燃煤電廠無旁路脫硫系統調試
摘要:國華三河發電有限責任公司二期工程3、4號爐的脫硫系統采用了無煙氣旁路、無GGH、引風機和增壓風機合并、“煙塔合一”的新技術,其調試工作在國內為首次。通過探索和實踐,總結出了一套有效的運行控制方式。
關鍵詞:無旁路,脫硫系統,調試
0 前言
國華三河發電有限責任公司(以下簡稱“三河電廠”)地處北京周邊,位于河北省三河市燕郊。一期工程已安裝2臺350MW凝汽式汽輪發電機組, 1、2號機組分別于1999年12月、2000年 4月投產。二期工程安裝了2臺300 MW供熱機組,其中石灰石2石膏濕法煙氣脫硫系統采用了無旁路、無GGH、引風機與增壓風機合并及“煙塔合一”等新技術。
脫硫系統無旁路應用在國外發展得已經比較成熟,而在國內才剛剛起步。三河電廠二期工程 3、4號機組為國內首次投入運行的無旁路設計的脫硫系統。它以一期煙氣脫硫系統改造為依托, 脫硫的公用系統設在一期煙氣脫硫區域。二期工程3、4號機組已于2007年9月和11月完成168 h試驗并投入運行。從目前運行情況來看,機組和脫硫系統運行正常,滿足設計的要求,達到環保排放標準,使國華三河發電廠成為脫硫脫硝、煙塔合一、灰渣零排、中水利用的綠色環保電站。
1 二期擴建工程簡介
1.1 機組設備概況
三河電廠二期工程3、4 號鍋爐為東方鍋爐 (集團)股份有限公司制造的DG1025 /18. 22Ⅱ6 型亞臨界、自然循環、一次中間再熱、固態排渣、燃煤汽包爐。汽輪機為東方汽輪機廠制造,為單軸、兩缸兩排汽、亞臨界、一次中間再熱凝汽式。電除塵器為雙室五電場靜電除塵器,設計除塵效率大于等于99. 6% ,粉塵排放濃度小于等于55 mg/ m3 ,煙塔高度為120 m。
1.2 脫硫設備概況
三河電廠二期工程3、4號爐的脫硫系統的采用一爐一塔100%全煙氣脫硫,設計效率大于等于95%。
脫硫系統采用冷卻塔直接排煙,不設煙氣旁路煙道、GGH以及脫硫增壓風機,脫硫系統的阻力由引風機克服。
二期工程3、4號爐脫硫系統的吸收塔總高度約34 m,噴淋層的高度分別為20. 8 m、22. 8 m、 24. 8 m,吸收塔的漿池設計高度為9. 5 m,塔池的石膏漿液采用懸浮脈沖的攪拌方式,吸收塔直徑為12. 5 m。吸收塔入口處安裝事故噴淋罐,安裝高度為22 m,罐容積約120 m3 ,吸收塔入口煙道內均勻分布21個噴嘴,罐內水靠自身的重量進行噴淋使煙氣降溫。吸收塔出口為直徑5. 2 m的玻璃鋼圓煙道,直接進入冷卻塔中心。
每臺爐脫硫系統的煙氣量設計為1 146 900 m3 /h,按設計煤種計算時吸收塔SO2 入口濃度 1 603 mg/m3 ,校核煤種計算吸收塔SO2 入口濃度 1 938 mg/m3。
按吸收塔脫硫效率大于等于95%計算,吸收塔出口排放的SO2 濃度分別為小于等于79. 81 mg/m3 (設計煤種)和小于等于96. 49 mg/m3 (校核煤種) ,吸收塔出口排放的粉塵濃度小于等于 28 mg/m3。
全廠脫硫公用系統的石灰石卸料及儲存系統、石灰石漿液制備及給料系統、石膏脫水及存儲系統、事故漿液箱系統、廢水處理系統等設在一期脫硫系統中,所以二期工程3、4號爐吸收塔的吸收劑漿液制備及石膏脫水與一期共用。全廠共設 2套濕磨制備及真空皮帶脫水系統。一期工程脫硫系統改造和二期工程脫硫系統基本同時進行。
一期工程脫硫DCS控制系統為單獨設置,二期的DCS脫硫控制與機組DCS為公用,脫硫控制在主控室。
由于其它電廠脫硫系統均有旁路煙道,因此在鍋爐啟停、煤油混燒、等離子點火、機組負荷不穩、MFT、鍋爐RB等工況時可開旁路運行。而無旁路脫硫系統在以上工況下必須經過吸收塔,這些工況下如果調試過程控制不好會對吸收塔造成損壞。并且如果吸收塔循環泵均跳閘及煙溫超過吸收塔設計溫度,為保護吸收塔需鍋爐跳閘停爐, 這與常規有旁路脫硫系統運行有很大的區別,給調試及運行增加了一定的風險和難度。
三河電廠是我國首例使用脫硫無旁路煙道的電廠,國內沒有可借鑒的調試經驗。通過該工程的調試實踐和摸索,為今后我國無旁路脫硫系統的鍋爐調試及運行積累了一些經驗。
對于無旁路煙道的脫硫系統在調試、運行操作控制等方面與常規有旁路脫硫系統之間的區別,本文主要結合無旁路脫硫系統的調試實踐過程進行了論述。
2 脫硫無旁路調試的特殊性及難度
由于二期工程脫硫系統采用增壓風機和引風機合二為一、無旁路煙道、無GGH及“煙塔合一” 技術,脫硫吸收塔成為鍋爐煙風系統一個重要組成部分,脫硫系統的調試與機組的調試密不可分, 造成脫硫系統的冷態調試、熱態調試與機組的調試必須同時進行,脫硫系統和機組一起投入168 h 滿負荷試運。因此無旁路脫硫系統的安裝及調試工作必須比機組調試超前或同步:脫硫裝置必須進行防腐工作,其內部設備多、面積比較大,并且有環境溫度和濕度等要求,防腐施工工期較長 (約二個月) 。這使得無旁路脫硫系統的安裝工期、防腐施工及調試進度安排相當緊張,且脫硫裝置作為鍋爐煙風系統的一部分,脫硫調試不能完成鍋爐就無法點火,故其調試難度高于有旁路脫硫系統。另外,為了避免因脫硫系統故障而造成機組停運或機組故障從而導致脫硫設備損壞,在控制邏輯和運行操作方面有一定的特殊性,對調試和運行的提出了更高要求。主要有以下幾方面的困難:
(1) 脫硫系統的防腐施工工期一般不能壓縮,因此要在規定投入時間內完成168 h試運行試驗,需要協調安裝、防腐和調試時間,安裝和調試交叉進行。
(2) 二期的脫硫系統是以一期脫硫系統為依托,并且一、二期脫硫系統同時進行調試,二期脫硫系統的石灰石制備系統、石膏脫水系統等與一期脫硫系統共用,因此首先要將一期脫硫的工藝水系統、石灰石卸料存儲系統、石灰石制備系統、石膏脫水系統、事故漿液箱系統等先期調試完成。
(3) 鍋爐煙風系統試運行影響脫硫吸收塔的安裝、調試,需要協調鍋爐調試和脫硫調試的試運行工序,避免相互干擾和損壞設備。
(4) 脫硫吸收塔的帶水試運行和吸收塔加入石膏晶種必須在鍋爐燃油點火試驗、等離子點火試驗以及鍋爐吹管試驗前調試完畢。
(5) 由于無旁路的脫硫系統設計,吸收塔入口煙氣溫度不能超過其設計值,并且脫硫系統故障會影響機組運行,其鍋爐和脫硫自動控制和邏輯保護與常規鍋爐不同。
針對以上特殊性和難度合理安排調試工期, 在鍋爐安裝、脫硫安裝、脫硫防腐期間內調試工作穿插、交叉進行,避免互相影響。協調調試和施工步序,對工程進度有較大影響的工作安排先期安裝及調試,設備及系統沒有調試條件的創造條件, 單體試運行和分系統試運行同時進行,努力達到脫硫系統與機組調試進度保持一致,不影響機組調試的進度。
3 冷態的調試過程
為了按時完成調試工作,在脫硫吸收塔進行安裝防腐期間首先進行公用系統的冷態調試,確保鍋爐通風試運行在吸收塔完成后進行,然后進行吸收塔的帶水試運行,主要進行如下工作步序。
3.1 公用系統
3.1.1 一期、二期工藝水系統調試
工藝水系統是脫硫裝置試運行的最基本的子系統,設備的單體和其它子系統帶水試運行需要工藝水,因此在調試初期,重點對工藝水系統、除霧器水系統進行調試。一期的工藝水是給石灰石制備、脫水系統、事故噴淋、廢水系統等公用系統提供水源,二期的工藝水系統給二期3、4號爐吸收塔提供補充、沖洗、事故噴淋等,因此這兩個工藝水系統首先調試完成,才能確保其它系統的調試。由于吸收塔進行防腐工作以及安裝部分工藝水管道沒有完成,針對這種情況首先要求將工藝水箱及液位、工藝水泵等安裝完畢,對工藝水去吸收塔以及影響安裝的工藝水管道進行封堵,利用工藝水泵、除霧器水泵與水箱的再循環管道進行工藝水泵單體試運行及聯鎖保護,等待其它設備安裝工作完成后,拆除盲板,再連接工藝水管道, 然后進行其它系統如石灰石漿液制備、石膏真空脫水系統、吸收塔系統的試運行, 節約了大量時間。
3.1.2 石灰石卸料及存儲系統
石灰石卸料及存儲系統主要包括振動給料機、皮帶輸送機、斗提機、埋掛板機、袋式除塵器等,此系統由于相對獨立,調試工作先期進行,基本與工藝水系統調試同時完成。這個系統調試工作雖然簡單,但由于設備質量、安裝問題較多,需要予以重視,目的是在石灰石漿液制備系統調試之前將石灰石顆粒存儲在石灰石倉中,以便進行下一步的石灰石漿液制漿調試工作。
3.1.3 石灰石漿液供給系統
石灰石漿液供給系統主要包括石灰石漿液箱、攪拌器、石灰石漿液供給泵以及閥門管道等設備。為了保障石灰石漿液制備系統的調試,首先應將石灰石漿液供給系統調試完畢,為避免制備完成的石灰石漿液無法存儲,必須先對石灰石漿液箱及攪拌器、石灰石供給泵等進行調試。對去各個吸收塔的供漿管道封堵,避免調試期間漿液竄入正在防腐的吸收塔系統,并利用再循環管道進行帶水單體試運行和聯鎖保護等試驗,等待吸收塔安裝及防腐完成,再進行管道的連接。
3.1.4 石灰石漿液制備系統
石灰石漿液制備系統主要包括稱重皮帶給料機、濕磨及潤滑油站、再循環箱及攪拌器、再循環泵泵組以及水力旋流器等。石灰石漿液制備系統設備由于制造工藝、設計以及設備匹配問題,石灰石漿液制備系統在脫硫所有分系統中調試難度相對較大、調試時間較長,濕磨調試的結果是要保證石灰石漿液的密度、細度及出力。常規調試需要約一個月時間,是可能影響工期的因素,因此對石灰石漿液制備系統調試必需高度重視,并且將系統的設計缺陷進行改造,確保在吸收塔熱態投入前完成調試,并存儲大量的合格石灰石漿液,以便提供給一、二期4個吸收塔使用。
3.1.5 真空皮帶脫水系統
真空皮帶脫水系統包括石膏旋流器、皮帶脫水機、真空泵、濾液水箱及濾液水泵等,在冷態期間對脫水系統進行冷態帶水試運行,在熱態期間通過給石膏漿液再進一步的調整。該系統調試也必須在熱態通煙氣前完成。在脫水系統調試期間,由于吸收塔的防腐,因此將濾液水與吸收塔之間的管道封堵,利用再循環管對濾液泵進行泵的單體、聯鎖保護等試驗,等待吸收塔防腐工作完成后接通管道。
由于本工程設立的是石膏倉,只對石膏倉的梨式掛刀進行就地單體調試。
3.1.6 事故漿液箱系統
吸收塔事故漿液箱系統設備主要包括事故漿液箱及攪拌器、事故返回泵及管道等,事故返回泵與一、二期4個吸收塔母管連接,此系統也是先期調試的重點。它作為公用系統的一部分,在調試期間承擔石灰石漿液供給、石膏晶種的供給以及在吸收塔出現問題時倒塔和及時排出石膏的作用,確保一、二期吸收塔調試和運行正常進行。
3.2 煙風系統的調試
由于二期工程脫硫系統采用增壓風機和引風機合二為一、無旁路、無GGH和“煙塔合一”技術,因此脫硫系統的冷態通風試運行也就是鍋爐煙風系統的試運行,本工程引風機試運行需要鍋爐側和脫硫側安裝和調試密切配合,在煙風系統通風前確認吸收塔內部安裝及防腐工作完成,并且吸收塔內部的臨時設備及腳手架拆除完畢,人孔門關閉。在通風結束后清理吹入吸收塔內的雜物,準備吸收塔進水。
3.3 吸收塔系統的冷態帶水調試
吸收塔系統主要包括漿液循環泵組、氧化風機、石膏排出泵、懸浮脈沖泵、除霧器噴淋、吸收塔入口事故噴淋系統等。帶水試運行前確認工藝水管路接通,吸收塔、地坑沖洗干凈,吸收塔和煙風系統的熱工儀表(包括CEMS)等全部安裝完畢, 然后吸收塔進水至正常液位。
3.3.1 儀表校驗
此部分工作包括吸收塔熱工儀表及出入口煙道的在線儀表的校驗、吸收塔所有閥門傳動以及邏輯校核。
3.3.2 漿液循環泵的帶水試運行
吸收塔有3個噴淋層,漿液循環泵組主要包括漿液循環泵、工藝水沖洗閥門、排放閥門、循環泵出口閥門等。首先對漿液循環泵進行8 h的試運行,然后進行聯鎖保護試驗。同時檢查每個噴淋層的噴淋霧化情況。
3.3.3 吸收塔地坑系統
吸收塔地坑系統主要包括地坑泵、攪拌器、液位計以及閥門管道等,地坑泵管道連接吸收塔及事故漿液箱系統。對地坑泵進行帶水試運行及聯鎖邏輯檢查。
3.3.4 吸收塔懸浮脈沖泵的帶水試運行
吸收塔懸浮脈沖泵組一運一備,主要包括懸浮脈沖泵、閥門以及內部的噴射管道,其功能是防止漿液在吸收塔內部沉積。對吸收塔懸浮脈沖泵組帶水試運行以及聯鎖保護試驗,查看擾動效果。
3.3.5 吸收塔氧化風機的帶水試運行
吸收塔氧化風機一運一備,主要包括氧化風機、閥門工藝水冷卻、塔內噴射管道,其功能是使亞硫酸鈣氧化成二水石膏晶體。帶水檢查空氣與水的混合效果、工藝水冷卻效果以及進行聯鎖保護試驗。
3.3.6 事故噴淋系統的帶水試運行
由于本工程脫硫系統沒有旁路,因此在吸收塔入口專設事故噴淋系統,主要包括事故噴淋罐、液位計及閥門等。噴淋罐高位布置,靠水的自重力噴淋,在噴淋罐存儲工藝水至設計液位后進行噴淋試驗,進入吸收塔入口界面檢查噴淋霧化效果,并進行事故噴淋與機組之間的聯鎖保護試驗。
3.3.7 石膏排出泵的帶水試運行
石膏排出泵組一運一備,主要包括排出泵、閥門及管道等,管道連接至真空皮帶脫水系統及事故漿液箱,利用吸收塔的水進行泵組的試運行,檢查石膏旋流器的壓力是否滿足設計要求,并進行相關的聯鎖保護試驗。
3.3.8 除霧器沖洗噴淋試驗
將除霧器管道連接,管道沖洗干凈,進行除霧器噴淋沖洗試驗,檢查沖洗覆蓋效果,并進行程控試驗。
3.3.9 進行其它與吸收塔帶水相關聯的試驗
由于吸收塔帶水,因此諸如事故漿液返回泵、石灰石漿液給料泵、石膏濾液水泵等的管道連接后均應進行泵的帶水試驗,進行泵壓力檢查及與吸收塔連接的管道嚴密性檢查。
4 熱態調試過程
本工程采用脫硫無旁路系統,調試進度與機組同步,因此鍋爐的試油槍、油系統或等離子點火及鍋爐吹管前脫硫系統就必須具備熱態運行的條件,因此機組熱態調試前如公用系統、吸收塔系統設備已具備運行條件,所有相關的邏輯保護及聯鎖檢查完畢,等待機組啟動,具體過程如下。
(1) 由于一期工程的脫硫系統已先期投入, 可以由一期工程的事故漿液箱向二期吸收塔提供石膏漿液,作為吸收塔內的石膏晶種并加入一定比例石灰石漿液,啟動懸浮脈沖擾動泵、氧化風機,并控制吸收塔液位在設計運行范圍內。
(2) 因機組在調試期間不可避免地頻繁啟停,因此在鍋爐通風前應將電除塵器全部投入,防止鍋爐內粉塵進入吸收塔漿液使其活性降低或失效,二次電壓控制在閃絡電壓以下,二次電流限流 400 mA運行,防止電除塵器內部燃燒。
(3) 鍋爐煙風系統如果煙溫低于60℃,可進行通風,如果煙溫高于60℃則吸收塔至少運行1臺漿液循環泵,防止吸收塔出口的玻璃鋼煙道超溫。
(4) 傳動脫硫系統和鍋爐側的聯鎖保護邏輯, 主要是循環泵均停、煙氣超溫、事故噴淋系統等主要保護,確保鍋爐熱態時吸收塔等設備不被損壞。
(5) 鍋爐點火后如在油槍點火、等離子點火、蒸汽吹管等工況時,由于電除塵器在這些工況下, 除塵效率較低,需經常檢查吸收塔漿液顏色及 pH,如果pH降低應及時加入石灰石漿液,如果漿液顏色變深,需要對吸收塔漿液排放置換。
(6) 在熱態運行時根據吸收塔入口的煙氣 SO2 濃度和鍋爐負荷,確定循環泵運行臺數,在運行期間如果鍋爐側出現MFT、RB等情況,吸收塔循環泵保持運行,不受影響。
(7) 運行期間如果煙氣溫度超過設計溫度, 吸收塔入口啟動事故噴淋系統,如果溫度達到超高溫度需要停爐以保護吸收塔。
(8) 運行期間如果在吸收塔3臺循環泵均跳閘的情況下,進行停爐保護。
(9) 原邏輯設計在電除塵器電場全部跳閘或停一列通道的的情況下,鍋爐停爐以保護吸收塔, 由于發生過非停,后改為報警,根據實際粉塵濃度情況降負荷或停爐。
5 調試期間出現的主要問題
5.1 向鍋爐側返濕氣問題
由于吸收塔沒有出入口的擋板,因此在冷態調試過程中在引風機未啟動、循環泵運行情況下, 噴淋漿液從上而下形成活塞效應,將吸收塔內氣體擠壓到煙道內,并進入引風機及電除塵器,造成引風機和電除塵器內部產生凝結水,使灰斗積灰板結及腐蝕尾部煙道。
因此在調試及運行過程中,應盡量將循環泵和引風機的啟停時間間隔縮短,避免濕氣過多進入煙道內。
5.2 鍋爐點火吹管期間的電除塵器效率問題
在調試初期點火過程中,由于油槍點火和等離子點火油、煤用量少,煙氣的含硫量也少,所以只投入3個電場,吸收塔只投水噴淋。但在油槍點火試驗、等離子吹管等工況下對吸收塔內的水采樣分析,發現3電場效果不佳后5電場全部投入,但對沒有完全燃燒的油和煤粉清除效果還是不好,冷卻塔有黑煙冒出,吸收塔內的噴淋水顏色逐漸發深并且pH 也降低。因此在鍋爐點火期間,采用連續置換吸收塔工藝水,保持吸收塔內的工藝水干凈并維持一定的pH。
在鍋爐蒸汽吹管期間,由于時間比較長,相對進入吸收塔的煙氣SO2 相對較多,吸收塔內噴淋的水吸收SO2 比較多, pH下降較快,因此必須在吸收塔內加入一定的石灰石漿液維持塔的pH大于5,漿液顏色如果變深,應連續更換漿液。
6 結語
通過對三河電廠二期工程3、4號爐采用的增壓風機和引風機合二為一、無旁路、無GGH和“煙塔合一”技術脫硫系統的調試,將脫硫吸收塔作為鍋爐煙風系統的一部分,鍋爐和脫硫啟停步序結合,并設計了特定的聯鎖保護,避免因鍋爐和脫硫發生故障相互影響或損壞設備,為今后無旁路的機組調試、運行自主創新出一套獨特的啟停工序。
參考文獻
[ 1 ] 于淑芹. 利港電廠脫硫機組煙氣旁路擋板的運行操作及試驗. 2007 年火電廠環境保護綜合治理技術研討會, 2007.
[ 2 ] 傅文玲,楊虹. 無GGH2FGD運行特性分析和設計應注意的問題. 電力設備, 2006, (8).
[ 3 ] 李慶,孫輝,張新亮,等. 電廠脫硫系統調試過程中遇到的若干問題( EB /OL ). [ 2007203217 ]. http: / /www. ds2 dne. org. cn /html/dianchang zhichuang/dianlijishu /guolu / 20070317 /1618. html.
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