论文部分内容阅读
【摘 要】 针对目前国内实际燃煤偏离设计燃煤的普遍现象，本文对火力发电厂燃煤煤质变化对脱硫系统设计、运行带来的影响，做初步分析。主要探讨煤质中硫份和低位发热量对脱硫系统的影响，当煤质变化时，不能撇开发热量，只谈硫份。
电厂燃煤煤质变化对脱硫系统设计和运行都有非常重要的影响。在脱硫系统设计时，如果考虑电厂燃煤煤质变化，其设计需要考虑的余量将增大；在已建成的脱硫系统中，如果实际燃用的煤质相对于设计工况点变化较大（超过设计考虑余量）时，脱硫系统的工作稳定性将被破坏，系统性能下降很大，严重时可能整个系统无法正常工作。
下面我们将针对煤质发热量、灰分、烟气量等几个主要参数变化对脱硫系统的影响进行分析。
1 发热量对脱硫系统的影响
针对脱硫系统而言，谈及煤质硫分问题，必须引入煤质发热量的概念。二氧化硫浓度基本上是随煤质硫分和煤质发热量两个值的变化而变化，当煤质变化时，不能撇开发热量，只谈硫分。
本报告以一台300MW机组满负荷运行为例，讨论煤质发热量变化对脱硫系统的影响，拟固定发热量变化按三档：3500大卡/公斤，4500大卡/公斤，5000大卡/公斤进行分析。以下对新建项目、已建项目分别论述。
1.1煤质发热量变化对新建项目脱硫系统的影响
按照以下条件作为分析依据：
1）按脱硫效率95%来考虑。
2）燃煤量根据标准煤进行换算，参照目前国内单机指标：300MW机组平均供电标煤消耗量330g/kWh进行折算。
3）烟气量计算时参照博奇公司某项目煤质元素分析和工业分析值进行；燃煤收到基低位发热量变化时，只调整收到基含碳量和灰分，保持其余参数不变。
4）吸收塔压降按照4个喷淋层计算。
5）燃煤收到基含硫量取值为2%。
6）脱硫系统烟气入口温度取值为120℃。
7）石灰石纯度按CaCO3含量为90%考虑。
8）石灰石浆液细度取值：325目，90%通过率。
9）燃煤中CL含量取值为0.052%。
按照上述条件初步计算，得到主要参数详见表3.2—1“煤质发热量变化对新建项目脱硫系统的影响分析表”。
A.烟气系统
当低位发热量从5000kcal/kg变化到3500kcal/kg，SO2浓度从4924mg/Nm3增大到了7049mg/Nm3，增加了约33%，由于进入脱硫系统的SO2浓度增大，要达到相同的脱硫效率（95%），会导致如下变化：增大浆液循环量→增大吸收塔的液气比→使得烟气通过吸收塔的阻力增加→导致增压风机的压头增大→运行电耗升高。
B.吸收塔浆池
由于随着煤质发热量降低，使得进入脱硫系统需要处理的SO2总量增加，例如：在硫分相同（Sar=2%），而发热量从5000kcal/kg降到3500kcal/kg时，SO2浓度增加约33%，在上述条件基础上，会导致吸收塔内浆池增大，一次投资增加，但对运行费用影响不大（搅拌器电机略有升高）。
C.氧化风机
由于SO2浓度增加，脱硫系统吸收的二氧化硫总量也相应增加，则使得脱硫系统需要的氧化风量需要相应增加→氧化风机增大→一次投资增加、运行电耗增加。
D.石灰石浆液制备及供应系统
随着脱硫系统吸收二氧化硫的增加，需要的吸收剂（石灰石）用量成比例增加，需要相应的磨制系统容量变大→电耗增加，而且石灰石供浆泵容量加大，相应供浆管道管径加大→一次投资增加、电耗增加。
E.脱水系统
由于吸收的二氧化硫增多，相应副产品（石膏）产量成比例增加，导致石膏处置系统设备设计能力成比例增加，导致一次投資增加、电耗增加。
F.废水系统
低位发热量对废水系统的影响，是由于煤中氯含量不变，由于低位发热量的降低，燃烧较多的煤使得烟气中HCl含量增加，必然要排放更多的废水，才能保证脱硫系统的化学平衡，所以，随着煤质发热量降低，脱硫系统的废水排放量增加，使得废水处理系统设计容量增大，导致废水处理系统一次投资增加、电耗增加。
1.2煤质发热量变化对已建项目脱硫系统的影响
对于已建成项目，由于脱硫系统所有设备已经选定，则系统吸收二氧化硫的能力基本确定。随着煤质低位发热量的的降低，在相同含硫量的条件下，进入脱硫系统的SO2量增大，会导致脱硫效率降低。详见表3.2—2“煤质发热量变化对已建项目脱硫系统的影响分析表”。
上表以煤质发热量4500kcal/kg、脱硫效率95%作为设计工况点，进行脱硫系统的设计和设备选型。则当实际运行的煤质的发热量为3500kcal/kg时，由于进入系统的二氧化硫浓度高于原设计值约28.6%，在现有系统基础上，脱硫效率仅能达到约93%（该效率是假设其他系统——氧化空气、石灰石浆液补给、石膏脱水等都能充分满足燃用3500kcal/kg煤质的情况），由于脱硫效率降低，SO2排放浓度无法满足国标排放标准要求。
另外，由于氧化风机的选型已经确定，随着煤质发热量降低，进入系统的二氧化硫量增加，当进入系统的二氧化硫总量超过氧化风机氧化能力时，在吸收塔内的亚硫酸钙只能部分被氧化，而未被氧化的亚硫酸钙过多，会导致吸收塔内部件、除雾器、石膏脱水系统等结垢，威胁到脱硫系统的安全运行。
1.3小结
总之，随着煤质低位发热量的降低，脱硫系统各设备出力需要相应增大才能满足安全运行的要求。
对于BOT的新建项目，根据可预见的燃烧比较差的煤质（低位发热量低）参数进行设计，这样设计上会有一定余量，来适应煤质的变化。但相应的投资成本将升高、而且导致运行电耗增高。
2 煤质灰分对脱硫系统的影响
煤质灰分对脱硫系统带来的影响，不同的脱硫技术，计算结果各不相同，本文只定性分析如下：
A.石灰石中毒
在高灰分的情况下，灰分会与烟气中的HF发生反应，在吸收塔浆液石灰石颗粒表面生成Ca-F-AL的化合物，减缓石灰石溶解速率，导致烟气中SO2无法与石灰石发生反应，降低了脱硫效率，严重时导致石灰石中毒，无论怎样加大石灰石供给量，吸收塔浆液PH值都无法提高，最终使脱硫系统被迫停运。
B.对石膏脱水系统的影响
灰分过高，会使石膏脱水困难。这是由于经过电除尘或布袋除尘器后烟气中残存的粉尘粒径都在亚微米级，含有这些颗粒和石膏的浆液在真空皮带脱水机上脱水时，细颗粒会堵塞皮带脱水机滤布的小孔，而且一般的冲洗是冲不掉进入滤布材料缝隙中的细颗粒，导致石膏脱水困难，石膏含水量加大。
C.对石膏品质的影响
烟气中的灰分增大，对石膏的纯度有很大的影响，石膏品质变差。
D.对设备和管道的磨损
当灰分增大，灰分中的SiO2和Al2O3，是硬度很高的磨料，会对增压风机、浆液循环泵、浆液管道都有严重的磨损，从而降低了设备和管道的使用寿命。
E.对吸收塔浆液的影响
所有被吸收塔脱除的粉尘会聚集在浆液中，使得浆液中的细颗粒浓度越来越高，而旋流器对于细颗粒的分离效果很差，唯一降低浆液中细颗粒浓度的办法就是增加废水的排放量。
作者简介：金颖姗（1980.02），女，大连市人，中级工程师，主要从事燃煤电厂烟气脱硫工程设计、研发工作
电厂燃煤煤质变化对脱硫系统设计和运行都有非常重要的影响。在脱硫系统设计时，如果考虑电厂燃煤煤质变化，其设计需要考虑的余量将增大；在已建成的脱硫系统中，如果实际燃用的煤质相对于设计工况点变化较大（超过设计考虑余量）时，脱硫系统的工作稳定性将被破坏，系统性能下降很大，严重时可能整个系统无法正常工作。
下面我们将针对煤质发热量、灰分、烟气量等几个主要参数变化对脱硫系统的影响进行分析。
1 发热量对脱硫系统的影响
针对脱硫系统而言，谈及煤质硫分问题，必须引入煤质发热量的概念。二氧化硫浓度基本上是随煤质硫分和煤质发热量两个值的变化而变化，当煤质变化时，不能撇开发热量，只谈硫分。
本报告以一台300MW机组满负荷运行为例，讨论煤质发热量变化对脱硫系统的影响，拟固定发热量变化按三档：3500大卡/公斤，4500大卡/公斤，5000大卡/公斤进行分析。以下对新建项目、已建项目分别论述。
1.1煤质发热量变化对新建项目脱硫系统的影响
按照以下条件作为分析依据：
1）按脱硫效率95%来考虑。
2）燃煤量根据标准煤进行换算，参照目前国内单机指标：300MW机组平均供电标煤消耗量330g/kWh进行折算。
3）烟气量计算时参照博奇公司某项目煤质元素分析和工业分析值进行；燃煤收到基低位发热量变化时，只调整收到基含碳量和灰分，保持其余参数不变。
4）吸收塔压降按照4个喷淋层计算。
5）燃煤收到基含硫量取值为2%。
6）脱硫系统烟气入口温度取值为120℃。
7）石灰石纯度按CaCO3含量为90%考虑。
8）石灰石浆液细度取值：325目，90%通过率。
9）燃煤中CL含量取值为0.052%。
按照上述条件初步计算，得到主要参数详见表3.2—1“煤质发热量变化对新建项目脱硫系统的影响分析表”。
A.烟气系统
当低位发热量从5000kcal/kg变化到3500kcal/kg，SO2浓度从4924mg/Nm3增大到了7049mg/Nm3，增加了约33%，由于进入脱硫系统的SO2浓度增大，要达到相同的脱硫效率（95%），会导致如下变化：增大浆液循环量→增大吸收塔的液气比→使得烟气通过吸收塔的阻力增加→导致增压风机的压头增大→运行电耗升高。
B.吸收塔浆池
由于随着煤质发热量降低，使得进入脱硫系统需要处理的SO2总量增加，例如：在硫分相同（Sar=2%），而发热量从5000kcal/kg降到3500kcal/kg时，SO2浓度增加约33%，在上述条件基础上，会导致吸收塔内浆池增大，一次投资增加，但对运行费用影响不大（搅拌器电机略有升高）。
C.氧化风机
由于SO2浓度增加，脱硫系统吸收的二氧化硫总量也相应增加，则使得脱硫系统需要的氧化风量需要相应增加→氧化风机增大→一次投资增加、运行电耗增加。
D.石灰石浆液制备及供应系统
随着脱硫系统吸收二氧化硫的增加，需要的吸收剂（石灰石）用量成比例增加，需要相应的磨制系统容量变大→电耗增加，而且石灰石供浆泵容量加大，相应供浆管道管径加大→一次投资增加、电耗增加。
E.脱水系统
由于吸收的二氧化硫增多，相应副产品（石膏）产量成比例增加，导致石膏处置系统设备设计能力成比例增加，导致一次投資增加、电耗增加。
F.废水系统
低位发热量对废水系统的影响，是由于煤中氯含量不变，由于低位发热量的降低，燃烧较多的煤使得烟气中HCl含量增加，必然要排放更多的废水，才能保证脱硫系统的化学平衡，所以，随着煤质发热量降低，脱硫系统的废水排放量增加，使得废水处理系统设计容量增大，导致废水处理系统一次投资增加、电耗增加。
1.2煤质发热量变化对已建项目脱硫系统的影响
对于已建成项目，由于脱硫系统所有设备已经选定，则系统吸收二氧化硫的能力基本确定。随着煤质低位发热量的的降低，在相同含硫量的条件下，进入脱硫系统的SO2量增大，会导致脱硫效率降低。详见表3.2—2“煤质发热量变化对已建项目脱硫系统的影响分析表”。
上表以煤质发热量4500kcal/kg、脱硫效率95%作为设计工况点，进行脱硫系统的设计和设备选型。则当实际运行的煤质的发热量为3500kcal/kg时，由于进入系统的二氧化硫浓度高于原设计值约28.6%，在现有系统基础上，脱硫效率仅能达到约93%（该效率是假设其他系统——氧化空气、石灰石浆液补给、石膏脱水等都能充分满足燃用3500kcal/kg煤质的情况），由于脱硫效率降低，SO2排放浓度无法满足国标排放标准要求。
另外，由于氧化风机的选型已经确定，随着煤质发热量降低，进入系统的二氧化硫量增加，当进入系统的二氧化硫总量超过氧化风机氧化能力时，在吸收塔内的亚硫酸钙只能部分被氧化，而未被氧化的亚硫酸钙过多，会导致吸收塔内部件、除雾器、石膏脱水系统等结垢，威胁到脱硫系统的安全运行。
1.3小结
总之，随着煤质低位发热量的降低，脱硫系统各设备出力需要相应增大才能满足安全运行的要求。
对于BOT的新建项目，根据可预见的燃烧比较差的煤质（低位发热量低）参数进行设计，这样设计上会有一定余量，来适应煤质的变化。但相应的投资成本将升高、而且导致运行电耗增高。
2 煤质灰分对脱硫系统的影响
煤质灰分对脱硫系统带来的影响，不同的脱硫技术，计算结果各不相同，本文只定性分析如下：
A.石灰石中毒
在高灰分的情况下，灰分会与烟气中的HF发生反应，在吸收塔浆液石灰石颗粒表面生成Ca-F-AL的化合物，减缓石灰石溶解速率，导致烟气中SO2无法与石灰石发生反应，降低了脱硫效率，严重时导致石灰石中毒，无论怎样加大石灰石供给量，吸收塔浆液PH值都无法提高，最终使脱硫系统被迫停运。
B.对石膏脱水系统的影响
灰分过高，会使石膏脱水困难。这是由于经过电除尘或布袋除尘器后烟气中残存的粉尘粒径都在亚微米级，含有这些颗粒和石膏的浆液在真空皮带脱水机上脱水时，细颗粒会堵塞皮带脱水机滤布的小孔，而且一般的冲洗是冲不掉进入滤布材料缝隙中的细颗粒，导致石膏脱水困难，石膏含水量加大。
C.对石膏品质的影响
烟气中的灰分增大，对石膏的纯度有很大的影响，石膏品质变差。
D.对设备和管道的磨损
当灰分增大，灰分中的SiO2和Al2O3，是硬度很高的磨料，会对增压风机、浆液循环泵、浆液管道都有严重的磨损，从而降低了设备和管道的使用寿命。
E.对吸收塔浆液的影响
所有被吸收塔脱除的粉尘会聚集在浆液中，使得浆液中的细颗粒浓度越来越高，而旋流器对于细颗粒的分离效果很差，唯一降低浆液中细颗粒浓度的办法就是增加废水的排放量。
作者简介：金颖姗（1980.02），女，大连市人，中级工程师，主要从事燃煤电厂烟气脱硫工程设计、研发工作