濕法脫硫工藝的拓展性創(chuàng)新與應(yīng)用
摘要:結(jié)合工程實(shí)際 ,介紹了濕法脫硫技術(shù)的拓展性創(chuàng)新“ 三爐一塔、一爐調(diào)峰” 脫硫技術(shù) ,在研究分析該技術(shù)的特殊性和難點(diǎn)的基礎(chǔ)上 ,進(jìn)行了有針對性的研究開發(fā) ,提出了有效的設(shè)計(jì)思路和控制策略。
關(guān)鍵詞:濕法脫硫,創(chuàng)新,開發(fā),應(yīng)用
0 引言
影響脫硫工程建設(shè)的因素很多 ,主要包括電廠所在區(qū)域的環(huán)境容量、環(huán)保法規(guī)、資源狀況和機(jī)組容量、燃煤硫分、機(jī)組壽命、年運(yùn)行時間、副產(chǎn)品的處置、場地條件、建設(shè)難度等。特別是在建設(shè)初期未考慮安裝脫硫裝置的老機(jī)組 ,將會面臨空間狹小、機(jī)組
容量偏小、資金籌措難、脫硫電價(jià)尚未落實(shí)等困難。為了實(shí)現(xiàn)脫硫成本、 效益的最大化 ,應(yīng)充分結(jié)合電廠的內(nèi)、 外部資源條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
國電天津第一熱電廠 3臺 220 t /h鍋爐煙氣脫硫技改工程是國家《兩控區(qū)酸雨和二氧化硫污染防治“十五” 規(guī)劃 》的重點(diǎn)治理項(xiàng)目 ,也是中國國電集團(tuán)公司重點(diǎn)脫硫技改項(xiàng)目、天津市“藍(lán)天工程” 項(xiàng)目、天津市環(huán)保局專項(xiàng)資金支持的重點(diǎn)項(xiàng)目。國電
環(huán)境保護(hù)研究院在執(zhí)行該項(xiàng)目時 ,根據(jù)電廠的實(shí)際情況 ,本著經(jīng)濟(jì)、有效、SO2減排最大化的原則 ,充分利用電廠經(jīng)拆除、搬遷、改造后騰出的場地 ,在總結(jié)國內(nèi)外“一爐一塔” 和“二爐一塔” 脫硫工程經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上 ,對 3臺鍋爐共用 1套脫硫裝置且保證1臺鍋爐能隨時啟停 ,具有調(diào)蜂能力的濕法脫硫工藝進(jìn)行了拓展性的開發(fā) ,提出了“三爐一塔、一爐調(diào)峰” 的設(shè)計(jì)方案 ,并在工程建設(shè)中得到了有效的實(shí)施 ,取得了成功的經(jīng)驗(yàn) ,填補(bǔ)了國內(nèi)空白 ,開創(chuàng)了現(xiàn)有中小型機(jī)組脫硫的新思路。
1 工藝的提出
天津第一熱電廠地處天津市中心 ,是承擔(dān)天津城區(qū)供熱的老廠 ,機(jī)組采用母管制布置。由于電廠所處區(qū)域環(huán)境敏感度高 ,為達(dá)到天津市的 SO2 排放要求 ,即使燃用硫分為 0.97%的煤炭 ,仍需建設(shè)脫硫效率高達(dá) 95.5%的脫硫裝置。因電廠在建設(shè)初期沒有預(yù)留脫硫建設(shè)場地 ,為了能夠在有限的建設(shè)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn) SO2減排最大化 ,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn) ,我們確定采用國內(nèi)外廣泛應(yīng)用、脫硫效率較高的石灰石—石膏濕法脫硫工藝。
由于電廠鍋爐容量較小 ,燃煤硫分僅 0.97%,且6臺爐共用1座煙囪 ,每側(cè)3臺鍋爐對稱布置。若采用常規(guī)的一爐一塔 ,顯然不經(jīng)濟(jì);若采用已有成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的二爐一塔 ,其經(jīng)濟(jì)性將大大提高;但是 ,結(jié)合天津第一熱電廠的實(shí)際情況 ,我們認(rèn)為實(shí)現(xiàn)3臺鍋爐同時全部脫硫是一個更有價(jià)值和實(shí)際意義的方案。對此 ,國電環(huán)境保護(hù)研究院進(jìn)行了專題研究 ,提出了“ 三爐一塔、一爐調(diào)峰” 的設(shè)計(jì)方案 ,對濕法脫硫工藝進(jìn)行了拓展性創(chuàng)新開發(fā)。
雖然“ 三爐一塔、一爐調(diào)峰” 脫硫方案在國內(nèi)尚無先例 ,存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn) ,但根據(jù)目前的技術(shù)水平 ,其存在的技術(shù)問題是可以解決的。中國國電集團(tuán)、 天津市環(huán)保局在對方案進(jìn)行專家論證的基礎(chǔ)上,給予了肯定和支持。
2 工藝簡介
天津第一熱電廠擬脫硫的 3臺鍋爐運(yùn)行工況較復(fù)雜 ,只在冬季供熱期才同時滿負(fù)荷運(yùn)行 ,一年中有8個月是2臺爐運(yùn)行,調(diào)峰時還有1臺爐運(yùn)行的情況。這為脫硫工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)增加了難度。三爐一塔、一爐調(diào)峰脫硫工藝系統(tǒng)流程見圖1。
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3 工藝流程的特殊性
與常見的“一爐一塔” 和“二爐一塔” 工藝相比 ,“三爐一塔、一爐調(diào)峰” 工藝流程存在諸多特殊性 ,在研究開發(fā)時重點(diǎn)考慮的因素有:
(1)由于電廠需要 3臺爐頻繁調(diào)峰運(yùn)行 ,在工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上 ,考慮到調(diào)峰的方便性 ,把離煙囪最近的 11號爐用作調(diào)峰 ,設(shè)置入口、旁路煙道及擋板門 ,從而保證在任何工況下 ,該鍋爐都可以自由進(jìn)、出脫硫系統(tǒng)。同時 ,還避免了脫硫系統(tǒng)運(yùn)行期間 , 3
臺鍋爐都無法停爐檢修的問題。
(2)總煙氣量來自 3臺鍋爐 ,故系統(tǒng)設(shè)置了 3臺循環(huán)泵 ,這樣可以在工藝設(shè)計(jì)上考慮一一對應(yīng)運(yùn)行的可能性 ,這種運(yùn)行方式相對比較經(jīng)濟(jì)。由于任何一臺鍋爐的啟、 停以及負(fù)荷變化都會造成總煙氣量大幅度變化 ,考慮到脫硫系統(tǒng)與鍋爐間的相互影響 ,特別是脫硫增壓風(fēng)機(jī)與鍋爐送、引風(fēng)機(jī)之間的協(xié)調(diào)和穩(wěn)定運(yùn)行 ,增壓風(fēng)機(jī)采用了動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。
(3)煙氣量變化時 , FGD系統(tǒng)內(nèi)煙道氣流速度波動范圍很大 ,如果脫硫裝置在較低負(fù)荷下運(yùn)行 ,煙道底部很容易積灰 ,并在吸收塔入口煙道發(fā)生垢下腐蝕。為解決這一問題 ,我們采用提高煙道內(nèi)煙氣流速的方案 ,保證 2臺爐運(yùn)行時流速合理 , 3臺爐運(yùn)行時可以正常工作。
除了上述 3方面因素外 ,還要根據(jù)電廠實(shí)際煙氣情況 ,綜合考慮脫硫系統(tǒng)內(nèi)部其他因素對較大煙氣量變化的適應(yīng)性。
4 控制方案的確定
4 . 1 擋板門的控制方式
在“三爐一塔” 中 ,如何實(shí)現(xiàn)擋板門的實(shí)際價(jià)值 ,對脫硫系統(tǒng)和機(jī)組的正常運(yùn)行有重大意義。從圖 1可以看出 ,工藝方案中共設(shè)置了5個擋板門 ,除了常規(guī)脫硫系統(tǒng)中的入口、出口和旁路擋板門之外,調(diào)峰鍋爐獨(dú)立設(shè)置了入口和旁路 2套擋板門。調(diào)峰鍋爐具有相對獨(dú)立的進(jìn)、出脫硫系統(tǒng)的自由性。當(dāng)脫硫系統(tǒng)正常投入時 ,調(diào)峰鍋爐可以自由選擇是否進(jìn)入脫硫系統(tǒng) ,也就是說 ,調(diào)峰鍋爐的入口、旁路擋板門執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作不影響脫硫系統(tǒng)其他 3個擋板門的狀態(tài)。但是 ,當(dāng)脫硫系統(tǒng)未正常投入時 ,調(diào)峰鍋爐的自由性將受整個脫硫系統(tǒng)的影響,從控制對象的角度來說 ,系統(tǒng)中 5套擋板門將彼此影響。
4 . 2 增壓風(fēng)機(jī)的控制方式
動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的應(yīng)用 ,在一定程度上緩解了煙氣量大幅度變化對脫硫系統(tǒng)及機(jī)組的影響。在不影響機(jī)組正常運(yùn)行的前提下 ,實(shí)現(xiàn)動葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動控制是脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的難點(diǎn)。在“三爐一塔、一爐調(diào)峰” 工藝中 ,由于大范圍的煙氣量變化及實(shí)際的煙道布置狀況 ,動葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置使煙氣的設(shè)計(jì)流向發(fā)生改變 ,實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn):在一定的負(fù)荷下 ,動葉位置將導(dǎo)致凈煙氣通過原煙道再次進(jìn)入吸收塔。此時 ,應(yīng)將原煙氣 SO2 濃度和溫度變化率作為參考量 ,確定動葉是否處于最佳位置。
4 . 3 鍋爐負(fù)荷變化時的控制系統(tǒng)反應(yīng)方案
“ 三爐一塔、一爐調(diào)峰” 脫硫工藝流程中 ,鍋爐負(fù)荷變化帶來的煙氣量擾動 ,要求系統(tǒng)內(nèi)各個控制回路和控制參數(shù)都要作適當(dāng)調(diào)整;大部分自動控制回路必須切換為手動控制。在脫硫控制系統(tǒng)中 ,鍋爐負(fù)荷是通過鍋爐蒸發(fā)量間接反映的。鍋爐負(fù)荷通常作為加漿流量和增壓風(fēng)機(jī)壓力控制的前饋信號參與控制 ,它可使控制系統(tǒng)快速反應(yīng)。在以往的鍋爐負(fù)荷測試過程中發(fā)現(xiàn):鍋爐負(fù)荷的起伏 ,對脫硫系統(tǒng)有較大影響。
5 控制方案的難點(diǎn)
脫硫系統(tǒng)作為火電廠的大型輔助設(shè)備 ,自動化水平應(yīng)與機(jī)組保持一致 ,以實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的啟動、正常運(yùn)行工況的監(jiān)視和調(diào)整、停機(jī)以及事故處理。就整個脫硫系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度來講 ,遠(yuǎn)不如火電廠熱力設(shè)備 ,但是該系統(tǒng)在整套設(shè)備運(yùn)行中的參數(shù)檢測、控制指標(biāo)等方面具有其特殊性 ,即不同于火電熱控方式 ,卻具備化工過程控制的特點(diǎn)。
在脫硫系統(tǒng)中 ,部分重要的被控對象具有較大的延遲和慣性 ,主要反映在液、固物料的質(zhì)量和化學(xué)反應(yīng)慣性上 ,基本上與蓄熱量無關(guān)。另外 ,脫硫系統(tǒng)的控制不僅要準(zhǔn)確反映其系統(tǒng)內(nèi)部的工藝特點(diǎn) ,還要考慮整套系統(tǒng)對機(jī)組運(yùn)行的影響 ,而且這種影響將作為整個脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的前提條件。
目前 ,在國、內(nèi)外設(shè)計(jì)、應(yīng)用的脫硫系統(tǒng)中 ,三爐一塔工藝方案比較少見。在天津第一熱電廠脫硫項(xiàng)目中 ,除了工藝上做一些特殊性考慮 ,且在控制方案的制定上也給予相應(yīng)的反映外 ,還對常見濕法脫硫控制策略在一些細(xì)節(jié)上作了適當(dāng)調(diào)整。在確定控制方案時 ,著重考慮了擋板門的控制、增壓風(fēng)機(jī)壓力控制、 鍋爐負(fù)荷變化控制。這三個方面是反映三爐一塔特殊性和難點(diǎn)的靈魂。
6 工程建設(shè)概況
天津第一熱電廠脫硫系統(tǒng)于 2006年10月31日通過天津市環(huán)保局組織的環(huán)保驗(yàn)收。脫硫效率達(dá)到99% ,除塵效率 80% ,脫硫裝置各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)要求。
到目前為止 ,該工程已創(chuàng)造了多個國內(nèi)第一 ,其中最主要的有:
(1)首次采用“三爐一塔、一爐調(diào)峰” 的濕法脫硫工藝;
(2)煙道改造工程時間最短 (15 d) ,工程量最大(5個擋板門、 煙道增高加固、 新建煙道 ) ;
(3)首次采用液壓頂升倒裝法完成變徑吸收塔的安裝;
(4)施工場地嚴(yán)重緊缺、無組裝場地 ,且建設(shè)場地中存在承擔(dān)電廠 6臺鍋爐連續(xù)運(yùn)行的灰溝 ,使得施工作業(yè)面不能同時展開 ,只能工序施工 ,而工程進(jìn)度不低于常規(guī)脫硫工程的建設(shè)周期。“三爐一塔、一爐調(diào)峰” 脫硫工藝目前已申報(bào)多項(xiàng)國家專利。
7 結(jié)語
工程實(shí)踐證明:“三爐一塔、一爐調(diào)峰” 脫硫技術(shù)既可充分利用濕法脫硫工藝脫硫效率高、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn) ,又可最大限度地減少占地面積和單位投資成本 ,能在有限的場地和投資條件下 ,實(shí)現(xiàn)SO2減排最大化。該技術(shù)的成功開發(fā)和應(yīng)用 ,為我國“十一五” 期間近 1億 kW中小型老機(jī)組的脫硫改造提供了性價(jià)比高、實(shí)施性強(qiáng)的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的脫硫技術(shù) ,填補(bǔ)了國內(nèi)空白 ,開創(chuàng)了現(xiàn)有中小型機(jī)組脫硫的新思路。
天津第一熱電廠脫硫技改工程的成功投運(yùn)大大削減了 SO2及煙塵的排放 ,對天津市及其周邊地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量的改善 ,確保“十一五” 天津市二氧化硫排放總量削減 10%和“藍(lán)天工程” 目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) ,對樹立國電集團(tuán)良好的企業(yè)形象具有重要意義。
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