現(xiàn)役燃煤機組脫硫旁路拆除的影響及對策

陳華桂，戴興干

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京 211102)

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)（FGD）安裝于燃煤發(fā)電機組鍋爐煙道的末端、除塵系統(tǒng)之后，用石灰石（CaCO3）漿液做洗滌劑，在吸收塔中對煙氣進行洗滌，從而除去煙氣中的二氧化硫（SO2），因其具有脫硫效率高、處理煙氣量大等優(yōu)點而被火電廠廣泛應(yīng)用。目前采用這一技術(shù)的煙氣脫硫系統(tǒng)大多設(shè)置有100%容量的旁路煙道。在實際運行中，部分發(fā)電企業(yè)存在隨意啟用旁路煙道現(xiàn)象，導(dǎo)致大量SO2直接排放到大氣中，環(huán)境保護部為此下發(fā)了《關(guān)于火電脫硫設(shè)施旁路煙道擋板實施鉛封的通知》（環(huán)辦[2010]91號），要求各地電力企業(yè)逐步拆除旁路煙道，對暫時保留旁路煙道的企業(yè)于2010年9月30日前完成擋板的鉛封工作。為了落實這一政策，確保脫硫設(shè)施的投運率，真正實現(xiàn)脫硫設(shè)施與主機同等管理，在已經(jīng)實現(xiàn)脫硫旁路煙道擋板鉛封的基礎(chǔ)上，江蘇省環(huán)保廳進一步要求全省現(xiàn)役燃煤火電機組在2013年年底之前完成煙氣脫硫裝置旁路擋板門拆除及煙道封堵工作。

1 煙氣脫硫系統(tǒng)旁路煙道的作用

本世紀初期相當一批脫硫系統(tǒng)屬于老廠改造工程，脫硫系統(tǒng)建設(shè)期間，為了不影響主機發(fā)電，設(shè)置了脫硫旁路煙道，如圖1所示。將鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過引風機升壓后不經(jīng)過脫硫系統(tǒng)而直接通過煙囪排入大氣。很多新建電廠因主體部分與脫硫裝置的建設(shè)不能同步完成，也設(shè)置了脫硫系統(tǒng)旁路煙道。

圖1 煙氣脫硫系統(tǒng)旁路煙道示意圖

脫硫系統(tǒng)建成后，旁路煙道在保證鍋爐及脫硫系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行及設(shè)備安全方面仍起著重要的作用[1]。一方面，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，直接由旁路煙道流經(jīng)煙囪排出，從而不影響機組煙風系統(tǒng)的正常運行；另一方面，當FGD或鍋爐處于故障狀態(tài)時，如鍋爐主燃料中斷跳閘（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(shè)備造成影響或損害；另外，在機組冷態(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符合FGD裝置的進口要求后，增壓風機啟動，F(xiàn)GD裝置進出口擋板打開，旁路擋板逐漸關(guān)閉，脫硫系統(tǒng)開始運行。

2 拆除脫硫裝置旁路煙道的影響

對新建機組來說，F(xiàn)GD系統(tǒng)取消旁路煙道，可以通過合理的參數(shù)選取、系統(tǒng)布置、設(shè)備選擇及防腐等措施，加之正確的運行和維護，即可保證電廠主機和FGD裝置的安全[2]。而對于現(xiàn)役機組來說，拆除脫硫旁路及配套改造將會帶來很多問題。

目前，300 MW燃煤機組主流的脫硫工藝是采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫，按一爐一塔配置，并配有一臺靜葉調(diào)節(jié)軸流式增壓風機和三臺漿液循環(huán)泵。脫硫裝置的煙氣系統(tǒng)設(shè)置有煙氣旁路，脫硫系統(tǒng)獨立控制。鍋爐引風機排出煙氣經(jīng)增壓風機升壓后，依次通過氣氣換熱器（GGH）降溫、吸收塔、除霧器、GGH升溫，最后通過煙囪排入大氣[3，4]。下面以此為例來分析拆除脫硫裝置旁路煙道帶來的影響。

2.1 高溫煙氣對脫硫設(shè)施的影響

脫硫吸收塔是煙氣脫硫設(shè)施的核心裝置，系統(tǒng)在塔中完成了對SO2等有害氣體的吸收。吸收系統(tǒng)能承受的溫度為180℃，正常運行時鍋爐引風機的出口煙氣溫度一般為120℃左右，在脫硫塔耐受范圍內(nèi)。當出現(xiàn)鍋爐空氣預(yù)熱器故障停運等緊急情況時，會導(dǎo)致煙氣溫度急劇的升高,由于無脫硫旁路，即使此時鍋爐緊急MFT，仍然會有部分高溫煙氣進入脫硫系統(tǒng)。煙溫過高，會損壞吸收塔設(shè)備，如噴淋層、除霧器以及吸收塔防腐材料等，嚴重時還可能引發(fā)火災(zāi)事故。

2.2 高煙塵對脫硫吸收塔的影響

對采用燃油點火的機組，鍋爐點火啟動時，因需要投油助燃，這時煙氣中會含有油霧。按電除塵的投運要求，這時電除塵也不能投入，因為此時煙氣中的含塵量較高，煙氣中的油霧和粉塵通過脫硫系統(tǒng)后，將被脫硫塔洗滌下來進入漿液系統(tǒng)，對石灰石漿液產(chǎn)生污染，危害到脫硫系統(tǒng)的安全運行和脫硫的效率。具體表現(xiàn)為吸收塔漿液pH值下降、密度降低，效率下降，石膏含水率較大脫水困難，有時有虛假液位及泡沫[5]。嚴重時將對系統(tǒng)產(chǎn)生危害，影響脫硫性能甚至引起漿液中毒。

2.3 對機組設(shè)備可靠性的影響

取消脫硫旁路后，鍋爐的煙氣必須從脫硫吸收塔系統(tǒng)經(jīng)過。因此任何能夠引起脫硫系統(tǒng)退出運行的因素，都會造成鍋爐機組跳閘。這些因素有：除塵器效率差、除塵器退出運行、增壓風機保護跳閘、漿液循環(huán)泵全停等。

2.4 對機組運行控制的影響

現(xiàn)役機組中鍋爐主機和脫硫系統(tǒng)基本都是獨立控制的。它們之間只有少數(shù)信號聯(lián)系。引風機調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)鍋爐爐膛負壓，增壓風機調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)增壓風機入口壓力。由于引風機和增壓風機是串聯(lián)運行的，它們之間往往互相影響。在正常運行中，通過引風機自動調(diào)節(jié)和增壓風機的自動調(diào)節(jié)能夠維持爐膛負壓和增壓風機入口壓力的穩(wěn)定。但在鍋爐大負荷運行情況下，鍋爐的單臺引風機突然跳閘，這時同側(cè)的送風機會連鎖跳閘，從而引發(fā)機組的快速減負荷（RB）動作。單側(cè)風機跳閘后，增壓風機入口煙氣流量突然降低，因增壓風機不能接收到RB信號，調(diào)節(jié)滯后，增壓風機入口壓力，亦即引風機出口壓力，會突然降低。引風機出口壓力降低后，引風機的出力增大，爐膛壓力會降低，這時引風機會自動使控制擋板進一步關(guān)小，從而增壓風機入口煙氣量進一步減小。形成惡性循環(huán)，嚴重時會引起引風機失速，增大了機組運行的不穩(wěn)定性。如果旁路存在，旁路會自動打開，可以化解增壓風機入口壓力的突然變化。但旁路取消后，爐膛負壓的劇烈波動會引起增壓風機入口壓力的劇烈波動，更進一步惡化爐膛負壓的波動。

2.5 對機組啟停順序的影響

脫硫系統(tǒng)設(shè)有旁路時，主機啟動與脫硫啟動分別進行。機組啟動時先開啟脫硫旁路擋板，關(guān)閉FGD原煙氣和凈煙氣擋板，然后啟動鍋爐，待點火油槍撤出，電除塵投入后，開啟FGD原煙氣和凈煙氣擋板啟動脫硫系統(tǒng)，并逐步關(guān)閉旁路擋板，脫硫系統(tǒng)投入正常運行。旁路拆除后，需統(tǒng)籌協(xié)調(diào)脫硫與主機的啟動。

3 脫硫裝置旁路煙道拆除的應(yīng)對措施

3.1 增設(shè)煙氣事故噴淋減溫裝置

為防止事故情況下高溫煙氣進入吸收塔，損壞塔內(nèi)設(shè)備及防腐材料，在吸收塔入口增加事故噴淋系統(tǒng)，噴淋水原則上選用廠用工業(yè)水，噴淋氣動門配保安電源。在吸收塔頂部布置一個事故噴淋水罐，并且適當延長吸收塔的入口煙道，以便于布置事故噴淋噴嘴，且事故噴淋水有足夠的蒸發(fā)、降溫時間。當吸收塔入口煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)檢測到煙氣超溫時，設(shè)置在水罐底部的閥門自動打開，降溫水自流通過管道、噴嘴進入煙氣，迅速被煙氣加熱蒸發(fā)，使得煙溫降低。事故時煙氣噴淋系統(tǒng)投運時應(yīng)注意噴淋水氣動門的狀態(tài)及吸收塔液位，防止增壓風機側(cè)進水。

3.2 鍋爐采用等離子點火或微油點火

鍋爐在啟動過程中不投油或盡量少投油，從而避免燃油和粉塵對脫硫系統(tǒng)吸收塔防腐材料和石灰石漿液的污染，目前大多數(shù)鍋爐采用了等離子無油點火或微油點火技術(shù)可以滿足這一要求。在鍋爐啟動前，應(yīng)采取投汽加熱、合理控制啟動參數(shù)等方法縮短鍋爐啟動時間。在鍋爐開始投粉時，投入電除塵器一電場，以減少進入吸收塔的粉塵量并降低油污染。根據(jù)運行經(jīng)驗和歷次檢修期間的觀察，一電場所沾油污會在運行后受粗顆粒煙塵的高速沖刷而脫落，不影響除塵效果。

在燃油點火階段，吸收塔漿液會受到未燃盡油霧的污染，使脫硫效果變差，為此應(yīng)設(shè)置漿液置換系統(tǒng)，對受污染的漿液進行在線置換，及時排放受到污染的漿液。

3.3 提高脫硫系統(tǒng)的可靠性

脫硫裝置主要由漿液制備系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、煙氣再熱系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)等組成。提高脫硫系統(tǒng)的可靠性也就是提高這幾大系統(tǒng)的可靠性。為保證漿液供應(yīng)系統(tǒng)的可靠性，將從石灰石漿液箱至吸收塔的供漿管道改為雙供漿管道，并采用自動切換方式，以提高吸收塔供漿的可靠性。為提高吸收系統(tǒng)的可靠性，將漿液循環(huán)泵電源分別接于不同的供電段，通過提高供電可靠性來避免因某段電源故障導(dǎo)致吸收塔漿液循環(huán)泵全停，造成機組停運。

根據(jù)目前國內(nèi)已投運的GGH的運行情況來看，GGH部件的腐蝕和換熱元件結(jié)垢堵塞造成的增壓風機運行故障已經(jīng)成為FGD系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的瓶頸之一。GGH結(jié)垢特別嚴重時，煙氣通流面積減小使煙氣流速增加，風機壓力升高。當GGH壓降使風機出口壓力處于風機失速區(qū)，風機嚴重脫離正常運行工況，造成風機喘振。最后導(dǎo)致增壓風機過載跳閘。脫硫旁路拆除后增壓風機跳閘將導(dǎo)致機組停運，造成機組可靠性降低。因此煙氣再熱系統(tǒng)考慮取消GGH，同時對煙囪進行防腐處理。新版《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223－2011）明確要求對火電廠進行脫硝改造，取消GGH致使NOx排放對地面濃度影響有所增加的問題，可在安裝煙氣脫硝裝置后得到解決。對石膏排出泵、石膏旋流器和皮帶脫水機等主要設(shè)備考慮備用，以提高其運行可靠性。此外，為防止保護信號誤動，取消增壓風機軸承溫度高、振動大跳閘保護，取消液位低連鎖停漿液循環(huán)泵保護，將以上信號改為報警。

3.4 對相關(guān)控制邏輯進行優(yōu)化

旁路拆除后，脫硫吸收塔成為鍋爐煙風系統(tǒng)一個重要組成部分，需要考慮主機運行與脫硫運行的協(xié)調(diào)，為此需對相關(guān)的控制和保護邏輯進行優(yōu)化。刪除涉及脫硫旁路擋板的邏輯，將脫硫系統(tǒng)的重要保護與鍋爐MFT合并。增加事故噴淋裝置控制邏輯，當吸收塔入口煙氣溫度升高到160℃時，起動事故噴淋裝置；當煙氣溫度達180℃(煙道防腐鱗片最高耐溫)時，則鍋爐MFT；當脫硫漿液循環(huán)泵全停時，立即起動事故噴淋裝置，同時鍋爐MFT。增壓風機全停時，會造成鍋爐排煙通道不暢，影響爐膛安全，鍋爐MFT。

旁路拆除后，增壓風機的出力將直接影響鍋爐安全穩(wěn)定運行，以引風機和增壓風機均為靜葉調(diào)節(jié)軸流風機為例，為解決引風機與增壓風機在劇烈擾動時的相互協(xié)調(diào)的問題，將增壓風機的靜葉執(zhí)行機構(gòu)的控制信號，由原來的脫硫分布式控制系統(tǒng)（DCS）控制改為主機DCS控制，并將引風機的靜葉擋板開度反饋取平均后作為增壓風機入口壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的前饋，對增壓風機的入口壓力進行調(diào)節(jié)，防止增壓風機失速。

3.5 調(diào)整機組的啟動與停運順序

拆除旁路后機組的啟動順序發(fā)生了變化，啟動脫硫工藝水和制漿系統(tǒng)—啟動氧化風機—啟動吸收塔漿液循環(huán)泵—打開送、引風機葉片開度至100%—啟動增壓風機—依次啟動兩側(cè)送、引風機。各大風機啟動完成后，增壓風機投入自動運行。鍋爐點火時，為防止含油煙氣影響吸收塔漿液，采用等離子點火方式，油槍投入備用。同時，為減少進入吸收塔漿液的煙塵和未燃盡煤粉，要求電除塵器盡早投入運行。停機時，必須等爐膛吹掃完成后，送、引風機和增壓風機均停下后才能停運吸收塔漿液循環(huán)泵—停運氧化風機—停脫硫工藝水和制漿系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

拆除脫硫系統(tǒng)旁路，可從根本上解決燃煤發(fā)電企業(yè)大氣污染物直排的問題，在機組啟停、事故工況時，原煙氣仍將進入吸收塔，經(jīng)脫硫處理后通過煙囪排出，減少了對大氣的污染，杜絕了機組運行中擅自停運脫硫裝置的可能，實現(xiàn)對脫硫設(shè)施運行過程的有效監(jiān)管，提高脫硫設(shè)施運行效率。

脫硫旁路煙道拆除后，脫硫裝置和主機組成為串聯(lián)的生產(chǎn)系統(tǒng)，脫硫裝置必須與主機組設(shè)備按照同樣的標準和要求進行運行和維護，對鍋爐和脫硫的檢修及運行都提出了更高要求。只要在配套改造過程中和運行控制過程中采取適當?shù)募夹g(shù)措施，就可以避免脫硫旁路擋板拆除及煙道封堵給燃煤發(fā)電機組運行帶來的負面影響，實現(xiàn)脫硫裝置與鍋爐主機同步、長期、穩(wěn)定的運行。

[1]張金倫，隋建才，廖能斌.濕法脫硫系統(tǒng)取消旁路煙道的技術(shù)經(jīng)濟性分析[J].熱力發(fā)電，2009，38(10)：1-4.

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