發(fā)電廠煙氣海水脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊震力，沈曉群

（1.舟山朗熹發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 舟山 316012；2.浙江海洋學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江 舟山 316004）

舟山朗熹發(fā)電有限責(zé)任公司（舟山發(fā)電廠）現(xiàn)有裝機(jī)容量為260 MW，是舟山電網(wǎng)主力發(fā)電廠，每年消耗標(biāo)準(zhǔn)煤60萬t以上，所排放的SO2占舟山市總排放量的70%左右。為減少硫化物排放，利用發(fā)電廠位于海邊的優(yōu)點(diǎn)，在浙江省內(nèi)首次對(duì)現(xiàn)有的2臺(tái)機(jī)組配套建設(shè)海水脫硫裝置。

1 海水脫硫工藝原理

與傳統(tǒng)濕法煙氣脫硫工藝相比，海水脫硫工藝的洗滌介質(zhì)是海水而不是石灰石或碳酸鈉等漿液。海水通常呈弱堿性，具有天然的酸堿緩沖能力及吸收SO2的能力，煙氣大面積與海水接觸，使煙氣中的SO2溶于水，從而降低其含量。

舟山發(fā)電廠的煙氣脫硫采用海水脫硫工藝，用海水作為脫硫劑，不設(shè)置氣-氣換熱器（GGH），2臺(tái)爐共用1座鋼筋混凝土吸收塔，1座曝氣池，脫硫效率≥90%。整套脫硫裝置主要包括：煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、海水供應(yīng)系統(tǒng)、海水恢復(fù)系統(tǒng)及與之配套的電氣、儀表及控制系統(tǒng)，如圖1如示。

從冷凝器過來的海水由升壓泵升壓后，通過噴淋系統(tǒng)在吸收塔里噴灑形成霧狀液滴，與含有SO2的煙氣充分接觸、混合，可溶解的SO2被海水吸收形成亞硫酸根離子（SO32-）和氫離子（H+），吸收塔排出的海水依靠重力流入海水恢復(fù)系統(tǒng)。在曝氣池中，利用曝氣風(fēng)機(jī)向吸收了SO2的海水中通入大量空氣，使亞硫酸根離子（SO32-）和空氣中的氧氣（O2）反應(yīng)生成穩(wěn)定的硫酸根離子（SO42-），海水中的碳酸根離子（CO32-）和重碳酸根離子（HCO3-）則與氫離子（H+）反應(yīng)， 海水 pH 值得以恢復(fù)。最后，將符合污水排放標(biāo)準(zhǔn)的海水排回大海。

在吸收塔中：

在曝氣池中：

海水吸收SO2最終生成的硫酸鹽，是一種無害物質(zhì)，是海水中鹽分的主要成分，對(duì)海水生物來說是不可缺少的。

2 脫硫DCS控制系統(tǒng)

2.1 控制方案的選擇

脫硫系統(tǒng)控制方式有2種方案：一是采用獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，需單獨(dú)設(shè)置PLC電子室、操作員站和工程師站；二是共用1，2號(hào)機(jī)組的DCS控制系統(tǒng)，可不設(shè)獨(dú)立的脫硫控制室，相關(guān)操作和監(jiān)視在集控室1，2號(hào)機(jī)組操作員站上完成。共用1，2號(hào)機(jī)組電子設(shè)備間和工程師站。

脫硫系統(tǒng)的煙氣環(huán)節(jié)是鍋爐引風(fēng)機(jī)之后的煙道延伸，其控制直接影響鍋爐運(yùn)行的可靠性，采用與主系統(tǒng)相同的DCS，就便于與主系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享、控制系統(tǒng)優(yōu)化、減少運(yùn)行人員，也便于維護(hù)。因此海水脫硫的控制系統(tǒng)采用了第二種方案，選用了與1，2號(hào)機(jī)組相同的NETWORK-6000分散控制系統(tǒng)（DCS），硬件構(gòu)成由系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)界面MMI（包括操作員站和工程師站）、控制網(wǎng)絡(luò)、分散處理單元（DPU）、I/O網(wǎng)絡(luò)和I/O模件等組成，軟件體系包括操作系統(tǒng)、組態(tài)軟件（人機(jī)界面MMI組態(tài)軟件和控制策略組態(tài)軟件）和應(yīng)用軟件。支持完整的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)體系，即系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)、I/O網(wǎng)。

脫硫控制系統(tǒng)采用集中控制方式。1，2號(hào)機(jī)組的電子設(shè)備室設(shè)置1套FGD-DCS機(jī)柜，在爆氣風(fēng)機(jī)房電子室設(shè)置1套遠(yuǎn)程I/O機(jī)柜。不設(shè)獨(dú)立的脫硫控制室，所有脫硫系統(tǒng)的相關(guān)操作和監(jiān)視在集控室完成。

2.2 DCS控制網(wǎng)絡(luò)

圖1 煙氣海水脫硫系統(tǒng)

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用客戶站結(jié)構(gòu)，每個(gè)操作員站都有數(shù)據(jù)庫并具有數(shù)據(jù)處理能力，操作站正常運(yùn)行不依賴于服務(wù)器或工程師站。操作員站、服務(wù)器、工程師站都采用工控機(jī)，工控機(jī)配置無特殊要求，操作員站和服務(wù)器采用Windows NT操作系統(tǒng)。工程師站采用Windows 2000操作系統(tǒng)，便于使用更多的應(yīng)用軟件，如CAD、光盤刻錄、GPS對(duì)時(shí)等。服務(wù)器采用冗余配置，每臺(tái)機(jī)組2對(duì)服務(wù)器共4臺(tái)，分別對(duì)應(yīng)鍋爐和汽機(jī)控制層，如此分配可以使服務(wù)器負(fù)荷均勻、負(fù)荷率低，即使機(jī)組在非正常工況下，也不會(huì)由于數(shù)據(jù)大量交換而引起服務(wù)器死機(jī)。1，2號(hào)機(jī)組公用系統(tǒng)也分配1對(duì)服務(wù)器，服務(wù)公用系統(tǒng)的控制層。

2.3 脫硫控制系統(tǒng)的配置

為使脫硫系統(tǒng)不影響1，2號(hào)機(jī)組控制系統(tǒng)，保證機(jī)組安全、可靠地運(yùn)行，將脫硫系統(tǒng)與1，2號(hào)機(jī)組控制系統(tǒng)分開，接入公用服務(wù)器中，但獨(dú)立于現(xiàn)有公用系統(tǒng)控制網(wǎng)。在公用系統(tǒng)服務(wù)器中增加數(shù)據(jù)采集卡用于連接脫硫系統(tǒng)，通過公用系統(tǒng)服務(wù)器把脫硫系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)布到1，2號(hào)機(jī)組操作站，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員對(duì)脫硫系統(tǒng)的操作和監(jiān)視。脫硫系統(tǒng)DCS與機(jī)組DCS聯(lián)系的重要控制信號(hào)通過硬接線連接。除啟停階段的部分準(zhǔn)備工作需由輔助運(yùn)行人員協(xié)助檢查外，脫硫系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、正常運(yùn)行和異常工況處理均可在主體控制室內(nèi)完成。

為保證在脫硫系統(tǒng)故障情況下主機(jī)組仍能安全運(yùn)行，在操作臺(tái)上分別單獨(dú)設(shè)置1，2號(hào)爐旁路煙氣擋板門緊急操作按鈕，在脫硫DCS失控而不能打開旁路煙氣擋板門時(shí)，可手動(dòng)操作按鈕打開。電氣系統(tǒng)監(jiān)控（ECS）也納入了脫硫DCS控制系統(tǒng)。

2.4 脫硫DCS控制系統(tǒng)功能

DCS控制系統(tǒng)功能包括數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）和開關(guān)量順序控制系統(tǒng)（SCS）。

控制系統(tǒng)功能總的設(shè)計(jì)原則為：當(dāng)煙氣脫硫系統(tǒng)（FGD）發(fā)生異常、故障或事故時(shí)，能通過聯(lián)鎖保護(hù)自動(dòng)切除有關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)；同時(shí)進(jìn)行事故記錄，并對(duì)異常參數(shù)或狀態(tài)進(jìn)行事故追憶；當(dāng)鍋爐主燃料失去（MFT）動(dòng)作時(shí)，自動(dòng)停止FGD系統(tǒng)的運(yùn)行。

3 海水脫硫系統(tǒng)運(yùn)行情況及存在問題

海水脫硫系統(tǒng)于2008年9月投運(yùn)，2009年10月進(jìn)行了大修，運(yùn)行總體情況正常，但也發(fā)生過一些問題，經(jīng)處理得到解決。

3.1 脫硫效率高帶來廠用電量增加

2009年1-10月，1號(hào)機(jī)組脫硫投運(yùn)率為99.77%，脫硫效率 97.15%；2號(hào)機(jī)組脫硫投運(yùn)率97.15%，脫硫效率97.59%。說明海水脫硫系統(tǒng)可利用性很高，實(shí)際效率高于90%的設(shè)計(jì)值，雖對(duì)環(huán)保有利，但因?yàn)槊摿蛐侍岣?，SO2溶于海水量增大，使海水的酸性增大，為了使海水達(dá)標(biāo)排放，必須開大曝氣風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，從而使廠用電增加。對(duì)此進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)若脫硫效率太高，而曝氣風(fēng)機(jī)風(fēng)量開大后海水pH值仍不能達(dá)標(biāo)時(shí)，可停運(yùn)1臺(tái)海水升壓泵，略降低脫硫效率，使海水排放達(dá)標(biāo)。實(shí)際證明運(yùn)行1臺(tái)海水升壓泵，脫硫效率仍能達(dá)到95%，說明原來設(shè)計(jì)的裕量較大。

3.2 噴淋管小孔堵塞引起脫硫效率下降

2009年4月發(fā)現(xiàn)脫硫效率下降，最低至89%，停用脫硫系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)吸收塔內(nèi)的噴淋管小孔有堵塞現(xiàn)象，經(jīng)處理后脫硫效率恢復(fù)正常，8月20日再次發(fā)生同樣問題，進(jìn)行了相同的處理。

噴淋管小孔容易堵的原因是小孔太小，海水的臟物容易堵塞小孔，針對(duì)這種現(xiàn)象，在新建機(jī)組的海水脫硫系統(tǒng)中，建議增大噴淋管小孔，并在小孔外加裝霧化片，以解決小孔容易堵的問題。

3.3 凈煙氣煙道積水

脫硫系統(tǒng)投入運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)的排水口較容易堵塞。經(jīng)分析，其原因是凈煙氣的排煙溫度接近海水溫度，凈煙氣濕度大，造成凈煙氣煙道及煙囪底部凝結(jié)大量海水，而海水中又混有大量的灰份，且排水口口徑較小。解決方法是加大排水口的口徑，在排水口處加裝法蘭，有堵塞時(shí)拆除法蘭人工疏通，另外增大排水引出管的坡度，增大水和灰的排出流動(dòng)性。

3.4 煙囪防腐

機(jī)組投運(yùn)不久發(fā)現(xiàn)，旁路煙道與煙囪接口、凈煙道與旁路煙道接口處及煙囪本體均有不同程度的滲漏現(xiàn)象。在脫硫系統(tǒng)大修時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)煙囪內(nèi)的防腐涂層有弓起與開裂現(xiàn)象。分析原因是，當(dāng)煙氣不經(jīng)脫硫系統(tǒng)時(shí)，煙氣溫度超過100℃，而脫硫后的凈煙氣溫度只有10℃～30℃，經(jīng)過冷熱煙氣的變換，防腐涂層和煙囪本體熱脹冷縮，兩者變化速率不一致，從而引起防腐涂層的弓起與開裂。此外由于結(jié)構(gòu)問題，煙囪牛腿處容易侵入酸水，也容易造成腐蝕。由于問題尚未很好解決，在煙囪防腐未處理好前，為了煙囪的安全，凈煙氣通過臨時(shí)煙囪排放。

3.5 吸收塔水位測(cè)量變送器容易堵

吸收塔水位測(cè)量采用壓力變送器，測(cè)點(diǎn)安裝在吸收塔底部，在脫硫系統(tǒng)大修時(shí)發(fā)現(xiàn)吸收塔底部積灰嚴(yán)重，測(cè)點(diǎn)容易被堵住，因此采用變送器測(cè)量液位的方法不適合吸收塔水位測(cè)量，需要尋找新的測(cè)量方法來解決該問題。

4 結(jié)語

煙氣海水脫硫系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)單，使用天然海水和空氣，不需要添加任何化學(xué)物質(zhì)，無廢棄物排放，排水參數(shù)達(dá)標(biāo)即可直接排入大海，投資及運(yùn)行費(fèi)用低，建設(shè)周期短，控制方案簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便，系統(tǒng)脫硫率可達(dá)90%以上，減少污染效果顯著。在沿海地區(qū)，煙氣海水脫硫系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 郝吉明，王書肖，陸永琪.燃煤二氧化硫污染控制技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2] 白賢祥.海水脫硫系統(tǒng)及其與傳統(tǒng)脫硫工藝的對(duì)比[J].華中電力，2002，15（4）∶56-58.

[3] 陳進(jìn)生.嵩嶼電廠煙氣海水脫硫工藝及特點(diǎn)分析[J].電力環(huán)境保護(hù)，2007，23（4）∶31-34.

[4] 白焰，吳鴻，楊國(guó)田.分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.