿量就是指每千克湿饱和烟气中所含有的水蒸气质量，根据伯努利方程： （1）式（1）中为水蒸气分压，为烟气分压。吸收塔出口处湿烟气压力为0.11mpa，根据道尔顿分压定律，于是含湿量公式就变为： （2）从式（2）可以看出， 当吸收塔出口湿烟气参数一定时，烟气的含湿量只取决于水蒸气分压力的大小，而水蒸气的分压力则取决于水蒸气的温度，不同温度下干饱和水蒸气的分压力可以通过antoine方程： （3）式（3）中为热力学温度，290-500k之间适用。以该发电公司1号机组脱硫装置为例：脱硫系统入口烟气量(标准状态，干基，6%) = 2199

14、022，脱硫入口标态干烟气密度=1.344；脱硫系统入口烟气量(标准状态，湿基，6%) =2376054；按表1吸收塔出口烟气平均51.8来计算，吸收塔出口处烟气平均每小时携带的饱和水蒸气量为：257.6原烟气中平均每小时携带的水量为142.2烟气从脱硫系统平均每小时携带走的饱和水蒸气量为：115.4由此可见，在整个脱硫装置化学吸收反应过程中,烟气在吸收塔内的绝热增湿过程需要消耗大量的水份。吸收塔出口烟气的含水量，与进入吸收塔的烟气量、烟气温度有直接关系。烟气量越大,烟气温度越高,使原烟气达到饱和状态所需的蒸发水量就越大。另一方面，即使机组负荷相同，由于入口烟气参数不一等原因，吸收塔内水的蒸发

15、量也会相差很大。2.3 吸收塔出口烟气携带液态水经过浆液逆流洗涤后的烟气, 其中的水蒸气溶解程度达到饱和状态后,净烟气中就会出现液态水。这部分液态水随净烟气经过吸收塔除雾器后排入大气后不能回收使用，但是这部分水量一般很小。吸收塔顶部的除雾器可以将流经的烟气含液态水量控制在75以下, 该值为能被净烟气携带到大气中液态水的最大值,也是除雾器的性能保证值。净烟气中所含液态水量主要与净烟气量有直接关系,净烟气夹带的液态水量为=0.2。2.4 石膏结晶水及附着水脱硫石膏是锅炉烟气进行脱硫净化处理而得到的副产物。石膏携带水一般分为两部分，一部分是结晶水，一部分是表面附着水。在吸收塔内，烟气中的so2首先被

16、浆液中的水吸收，再与其中的caco3反应生成caso3，caso3又被鼓入空气中的o2强制氧化，最终生成石膏晶体caso42h2o。因此，根据相对分子质量可计算得石膏结晶水量=12230×92%×36/172÷678=3.5石膏表面附着水设计值一般是10%，但实际上一般都比这个高，原因有两方面：真空皮带脱水机出力不足，石膏经二级脱水后水量未能完全脱除；受外购石灰粉品质达不到设计要求，烟气中粉尘含量超标等因素影响，石膏浆液品质与设计偏离较大，不能满足要求。所以石膏实际含水率一般会比设计值略大。由此计算可得石膏表面附着水量=12230×14%÷67

17、8=2.5t/h2.5 脱硫装置排出废水湿法烟气脱硫浆液中的盐分和悬浮杂质浓度随运行时间的增加会越来越高，另外烟气中含有少量从原煤中带来的f-和cl-进入脱硫吸收塔后被洗涤下来进入浆液。f-与浆液中的铝联合作用对脱硫吸收剂石灰石的溶解产生屏蔽影响，致使石灰石溶解性减弱、脱硫效率降低；而氯离子浓度的增高也会引起脱硫率下降，加速浆液泵叶轮、衬胶管道等过流部件的腐蚀磨损，并影响石膏品质。因此，石灰石-石膏湿法烟气脱硫过程通常需要排出一部分吸收塔浆液，以达到控制cl-、f-离子浓度的目的，这部分浆液称之为脱硫废水。经过石膏旋流器、废水旋流器旋流后的脱硫废水, 其石膏的质量分数在1%左右。一般情况下吸收

18、塔浆液中cl-浓度达到或超过一定浓度时，才会排出废水。脱硫废水的排放量灵活性较大，并不是恒定排出的量。在系统cl-浓度没有达到设定最大值的状态下，外排的水量取决于系统内水的利用程度，当系统cl-浓度达到设计最大值的状态，外排废水量取决于进系统cl-的量。同理，计算可得=3.4t/h。3 系统满负荷下的水耗3.1 满负荷下脱硫装置的水平衡 如图2所示，综上所分析和计算，某600mw机组脱硫装置水平衡图。该脱硫装置设计满负荷水耗在115t/h，但实际满负荷水耗为125t/h，比设计值高出10t/h。这是因为该脱硫装置设计入口和出口烟气温度为123和49，而8月份实际入口和出口烟气温度为131和51

19、.8，由此可见脱硫装置入口烟气温度的升高相应的增加了吸收塔内蒸发水量。图2 某发电公司600mw机组满负荷下脱硫装置水平衡图3.2 控制水耗的措施无烟气换热器（ggh）湿法脱硫装置工艺水主要用作吸收塔补水、石灰粉制浆以及除雾器冲洗，管道冲洗、泵的轴封水、密封水等。由于脱硫系统的用水量大，设计时就要充分考虑系统的水平衡问题，尽量做到循环利用，减少耗水量。对于已经投运的脱硫装置来说，可采用以下措施进行节水：(1) 湿法脱硫系统水量损失主要是因为脱硫后净烟气带走的水份过多，该部分水份在净烟道和烟囱中会有部分凝结。在净烟道和烟囱底部布置疏水管道将这部分凝结水输送到吸收塔地坑中。这样既可以避免冷凝酸液对

20、烟道的腐蚀，又可以补充吸收塔用水。(2) 把浆液循环泵机封冲洗水、石灰石浆液泵机封冲洗水、管道冲洗水等所有轴封水和冲洗水水引入到吸收塔地坑或者石膏排放坑，以重复利用。(3) 确保真空皮带脱水机脱水性能良好，降低石膏中的含水量，当发现石膏含水量偏大时，及时对石膏脱水系统进行调整。调整真空皮带脱水机至最佳状态和出力运行，防止其长时间运行对系统过度补水。(4) 将其他可利用水引入到脱硫系统。工业废水处理水及氢站冷却用水全部汇集进入输煤冲洗水泵房前池，主要作为厂区输煤系统的冲洗用水。就实际运行来看，输煤系统冲洗水完全可以替代工艺水作为石灰石浆液制备用水。(5) 由于湿法脱硫系统的冲洗水阀、补水阀数量众

21、多，易出现阀门关闭不严和内漏的故障。这不但会给各箱罐的液位调整带来困难，也会增大水耗。因此，在运行中要对这些阀门状况加强监控。(6) 合理控制除雾器冲洗水时间和间隔。除雾器冲洗间隔时间长，容易导致除雾器堵塞。除雾器冲洗间隔时间短，则会浪费冲洗水。因此，应根据实际工况摸索最佳的冲洗时间和间隔。(7) 由于塔内蒸发水量同吸收塔入口烟气温度基本成线性关系。所以应从控制脱硫装置入口烟气温度下手，通过在吸收塔入口烟道增加低温省煤器等设备改造措施，降低吸收塔内水的蒸发量。4 结语近几年来国家对环保日益重视，火电厂湿法脱硫系统装置的整体可靠性水平有了较大进步。然而随着火电厂经营形势日益严峻和节能减排政策的日

22、趋严格，对脱硫装置本身的能耗和水耗等经济性水平的要求也进一步的提高，如何控制湿法脱硫装置水耗成为摆在火电厂缓解经营压力面前的重要课题。本文以某电厂600mw机组石灰石-石膏湿法脱硫装置实际运行数据为基础，对脱硫工艺水的用途和消耗进行详细分析和计算，从吸收塔内蒸发水量着手，提供了各种水量计算的方法，并建立了水平衡图。如文中所述，脱硫系统用水量和耗水量水平与锅炉烟气量、脱硫装置入口和出口烟气温度等有着密切的关系。吸收塔内蒸发水量占脱硫水耗的比重最大，在90%以上。对于建造之初就没有安装烟气换热器（ggh）的火电厂来说，重新安装烟气换热装置（ggh）显然是不现实的，而烟气换热器（ggh）也并非脱硫装置节水的唯一途径。