李忠華,薛建明,王小明,柏源,王振宇

(國電環(huán)境保護(hù)研究院,江蘇南京 210031)

濕法煙氣脫硫取消旁路煙道的技術(shù)可行性分析

Feasibility analysis on canceling bypass duct in FGD system

李忠華,薛建明,王小明,柏源,王振宇

(國電環(huán)境保護(hù)研究院,江蘇南京 210031)

結(jié)合近幾年國內(nèi)煙氣脫硫工程的建設(shè)和投運(yùn)情況,從旁路煙道的作用、國內(nèi)外的設(shè)置情況和要求、取消煙氣旁路的技術(shù)特點(diǎn)以及取消旁路煙道的技術(shù)可行性等方面進(jìn)行分析研究,提出取消旁路煙道的建議和采取的措施。

濕法脫硫;旁路煙道;技術(shù)分析

1 旁路煙道的作用[1-2]

在石灰石/石膏濕法煙氣脫硫工藝中,旁路煙道是指煙氣不經(jīng)過脫硫裝置,直接通往煙囪排入大氣的通道(見圖1)。旁路煙道是引風(fēng)機(jī)出口至煙囪的一段煙氣通道,脫硫裝置進(jìn)、出口煙道均開口在旁路煙道上,旁路擋板門也安裝在旁路煙道上,并通過旁路擋板來實(shí)現(xiàn)100%煙氣脫硫或部分煙氣脫硫甚至停運(yùn)。旁路擋板門的開關(guān)狀態(tài)是判斷脫硫裝置是否正常投運(yùn)的關(guān)鍵標(biāo)志。

圖1 典型濕法脫硫煙氣系統(tǒng)

旁路煙道的作用是在機(jī)組冷啟動投油時(shí)、脫硫設(shè)施發(fā)生故障或臨時(shí)檢修以及煙氣參數(shù)超出FGD系統(tǒng)的運(yùn)行能力時(shí),打開旁路擋板門讓煙氣不經(jīng)過脫硫裝置直接從旁路煙道經(jīng)煙囪排入大氣,不影響發(fā)電主機(jī)正常運(yùn)行,同時(shí)確保FGD系統(tǒng)設(shè)備的安全。機(jī)組冷態(tài)啟動時(shí),鍋爐投油點(diǎn)火,電除塵器解列開,煙氣中含有大量的油煙和粉塵,為避免煙氣進(jìn)入脫硫裝置造成脫硫系統(tǒng)設(shè)備堵塞和介質(zhì)污染,降低脫硫系統(tǒng)的性能,煙氣直接經(jīng)過旁路煙道進(jìn)入煙囪。FGD或機(jī)組故障時(shí),快速開啟旁路擋板,關(guān)閉FGD進(jìn)、出口擋板,煙氣經(jīng)旁路煙道直接經(jīng)煙囪排入大氣,以便對脫硫裝置進(jìn)行檢修,不對主機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生影響。并保護(hù)脫硫系統(tǒng)設(shè)備不受損壞。

2 國內(nèi)外旁路煙道設(shè)置

2.1 國外旁路煙道設(shè)置

國外發(fā)達(dá)國家FGD裝置旁路煙道設(shè)置情況不盡相同,不同國家有不同的做法[3]。日本部分電廠設(shè)置旁路煙道,主要基于在突發(fā)事故情況下進(jìn)一步保護(hù)脫硫裝置安全。歐洲電力行業(yè)尚無不設(shè)置旁路煙道的規(guī)定,德國和日本一樣,燃煤機(jī)組過去一般均設(shè)旁路煙道。近期新建脫硫裝置大多不設(shè)旁路煙道。美國對旁路煙道設(shè)置無硬性要求,以前FGD一般考慮設(shè)置旁路煙道。主要考慮在FGD故障工況下能通過旁路保證機(jī)組的正常運(yùn)行。

在發(fā)達(dá)國家,取消旁路煙道已成為一種趨勢,但并無必須取消旁路煙道的相關(guān)規(guī)定。主要有二方面:一是發(fā)達(dá)國家脫硫裝置脫硫設(shè)備質(zhì)量較好、運(yùn)行可靠性較高,FGD基本不會影響主機(jī)的安全運(yùn)行;二是環(huán)保法規(guī)相對健全,排放標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格,頒布了一系列嚴(yán)厲的環(huán)保處罰措施。

2.2 國內(nèi)旁路煙道設(shè)置

國內(nèi)火電廠已投運(yùn)或正在建的濕法煙氣脫硫裝置一般設(shè)100%旁路煙道,并安裝具有快速開啟功能的旁路擋板門;少數(shù)電廠取消了旁路煙道,如福建后石電廠和國華三河電廠等。近來國內(nèi)脫硫裝置的投運(yùn)效果不理想,導(dǎo)致SO2排放量不僅沒有減少反而增加了很多,這引起了國家發(fā)改委、國家環(huán)保部的高度重視,提出了取消旁路煙道的設(shè)想。2009年1月,國家環(huán)保部以環(huán)辦[2009]8號文的形式,對旁路擋板門提出了明確的要求,“切實(shí)加強(qiáng)脫硫設(shè)施的運(yùn)行、維護(hù)和管理,確保脫硫設(shè)施的正常運(yùn)行,嚴(yán)禁開啟煙道旁路運(yùn)行和嚴(yán)禁脫硫設(shè)施無故停運(yùn)?！?/p>

為了進(jìn)一步改善生態(tài)環(huán)境,提高脫硫裝置的綜合脫硫效率和系統(tǒng)投運(yùn)率,環(huán)保部門加強(qiáng)了對旁路擋板門的管理。目前,已建或在建的電廠石灰石/石膏濕法FGD系統(tǒng)中絕大部分都設(shè)置了煙氣旁路,但普遍存在脫硫裝置旁路擋板門開啟運(yùn)行的現(xiàn)象,主要原因有如下[4]:

(1)前一段時(shí)間,國內(nèi)存在電煤供應(yīng)緊張,發(fā)電企業(yè)為了維持生產(chǎn),入爐煤硫分明顯高于設(shè)計(jì)值(個(gè)別電廠實(shí)際燃煤硫分為設(shè)計(jì)值的242%),設(shè)計(jì)燃煤硫分根本得不到保證,脫硫設(shè)施無法正常運(yùn)行;

(2)部分脫硫公司技術(shù)水平落后,導(dǎo)致其建設(shè)的脫硫裝置存在問題,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,裝置經(jīng)常需要停機(jī)檢修,可用率較低;

(3)部分電廠環(huán)保意識不強(qiáng),設(shè)備運(yùn)行缺乏維護(hù)管理,脫硫裝置不能正常投運(yùn);有的電廠脫硫裝置甚至處于“熱備投”狀態(tài)。

3 取消旁路煙道FGD的技術(shù)特點(diǎn)[5]

3.1 取消旁路煙道的工藝流程

取消旁路煙道工藝流程是:煙氣→引風(fēng)機(jī)→吸收塔→煙囪(涼水塔)。煙氣從鍋爐、電除塵器出口引出,經(jīng)引風(fēng)機(jī)升壓后,進(jìn)入吸收塔,在吸收塔內(nèi)吸收SO2,凈煙氣經(jīng)除霧器除去霧滴后,再進(jìn)入煙道經(jīng)煙囪(冷卻塔)排放。因原煙道上沒有設(shè)置有旁路擋板,在脫硫系統(tǒng)故障停運(yùn)和檢修時(shí),需要機(jī)組停運(yùn),從而保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 取消旁路煙道的技術(shù)特點(diǎn)

(1)沒有旁路煙道。煙氣出引風(fēng)機(jī)后直接進(jìn)入脫硫吸收塔,處理過的干凈煙氣直接經(jīng)煙道進(jìn)入煙囪,排入大氣。沒有傳統(tǒng)的旁路煙道,這是取消旁路煙道的FGD技術(shù)最基本的技術(shù)特點(diǎn)。

(2)脫硫增壓風(fēng)機(jī)和鍋爐引風(fēng)機(jī)合并設(shè)置。鍋爐引風(fēng)機(jī)出力克服鍋爐平衡通風(fēng)點(diǎn)至煙囪的全部通風(fēng)阻力,使得煙氣順利進(jìn)入煙囪;取消脫硫增壓風(fēng)機(jī)后可節(jié)省工程建設(shè)一次性投資較費(fèi)用、節(jié)省廠用電以及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等,同時(shí)也增加了系統(tǒng)可靠性性等。因此,對于采用無旁路FGD技術(shù)的新建機(jī)組,將增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)合二為一是最佳選擇。

(3)取消GGH。設(shè)置GGH的目的主要是防止出口煙道和煙囪等設(shè)備腐蝕。如果煙道和煙囪沒有防腐涂層,當(dāng)脫硫系統(tǒng)煙氣出口溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí),就會對這些設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕。這種情況下,煙氣必須利用GGH加熱后才可以進(jìn)入沒有防腐措施的煙道和煙塔。對于新建機(jī)組,取消旁路煙道后,在脫硫吸收塔出口煙道采用玻璃鋼煙道,煙囪內(nèi)附防腐涂層,避免了被濕煙氣腐蝕的危險(xiǎn),從而具備了取消GGH的條件。

4 取消旁路煙道可行性分析

取消煙氣旁路煙道后,鍋爐、電除塵器、引風(fēng)機(jī)和脫硫裝置成為串聯(lián)的系統(tǒng)。脫硫裝置必須與主機(jī)設(shè)備按照同樣的標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行運(yùn)行和維護(hù),才能保證全廠生產(chǎn)設(shè)備的利用率和發(fā)電小時(shí)數(shù)。

4.1 在建和已投運(yùn)的FGD裝置[3,5]

4.1.1 工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備配置

(1)工藝設(shè)計(jì)。由于承包商水平不等,FGD系統(tǒng)脫硫率的參數(shù)選擇不當(dāng),影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行,使脫硫效率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求、石膏品質(zhì)不能滿足設(shè)計(jì)要求。取消旁路煙道,需要進(jìn)一步核算脫硫裝置的設(shè)計(jì)參數(shù),對不能滿足系統(tǒng)要求或設(shè)計(jì)不合理的進(jìn)行修正;進(jìn)一步完善設(shè)備的配置保證足夠的余量,同時(shí)設(shè)備的質(zhì)量要得到保證,以保證設(shè)備的投運(yùn)率,進(jìn)而保證脫硫裝置的投運(yùn)率。

(2)設(shè)備配置。部分系統(tǒng)設(shè)備配置沒有足夠的余量,不能滿足燃煤硫分和機(jī)組負(fù)荷的變化;設(shè)備選型不能滿足設(shè)計(jì)要求,達(dá)不到系統(tǒng)的處理能力,影響脫硫裝置正常運(yùn)行;由于FGD市場存在嚴(yán)重的低價(jià)競爭,脫硫設(shè)備質(zhì)量普遍較差,影響了其可靠性。

工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備配置方面,取消旁路煙道,除了需要增加相應(yīng)的改造費(fèi)用外,存在一個(gè)突出的問題就是按規(guī)范要求需要增加設(shè)備,而場地有限,導(dǎo)致設(shè)備無法按規(guī)范配置,出現(xiàn)脫硫裝置的利用率不能與主機(jī)同步,取消旁路存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

4.1.2 運(yùn)行和管理方面

從運(yùn)行管理來看,取消旁路煙道將脫硫裝置和主機(jī)鍋爐、除塵器形成串聯(lián)的系統(tǒng),簡化環(huán)境監(jiān)控的難度,同時(shí)也強(qiáng)制電廠將脫硫裝置的運(yùn)行水平提升到和主機(jī)組同樣的水平。

對在建和已投運(yùn)的FGD系統(tǒng),取消旁路煙道是可行的,但需要進(jìn)行改造。從運(yùn)行和管理角度,取消旁路可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行和管理水平。

4.2 新、擴(kuò)建機(jī)組的FGD裝置

4.2.1 工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備配置

取消旁路煙道,在設(shè)計(jì)方面帶來更多的靈活性,可優(yōu)化工藝系統(tǒng)、可節(jié)省設(shè)備[6]。煙氣從除塵器出口經(jīng)引風(fēng)機(jī)直接到吸收塔然后至煙囪排放,工藝流程順暢,系統(tǒng)中可取消FGD進(jìn)口擋板、旁路擋板、旁路煙道、取消GGH、增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)合并布置等。

在設(shè)計(jì)時(shí),充分考慮吸收塔入口煙塵濃度高、煙溫高等特點(diǎn),適當(dāng)增大設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)冗余量,簡化系統(tǒng)、減少故障點(diǎn),以確保FGD連續(xù)可靠運(yùn)行; FGD布置可于煙囪(冷卻塔)前,節(jié)省場地。

4.2.2 工程建設(shè)

目前,脫硫工程的建設(shè)采用EPC模式,這是交鑰匙的模式。EPC是一種先進(jìn)的工程建設(shè)模式,但是從實(shí)際工程實(shí)施情況看,出現(xiàn)很多問題,并不完全適合中國脫硫市場的現(xiàn)狀;取消旁路煙道后,建議新(擴(kuò))建機(jī)組的FGD建設(shè)采用E+PC模式[7](設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)、業(yè)主直接采購建設(shè))。

該模式建設(shè)的脫硫工程的質(zhì)量會有大幅度提高,可靠性也隨之提高。這對于取消旁路的FGD系統(tǒng)安全性無疑是十分有利的。

4.2.3 運(yùn)行管理

取消旁路煙道,脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行管理與有旁路的運(yùn)行管理方式完全不同。在管理方面,將脫硫裝置納入主設(shè)備的管理范疇,使脫硫系統(tǒng)的管理水平與和主機(jī)一致;在運(yùn)行方面,有旁路煙道,機(jī)組冷啟動時(shí),電除塵系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)不投運(yùn)、煙氣走旁路;取消旁路后,電除塵系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)必須在機(jī)組啟動前啟動運(yùn)行。等離子點(diǎn)火技術(shù)的應(yīng)用可以提前投入電除塵系統(tǒng)和干除灰系統(tǒng),從根本上保證無旁路脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

5 結(jié)語

(1)對在建和投運(yùn)FGD機(jī)組,取消旁路煙道可以提高FGD系統(tǒng)的運(yùn)行和管理水平。從技術(shù)角度來看,通過采取相應(yīng)技改措施,取消旁路煙道是可行的。建議對在建和投運(yùn)FGD機(jī)組的石灰石/石膏濕法FGD系統(tǒng)不宜取消旁路。

(2)對于新/擴(kuò)建機(jī)組,取消旁路煙道可優(yōu)化工藝系統(tǒng)、可節(jié)省設(shè)備投資。工程建設(shè)建議采用E+ PC模式,保證脫硫裝置的可靠性,從而確保脫硫裝置和主機(jī)具有同樣的運(yùn)行水平;在管理方面,將脫硫裝置納入主設(shè)備的管理范疇,使脫硫系統(tǒng)的管理水平與和主機(jī)一致;等離子點(diǎn)火技術(shù)的應(yīng)用可以提前投入電除塵系統(tǒng)和干除灰系統(tǒng),從根本上保證無旁路脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行。對新/擴(kuò)建機(jī)組,從設(shè)計(jì)、工程建設(shè)和運(yùn)行管理等方面均具備取消旁路煙道的條件,建議對新/擴(kuò)建機(jī)組鼓勵(lì)不設(shè)旁路煙道。

(3)電廠燃料部門加強(qiáng)燃煤硫分的控制,使入爐煤硫分在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi),確保脫硫裝置的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

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X701.3

B

1674-8069(2010)05-037-03

2010-06-11;

2010-09-03

李忠華(1972-),男,江蘇姜堰人,碩士,高級工程師,從事煙氣脫硫、脫硝的技術(shù)研發(fā)、工程咨詢以及脫硫工程的建設(shè)等工作。E-mail:lizhonghua@vip.sina.com

中國國電集團(tuán)公司科研項(xiàng)目(Z200703)

Abstract:Based on the construct ion and operation condition of flue gas desulfurization projects at home and abroad,the function and technical characteristics of bypass ductwere analyzed.The feasibility analysis on canceling bypass ductwas studied according to the actualapplication and process requestof FGD system.Some suggest ions on canceling bypass ductwere put fo r ward.

Key words:flue gas desulfurization;bypass duct;techno logy analysis