来源：电联智造
推荐单位：华能铜川照金煤电有限公司
本文作者：吕雨林、王钢锋、马占顺、赵红雷
摘要
华能铜川照金煤电公司脱硫废水零排放装置是华能集团公司第一套采用旋转雾化方案的高温烟气旁路蒸发装置，对实现全厂废水零排放具有重大意义，对系统兄弟单位具有良好的示范引领作用，旋转雾化器主要应用于电厂半干法脱硫装置中，将过饱和的石灰浆液通过旋转雾化器雾化后，与锅炉出口烟气接触反应，实现烟气脱硫。华能铜川照金煤电公司作为西北地区第一个实现全厂废水零排放改造的电力企业，首次将旋转雾化器应用于600MW机组脱硫废水烟气蒸发装置中，实现了设备的应用创新，在该环保技术领域有重大的示范意义及行业引领作用。
PART 1引言
中国是一个“多煤、少气、少油”的国家，煤炭在大陆石化能源结构中的比例达76%，煤炭资源清洁利用是国家能源安全的重大战略部署。随着大陆经济快速稳定发展，社会能源需求不断加大，大陆的煤炭生产和消费快速增长加，煤炭生产和消费总量均超过了全世界一半以上，稳居世界第一。煤炭消费迅速提升，为大陆经济发展提供能源动力的同时，也带来较为严重的环境问题。
大陆工业SO2排放90%以上来自于燃煤，近几十年来，国家虽然采取了指标限制，排污收费等环保政策，但每年的SO2排放总量仍然很庞大。近几年来，大陆东部地区雾霾天气逐渐增多，酸雨污染面积迅速扩大，对大陆农作物、森林和人体健康等方面造成巨大的损坏，也成为制约大陆经济、社会可持续发展的重要因素。随着人们生活水平升高，人们环保意识的不断加强，对SO2排放的治理已势在必行，“绿水青山就是金山银山”的理念已深入人心，旋转雾化器首次应用于火电厂600MW机组脱硫废水烟气蒸发装置，使华能铜川照金煤电公司真正意义上实现全厂废水零排放，完全满足了排污许可证和环评的要求，有效规避废水外排、脱硫系统氯离子超标等问题。
PART 2脱硫废水零排放系统
华能铜川照金煤电公司Ⅰ期工程2x600 MW 机组锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司采用美国ABB-CE 燃烧工程公司引进技术设计和制造的HG- 2070 /17.5-YM9型锅炉，采用等离子点火启动方式，为亚临界参数、一次中间再热、控制循环、四角切向燃烧方式、单炉膛平衡通风、固态干式排渣、露天布置、全钢构架的Π形汽包炉。脱硫废水零排放系统采用单侧旁路烟气蒸发工艺，蒸发塔为一炉一塔配置，使用高频旋转喷雾喷嘴，配套设置输灰装置（仅作为事故工况下使用），每台机组设计最大处理能力为8m/h。高温烟气从脱硝出口（空预器入口）烟道接引进入蒸发塔，在蒸发塔内蒸干脱硫废水。在锅炉满负荷和75%负荷时，废水处理量最大能达到8m3/h，蒸发器入口温度为300℃，蒸发器出口温度不低于150℃，空预器出口混合温度116℃，旁路烟道抽取烟气量为总烟气量的3.3%-4.5%。
2.1单侧烟气脱硫废水零排放系统处理脱硫废水原理。
蒸发塔雾化器采用美国KS原装进口雾化器，包括雾化器本体及运行操作系统，单台雾化器处理量为8m3/h，最高转速可达16000r/min，正常运转转速15000r/min，烟气从锅炉单侧脱硝出口空气预热器前引出一部分，进入喷雾干燥塔，废水通过泵送往雾化器中的雾化盘，通过高速旋转，废水被甩成50-100μm的细小液滴，液滴通过与高温烟气接触换热，使液滴中的水分迅速挥发，废水中的盐类被干燥析出，混入原烟气的粉尘中，通过后续除尘器收集下来，废水蒸发后的水蒸气与烟气混合从喷雾干燥塔下部引出，经电除尘收集后分散到灰中综合利用。
2.2蒸发塔系统设备构成
华能铜川照金煤电公司脱硫废水零排放系统采用单侧旁路烟气蒸发工艺，蒸发塔为一炉一塔配置，使用高频旋转喷雾喷嘴，配套设置输灰装置。蒸发塔总高为34.4m,采用钢结构作为主体结构支撑。塔体总高27.2m，其中锥段8.8m，用于沉积的灰收集及形成有利于烟气回流的流场，直筒段12.5m，用于废水蒸发。
脱硫废水零排放系统
整套设备外观
旋转雾化器
PART 3采集数据建模优化烟气流场
单侧烟气脱硫废水零排放系统处理在开工前，就锅炉系统布置，烟道走向进行全面的数据采集，并对蒸发塔烟气流场进行软件模拟优化，为本工程的实际应用提供技术支持，为装置的良好运行奠定基础。
3.1烟道流场模拟：
原空预器出口烟道布置
改造后烟道空预器出口布置
烟气流道改造前速度梯度云图
烟气流道改造前速度矢量图
烟气流道改造前压力梯度云图
烟气流道改造后速度梯度云图
烟气流道改造后速度矢量图
烟气流道改造后压力梯度云图
烟气流道改造后温度梯度云图
蒸发塔内流场分布模拟：
流动区域3D造型
流动区域网格划分
速度云图
温度云图
速度矢量图
速度大小流迹图
3.2脱硫废水零排放系统应用情况
2019年12月15日起，华能陕西铜川照金煤电公司#1、#2机组脱硫废水零放系统相继投入应用，从投运期间蒸发塔壁温度分布看，温度分布与温度模拟偏差不大，达到设计要求。在#1、#2机组等级检修期间对蒸发塔壁、烟道检查时未发现塔壁挂灰、烟道积灰情况。
脱硫废水零排放系统最大出力运行工况塔壁温度分布情况
脱硫废水零排放系统各负荷段运行参数
PART 4脱硫废水零排放系统的投运后对锅炉的影响
4.1对锅炉效率的影响
#1机组脱硫废水蒸发塔投运对锅炉效率的影响为0.24%，对机组煤耗的影响为0.76 g/kW h；#2机组脱硫废水蒸发塔投运对锅炉效率的影响为0.16%，对机组煤耗的影响为0.52 g/kW h，满足设计要求。
4.2投运脱硫废水对粉煤灰成分的影响：
4.2.1喷水后#1/#2机组灰库飞灰样品氯含量为0.105%/0.128%，按40%比例掺入水泥中，最终水泥实际含氯量为0.042%/0.051%，小于上述国标对于粉煤灰硅酸盐水泥中含氯量不大于0.06%的指标要求；
4.2.2喷水后#1/#2机组灰库飞灰样品游离氧化钙含量为0.92%/0.67%，按40%比例掺入水泥中，最终水泥实际游离氧化钙含量为0.368%/0.268%，小于上述国标对于粉煤灰硅酸盐水泥中游离氧化钙含量不大于1%的指标要求。
4.3脱硫废水系统投运后对烟气含湿量及烟温的影响
不同负荷段试验工况下，于蒸发塔入、出口烟道测点，对烟气含湿量及烟温进行了测试。
烟气含湿量及烟温
从测试结果看高低负荷段喷水后烟气含湿量增加7.4%-11.2%，由于脱硫废水零排放系统蒸发塔抽取烟气量为锅炉总烟气量的4%，华能铜川照金煤电公司脱硫废量排放系统投运2年以来，未发现湿度对后续烟冷器、电除尘设备的影响，总体运行工况良好。
PART 5单侧烟气脱硫废水零排放系统对锅炉风烟系统的影响
华能铜川照金煤电公司#1、#2机组废水零排放系统蒸发塔均从锅炉单侧抽取烟气，投运后抽取烟气侧的空预器排烟温度降低4-7℃，机组接带低负荷、环境温度0℃以下时，抽取烟气侧空预器冷端平均温度为63-67℃，已低于酸露点温度，空预器冷端有腐蚀堵塞的安全风险。针对此问题采取的措施：1）、通过调整两侧送风机的送风量及提高暖风器的温度,以保证空预器冷端温度不低70℃以上，防止空预器冷端腐蚀；2）通过降低废水耗量，调节烟气挡板减小蒸发塔的抽烟气量，控制空预器冷端温度在酸露点温度以上。
PART 6创新脱硫废水零排放系统自动控制策略
脱硫废水排放系统原自动控制策略为废水流量作为自动控制的目标值，烟气量作为被调量，由于烟气挡板调节特性差，调节相对滞后，一直无法实现自动控制。电厂对脱硫废水零排放系统自动控制策略进行创新设计，依据运行中需最大限度的消耗废水，在新设计的逻辑控制中将蒸发塔出口烟温定为自动调整的目标值，然后在逻辑内根据蒸发塔体雾化前后烟温变化滞后特性，根据试验结果在逻辑内设定自动调整延时及调整死区，自动投运后机组负荷在180MW-600MW负荷波动时自动调整性能良好。
PART 7运行调整及检修维护方面的经验
7.1脱硫废水蒸发塔正常运行中基本无灰，大量落灰主要存在于系统投运时烟道内积灰灰进入塔内，如不及时输灰，存在积灰堵塞烟道的危险，在系统投运时保持仓泵连续输灰，确保由烟道进入的积灰能及时输走，系统正常运行时，PLC自动控制输灰自动每隔6h输灰一次，确保塔体内部的积灰及时输空。
7.2旋转雾化器长时间运行，会引起雾化盘内部积垢，导致雾化盘动平衡失去，振动增大，不及时处理会引起雾化盘损坏，当振动至报警值后停运更换备用雾化盘后投入运行，系统停运时间短，影响小。
PART 8引言
单侧烟气脱硫废水零排放系统处 旋转雾化器首次应用于火电厂600MW机组脱硫废水烟气蒸发装置，使华能铜川照金煤电公司真正意义上实现全厂废水零排放，华能铜川照金煤电公司作为西北地区第一个实现全厂废水零排放改造的电力企业，首次将旋转雾化器应用于600MW机组脱硫废水烟气蒸发装置中，实现了设备的应用创新，在该环保技术领域有重大的示范意义及行业引领作用。