摘要:火電廠濕法煙氣脫硫工程取消煙氣旁路具有一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),是否采用無(wú)煙氣旁路成為國(guó)內(nèi)電力企業(yè)關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。首先分析了國(guó)內(nèi)濕法煙氣脫硫裝置設(shè)置煙氣旁路的目的,闡述了國(guó)外煙氣旁路規(guī)定和設(shè)置情況,以國(guó)華三河發(fā)電有限責(zé)任公司二期工程采用無(wú)煙氣旁路及煙塔合一技術(shù)的工程實(shí)踐為例,對(duì)火電廠煙氣脫硫工程取消煙氣旁路的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討,指出火電廠濕法煙氣脫硫工程無(wú)旁路具有明顯的技術(shù)、資金和環(huán)保優(yōu)勢(shì),是未來(lái)環(huán)保發(fā)展的必然趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:火電廠,濕法煙氣脫硫,無(wú)煙氣旁路

0　引言

國(guó)華三河發(fā)電有限責(zé)任公司(下稱三河電廠)地處北京周邊,位于河北省三河市燕郊鎮(zhèn),地處燕郊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)東側(cè)。燕郊鎮(zhèn)與北京的通州區(qū)隔潮白河相望,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。

一期工程已安裝2臺(tái)日本進(jìn)口三菱重工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)。二期工程安裝2 臺(tái)國(guó)產(chǎn)東方動(dòng)力集團(tuán)300 MW 供熱機(jī)組,已分別于2007年9月、11月投產(chǎn)發(fā)電。

三河電廠為了減少對(duì)當(dāng)?shù)睾捅本┦械沫h(huán)境影響,向北京市提供清潔能源,建設(shè)綠色環(huán)保電廠, 二期同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝裝置。2臺(tái)機(jī)組采用全煙氣脫硫無(wú)旁路、煙塔合一技術(shù),引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合一,取消了GGH。這種技術(shù)屬于國(guó)內(nèi)首例,填補(bǔ)了我國(guó)電廠脫硫技術(shù)無(wú)旁路的空白。由于取消了煙氣系統(tǒng)的旁路和傳統(tǒng)的高煙囪,采用煙塔合一技術(shù),鍋爐原煙氣直接進(jìn)入吸收塔,脫硫降塵后,將經(jīng)脫硫后的煙氣通過(guò)穿過(guò)冷卻塔筒壁的凈煙道送入塔中心,煙氣與塔內(nèi)水蒸氣混合后, 由冷卻塔出口排入大氣,完全達(dá)到了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

1　設(shè)置煙氣旁路的目的

目前國(guó)內(nèi)電廠建設(shè)的石灰石2石膏濕法脫硫工程中一般都設(shè)置100% 煙氣旁路系統(tǒng)。旁路系統(tǒng)安裝在FGD入口煙道和煙囪之間,其最主要的作用是在脫硫系統(tǒng)檢修或事故狀態(tài)下與機(jī)組隔離,含有SO2 的煙氣不經(jīng)過(guò)吸收塔脫硫,直接由旁路系統(tǒng)流經(jīng)煙囪排出,從而不影響機(jī)組正常運(yùn)行發(fā)電;同時(shí)當(dāng)FGD或鍋爐處于故障狀態(tài)下(例如機(jī)組發(fā)生MFT、FGD入口煙氣超溫、漿液循環(huán)泵跳閘、增壓風(fēng)機(jī)跳閘等)使煙氣繞過(guò)FGD,也避免對(duì)FGD設(shè)備造成影響或損害。同時(shí)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)初期,為了防止煙氣中未燃燼的煤粉和油滴進(jìn)入吸收塔漿液,造成漿液污染,脫硫效率減低,吸收塔內(nèi)防腐材料加速老化, 煙氣一般通過(guò)旁路煙道直接排入煙囪。待煙溫升高、電除塵器投運(yùn)使煙氣粉塵含量小于FGD裝置的進(jìn)口要求后,增壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng), FGD 裝置進(jìn)出口擋板打開(kāi),旁路擋板逐漸關(guān)閉,脫硫系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。圖1為帶旁路煙道的濕法煙氣脫硫流程圖。

2　煙氣旁路規(guī)定和設(shè)置情況

國(guó)外不同國(guó)家FGD裝置旁路煙道設(shè)置情況不盡相同,根據(jù)掌握的有限資料,僅對(duì)德國(guó)、日本、美國(guó)和中國(guó)的旁路煙道設(shè)置情況做簡(jiǎn)要介紹。

2.1　德國(guó)對(duì)煙氣旁路設(shè)置規(guī)定

德國(guó)對(duì)脫硫煙氣旁路設(shè)置沒(méi)有明確規(guī)定。由于德國(guó)對(duì)脫硫運(yùn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格,電廠基本上都不設(shè)煙氣旁路,特別是采用煙塔合一電廠,均取消了煙氣旁路。2004年前,德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定SO2 排放濃度為400 mg/m3 ,同時(shí)要求機(jī)組每年不帶脫硫裝置運(yùn)行不能超過(guò)240 h, 2004年后標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定SO2 排放濃度降為200 mg/m3 ,每年不帶脫硫裝置運(yùn)行在100～120 h,每次不能超過(guò)72 h。國(guó)外電廠在鍋爐啟動(dòng)和穩(wěn)燃時(shí)均要求投運(yùn)電除塵器,使進(jìn)入吸收塔的粉塵濃度比較低。

2.2　日本對(duì)煙氣旁路設(shè)置規(guī)定

日本JEAG 3603—2002 排煙處理設(shè)備導(dǎo)則 4. 4. 2節(jié)煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)對(duì)旁路煙道規(guī)定:在全容量處理煙氣的脫硫設(shè)備中,宜采取配置旁路煙道等措施。同時(shí)該標(biāo)準(zhǔn)介紹并推薦采取無(wú)旁路煙道系統(tǒng)配置,簡(jiǎn)化工藝,節(jié)約資金,獲得高脫硫效率。由于日本脫硫設(shè)備質(zhì)量較好,近期建設(shè)的許多火電機(jī)組均未設(shè)置旁路煙道。其原因主要在于日本脫硫設(shè)備質(zhì)量較好、運(yùn)行可靠性較高,因此 FGD基本不會(huì)影響主機(jī)的運(yùn)行安全;且日本環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格,建設(shè)初期政府即與電廠簽訂環(huán)境保護(hù)協(xié)定,并以抽查方式檢驗(yàn)執(zhí)行情況,因此電廠會(huì)在大氣污染防治方面采取一系列積極措施。

2.3　美國(guó)對(duì)煙氣旁路設(shè)置要求

美國(guó)國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙道旁路沒(méi)有明確要求,但在1990年對(duì)《清潔大氣法》修改出臺(tái)后,對(duì) SO2 排放的處罰更嚴(yán)厲,有關(guān)燃料政策和排污交易等措施使得SO2 排放與經(jīng)濟(jì)緊密聯(lián)系起來(lái),所以許多業(yè)主要求并已經(jīng)取消了煙氣旁路。

2.4　國(guó)內(nèi)煙氣旁路設(shè)置情況

中國(guó)火力發(fā)電廠煙氣脫硫設(shè)計(jì)起步較晚,機(jī)組均設(shè)置煙氣旁路來(lái)保證機(jī)組的可靠性,保護(hù)吸收塔裝置在事故狀態(tài)時(shí)不受損失。

由此可見(jiàn),國(guó)內(nèi)外對(duì)煙氣旁路設(shè)置均未有硬性規(guī)定,國(guó)外大部分電廠由于環(huán)保要求均采用了無(wú)煙氣旁路技術(shù),國(guó)內(nèi)目前只有三河電廠二期工程采用此技術(shù)。可以推斷,隨著環(huán)保要求的提高, 采用無(wú)煙氣旁路必將成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

3　三河電廠脫硫無(wú)煙氣旁路技術(shù)介紹

三河電廠二期工程脫硫系統(tǒng)采用無(wú)旁路系統(tǒng)即直通式系統(tǒng)時(shí),從鍋爐來(lái)的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)升壓后,直接進(jìn)入吸收塔進(jìn)行脫硫處理,經(jīng)脫硫后的凈煙氣通過(guò)FRP (玻璃鋼)凈煙道送入煙塔(冷卻塔)的中心,煙氣與塔內(nèi)水蒸氣混合后,由煙塔排入大氣。由于煙塔可以直接接受經(jīng)濕法脫硫后溫度較低(52℃左右)的煙氣,省去了脫硫系統(tǒng)的煙氣加熱器(GGH) 。同時(shí)由于未采用旁路煙道,簡(jiǎn)化了脫硫工藝系統(tǒng)和布置,增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)合二為一,既減少用地,又節(jié)約工程造價(jià)。取消煙氣旁路的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是脫硫裝置的可靠性和可控性。當(dāng)鍋爐正常運(yùn)行時(shí),進(jìn)入FGD 的煙氣超溫 (超過(guò)155℃時(shí))或FGD 裝置漿液循環(huán)泵故障全部停運(yùn)時(shí),煙氣不可能繞開(kāi)脫硫裝置,而必須進(jìn)入吸收塔,進(jìn)行脫硫處理。在吸收塔入口煙道處設(shè)有由一系列合金噴嘴組成的事故噴淋系統(tǒng),與工藝水系統(tǒng)連接。當(dāng)入口煙氣溫度超過(guò)155℃時(shí), 立即開(kāi)啟事故噴淋系統(tǒng),向高溫?zé)煔鈬娝禍?使煙氣溫度低于65℃,以保護(hù)塔內(nèi)部件和襯里的安全。事故噴淋水系統(tǒng)是根據(jù)爐后最大煙氣溫度和 20 min內(nèi)所能承受的最大煙氣量進(jìn)行設(shè)計(jì)的。三河電廠脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)有足夠的裕量,通過(guò)噴淋層的噴淋,使鍋爐從最低穩(wěn)燃負(fù)荷(30% )到BMCR工況都能正常運(yùn)行。

4　脫硫無(wú)煙氣旁路技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于三河電廠二期擴(kuò)建工程來(lái)說(shuō),取消煙氣旁路煙道優(yōu)勢(shì)相對(duì)較多,可簡(jiǎn)化工藝,相對(duì)減少故障點(diǎn),有利于優(yōu)化廠區(qū)布置,節(jié)省建設(shè)場(chǎng)地,確保 FGD裝置的投運(yùn)和污染物排放的控制,節(jié)省基建及運(yùn)行費(fèi)用,具體體現(xiàn)在如下方面。

4.1　確保SO2 及其它污染物的排放控制

采用無(wú)旁路煙道技術(shù)可使FGD與機(jī)組“三同時(shí)”(同時(shí)設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行) ,只要機(jī)組運(yùn)行,就必須投入脫硫系統(tǒng),從而杜絕了部分電廠利用旁路煙道排煙運(yùn)行的可能性,有效控制了電廠污染物的排放。

4.2　減少脫硫系統(tǒng)故障點(diǎn)

采用無(wú)旁路煙道技術(shù),簡(jiǎn)化了工藝流程,減少了設(shè)備數(shù)量,從而相對(duì)減少了故障點(diǎn),同時(shí)減輕了設(shè)備維護(hù)量。例如增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)合并設(shè)置, 可減少1 臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)及其相關(guān)輔助系統(tǒng); 取消 FGD出入口擋板和旁路擋板及其密封系統(tǒng),特別是取消GGH則可大大降低故障率。

4.3　減緩原煙氣煙道腐蝕

使用旁路煙道易使凈煙氣部分回流,從而導(dǎo)致部分原煙氣煙道腐蝕,并增加了對(duì)鍋爐爐膛負(fù)壓的擾動(dòng),如不設(shè)旁路則可完全杜絕此現(xiàn)象的發(fā)生。

4.4　簡(jiǎn)化工藝系統(tǒng)

采用無(wú)旁路煙道技術(shù)優(yōu)化了工藝系統(tǒng)。取消 FGD進(jìn)口擋板、旁路擋板、旁路煙道、GGH,增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)合并布置,這樣煙氣從除塵器出口經(jīng)引風(fēng)機(jī)直接到吸收塔,然后至冷卻塔排放,工藝流程順暢,便于脫硫系統(tǒng)自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)。

4.5　優(yōu)化建設(shè)模式

當(dāng)取消旁路煙道且增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)合并、 FGD布置于冷卻塔前時(shí), FGD的煙氣系統(tǒng)不再是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),完全可納入主體工程的設(shè)計(jì)當(dāng)中,此時(shí)可將吸收塔及其輔助系統(tǒng)作為脫硫廠商的設(shè)計(jì)和承包范圍,把FGD的煙風(fēng)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、制漿和供漿系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)納入工程主體設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)范圍, 從而減少設(shè)計(jì)接口,便于工程的實(shí)施。

4.6　節(jié)省基建投資與檢修運(yùn)行費(fèi)用

采用無(wú)煙氣旁路技術(shù)簡(jiǎn)化了工藝系統(tǒng)、減少了設(shè)備、節(jié)省了場(chǎng)地,從而節(jié)約基建投資,節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。具體對(duì)比指標(biāo)見(jiàn)下表1。

5　調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法

FGD系統(tǒng)取消旁路系統(tǒng),則脫硫裝置是直接與電廠主機(jī)系統(tǒng)連接,對(duì)脫硫系統(tǒng)自身的安全性及設(shè)備可用率要求很高,甚至應(yīng)高于電廠機(jī)組的可用率。否則一旦脫硫裝置出現(xiàn)故障,則會(huì)造成電廠機(jī)組停機(jī)。在脫硫調(diào)試過(guò)程中,主要把握以下技術(shù)難點(diǎn),保證脫硫系統(tǒng)的可靠行和安全性。

5.1　漿液循環(huán)泵跳閘造成機(jī)組跳閘

三河電廠二期脫硫工程設(shè)計(jì)了3臺(tái)漿液循環(huán)泵,在正常運(yùn)行中3臺(tái)泵均運(yùn)行,沒(méi)有備用泵。為防止因某一個(gè)或兩個(gè)漿液循環(huán)泵跳閘造成機(jī)組跳閘, 在邏輯上做了嚴(yán)格的限制:只有當(dāng)3臺(tái)漿液循環(huán)泵均跳閘時(shí)(或無(wú)漿液循環(huán)泵運(yùn)行)才觸發(fā)鍋爐MFT; 當(dāng)一臺(tái)或兩臺(tái)漿液循環(huán)泵跳閘時(shí),觸發(fā)漿液循環(huán)泵跳閘報(bào)警并要求減機(jī)組負(fù)荷。同時(shí)由于3臺(tái)漿液循環(huán)泵采購(gòu)于瑞士Sulzer公司,性能可靠性較高,在調(diào)試和運(yùn)行中未發(fā)生過(guò)質(zhì)量問(wèn)題。自三河電廠二期工程通過(guò)168 h試運(yùn)行至今,也未發(fā)生過(guò)因漿液循環(huán)泵跳閘造成脫硫系統(tǒng)、機(jī)組跳閘的問(wèn)題。

5.2　入口煙溫高造成脫硫系統(tǒng)損壞或機(jī)組跳閘

吸收塔入口煙溫過(guò)高時(shí),會(huì)造成吸收塔內(nèi)防腐材料脫落, FRP (玻璃鋼)凈煙道軟化坍塌,脫硫系統(tǒng)癱瘓,機(jī)組停機(jī)。三河電廠二期脫硫工程設(shè)計(jì)了防超溫的事故噴淋系統(tǒng),解決了機(jī)組在非正常工況運(yùn)行時(shí)吸收塔入口煙溫高的問(wèn)題。同時(shí)制訂了嚴(yán)格的控制程序,其自動(dòng)控制邏輯如下:

(1) 噴淋水箱液位低于3 m,同時(shí)開(kāi)兩路補(bǔ)水電動(dòng)門(mén);噴淋水箱液位高于4. 5 m,同時(shí)關(guān)閉兩路補(bǔ)水電動(dòng)門(mén);

(2) 當(dāng)煙溫大于等于155℃,啟動(dòng)一路事故噴淋氣動(dòng)門(mén);如果當(dāng)煙溫小于等于150℃并且吸收塔出口溫度小于等于65℃,自動(dòng)停這路事故噴淋;

(3) 當(dāng)煙溫大于等于165℃,同時(shí)啟動(dòng)兩路事故噴淋氣動(dòng)門(mén);如果當(dāng)煙溫小于等于155℃并且吸收塔出口溫度小于等于65℃,自動(dòng)停止一路事故噴淋;如果當(dāng)煙溫小于等于150℃并且吸收塔出口溫度小于等于65℃,自動(dòng)停止剩下那路事故噴淋;

(4) 當(dāng)煙溫大于等于165℃,同時(shí)啟動(dòng)兩路事故噴淋氣動(dòng)門(mén),如噴淋20 min煙溫仍然大于等于165℃,則鍋爐引風(fēng)機(jī)跳閘,同時(shí)發(fā)鍋爐MFT。運(yùn)行人員手動(dòng)關(guān)閉事故噴淋。

5.3　石灰石漿液供應(yīng)系統(tǒng)故障

三河電廠二期脫硫工程設(shè)計(jì)了兩套互為獨(dú)立的石灰石漿液供應(yīng)系統(tǒng),即兩套供應(yīng)系統(tǒng)在正常運(yùn)行中有各自的供漿泵及供漿管路,做到互不干擾。可以使用一套漿液供應(yīng)系統(tǒng)供漿,也可以同時(shí)使用兩套漿液供應(yīng)系統(tǒng)。本質(zhì)上這是石灰石漿液供應(yīng)系統(tǒng)的一運(yùn)一備,而不是單純的供漿泵的一運(yùn)一備,從而避免了石灰石漿液供應(yīng)系統(tǒng)故障時(shí)無(wú)法供漿的問(wèn)題。

5.4　石膏排出系統(tǒng)故障問(wèn)題

石膏排出系統(tǒng)對(duì)脫硫系統(tǒng)及機(jī)組正常運(yùn)行極其重要,如果石膏排出系統(tǒng)出現(xiàn)故障,將造成吸收塔內(nèi)石膏無(wú)法排出,漿液濃度增加,漿液pH 降低,吸收塔液位增加,擾動(dòng)泵出力增大,脫硫效率降低;當(dāng)漿液濃度增大到超出石膏排出泵的設(shè)計(jì)出力時(shí),石膏排出泵將會(huì)無(wú)法排漿,造成排出系統(tǒng)癱瘓而引起機(jī)組停機(jī)。三河電廠二期脫硫工程設(shè)計(jì)了2臺(tái)石膏排出泵,一旦其中一臺(tái)石膏排出泵故障跳閘或檢修時(shí),可使用另一臺(tái)泵排出石膏;如果石膏排出管路堵塞或斷裂無(wú)法排石膏漿液時(shí), 可以通過(guò)吸收塔底部的緊急排放手動(dòng)門(mén),把石膏漿液排入吸收塔地坑,通過(guò)地坑泵把石膏漿液排往事故漿液箱,事故漿液箱可以存儲(chǔ)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)3天左右的石膏漿液,從而保證石膏排出系統(tǒng)的故障恢復(fù),保證機(jī)組的正常運(yùn)行。

5.5　鍋爐啟動(dòng)初期造成脫硫系統(tǒng)污染

鍋爐在冷態(tài)啟動(dòng)初期等離子模式運(yùn)行時(shí),煤粉燃燒不完全,會(huì)造成原煙氣中粉塵濃度過(guò)高,石灰石漿液部分失效,化學(xué)反應(yīng)變慢, pH降低,脫硫效率降低;當(dāng)燃燒不穩(wěn)投油助燃時(shí),會(huì)造成油污進(jìn)入吸收塔漿液,加速吸收塔內(nèi)部防腐材料老化。為避免此問(wèn)題,制訂了嚴(yán)格的措施:鍋爐啟動(dòng)前4 ～8 h投入電除塵,鍋爐引送風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前0. 5～1 h 投入漿液循環(huán)泵,在等離子模式及投油時(shí),連續(xù)補(bǔ)水、補(bǔ)石灰石漿液和排出吸收塔底部的石膏漿液, 此問(wèn)題得到圓滿解決。

6　結(jié)論

濕法脫硫無(wú)煙氣旁路技術(shù)相對(duì)于有煙氣旁路而言,具有簡(jiǎn)化工藝,相對(duì)減少故障點(diǎn),有利于優(yōu)化廠區(qū)布置及節(jié)省建設(shè)場(chǎng)地,確保FGD裝置的投運(yùn)和污染物排放的控制,節(jié)省基建及運(yùn)行費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。濕法脫硫無(wú)煙氣旁路從技術(shù)上講是可行的, 從實(shí)踐上看是安全可靠的。三河電廠二期工程通過(guò)168 h試運(yùn)至今從未發(fā)生過(guò)因脫硫系統(tǒng)跳閘造成機(jī)組跳閘的問(wèn)題可以證明這一點(diǎn)。濕法脫硫無(wú)煙氣旁路技術(shù)必將取代或取消濕法脫硫有煙氣旁路技術(shù),成為未來(lái)環(huán)保發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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