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風險,是否采用無煙氣旁路成為國內(nèi)電力企業(yè)關注的一個問題。首先分析了國內(nèi)濕法煙氣脫硫裝置設置煙氣旁路的目的,闡述了國外煙氣旁路規(guī)定和設置情況,以國華三河發(fā)電有限責任公司二期工程采用無煙氣旁路及煙塔合一技術的工程實踐為例,對火電廠煙氣脫硫工程取消煙氣旁路的相關問題進行了探討,指出火電廠濕法煙氣脫硫工程無旁路具有明顯的技術、資金和環(huán)保優(yōu)勢,是未來環(huán)保發(fā)展的必然趨勢。

關鍵詞:火電廠,濕法煙氣脫硫,無煙氣旁路

0　引言

國華三河發(fā)電有限責任公司(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)濟技術開發(fā)區(qū)東側。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臺日本進口三菱重工350 MW凝汽式汽輪發(fā)電機組, 1、2 號機組分別于 1999年12月、2000年4月投產(chǎn)。二期工程安裝2 臺國產(chǎn)東方動力集團300 MW 供熱機組,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當?shù)睾捅本┦械沫h(huán)境影響,向北京市提供清潔能源,建設綠色環(huán)保電廠, 二期同步建設煙氣脫硫、脫硝裝置。2臺機組采用全煙氣脫硫無旁路、煙塔合一技術,引風機與增壓風機合一,取消了GGH。這種技術屬于國內(nèi)首例,填補了我國電廠脫硫技術無旁路的空白。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,鍋爐原煙氣直接進入吸收塔,脫硫降塵后,將經(jīng)脫硫后的煙氣通過穿過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,完全達到了《火電廠大氣污染物排放標準》的要求。

1　設置煙氣旁路的目的

目前國內(nèi)電廠建設的石灰石2石膏濕法脫硫工程中一般都設置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)下與機組隔離,含有SO2 的煙氣不經(jīng)過吸收塔脫硫,直接由旁路系統(tǒng)流經(jīng)煙囪排出,從而不影響機組正常運行發(fā)電;同時當FGD或鍋爐處于故障狀態(tài)下(例如機組發(fā)生MFT、FGD入口煙氣超溫、漿液循環(huán)泵跳閘、增壓風機跳閘等)使煙氣繞過FGD,也避免對FGD設備造成影響或損害。同時機組冷態(tài)啟動初期,為了防止煙氣中未燃燼的煤粉和油滴進入吸收塔漿液,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, 煙氣一般通過旁路煙道直接排入煙囪。待煙溫升高、電除塵器投運使煙氣粉塵含量小于FGD裝置的進口要求后,增壓風機啟動, FGD 裝置進出口擋板打開,旁路擋板逐漸關閉,脫硫系統(tǒng)開始運行。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)定和設置情況

國外不同國家FGD裝置旁路煙道設置情況不盡相同,根據(jù)掌握的有限資料,僅對德國、日本、美國和中國的旁路煙道設置情況做簡要介紹。

2.1　德國對煙氣旁路設置規(guī)定

德國對脫硫煙氣旁路設置沒有明確規(guī)定。由于德國對脫硫運行環(huán)保標準要求嚴格,電廠基本上都不設煙氣旁路,特別是采用煙塔合一電廠,均取消了煙氣旁路。2004年前,德國標準規(guī)定SO2 排放濃度為400 mg/m3 ,同時要求機組每年不帶脫硫裝置運行不能超過240 h, 2004年后標準規(guī)定SO2 排放濃度降為200 mg/m3 ,每年不帶脫硫裝置運行在100～120 h,每次不能超過72 h。國外電廠在鍋爐啟動和穩(wěn)燃時均要求投運電除塵器,使進入吸收塔的粉塵濃度比較低。

2.2　日本對煙氣旁路設置規(guī)定

日本JEAG 3603—2002 排煙處理設備導則 4. 4. 2節(jié)煙氣系統(tǒng)設計要點對旁路煙道規(guī)定:在全容量處理煙氣的脫硫設備中,宜采取配置旁路煙道等措施。同時該標準介紹并推薦采取無旁路煙道系統(tǒng)配置,簡化工藝,節(jié)約資金,獲得高脫硫效率。由于日本脫硫設備質量較好,近期建設的許多火電機組均未設置旁路煙道。其原因主要在于日本脫硫設備質量較好、運行可靠性較高,因此 FGD基本不會影響主機的運行安全;且日本環(huán)保標準要求嚴格,建設初期政府即與電廠簽訂環(huán)境保護協(xié)定,并以抽查方式檢驗執(zhí)行情況,因此電廠會在大氣污染防治方面采取一系列積極措施。

2.3　美國對煙氣旁路設置要求

美國國家環(huán)保標準對煙道旁路沒有明確要求,但在1990年對《清潔大氣法》修改出臺后,對 SO2 排放的處罰更嚴厲,有關燃料政策和排污交易等措施使得SO2 排放與經(jīng)濟緊密聯(lián)系起來,所以許多業(yè)主要求并已經(jīng)取消了煙氣旁路。

2.4　國內(nèi)煙氣旁路設置情況

中國火力發(fā)電廠煙氣脫硫設計起步較晚,機組均設置煙氣旁路來保證機組的可靠性,保護吸收塔裝置在事故狀態(tài)時不受損失。

由此可見,國內(nèi)外對煙氣旁路設置均未有硬性規(guī)定,國外大部分電廠由于環(huán)保要求均采用了無煙氣旁路技術,國內(nèi)目前只有三河電廠二期工程采用此技術?？梢酝茢?隨著環(huán)保要求的提高, 采用無煙氣旁路必將成為未來發(fā)展趨勢。

3　三河電廠脫硫無煙氣旁路技術介紹

三河電廠二期工程脫硫系統(tǒng)采用無旁路系統(tǒng)即直通式系統(tǒng)時,從鍋爐來的煙氣經(jīng)引風機升壓后,直接進入吸收塔進行脫硫處理,經(jīng)脫硫后的凈煙氣通過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) 。同時由于未采用旁路煙道,簡化了脫硫工藝系統(tǒng)和布置,增壓風機與引風機合二為一,既減少用地,又節(jié)約工程造價。取消煙氣旁路的技術關鍵點是脫硫裝置的可靠性和可控性。當鍋爐正常運行時,進入FGD 的煙氣超溫 (超過155℃時)或FGD 裝置漿液循環(huán)泵故障全部停運時,煙氣不可能繞開脫硫裝置,而必須進入吸收塔,進行脫硫處理。在吸收塔入口煙道處設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。當入口煙氣溫度超過155℃時, 立即開啟事故噴淋系統(tǒng),向高溫煙氣噴水降溫,使煙氣溫度低于65℃,以保護塔內(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行設計的。三河電廠脫硫系統(tǒng)設計有足夠的裕量,通過噴淋層的噴淋,使鍋爐從最低穩(wěn)燃負荷(30% )到BMCR工況都能正常運行。

4　脫硫無煙氣旁路技術的優(yōu)點

對于三河電廠二期擴建工程來說,取消煙氣旁路煙道優(yōu)勢相對較多,可簡化工藝,相對減少故障點,有利于優(yōu)化廠區(qū)布置,節(jié)省建設場地,確保 FGD裝置的投運和污染物排放的控制,節(jié)省基建及運行費用,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

采用無旁路煙道技術可使FGD與機組“三同時”(同時設計、建設和運行) ,只要機組運行,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

采用無旁路煙道技術,簡化了工藝流程,減少了設備數(shù)量,從而相對減少了故障點,同時減輕了設備維護量。例如增壓風機和引風機合并設置, 可減少1 臺增壓風機及其相關輔助系統(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,從而導致部分原煙氣煙道腐蝕,并增加了對鍋爐爐膛負壓的擾動,如不設旁路則可完全杜絕此現(xiàn)象的發(fā)生。

4.4　簡化工藝系統(tǒng)

采用無旁路煙道技術優(yōu)化了工藝系統(tǒng)。取消 FGD進口擋板、旁路擋板、旁路煙道、GGH,增壓風機與引風機合并布置,這樣煙氣從除塵器出口經(jīng)引風機直接到吸收塔,然后至冷卻塔排放,工藝流程順暢,便于脫硫系統(tǒng)自動化控制的實現(xiàn)。

4.5　優(yōu)化建設模式

當取消旁路煙道且增壓風機和引風機合并、 FGD布置于冷卻塔前時, FGD的煙氣系統(tǒng)不再是一個獨立的系統(tǒng),完全可納入主體工程的設計當中,此時可將吸收塔及其輔助系統(tǒng)作為脫硫廠商的設計和承包范圍,把FGD的煙風系統(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)納入工程主體設計院的設計范圍, 從而減少設計接口,便于工程的實施。

4.6　節(jié)省基建投資與檢修運行費用

采用無煙氣旁路技術簡化了工藝系統(tǒng)、減少了設備、節(jié)省了場地,從而節(jié)約基建投資,節(jié)省運行費用。具體對比指標見下表1。

5　調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題及處理方法

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

5.1　漿液循環(huán)泵跳閘造成機組跳閘

三河電廠二期脫硫工程設計了3臺漿液循環(huán)泵,在正常運行中3臺泵均運行,沒有備用泵。為防止因某一個或兩個漿液循環(huán)泵跳閘造成機組跳閘, 在邏輯上做了嚴格的限制:只有當3臺漿液循環(huán)泵均跳閘時(或無漿液循環(huán)泵運行)才觸發(fā)鍋爐MFT; 當一臺或兩臺漿液循環(huán)泵跳閘時,觸發(fā)漿液循環(huán)泵跳閘報警并要求減機組負荷。同時由于3臺漿液循環(huán)泵采購于瑞士Sulzer公司,性能可靠性較高,在調(diào)試和運行中未發(fā)生過質量問題。自三河電廠二期工程通過168 h試運行至今,也未發(fā)生過因漿液循環(huán)泵跳閘造成脫硫系統(tǒng)、機組跳閘的問題。

5.2　入口煙溫高造成脫硫系統(tǒng)損壞或機組跳閘

吸收塔入口煙溫過高時,會造成吸收塔內(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,機組停機。三河電廠二期脫硫工程設計了防超溫的事故噴淋系統(tǒng),解決了機組在非正常工況運行時吸收塔入口煙溫高的問題。同時制訂了嚴格的控制程序,其自動控制邏輯如下:

(1) 噴淋水箱液位低于3 m,同時開兩路補水電動門;噴淋水箱液位高于4. 5 m,同時關閉兩路補水電動門;

(2) 當煙溫大于等于155℃,啟動一路事故噴淋氣動門;如果當煙溫小于等于150℃并且吸收塔出口溫度小于等于65℃,自動停這路事故噴淋;

(3) 當煙溫大于等于165℃,同時啟動兩路事故噴淋氣動門;如果當煙溫小于等于155℃并且吸收塔出口溫度小于等于65℃,自動停止一路事故噴淋;如果當煙溫小于等于150℃并且吸收塔出口溫度小于等于65℃,自動停止剩下那路事故噴淋;

(4) 當煙溫大于等于165℃,同時啟動兩路事故噴淋氣動門,如噴淋20 min煙溫仍然大于等于165℃,則鍋爐引風機跳閘,同時發(fā)鍋爐MFT。運行人員手動關閉事故噴淋。

5.3　石灰石漿液供應系統(tǒng)故障

三河電廠二期脫硫工程設計了兩套互為獨立的石灰石漿液供應系統(tǒng),即兩套供應系統(tǒng)在正常運行中有各自的供漿泵及供漿管路,做到互不干擾?？梢允褂靡惶诐{液供應系統(tǒng)供漿,也可以同時使用兩套漿液供應系統(tǒng)。本質上這是石灰石漿液供應系統(tǒng)的一運一備,而不是單純的供漿泵的一運一備,從而避免了石灰石漿液供應系統(tǒng)故障時無法供漿的問題。

5.4　石膏排出系統(tǒng)故障問題

石膏排出系統(tǒng)對脫硫系統(tǒng)及機組正常運行極其重要,如果石膏排出系統(tǒng)出現(xiàn)故障,將造成吸收塔內(nèi)石膏無法排出,漿液濃度增加,漿液pH 降低,吸收塔液位增加,擾動泵出力增大,脫硫效率降低;當漿液濃度增大到超出石膏排出泵的設計出力時,石膏排出泵將會無法排漿,造成排出系統(tǒng)癱瘓而引起機組停機。三河電廠二期脫硫工程設計了2臺石膏排出泵,一旦其中一臺石膏排出泵故障跳閘或檢修時,可使用另一臺泵排出石膏;如果石膏排出管路堵塞或斷裂無法排石膏漿液時, 可以通過吸收塔底部的緊急排放手動門,把石膏漿液排入吸收塔地坑,通過地坑泵把石膏漿液排往事故漿液箱,事故漿液箱可以存儲機組滿負荷運行時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,保證機組的正常運行。

5.5　鍋爐啟動初期造成脫硫系統(tǒng)污染

鍋爐在冷態(tài)啟動初期等離子模式運行時,煤粉燃燒不完全,會造成原煙氣中粉塵濃度過高,石灰石漿液部分失效,化學反應變慢, pH降低,脫硫效率降低;當燃燒不穩(wěn)投油助燃時,會造成油污進入吸收塔漿液,加速吸收塔內(nèi)部防腐材料老化。為避免此問題,制訂了嚴格的措施:鍋爐啟動前4 ～8 h投入電除塵,鍋爐引送風機啟動前0. 5～1 h 投入漿液循環(huán)泵,在等離子模式及投油時,連續(xù)補水、補石灰石漿液和排出吸收塔底部的石膏漿液, 此問題得到圓滿解決。

6　結論

濕法脫硫無煙氣旁路技術相對于有煙氣旁路而言,具有簡化工藝,相對減少故障點,有利于優(yōu)化廠區(qū)布置及節(jié)省建設場地,確保FGD裝置的投運和污染物排放的控制,節(jié)省基建及運行費用等優(yōu)點。濕法脫硫無煙氣旁路從技術上講是可行的, 從實踐上看是安全可靠的。三河電廠二期工程通過168 h試運至今從未發(fā)生過因脫硫系統(tǒng)跳閘造成機組跳閘的問題可以證明這一點。濕法脫硫無煙氣旁路技術必將取代或取消濕法脫硫有煙氣旁路技術,成為未來環(huán)保發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻

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