“煙塔合一”脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)無旁路的運(yùn)行控制方式

摘要： 三河發(fā)電廠二期工程2×300 MW 機(jī)組是國(guó)內(nèi)首臺(tái)設(shè)計(jì)“煙塔合一” 脫硫系統(tǒng)無旁路的機(jī)組，為確保機(jī)組在任何運(yùn)行工況下進(jìn)入吸收塔煙氣溫度和粉塵濃度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，保證吸收塔的安全，制定與常規(guī)脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)有旁路的機(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)不同的運(yùn)行控制方式， 通過制定無旁路脫硫機(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)啟停及改變?cè)O(shè)備投入順序，控制進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度。機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)踐證明，三河發(fā)電廠二期工程設(shè)計(jì)“煙塔合一” 脫硫系統(tǒng)無旁路方式是可行的。

關(guān)鍵詞： 煙氣脫硫,煙道無旁路,煙塔合一,運(yùn)行控制

概述

神華國(guó)華三河發(fā)電股份公司（簡(jiǎn)稱國(guó)華三河發(fā)電廠）地處北京周邊，電廠廠址位于河北省三河市燕郊，地處燕郊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)東側(cè)，廠址西距通州區(qū) 17 km、北京市區(qū)37.5 km，東距三河市17 km。

電廠規(guī)劃容量為1.3~1.4 GW。一期工程已安裝 2 臺(tái)350 MW 凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，1、2 號(hào)機(jī)組分別于1999 年12 月、2000 年4 月投產(chǎn)。二期工程將安裝2 臺(tái)300 MW 供熱機(jī)組，煙氣采用脫硫、脫硝、“煙塔合一”技術(shù)，已于2007 年8 月、11 月投產(chǎn)發(fā)電。

國(guó)華三河發(fā)電廠擴(kuò)建的二期工程為熱電聯(lián)產(chǎn)擴(kuò)建工程，采用“煙塔合一”技術(shù)并將一、二期機(jī)組同步建設(shè)脫硫，達(dá)到了整個(gè)電廠“增產(chǎn)不增污、增產(chǎn)減排污”的目的。

1 “煙塔合一”技術(shù)的特點(diǎn)

國(guó)華三河發(fā)電廠為滿足城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，改善北京市區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量，三河電廠二期工程（2×300 MW 機(jī)組）項(xiàng)目決定采用煙塔合一技術(shù)，主要基于以下幾方面考慮：

（1）由于采用石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)，脫硫系統(tǒng)排放煙氣溫度只有50 ℃左右， 若采用煙囪排放須對(duì)其進(jìn)行再加熱， 溫度達(dá)到SO2 的露點(diǎn)溫度（72℃）以上。而采用冷卻塔排煙則無此限制，還可節(jié)省GGH 系統(tǒng)和煙囪初期投資及運(yùn)行費(fèi)用。

（2）由于該項(xiàng)目選址距北京順義機(jī)場(chǎng)較近，采用 “煙塔合一”技術(shù)可有效避開對(duì)航空的影響。

（3） 脫硫系統(tǒng)所用的增壓風(fēng)機(jī)與鍋爐所用的吸風(fēng)機(jī)合而為一既節(jié)省了設(shè)備的初期投資， 又為整個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行打下了良好基礎(chǔ)。

經(jīng)測(cè)算，通過120 m 高的冷卻塔排煙，對(duì)地面造成的SO2 和PM10、NOx 年均落地濃度總體好于240 m 高煙囪排煙對(duì)地面造成的落地濃度。工程建成后，每年可減少排放SO2 2 萬t，煙塵100 t，具有良好的環(huán)保效益。

本工程排煙冷卻塔技術(shù)取消了傳統(tǒng)的高煙囪，將脫硫后的煙氣通過煙道直接引入自然通風(fēng)冷卻水塔與水蒸氣混合后，由冷卻塔出口排入大氣。經(jīng)環(huán)境評(píng)價(jià)分析，盡管傳統(tǒng)煙囪一般比雙曲線冷卻塔要高，煙囪排放的煙氣溫度也比冷卻塔排出混合氣體的溫度要高， 但冷卻塔排放煙氣時(shí)其熱抬升高度及擴(kuò)散效果是相當(dāng)?shù)�。原因主要是由于煙氣通過冷卻塔排放，煙氣和冷卻塔的熱汽混合一起排放，具有巨大的熱釋放率。

由于冷卻塔可以直接接受經(jīng)濕法脫硫后溫度較低（為50~55 ℃）的煙氣，這就省去了脫硫系統(tǒng)的煙氣加熱器（GGH），可以簡(jiǎn)化脫硫工藝系統(tǒng)和布置，取消旁路煙道，采用直通式，增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)合二為一。加之省去了傳統(tǒng)高煙囪的建設(shè)，既節(jié)約了設(shè)計(jì)占地， 又減少了工程量和施工用地， 有利于施工組織。在考慮了冷卻塔防腐、加固、煙道等引起的費(fèi)用增加后，綜合比較，采用排煙冷卻塔仍然有利于節(jié)省工程投資并減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

2 機(jī)組采用的運(yùn)行控制方式

由于國(guó)華三河發(fā)電廠二期機(jī)組采用引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合并、沒有旁路、沒有GGH、“煙塔合一”等技術(shù)特點(diǎn)，脫硫吸收塔已是鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的一部分，在機(jī)組運(yùn)行及吸收塔運(yùn)行時(shí)， 所考慮的問題是吸收塔的運(yùn)行不能影響機(jī)組任何工況下運(yùn)行； 鍋爐的任何運(yùn)行工況不能損壞吸收塔本體及污染塔內(nèi)漿液，避免造成惡性循環(huán)。

這種設(shè)計(jì)對(duì)鍋爐及吸收塔運(yùn)行會(huì)改變一些操作順序和制定必要的連鎖保護(hù)， 所以在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)針對(duì)此設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行如下情況的運(yùn)行操作：除了吸收塔入口煙氣溫度高（大于180℃）、吸收塔循環(huán)泵均停的情況下鍋爐需要停爐， 一般情況下鍋爐出現(xiàn)任何故障及工況發(fā)生變化， 不影響脫硫系統(tǒng)和電除塵器的運(yùn)行，這2 個(gè)設(shè)備照常投入運(yùn)行，但運(yùn)行人員需重點(diǎn)監(jiān)控。針對(duì)這種無旁路的設(shè)計(jì)本工程機(jī)組在下面工況采用不同的控制方式。

2.1 鍋爐啟停爐、吹掃、煤油混燒的工況

在調(diào)試運(yùn)行期間采取的操作是鍋爐啟動(dòng)前脫硫吸收塔循環(huán)泵投入運(yùn)行，為防止或降低鍋爐啟停、吹掃、煤油混燒期間對(duì)吸收塔內(nèi)石膏漿液及冷卻塔內(nèi)部的污染，電除塵器先于吸收塔循環(huán)泵投入，鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)電除塵器的灰斗加熱、絕緣支柱套管加熱及放電極絕緣室加熱提前24 h 投入。

鍋爐在以上工況時(shí)投入電除塵器第1 至5 電場(chǎng)， 控制二次電壓數(shù)值高于起暈電壓且小于閃絡(luò)電壓，并對(duì)二次電流限流運(yùn)行，防止電除塵器的內(nèi)部燃燒。密切監(jiān)視電除塵器出入口煙氣溫度變化情況。

吸收塔內(nèi)部防腐材料最高抗煙氣溫度90℃；吸收塔出口至冷卻塔的煙道是玻璃鋼材質(zhì)， 最高抗煙氣溫度68 ℃， 因此運(yùn)行期間要密切監(jiān)測(cè)脫硫系統(tǒng) CEMS 系統(tǒng)的主要參數(shù)及吸收塔入口、出口溫度的變化。

當(dāng)鍋爐停爐時(shí)煙風(fēng)系統(tǒng)不通風(fēng)， 并且引風(fēng)機(jī)出口溫度小于65℃時(shí)停吸收塔循環(huán)泵，并且密切注意吸收塔出入口溫度， 如果鍋爐有運(yùn)行操作或鍋爐余溫進(jìn)入吸收塔，吸收塔入口溫度超過90℃或吸收塔出口超過65℃，再啟動(dòng)循環(huán)泵減溫。

2.2 等離子點(diǎn)火時(shí)未完全燃燒的飛灰

本工程鍋爐為了實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火， 采用了等離子點(diǎn)火技術(shù)， 因此鍋爐點(diǎn)火前脫硫系統(tǒng)循環(huán)泵投入運(yùn)行， 為防止或降低鍋爐啟停煤油混燒時(shí)對(duì)吸收塔內(nèi)漿液及冷卻塔內(nèi)壁的污染， 在鍋爐啟動(dòng)前電除塵器和干除灰系統(tǒng)已投入，電除塵器的灰斗加熱器、大梁絕緣支柱套管及放電極絕緣室加熱提前24 h 投入。

在鍋爐點(diǎn)火時(shí)等離子點(diǎn)火時(shí)的飛灰未完全燃燒，因此投入電除塵器第1~5 電場(chǎng)時(shí)控制二次電壓數(shù)值，電壓控制在起暈電壓和閃絡(luò)電壓之間，并對(duì)二次電流限流運(yùn)行，防止電除塵器的二次內(nèi)部燃燒。

這種未完全燃燒煤粉不可能全部由電除塵器收集，吸收塔漿液有一定的污染可能，根據(jù)運(yùn)行情況可進(jìn)行漿液部分置換， 即大量補(bǔ)充新鮮的石灰石漿液同時(shí)排放污染的漿液。

2.3 電除塵器若干電場(chǎng)出現(xiàn)故障造成吸收塔入口粉塵濃度高

脫硫系統(tǒng)無旁路為防止?jié){液遭受粉塵的污染，因此在運(yùn)行期間密切監(jiān)測(cè)電除塵器出入口粉塵濃度、CEMS 系統(tǒng)的主要參數(shù)。

（1）每臺(tái)鍋爐配置2 臺(tái)電除塵器，每臺(tái)除塵器有 2 個(gè)通道，共4 個(gè)通道，根據(jù)本工程設(shè)計(jì)脫硫無旁路的特點(diǎn)， 鍋爐運(yùn)行期間如果發(fā)生電除塵器其中1 個(gè)通道跳閘，機(jī)組就跳閘。

（2）如果電除塵器其中若干電場(chǎng)或供電區(qū)因故障停運(yùn)，造成出口質(zhì)量濃度大于250 mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基），鍋爐根據(jù)實(shí)際情況降負(fù)荷運(yùn)行，脫硫系統(tǒng)通過觀察吸收塔內(nèi)漿液的化學(xué)吸收反應(yīng)情況以及石膏品質(zhì)情況， 需要運(yùn)行觀察確定脫硫系統(tǒng)能否升降負(fù)荷及繼續(xù)運(yùn)行。

（3）如果電除塵器其中若干電場(chǎng)或供電區(qū)因故障停運(yùn)，造成出口質(zhì)量濃度小于等于250 mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基），脫硫系統(tǒng)繼續(xù)保持運(yùn)行，但需要長(zhǎng)期運(yùn)行觀察。

2.4 鍋爐出現(xiàn)故障時(shí)

鍋爐運(yùn)行期間如果負(fù)荷出現(xiàn)驟變， 如故障降負(fù)荷、MFT、RB 等，電除塵器、干除灰系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)應(yīng)正常運(yùn)行，吸收塔漿液循環(huán)泵繼續(xù)運(yùn)行，吸收塔對(duì)鍋爐運(yùn)行沒有影響。

2.5 鍋爐排煙溫度高

本工程為防止運(yùn)行期間進(jìn)入吸收塔煙氣溫度過高，特設(shè)事故噴淋罐，事故噴淋設(shè)有2 路，在煙溫過高時(shí)進(jìn)行噴淋。

（1）當(dāng)煙溫（噴淋前溫度測(cè)點(diǎn)、三取中）大于等于 160℃啟動(dòng)事故噴淋1 路事故噴淋氣動(dòng)閥門，如果煙氣溫度（噴淋前溫度測(cè)點(diǎn)、三取中） 小于等于 155℃并且吸收塔出口溫度小于等于65℃， 自動(dòng)停這路事故噴淋。

（2）當(dāng)煙溫（噴淋前溫度測(cè)點(diǎn)、三取中）大于等于 170℃時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)2 路事故噴淋氣動(dòng)閥門，如煙溫（噴淋前溫度測(cè)點(diǎn)、三取中）低于160 ℃并且吸收塔出口溫度小于等于65 ℃，自動(dòng)停止1 路噴淋；如果煙氣溫度小于等于155℃并且吸收塔出口溫度小于等于65℃，自動(dòng)停止另一路事故噴淋。

（3）當(dāng)煙溫達(dá)到大于等于180℃同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)2 路事故噴淋氣動(dòng)閥門，如噴射20 min 煙溫繼續(xù)大于等于180℃，則鍋爐風(fēng)機(jī)跳閘停爐。運(yùn)行人員手動(dòng)關(guān)閉事故噴淋。

（4）脫硫吸收塔3 臺(tái)循環(huán)泵跳閘時(shí)引風(fēng)機(jī)跳閘，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)2 路事故噴淋氣動(dòng)閥門， 運(yùn)行人員手動(dòng)關(guān)閉事故噴淋。

2.6 脫硫系統(tǒng)保護(hù)

由于三河發(fā)電廠二期機(jī)組采用引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合并、沒有旁路、沒有GGH、“煙塔合一”等技術(shù)特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)屬于首次采用， 并且有等離子點(diǎn)火等新技術(shù)， 如何將這些技術(shù)很好地應(yīng)用且各自運(yùn)行不受影響，避免在運(yùn)行期間出現(xiàn)技術(shù)問題，在調(diào)試期間進(jìn)行了運(yùn)行控制方面的探索。通過實(shí)踐，調(diào)試期間制定的控制方式可使機(jī)組和脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定正常， 目前應(yīng)用“煙塔合一”的二期工程的3、4 號(hào)機(jī)組已運(yùn)行近 1 a，目前沒有出現(xiàn)因?yàn)檫\(yùn)行控制方式的問題影響機(jī)組和脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3 結(jié)語

通過對(duì)采用的增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)合二為一、無旁路、無GGH 的“煙塔合一”技術(shù)調(diào)試，摸索出我國(guó)無旁路的機(jī)組運(yùn)行的自主創(chuàng)新的鍋爐和脫硫系統(tǒng)啟停的步驟，總結(jié)了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

國(guó)內(nèi)首例無旁路脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵是考慮將脫硫吸收塔作為鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的一部分， 鍋爐和脫硫啟停步驟要相結(jié)合，并進(jìn)行相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)，避免因鍋爐和脫硫出現(xiàn)的問題相互影響或損壞設(shè)備。

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