張榮發(fā)

(江蘇射陽港發(fā)電有限責任公司，江蘇鹽城 224345)

某公司三期擴建工程2×660 MW 機組于2005年6 月通過環(huán)境影響評價，當初規(guī)劃設計時脫硫裝置采用帶有煙氣旁路的石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng)。在第二臺機組建設過程中，國家環(huán)保部對脫硫裝置取消旁路煙道提出明確的要求并對火電廠大氣污染物排放標準進行了較大幅度的提高。若按原有設計進行建設，機組將面臨著投產后就需要進行改造的窘境。在工程建設過程中，通過與設計方進行技術溝通，按環(huán)保部原則要求取消脫硫煙氣旁路系統(tǒng)，在取消旁路煙氣系統(tǒng)的同時，對相關系統(tǒng)進行配套優(yōu)化，提高機組的整體可靠性和脫硫裝置脫硫性能的保證值。

1 工程概況

三期工程鍋爐選用的是東方鍋爐2×660 MW 超超臨界直流煤粉爐，采用微油點火，平衡通風，脫硝為SCR 選擇性還原脫硝技術，采用靜電除塵技術除塵，脫硫為石灰石—石膏法脫硫工藝，主煙道設有脫硫煙氣旁路擋板，2 臺機組共用一座單管煙囪。脫硫裝置配一臺增壓風機，吸收塔為三層噴淋，采用平板式除霧器。脫硫公用系統(tǒng)在第一臺機組（5 號機組）建設時同步建成。2 臺機組土建工程同步施工完畢，引風機基礎、主煙道支架、脫硫島煙道支架已建成。

2 提高脫硫裝置的可靠性

脫硫旁路煙道的主要作用是當鍋爐點火、低負荷穩(wěn)燃及電除塵故障或鍋爐故障，煙氣通過旁路直排煙囪，避免油污、粉煤灰等造成脫硫系統(tǒng)漿液污染中毒以及高溫煙氣對脫硫系統(tǒng)沖擊損壞脫硫設備?；虍斆摿蛳到y(tǒng)主要設備故障時，打開旁路煙氣擋板，保證主機安全運行。取消旁路后，F(xiàn)GD 成為主體機組不可解列的一部分，只要鍋爐煙氣系統(tǒng)運行，F(xiàn)GD 就必須同步運行。因此分析出無旁路脫硫系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，采取必要的對策措施，提高機組的可靠性。

2.1 實施引增合一

在有煙氣旁路的脫硫系統(tǒng)中，引風機與增壓風機分開設計，初衷是避免引增合并設計時，脫硫退出運行，引風機沒有脫硫島負載而存在系統(tǒng)適應性差和大馬拉小車的問題。該公司煙氣系統(tǒng)也是這種典型設計，引風機設計為并列2 臺，增壓風機設計為1 臺，與引風機串聯(lián)。取消旁路后，增壓風機為單列沒有備用，一旦增壓風機發(fā)生故障，將會造成整套機組的解列。旁路取消后，增壓風機變成累贅。因此為提高機組的可靠性，必須取消單列增壓風機實施引增合一改造。通過對已投運的第一臺機組運行及試驗參數(shù)分析，結合第二臺機組（6 號機組）優(yōu)化情況模擬取值，引風機出口至脫硫至煙囪的阻力取2680 Pa，引風機前壓力-4872 Pa 不變。鍋爐尾部、空預器、靜電除塵器可以安全運行，不需要加固，滿足 《火力發(fā)電廠燃煤系統(tǒng)設計計算技術規(guī)程》要求。風機參數(shù)確定后，與風機廠技術部溝通，做好風機選型優(yōu)化工作，風機的流量不變，風機葉輪直徑縮小，通過提速來提升風機的壓頭，電機功率及轉速相應匹配選型。風機廠核算，已做好的風機和電機基礎滿足載荷要求，其他接口尺寸基本不變，電源負載也能滿足要求。本次在基建過程中引增合一改造，主要是電機增容改造的費用，經測算一年即可收回投資。

2.2 實施煙道優(yōu)化

增壓風機取消前，主煙道與增壓風機入口煙道連接后再與吸收塔連接，煙道的走向由最高點下降到最低點然后再爬升到一定標高的過程，系統(tǒng)結構復雜且阻力大。增壓風機取消后，脫硫原煙道優(yōu)化為由主煙道圓滑過渡自上而下進入吸收塔，系統(tǒng)減小阻力并節(jié)約煙道建設成本。在此之前，煙道支架已施工完畢，利用現(xiàn)有的煙道支架，核算支架的抗扭抗推載荷，對煙道支架加固和結構改造，調整標高和支撐點，滿足新走向煙道的承載。2 臺機組共用一個煙囪，在一些特殊氣候條件或運行工況下，兩側煙氣會產生對沖。因此保留FGD凈煙道擋板，以保證脫硫系統(tǒng)停會后的安全隔離。

2.3 增設事故噴淋

在取消煙氣旁路的情況下，需要考慮系統(tǒng)的可靠性和安全性，如發(fā)生鍋爐空預器故障時，造成吸收塔入口煙溫超過吸收塔內部材料或構件的耐溫極限的極端問題發(fā)生，事故噴淋對事故煙氣進行降溫處理，以保證吸收塔的設備安全[1]。事故噴淋系統(tǒng)的水源按2 路設計，由除霧水和消防水2 路水源供給，其中除霧水電源在保安段上，消防水有柴油發(fā)電機一體泵，保證其水源的可靠性。閥門采用氣控裝置，接入DCS 控制，根據(jù)煙氣溫度的變化進行邏輯判斷，達到預設的保護溫度快速開啟事故噴淋閥，起到降溫保護的作用。

2.4 提高邏輯控制的可靠性

取消煙氣旁路后，只要鍋爐運行，脫硫就必須運行，可稱為第四大主機。因此脫硫邏輯控制的合理性相當?shù)闹匾?，邏輯控制應做到主次之分。不能因為主要保護缺失，延判誤判造成設備損壞。也不能因次要的邏輯控制誤跳主要設備，最終傳導主設備跳閘發(fā)鍋爐MFT信號。

主保護涉及到脫硫裝置設備安全問題，滿足以下條件的，脫硫DCS 向主機DCS 發(fā)脫硫請求鍋爐MFT信號，請求停主機。（1）3 臺吸收塔漿液循環(huán)泵同時停運；（2）FGD 入口原煙氣溫度>160℃與持續(xù)20 min以上；（3）FGD 入口原煙氣溫度>180℃延時5 s。其他例如入口SO2濃度超標、吸收塔漿液pH 值持續(xù)小于4、除霧器壓差大以及相鄰攪拌器停運等作為報警信號列出，進行人工復核判斷，確定操作方向。對于次級保護的判斷應慎重考慮，例如吸收塔漿液循環(huán)泵涉及的判斷比較多，任何一點的條件不滿足都可能造成循泵停運，若疊加發(fā)生，3 臺循泵全停將會發(fā)MFT 信號造成機組全停。因此在設計循泵啟停邏輯時，循泵運行中涉及到的閥門信號狀態(tài)變化、溫度異常、液位異常轉為報警信號，通過人工排查的方法確定操作方向。

3 提高脫硫裝置的性能保證值

2011 版《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標準》對SO2排放濃度限值進一步提高，該公司所在區(qū)域范圍執(zhí)行的標準是200 mg/m3。從已投運的第一臺機組運行情況來看，按含硫0.8%設計煤種，出口排施濃度控制在100 mg/m3以內，若按出口排放濃度按200 mg/m3控制，最高可燃用含硫量1.2%左右的煤種。為了控制發(fā)電成本，適應燃料市場的變化，企業(yè)更愿意采購價格相對較低的高硫煤。同時，隨著環(huán)保對火力發(fā)電廠污染物排放標準的要求越來越高，區(qū)域劃分要求越來越嚴。在第二臺機組脫硫裝置建設時進行性能優(yōu)化，原則上在不增加投資的情況下，做好第二臺脫硫裝置處理能力的儲備，提高脫硫裝置的性能保證值，以適應環(huán)保政策新標準提高的需要。鑒于第一臺脫硫達標排放運行的情況，考慮到現(xiàn)場布置空間有限以及造價不增加的原則，吸收塔的塔高及噴淋的層數(shù)不變。

3.1 吸收塔噴淋系統(tǒng)優(yōu)化

吸收塔噴淋層噴嘴的作用是將漿液充分地霧化，使?jié){液有足夠接觸面積洗滌煙氣中的SO2，噴嘴的性能對脫硫率有重要影響。原設計中，噴淋層噴嘴采用螺旋式噴嘴，作用原理是隨著連續(xù)變小的螺旋線體，漿液不斷地經螺旋線相切后改變方向呈片狀多層噴射成同心軸狀錐體。這種噴嘴的特點是覆蓋面積較大，需要壓頭較小。缺點是噴嘴對漿液的品質要求高，霧化顆料較大，且易纏繞雜質，噴嘴容易失效。

考慮到吸收塔總高及層高維持不變，若要提高SO2脫除率，需要選用適應性更強的脫硫噴嘴。有試驗數(shù)據(jù)表明，噴嘴的間距、噴嘴的壓降、噴淋角較大時，氣液間湍流增強，傳質系數(shù)增大，噴淋層傳質能力有所提高?？招腻F噴嘴具有噴淋角大、壓降高、流量小的特點，原理是漿液從切線方向進入噴嘴的旋渦室內，然后從與入口方向成直角的噴孔噴出，形成無數(shù)霧滴組成的空心錐噴霧群，霧滴小且均勻，噴嘴的自由暢通直徑大，具有自清洗能力?？招腻F噴嘴滿足選型條件，第二臺脫硫吸收塔噴嘴由螺旋式噴嘴改為空心錐噴嘴，經選型設計，增加噴嘴密度，數(shù)量由264個增加到576個，噴嘴的密度增加，煙氣的逃逸率減小，有效提高脫硫效率。

3.2 噴淋層配套優(yōu)化

噴淋層噴嘴選型設計定型后，核算吸收塔循環(huán)漿液泵供漿能力和除霧器處理能力。

（1）原選型噴嘴的單個流量由125 m3/h 降為61.5 m3/h，霧化壓力由0.3 bar 提高至0.7 bar，總流量由11 220 m3/h 增加到11 800 m3/h，核算吸收塔循環(huán)泵的功率分別由800 kW/900 kW/1000 kW 提增到1120 kW/1250 kW/1250 kW，每臺泵轉速提升10 r/min，循環(huán)泵的電機和變速箱換型[2]。

（2）屋脊式除霧器設計流速大，經波紋板碰撞下來的霧滴可集中流下，減輕煙氣夾帶霧滴現(xiàn)象，煙氣通路面積亦即除霧面積比水平式面積相應增大，除霧效率高。因此噴淋層改用霧化顆粒相對較細的噴嘴時，需要選用屋脊式除霧器，提高吸收塔除霧性能。

3.3 吸收塔結構局部優(yōu)化

脫硫吸收塔的塔體直徑、吸收及除霧區(qū)域高度和氧化漿池容積決定吸收塔的煙氣處理能能力，對比5號脫硫實際處理的各項煙氣參數(shù)進行流場分析，確定采用優(yōu)化吸收塔入口煙道的方案，吸收塔總高不變、入口寬度不變、入口中心標高基本不變，高度壓縮1.2 m，吸收塔入口下傾10°。優(yōu)化后，煙氣入口至第一層噴淋層距離增加0.6 m 和漿池高度提高0.6 m。煙氣入口至噴淋層距離增加，煙氣在吸收塔內的停留時間相對加長，相應的提高脫硫效率。吸收塔漿液池容積增大后，增加SO2吸收、氧化、石膏結晶可靠性，提高對煙氣量、SO2濃度增加、石灰石品質變差時運行工況的適應性。同時，漿液區(qū)液位提高，相應地增加循泵的靜壓，提高循泵的抗汽蝕能力。吸收塔入口煙氣流速提高至14.7 m/s，煙氣流動的剛性提高，同時進入吸收塔后下壓，使煙氣在吸收塔內的充滿度提高，流場分布更加均勻，煙氣接觸面積增加、停留的時間加長，提升吸收塔內的煙氣與漿液的傳質效果，提升脫硫性能。

4 改造后的經濟性和可靠性分析

在本次基建中實施的改造，主要是涉及到設備的調減和增容換型。脫硫增壓風機取消、引風機本體及電機增容選型、噴淋層噴嘴換型、吸收塔循泵電機及變速箱增容換型、煙道支架加固、旁路擋板及原煙氣擋板取消、擋板密封風系統(tǒng)取消。整體安裝工程量略有減少，設備費及安裝費總體調整基本平衡，節(jié)約了機組投產后的后期改造費用，控制了機組的投資成本。同時，實施引增合一改造后，有效降低機組的廠用電率，提高機組的經濟性指標[3]。按照機組滿負荷等效時間5500 h計算，第二臺機組采用引、增合一后比第一臺機組節(jié)電12 117 072 kW·h，按上網電價0.42 元/（kW·h）計算，每年可節(jié)約運行費用508.91 萬元，第一臺機組與第二臺機組引風系統(tǒng)年耗電量對比如表1 所示。

表1 機組煙氣系統(tǒng)耗電量對比表

通過引增合一改造、增設事故噴淋、邏輯控制完善，有效解決了無旁路系統(tǒng)單列設備可靠性差，脫硫裝置被迫接受高溫煙氣時對脫硫裝置進行主動保護，提高了機組的可靠性，保護了脫硫裝置的設備。通過吸收塔噴淋系統(tǒng)優(yōu)化，脫硫裝置的處理能力有了進一步的提升，提高了脫硫裝置的工況適應性。第二臺機組脫硫裝置經過長周期滿負荷考核，脫硫性能比第一臺機組明顯提升。在設計煤種下，脫硫效率穩(wěn)定在96%以上，出口SO2排放濃度控制在100 mg/m3以內，吸收塔入口煙塵濃度約在50 mg/m3左右時，吸收塔除塵效率在40%以上，通過吸收塔洗滌，最終煙塵排放濃度降至30 mg/m3以內，滿足最新火力發(fā)電廠大氣污染物排放限值要求。2 臺機組脫硫運行參數(shù)對比如表2 所示。

表2 2 臺機組脫硫運行參數(shù)對比表

5 問題及改進

帶有旁路系統(tǒng)的脫硫裝置，公用系統(tǒng)設計過于單一也是脫硫裝置的薄弱環(huán)節(jié)。隨著大容量機組投入運行，且公用系統(tǒng)越來越重要。本期工程石灰石供漿系統(tǒng)為2 套脫硫共用一個石灰石供漿儲罐。第一臺機組運行期間，發(fā)生過石灰石供漿儲罐設備故障，新鮮的漿液無法及時補充，導致吸收塔工況迅速惡化，雖經過地坑系統(tǒng)向吸收塔補漿，給生產帶來很大威脅。第二臺機組投產后，石灰石供漿系統(tǒng)將會臨更大的考驗。目前生產部門設計事故漿液和石灰石供漿兩用箱，提高事故漿液箱的備用系數(shù)，同時提高供漿系統(tǒng)的可靠性。脫硫系統(tǒng)處理事故煙氣時，若事故噴淋與除霧器進行同時沖洗，將達到最佳效果。第二臺脫硫系統(tǒng)增設事故噴淋時，事故噴淋水源在第二臺除霧水源側選取，當?shù)诙_脫硫處理事故煙氣時，面臨著向事故噴淋和除霧器同時供水，造成供水流量和揚程不足的問題。2 臺脫硫的事故噴淋與2 臺脫硫的除霧沖洗交叉布置，第一臺脫硫事故噴淋接在第二臺脫硫除霧沖洗水源上，可實現(xiàn)事故噴淋與除霧器同步沖洗，更有利于控制高溫煙氣。

6 結束語

在基建過程中積極采取措施，在不增加工程造價的前提下，取消煙氣旁路系統(tǒng)，優(yōu)化脫硫裝置設計，實現(xiàn)引增合一改造，提高脫硫裝置的性能和可靠性，避免機組投產后的后期改造，節(jié)約了投資成本，提高了機組的健康水平和脫硫裝置的性能保證值，保證了脫硫設施滿足環(huán)保執(zhí)行標準提高的需要。

[1]邊東升.600 MW 機組濕法脫硫旁路煙道封堵及應對措施[J].企業(yè)技術開發(fā)，2018（8）：119-120.

[2]田宏偉.某1025 t/h 鍋爐引風機和增壓風機合一技術改造[J].江蘇電機工程.2013，32（5）：71-73.