翟德雙，車凌云

（上海電力股份有限公司，上海 200010）

燃煤電廠取消脫硫旁路煙道的安全性探討

翟德雙，車凌云

（上海電力股份有限公司，上海 200010）

介紹了燃煤電廠逐步取消脫硫旁路煙道給機(jī)組運(yùn)行造成的不良影響，提出了取消脫硫旁路煙道的改進(jìn)方案，并對脫硫設(shè)備及其系統(tǒng)的安全可靠性提出了相應(yīng)的完善措施，確保了機(jī)組及脫硫裝置的安全、可靠運(yùn)行。

燃煤電廠；脫硫旁路；噴淋系統(tǒng)

0 引言

根據(jù)國家《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》和地方政府環(huán)保政策的要求，各燃煤電廠都要有序開展取消脫硫旁路煙道工作，并在“十二五”期間完成此項(xiàng)工作。國內(nèi)燃煤電廠已逐步進(jìn)行取消脫硫旁路煙道的改造工作，部分機(jī)組已改造完成并投運(yùn)。取消旁路煙道，不僅對脫硫裝置的運(yùn)行可靠性產(chǎn)生較大影響，對主機(jī)的正常運(yùn)行也會產(chǎn)生一定的影響。在改造后投運(yùn)的機(jī)組中，已發(fā)生多起因脫硫系統(tǒng)故障而導(dǎo)致的機(jī)組停運(yùn)事件，所以有必要結(jié)合脫硫裝置運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種問題，對整個(gè)脫硫系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，并提出相應(yīng)的完善措施。

1 取消脫硫旁路煙道引起的問題

脫硫旁路煙道作為脫硫裝置的連鎖保護(hù)單元，在脫硫裝置進(jìn)口壓力過高或過低，進(jìn)口溫度過高，鍋爐MFT(主燃料跳閘)以及相關(guān)設(shè)備故障(包括電除塵器故障煙塵濃度過高、增壓風(fēng)機(jī)故障跳閘漿液循環(huán)泵故障投入數(shù)量不足)時(shí)，對脫硫裝置發(fā)揮著重要的保護(hù)作用。當(dāng)脫硫系統(tǒng)未取消脫硫旁路煙道時(shí)，如果出現(xiàn)以上故障，可通過開啟旁路煙道來維持鍋爐的正常運(yùn)行，但取消脫硫旁路煙道后，脫硫系統(tǒng)故障將直接導(dǎo)致機(jī)組的非計(jì)劃停運(yùn)。近年的機(jī)組停運(yùn)實(shí)例如下。

(1) 2013-03-23，某電廠1 000 MW機(jī)組脫硫吸收塔布置4層噴淋層，運(yùn)行中SO2排放量持續(xù)增大，添加增效劑無實(shí)際效果。為了滿足脫硫排放要求，被迫安排停機(jī)檢修。檢查發(fā)現(xiàn)，漿液循環(huán)泵進(jìn)口襯膠脫落嚴(yán)重，漿液循環(huán)噴淋管噴嘴大面積堵塞，3臺漿液循環(huán)泵葉輪破損。機(jī)組停機(jī)后，歷時(shí)1周才完成對機(jī)組的檢修工作。

(2) 2013-06-18，某電廠900 MW機(jī)組取消脫硫旁路煙道后，吸風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行合一改造。由于在設(shè)計(jì)中未充分考慮大氣壓力波動對吸風(fēng)機(jī)進(jìn)口負(fù)壓保護(hù)的影響，造成煙道阻力的變化較大，送、吸風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性不匹配，在高負(fù)荷狀況下快速升負(fù)荷，超調(diào)引起吸風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力快速下降，引起RB(run back，自動快速減負(fù)荷)動作，直至鍋爐MFT(main fuel trip，鍋爐主燃料跳閘)。

(3) 2013-11-09，某電廠300 MW機(jī)組取消脫硫旁路煙道后，在運(yùn)行中MFT。工作人員通過對脫硫系統(tǒng)的檢查，發(fā)現(xiàn)所有漿液循環(huán)泵的電流與反饋從運(yùn)行狀態(tài)變成了停運(yùn)狀態(tài)。檢查漿液循環(huán)泵跳閘邏輯，發(fā)現(xiàn)所有漿液循環(huán)泵的跳閘邏輯中均無單泵保護(hù)跳閘條件，但控制所有漿液循環(huán)泵的停運(yùn)指令都來自同一個(gè)輸出卡件。由于該卡件的撥盤開關(guān)出錯，誤發(fā)漿液循環(huán)泵停指令信號，引起FGD(flue gas desulfurization，煙氣脫硫)裝置跳閘，從而導(dǎo)致機(jī)組MFT。

2 改進(jìn)方案

2.1 設(shè)置事故噴淋減溫裝置

在取消脫硫旁路煙道的情況下，脫硫系統(tǒng)應(yīng)合理設(shè)置事故噴淋減溫裝置，以確保在發(fā)生鍋爐空預(yù)器停運(yùn)或吸收塔漿液循環(huán)泵全部停運(yùn)時(shí)，能避免吸收塔入口煙溫超過吸收塔內(nèi)部材料或構(gòu)件的耐溫極限，保證吸收塔等設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，應(yīng)設(shè)置高位噴淋水箱及除霧器沖洗水2路水源，以確保事故噴淋系統(tǒng)水源充足可靠，同時(shí)噴淋水箱應(yīng)有足夠水量以滿足降溫要求。

2.2 增加增壓風(fēng)機(jī)旁路煙道

吸風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)未進(jìn)行合一改造時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)應(yīng)增設(shè)旁路煙道，以確保增壓風(fēng)機(jī)故障時(shí)脫硫系統(tǒng)及機(jī)組可低負(fù)荷運(yùn)行。在投運(yùn)初期及低負(fù)荷工況下，不投運(yùn)增壓風(fēng)機(jī)，避免增壓風(fēng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能的目的。增壓風(fēng)機(jī)故障停運(yùn)時(shí)，可控制增壓風(fēng)機(jī)葉片全開，以作為部分煙氣的通道。設(shè)置旁路煙道容量時(shí)，需考慮鍋爐引風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)余量，以確定增壓風(fēng)機(jī)旁路煙道及增壓風(fēng)機(jī)葉片全開后的煙氣通流量，同時(shí)設(shè)定增壓風(fēng)機(jī)跳閘后的機(jī)組RB量。要注意因吸收塔原因?qū)е略鰤猴L(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí)，不可打開增壓風(fēng)機(jī)旁路，而應(yīng)直接跳主機(jī)，避免煙氣進(jìn)入吸收塔內(nèi)，造成塔內(nèi)元件損壞。

2.3 GGH改造

GGH(gas gas heater，煙氣換熱器)經(jīng)常發(fā)生堵塞的電廠，需對GGH進(jìn)行改造，通過更換大波紋換熱片，降低系統(tǒng)阻力。同時(shí)，在吹灰系統(tǒng)增加蒸汽吹掃流程，以提高吹灰效果，避免GGH堵塞。由于GGH冷熱端溫差較小、換熱器密封間隙較大，因此在GGH故障跳閘時(shí)，可考慮不設(shè)置FGD跳閘保護(hù)，保留一定的搶修時(shí)間。

2.4 主要設(shè)備采用冗余設(shè)計(jì)改造

現(xiàn)階段影響脫硫系統(tǒng)可靠性、容易造成FGD裝置停機(jī)的主要原因是脫硫設(shè)備故障率高。取消脫硫旁路煙道后，關(guān)鍵設(shè)備或儀表需采用冗余設(shè)計(jì)，才能有效提高FGD裝置的可靠性。在濕法脫硫系統(tǒng)中，吸收塔漿液循環(huán)泵采用“n+1”配置，氧化風(fēng)機(jī)、石膏漿液排出泵、石灰石輸送泵、除霧器沖洗水泵、工藝水泵、擋板門密封風(fēng)機(jī)、脫水機(jī)等重要設(shè)備均采用“1用1備”配置。此外，對重要的測量儀表，用于自動控制、保護(hù)、連鎖的信號均應(yīng)考慮冗余配置；對特別重要的信號采用3重冗余。結(jié)合電廠的實(shí)際情況，應(yīng)提高脫硫設(shè)備的供電等級，采用2段母線供電，將重要設(shè)備接在保安段上。

2.5 控制、保護(hù)邏輯修改建議

2.5.1 增加故障觸發(fā)鍋爐MFT邏輯

循環(huán)泵全停，任意1臺吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行，吸收塔出口溫度≥78 ℃(3取2)延時(shí)5 min；或FGD進(jìn)口溫度≥170 ℃(3取2)延時(shí)20 min；或FGD進(jìn)口溫度≥175 ℃(3取2)延時(shí)10 min；或原煙氣進(jìn)口壓力高或低延遲3 s。

2.5.2 重新設(shè)計(jì)RB邏輯

取消脫硫旁路煙道擋板門聯(lián)鎖保護(hù)邏輯，取消原需快開的脫硫旁路煙道擋板RB邏輯設(shè)計(jì)。增加增壓風(fēng)機(jī)葉片關(guān)閉或跳閘RB邏輯設(shè)計(jì)：當(dāng)負(fù)荷＞50 %時(shí)，主機(jī)RB，快開增壓風(fēng)機(jī)旁路擋板、葉片全開，甩負(fù)荷量至50 %；原煙氣進(jìn)口壓力高或低延遲3 s且增壓風(fēng)機(jī)旁路全開時(shí)，請求主機(jī)RB，甩負(fù)荷量至50 %。

2.5.3 增加事故噴淋系統(tǒng)控制邏輯保護(hù)

(1) 自動啟動事故冷卻水系統(tǒng)條件：吸收塔進(jìn)口煙氣溫度≥150 ℃延遲3 s或循環(huán)泵全部未運(yùn)行，且任意1臺引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，吸收塔出口溫度高(≥70 ℃)延遲3 s。

(2) 自動停止事故冷卻水系統(tǒng)條件：至少1臺循環(huán)泵運(yùn)行，且FGD進(jìn)口煙氣溫度≤140 ℃延遲3 s，吸收塔出口溫度≤60 ℃延時(shí)2 min。

2.5.4 增加FGD備妥信號送主機(jī)DCS

(1) 漿液循環(huán)泵運(yùn)行數(shù)量≥1臺。

(2) FGD凈煙氣擋板已開。

(3) 除霧器水泵出口壓力正常(大于0.35 MPa)。

當(dāng)以上條件同時(shí)滿足時(shí)，F(xiàn)GD-DCS發(fā)“FGD備妥信號”送至主機(jī)。

2.5.5 修改增壓風(fēng)機(jī)啟停保護(hù)邏輯

2.5.5.1 增壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)啟動步驟

(1) 將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)PID功能塊切手動方式。

(2) 將增壓風(fēng)機(jī)葉片控制位置調(diào)整為＜5 %。

(3) 關(guān)閉增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)口煙氣擋板，關(guān)閉增壓風(fēng)機(jī)出口煙氣擋板。

(4) 啟動增壓風(fēng)機(jī)。

(5) 增壓風(fēng)機(jī)啟動后，打開增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)口煙氣擋板，打開增壓風(fēng)機(jī)出口煙氣擋板。操作人員根據(jù)實(shí)際情況決定風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)PID切自動方式。

2.5.5.2 增壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)停止步驟

(1) 負(fù)荷小于40 %時(shí)，打開增壓風(fēng)機(jī)旁路擋板。

(2) 將增壓風(fēng)機(jī)動葉控制切手動控制，動葉開度切換到5 %。

(3) 停止增壓風(fēng)機(jī)，關(guān)閉增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)口擋板，再關(guān)閉增壓風(fēng)機(jī)出口擋板。

當(dāng)鍋爐負(fù)荷低，不需要增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由操作員手動打開增壓風(fēng)機(jī)旁路擋板后，再執(zhí)行增壓風(fēng)機(jī)停止程序。

2.5.6 修改吸收塔漿液循環(huán)泵跳閘保護(hù)邏輯

取消因吸收塔漿液循環(huán)泵投運(yùn)數(shù)量不足或全停而導(dǎo)致的FGD跳閘保護(hù)。

2.5.7 梳理主要脫硫設(shè)備保護(hù)定值

疏理吸收塔、增壓風(fēng)機(jī)、漿液循環(huán)泵等脫硫主要裝置的軸承溫度、振動、電機(jī)線圈溫度、潤滑油溫度、壓力等定值，增設(shè)溫度高高報(bào)警，在保證設(shè)備安全的前提下考慮取消部分跳閘保護(hù)。

(1) 鍋爐點(diǎn)火前，為確保脫硫設(shè)備的安全，脫硫系統(tǒng)必須先于主機(jī)投運(yùn)，正常情況下應(yīng)保證2臺漿液循環(huán)泵運(yùn)行。

(2) 鍋爐點(diǎn)火采用無油或微油點(diǎn)火方式，且盡量減少燃油時(shí)間。鍋爐投用煤粉前至少投入1組除塵裝置，確保脫硫吸收塔入口煙塵濃度低于200 mg/m3，避免吸收塔漿液被油或粉塵污染。

(3) 要重視改造后的煙氣阻力變化、風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)特性及RB動態(tài)試驗(yàn)結(jié)果。

(4) 定期檢查事故噴淋水箱水位，對吸收塔事故噴淋裝置進(jìn)行定期試驗(yàn)，必須保證事故噴淋裝置能正常投入。

(5) 脫硫系統(tǒng)必須納入主設(shè)備管理，加強(qiáng)日常維護(hù)、點(diǎn)檢定修工作，提高計(jì)劃檢修質(zhì)量，確保在檢修周期內(nèi)能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

3 結(jié)束語

脫硫裝置取消脫硫旁路煙道不僅僅是單純地拆除旁路煙道，為保證改造后脫硫裝置及主機(jī)的安全運(yùn)行，還需對其進(jìn)行深入、細(xì)致的研究。通過改造前的優(yōu)化設(shè)計(jì)及改造后的試驗(yàn)分析，可發(fā)現(xiàn)取消脫硫旁路煙道后，順利解決了脫硫旁路擋板拆除后對機(jī)組的不利影響，確保了機(jī)組及脫硫裝置的安全、可靠運(yùn)行。

2014-02-11。

翟德雙(1967-)，男，高級工程師，主要從事電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作，email：zhaides@163.com。

車凌云(1972-)，男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠的鍋爐檢修技術(shù)管理工作。