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(jī)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(duì)煙氣進(jìn)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(diǎn)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(shí)際運(yùn)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(hù)部為此下發(fā)了《關(guān)于火電脫硫設(shè)施旁路煙道擋板實(shí)施鉛封的通知》（環(huán)辦[2010]91號(hào)），要求各地電力企業(yè)逐步拆除旁路煙道，對(duì)暫時(shí)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(shí)這一政策，確保脫硫設(shè)施的投運(yùn)率，真正實(shí)現(xiàn)脫硫設(shè)施與主機(jī)同等管理，在已經(jīng)實(shí)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(jìn)一步要求全省現(xiàn)役燃煤火電機(jī)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(jì)初期相當(dāng)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(jī)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(fēng)機(jī)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(yùn)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(jī)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(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；另一方面，當(dāng)FGD或鍋爐處于故障狀態(tài)時(shí)，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(fēng)機(jī)跳閘等，使煙氣繞過FGD，也避免對(duì)FGD設(shè)備造成影響或損害；另外，在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)初期，為了防止煙氣中未燃燼的煤粉和油滴進(jìn)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(yùn)使煙氣粉塵含量符合FGD裝置的進(jìn)口要求后，增壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，F(xiàn)GD裝置進(jìn)出口擋板打開，旁路擋板逐漸關(guān)閉，脫硫系統(tǒng)開始運(yùn)行。

2 拆除脫硫裝置旁路煙道的影響

對(duì)新建機(jī)組來(lái)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(yùn)行和維護(hù)，即可保證電廠主機(jī)和FGD裝置的安全[2]。而對(duì)于現(xiàn)役機(jī)組來(lái)說，拆除脫硫旁路及配套改造將會(huì)帶來(lái)很多問題。

目前，300 MW燃煤機(jī)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(tái)靜葉調(diào)節(jié)軸流式增壓風(fēng)機(jī)和三臺(tái)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(dú)立控制。鍋爐引風(fēng)機(jī)排出煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)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(lái)分析拆除脫硫裝置旁路煙道帶來(lái)的影響。

2.1 高溫?zé)煔鈱?duì)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(duì)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(yùn)行時(shí)鍋爐引風(fēng)機(jī)的出口煙氣溫度一般為120℃左右，在脫硫塔耐受范圍內(nèi)。當(dāng)出現(xiàn)鍋爐空氣預(yù)熱器故障停運(yùn)等緊急情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致煙氣溫度急劇的升高,由于無(wú)脫硫旁路，即使此時(shí)鍋爐緊急MFT，仍然會(huì)有部分高溫?zé)煔膺M(jìn)入脫硫系統(tǒng)。煙溫過高，會(huì)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(yán)重時(shí)還可能引發(fā)火災(zāi)事故。

2.2 高煙塵對(duì)脫硫吸收塔的影響

對(duì)采用燃油點(diǎn)火的機(jī)組，鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，因需要投油助燃，這時(shí)煙氣中會(huì)含有油霧。按電除塵的投運(yùn)要求，這時(shí)電除塵也不能投入，因?yàn)榇藭r(shí)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(lái)進(jìn)入漿液系統(tǒng)，對(duì)石灰石漿液產(chǎn)生污染，危害到脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)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(shí)有虛假液位及泡沫[5]。嚴(yán)重時(shí)將對(duì)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(duì)機(jī)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(yùn)行的因素，都會(huì)造成鍋爐機(jī)組跳閘。這些因素有：除塵器效率差、除塵器退出運(yùn)行、增壓風(fēng)機(jī)保護(hù)跳閘、漿液循環(huán)泵全停等。

2.4 對(duì)機(jī)組運(yùn)行控制的影響

現(xiàn)役機(jī)組中鍋爐主機(jī)和脫硫系統(tǒng)基本都是獨(dú)立控制的。它們之間只有少數(shù)信號(hào)聯(lián)系。引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)鍋爐爐膛負(fù)壓，增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力。由于引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)是串聯(lián)運(yùn)行的，它們之間往往互相影響。在正常運(yùn)行中，通過引風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)和增壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)能夠維持爐膛負(fù)壓和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的穩(wěn)定。但在鍋爐大負(fù)荷運(yùn)行情況下，鍋爐的單臺(tái)引風(fēng)機(jī)突然跳閘，這時(shí)同側(cè)的送風(fēng)機(jī)會(huì)連鎖跳閘，從而引發(fā)機(jī)組的快速減負(fù)荷（RB）動(dòng)作。單側(cè)風(fēng)機(jī)跳閘后，增壓風(fēng)機(jī)入口煙氣流量突然降低，因增壓風(fēng)機(jī)不能接收到RB信號(hào)，調(diào)節(jié)滯后，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，亦即引風(fēng)機(jī)出口壓力，會(huì)突然降低。引風(fēng)機(jī)出口壓力降低后，引風(fēng)機(jī)的出力增大，爐膛壓力會(huì)降低，這時(shí)引風(fēng)機(jī)會(huì)自動(dòng)使控制擋板進(jìn)一步關(guān)小，從而增壓風(fēng)機(jī)入口煙氣量進(jìn)一步減小。形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起引風(fēng)機(jī)失速，增大了機(jī)組運(yùn)行的不穩(wěn)定性。如果旁路存在，旁路會(huì)自動(dòng)打開，可以化解增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的突然變化。但旁路取消后，爐膛負(fù)壓的劇烈波動(dòng)會(huì)引起增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的劇烈波動(dòng)，更進(jìn)一步惡化爐膛負(fù)壓的波動(dòng)。

2.5 對(duì)機(jī)組啟停順序的影響

脫硫系統(tǒng)設(shè)有旁路時(shí)，主機(jī)啟動(dòng)與脫硫啟動(dòng)分別進(jìn)行。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)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(dòng)鍋爐，待點(diǎn)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(dòng)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(yùn)行。旁路拆除后，需統(tǒng)籌協(xié)調(diào)脫硫與主機(jī)的啟動(dòng)。

3 脫硫裝置旁路煙道拆除的應(yīng)對(duì)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?zé)煔膺M(jìn)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(dòng)門配保安電源。在吸收塔頂部布置一個(gè)事故噴淋水罐，并且適當(dāng)延長(zhǎng)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(shí)間。當(dāng)吸收塔入口煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)檢測(cè)到煙氣超溫時(shí)，設(shè)置在水罐底部的閥門自動(dòng)打開，降溫水自流通過管道、噴嘴進(jìn)入煙氣，迅速被煙氣加熱蒸發(fā)，使得煙溫降低。事故時(shí)煙氣噴淋系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)應(yīng)注意噴淋水氣動(dòng)門的狀態(tài)及吸收塔液位，防止增壓風(fēng)機(jī)側(cè)進(jìn)水。

3.2 鍋爐采用等離子點(diǎn)火或微油點(diǎn)火

鍋爐在啟動(dòng)過程中不投油或盡量少投油，從而避免燃油和粉塵對(duì)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(wú)油點(diǎn)火或微油點(diǎn)火技術(shù)可以滿足這一要求。在鍋爐啟動(dòng)前，應(yīng)采取投汽加熱、合理控制啟動(dòng)參數(shù)等方法縮短鍋爐啟動(dòng)時(shí)間。在鍋爐開始投粉時(shí)，投入電除塵器一電場(chǎng)，以減少進(jìn)入吸收塔的粉塵量并降低油污染。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和歷次檢修期間的觀察，一電場(chǎng)所沾油污會(huì)在運(yùn)行后受粗顆粒煙塵的高速?zèng)_刷而脫落，不影響除塵效果。

在燃油點(diǎn)火階段，吸收塔漿液會(huì)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(duì)受污染的漿液進(jìn)行在線置換，及時(shí)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(dòng)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(lái)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(jī)組停運(yùn)。

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的GGH的運(yùn)行情況來(lái)看，GGH部件的腐蝕和換熱元件結(jié)垢堵塞造成的增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障已經(jīng)成為FGD系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸之一。GGH結(jié)垢特別嚴(yán)重時(shí)，煙氣通流面積減小使煙氣流速增加，風(fēng)機(jī)壓力升高。當(dāng)GGH壓降使風(fēng)機(jī)出口壓力處于風(fēng)機(jī)失速區(qū)，風(fēng)機(jī)嚴(yán)重脫離正常運(yùn)行工況，造成風(fēng)機(jī)喘振。最后導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)過載跳閘。脫硫旁路拆除后增壓風(fēng)機(jī)跳閘將導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，造成機(jī)組可靠性降低。因此煙氣再熱系統(tǒng)考慮取消GGH，同時(shí)對(duì)煙囪進(jìn)行防腐處理。新版《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223－2011）明確要求對(duì)火電廠進(jìn)行脫硝改造，取消GGH致使NOx排放對(duì)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(duì)石膏排出泵、石膏旋流器和皮帶脫水機(jī)等主要設(shè)備考慮備用，以提高其運(yùn)行可靠性。此外，為防止保護(hù)信號(hào)誤動(dòng)，取消增壓風(fēng)機(jī)軸承溫度高、振動(dòng)大跳閘保護(hù)，取消液位低連鎖停漿液循環(huán)泵保護(hù)，將以上信號(hào)改為報(bào)警。

3.4 對(duì)相關(guān)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化

旁路拆除后，脫硫吸收塔成為鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)一個(gè)重要組成部分，需要考慮主機(jī)運(yùn)行與脫硫運(yùn)行的協(xié)調(diào)，為此需對(duì)相關(guān)的控制和保護(hù)邏輯進(jìn)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(hù)與鍋爐MFT合并。增加事故噴淋裝置控制邏輯，當(dāng)吸收塔入口煙氣溫度升高到160℃時(shí)，起動(dòng)事故噴淋裝置；當(dāng)煙氣溫度達(dá)180℃(煙道防腐鱗片最高耐溫)時(shí)，則鍋爐MFT；當(dāng)脫硫漿液循環(huán)泵全停時(shí)，立即起動(dòng)事故噴淋裝置，同時(shí)鍋爐MFT。增壓風(fēng)機(jī)全停時(shí)，會(huì)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(fēng)機(jī)的出力將直接影響鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，以引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)均為靜葉調(diào)節(jié)軸流風(fēng)機(jī)為例，為解決引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)在劇烈擾動(dòng)時(shí)的相互協(xié)調(diào)的問題，將增壓風(fēng)機(jī)的靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)，由原來(lái)的脫硫分布式控制系統(tǒng)（DCS）控制改為主機(jī)DCS控制，并將引風(fēng)機(jī)的靜葉擋板開度反饋取平均后作為增壓風(fēng)機(jī)入口壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的前饋，對(duì)增壓風(fēng)機(jī)的入口壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止增壓風(fēng)機(jī)失速。

3.5 調(diào)整機(jī)組的啟動(dòng)與停運(yùn)順序

拆除旁路后機(jī)組的啟動(dòng)順序發(fā)生了變化，啟動(dòng)脫硫工藝水和制漿系統(tǒng)—啟動(dòng)氧化風(fēng)機(jī)—啟動(dòng)吸收塔漿液循環(huán)泵—打開送、引風(fēng)機(jī)葉片開度至100%—啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)—依次啟動(dòng)兩側(cè)送、引風(fēng)機(jī)。各大風(fēng)機(jī)啟動(dòng)完成后，增壓風(fēng)機(jī)投入自動(dòng)運(yùn)行。鍋爐點(diǎn)火時(shí)，為防止含油煙氣影響吸收塔漿液，采用等離子點(diǎn)火方式，油槍投入備用。同時(shí)，為減少進(jìn)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(yùn)行。停機(jī)時(shí)，必須等爐膛吹掃完成后，送、引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)均停下后才能停運(yùn)吸收塔漿液循環(huán)泵—停運(yùn)氧化風(fēng)機(jī)—停脫硫工藝水和制漿系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(jī)組啟停、事故工況時(shí)，原煙氣仍將進(jìn)入吸收塔，經(jīng)脫硫處理后通過煙囪排出，減少了對(duì)大氣的污染，杜絕了機(jī)組運(yùn)行中擅自停運(yùn)脫硫裝置的可能，實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫設(shè)施運(yùn)行過程的有效監(jiān)管，提高脫硫設(shè)施運(yùn)行效率。

脫硫旁路煙道拆除后，脫硫裝置和主機(jī)組成為串聯(lián)的生產(chǎn)系統(tǒng)，脫硫裝置必須與主機(jī)組設(shè)備按照同樣的標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行運(yùn)行和維護(hù)，對(duì)鍋爐和脫硫的檢修及運(yùn)行都提出了更高要求。只要在配套改造過程中和運(yùn)行控制過程中采取適當(dāng)?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(jī)組運(yùn)行帶來(lái)的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)脫硫裝置與鍋爐主機(jī)同步、長(zhǎng)期、穩(wěn)定的運(yùn)行。

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