低负荷下燃煤机组湿法脱硫系统运行成本优化研究

低负荷下燃煤机组湿法脱硫系统运行成本优化研究

薄文真

新疆和布克赛尔县环境监测站  

摘要：本研究旨在探讨低负荷工况下燃煤机组湿法脱硫系统的运行成本优化策略。在低负荷工况下，传统的湿法脱硫系统运行方式可能导致能耗增加、资源浪费和成本上升。因此，本研究通过深入分析系统运行特点，提出了以下运行成本优化策略。希望通过本文的探究，能够为相关工作起到参考作用。

关键词：低负荷；燃煤机组；湿法脱硫；运行成本

1.燃煤机组湿法脱硫系统概述

1.1 湿法脱硫系统的工作原理

湿法脱硫系统的工作原理是：烟气在降温后进入脱硫塔，与碱液（通常是石灰石浆或石灰乳）逆流接触。通过旋锥状螺旋喷头对碱脱硫液的雾化，气液两相进行充分的传质和传热。在这个过程中，烟气中的SO2被吸收并与碱液反应生成亚硫酸钠。之后，脱硫后的烟气经过除雾器去除水分，最终进入原有烟囱排放至大气中。

在湿法脱硫系统中，常使用氢氧化钠作为辅助吸收剂。在循环池中，一次加入氢氧化钠碱液和工艺水调制成脱硫液，然后通过循环泵将碱液送至吸收塔。脱硫后的洗吸收液沿地沟自流入再生氧化池中，同时向再生氧化池中加入石灰乳。通过气力搅拌器增氧，使脱硫后的吸收液和石灰粉充分反应，再生出NaOH，并使亚硫酸钙被氧化为水和硫酸钙（即石膏）。反应浆液流入沉淀池，在此石膏沉淀下来，而再生碱液则通过循环泵再次进入吸收塔循环使用[1]。

1.2湿法脱硫系统的性能指标

（1）脱硫效率：湿法脱硫技术的脱硫效率一般大于95%，可达98%以上。这意味着系统能有效地去除烟气中的SO2，降低对环境的污染。（2）能耗：湿法脱硫系统的能耗主要包括循环泵的电耗和烟气再加热的能耗。单位投资大致为150~250元/kW，运行成本一般低于1.5分/kWh。（3）石灰石消耗：石灰石是湿法脱硫系统的主要脱硫剂。当使用石灰石作为脱硫剂时，当Ca/S=1时，即可达到90%的脱硫率。石灰石的消耗量和脱硫效率、烟气中的SO2浓度等因素有关。总的来说，湿法脱硫系统以其高脱硫效率、适用于大范围的SO2浓度等优点，在煤电站、冶金、化工等行业得到广泛应用。然而，该系统也存在初投资大、运行费用高、占地面积大等缺点，需要进一步的技术优化和成本降低[2]。

2.低负荷下湿法脱硫系统运行成本分析

2.1运行成本组成

（1）电耗成本：湿法脱硫系统需要多个循环泵来保持浆液的循环，以及其他的电力消耗设备。在低负荷下，虽然负荷减少，但由于需要保持脱硫系统的正常运行，部分设备的电力消耗可能并未显著降低，导致电费成本仍然占据较大比重。（2）石灰石成本：石灰石是湿法脱硫系统的主要脱硫剂，其成本直接影响到脱硫系统的运行成本。在低负荷下，虽然烟气流量和SO2浓度降低，但石灰石的消耗并不会显著减少，因为脱硫系统需要维持一定的脱硫效率。（3）环保税成本：环保税成本是指由于排放污染物而需要缴纳的税费在低负荷下，虽然污染物排放量减少，但环保税成本并不会完全消失，因为即使排放量减少，也需要达到一定的排放标准。（4）其他成本：其他成本包括人工费、修理费用、运营管理费、固定资产折旧费等费用。这些费用在低负荷下可能会有所降低，但具体降低幅度取决于电厂的运营策略和实际情况[3]。总之，低负荷下湿法脱硫系统的运行成本主要由电耗成本、石灰石成本、环保税成本和其他成本组成。其中，电耗成本和石灰石成本是主要的成本来源，需要重点关注和优化。同时，环保税成本和其他成本也不可忽视，需要综合考虑以降低整体运行成本。

2.2成本计算方法

在低负荷下湿法脱硫系统的运行成本可以通过以下方式计算：

C = (C1 + C2 + C3) / MSO2[1][2]

其中：

• C为总成本除以SO2脱除量的单位成本，元/kg；
• C1为脱硫塔循环泵电耗成本，元/h；
• C2为吸收SO2的石灰石成本，元/h；
• C3为环保税成本，元/h；
• MSO2为该工况下脱除SO2的总量，kg/h。

在实际应用中，需要根据具体的工况条件和成本数据来计算各个成本项的值，并将其代入上述公式中进行计算，以得出低负荷下湿法脱硫系统的运行成本。

3.低负荷下湿法脱硫系统运行成本优化措施

3.1喷淋层组合优化

在低负荷工况下，湿法脱硫系统的运行成本和脱硫效率深受喷淋层组合方式的影响。喷淋层的开启数量和喷淋量直接影响脱硫剂与烟气的接触面积和接触时间，进而影响脱硫效率。过多的喷淋层开启可能降低脱硫剂利用率，而过少则可能无法满足脱硫要求。同时，喷淋层的运行还需考虑电能、水资源以及石灰石的消耗，这些因素均会对运行成本产生显著影响。为了在低负荷下实现湿法脱硫系统的高效、经济运行，应通过试验或模拟分析，综合考虑脱硫效率与成本，找到特定工况下最优的喷淋层组合。例如，在某300MW机组的FGD系统中，根据负荷和入口SO₂浓度的高低，灵活调整喷淋层组合，既保证脱硫效率，又降低能耗[4]。此外，考虑到吸收高度对脱硫效率的影响，优化策略中应优先考虑开启高处的喷淋层。通过这些措施，湿法脱硫系统能在低负荷工况下实现更加经济高效的运行。

3.2添加剂使用策略

在低负荷工况下，添加剂的使用对于湿法脱硫系统的运行效率和成本具有重要影响。首先，添加剂如脱硫增效剂能够显著提高脱硫效率，通过增强石灰石的溶解度和反应活性，确保系统满足环保排放标准。同时，尽管添加剂的引入会增加一定的初始成本，但其带来的经济效益往往更为显著，如降低石灰石用量、减少系统电耗等，从而有效降低整体运行成本。

为了最大化添加剂的使用效益，需要对其投入量进行优化。这要求相关工作人员应根据负荷和入口SO₂浓度等实际的工况条件，灵活调整添加剂的投加量。在低负荷工况下，可以适当减少添加剂的投入量，以避免不必要的浪费和成本增加。

为了确定最佳的添加剂投入量，可以结合经济分析、实验室实验和数值模拟等方法。通过综合考虑添加剂的成本、脱硫效率的提升、资源消耗的降低等多个因素，预测不同投入量下的经济效益，并为实际运行提供指导。在实际操作中，还应持续监控脱硫效率和添加剂的使用情况，并根据需要进行调整和优化。这样，不仅可以保证湿法脱硫系统在低负荷工况下的高效运行，还能实现经济效益和环境效益的最佳平衡[5]。

3.3循环泵运行策略

在湿法脱硫系统中，循环泵的运行策略对脱硫效率和成本具有直接影响。循环泵的组合方式决定了系统的液/气比，进而影响脱硫效率。在低负荷或SO₂含量较低时，过多的循环泵运行可能导致能耗增加；而在高负荷或SO₂含量较高时，循环泵数量不足则可能无法满足脱硫要求。因此，优化循环泵的运行策略至关重要。

为了在保证脱硫效率的同时降低运行成本，需要根据实际的工况条件灵活调整循环泵的组合方式。在低负荷或SO₂含量较低时，可以适当减少循环泵的运行数量，以降低能耗；而在高负荷或SO₂含量较高时，则需要增加循环泵的运行数量以保证脱硫效率。此外，引入变频调速技术也是优化循环泵运行的有效手段。通过调整循环泵的转速，使其与实际负荷匹配，可以进一步降低能耗，同时延长设备寿命。此外，定期对循环泵进行维护，确保其正常运行和高效性能，也是保证系统经济高效运行的重要措施。

结束语：

综上，低负荷下燃煤机组湿法脱硫系统运行成本优化研究具有重要的实际意义。通过优化喷淋层组合、添加剂使用策略、循环泵运行策略等措施，可以在保证脱硫效率的同时降低运行成本，提高燃煤机组的经济性和环保性。

参考文献：

[1]王伟. 燃煤机组烟气脱硫控制策略的研究与应用[D]. 华北电力大学, 2022.

[2]刘岳. 燃煤机组湿法脱硫系统SO2排放量建模[D]. 华北电力大学, 2022.

[3]罗聪, 王颖, 周灿, 陆燕, 张悠, 张涌新, 郑成航. 燃煤机组超低排放系统成本分析及经济性运行策略[J]. 环境工程学报, 2022, 16 (01): 230-236.

[4]徐鹏, 严剑文, 吴顺. 某超临界燃煤机组湿法脱硫系统降低厂用电率措施[J]. 热力发电, 2021, 50 (11): 165-169.

[5]魏敏, 姚国华. 燃煤机组干湿法脱硫耦合运行可行性探究[J]. 上海节能, 2020, (01): 23-26.

[1]格式

[2]已解决