石灰石/石膏濕法FGD 系統的優化
火電廠采用煙氣脫硫技術無疑是減少SO2排放的一個有效措施。然而，電廠FGD系統的投資和運行費用十分高昂，一是內因，即目前引進的FGD技術及設備費很高，這可通過國產化來降低；二是外因，即在FGD技術的選用、設計及運行上存在著許多不合理之處，使得FGD系統投資、運行費用增高，這需要對選定的FGD系統進行認真、仔細的優化。廣東省連州電廠的FGD系統運行經驗表明，若通過各種優化設計、運行，將使FGD系統投資和運行費用大大減低。本文即提出選定FGD系統優化的思想，認為應從以下兩方面考慮：
(1) 設計上的優化
燃煤含硫量及脫硫率的合理確定。它直接影響各個設計參數及設備容量的選擇，對FGD系統的投資的影響最重要。電廠往往要求FGD系統能很好地適應高硫煤，給出的燃煤含硫量比實際運行要高許多，要求的脫硫率也盡可能地高，殊不知這使投資成倍增加。以連州電廠為例，設計FGD 系統的收到基含硫量為2.5%，而機組實際運行卻在1.0%左右，毫無疑問，這使原FGD系統存在著很大的冗余度，性能價格比很低，造成很大浪費。這種情況還在繼續，應當引起廠方的足夠重視。
系統精簡。事實上，在FGD系統中有許多設計是多余的，完全可以省去或改進，省去系統自然會節約投資。
安全性的考慮等。如對FGD系統的安全性設計考慮不周，將會給電廠帶來不必要的損失。
(2) 運行優化
通過對運行程序的優化，如煙氣擋板的開關、循環泵的組合、pH 值的優化等，可以提高FGD 系統的效率、利用率和安全性，降低運行成本，這是毫無疑問的。
本文主要根據連州電廠 FGD 系統現場運行經驗，提出了 FGD 裝置各個系統可優化改進之處。
1 連州電廠 FGD 系統簡介
連州電廠的 FGD系統是廣東省首套石灰石/石膏濕法煙氣脫硫裝置，除石灰石上粉和石膏排放系統外，其它所有系統的設計、設備均由奧地利能源公司提供。該裝置設計處理連州電廠現有2×125 MW 機組所產生的全部煙氣。石灰石粉從廠外直接買入，副產品石膏脫水至45%含固率后拋棄。該系統于2000 年12 月完成168 h 試運行，進入試生產運行， 2001 年7 月17～20 日進行了FGD 裝置的性能驗收試驗。 FGD 的系統流程見圖，詳細設計參數參見文獻[1～2]。
從鍋爐電除塵器后出來的煙氣，經 FGD 入口擋板進入吸收塔，向上流動，并且被通過噴嘴霧化后向下噴淋的2 層石灰石漿液滴以逆流方式所洗滌。用作脫硫劑的石灰石漿液由2 臺漿泵（1 用1 備）打到2 臺吸收塔循環泵入口，與吸收塔底的石膏漿液混合。在吸收塔底部，大部分亞硫酸鹽與 1 臺氧化風機供給的氧氣反應生成硫酸鹽。經過凈化處理的煙氣流經2 個臥式除霧器，以除去漿液微滴。脫硫后的煙氣被蒸汽再熱器加熱到80 ℃以上，經出口煙氣擋板進入煙囪；加熱后的蒸汽冷凝為凝結水收集在2 個凝結水箱中，并通過 2 組凝結水泵回收打入除氧器系統中。FGD 系統設有旁路煙道，上有兩個旁路擋板。由于擋板處可能出現的泄漏，所以擋板集中設有2 臺密封風機。
FGD 系統的產品——石膏漿液通過2 臺石膏漿液泵（1 用1 備）打入1 個水力旋流器內，脫水至含固率約為45%進入石膏漿液罐中，由2 臺漿液拋棄泵（1 用1 備）打入鍋爐灰渣水緩沖池內，直接由電廠灰渣泵打到灰場拋棄。
2 FGD 裝置各系統的優化改進
2.1 煙氣系統
2.1.1 煙氣擋板的改進
當 FGD 啟、停時，煙氣進行由旁路和主路的切換，由于兩路煙道的阻力不一樣，此時會對鍋爐的爐膛負壓產生明顯的影響，特別是當FGD 系統保護動作時，FGD 旁路擋板在彈簧的作用下2 s 內快速打開，造成鍋爐的爐膛負壓波動更大。若燃燒的煤質差，在這么短的時間內運行人員無法將負壓調整過來，極有可能造成鍋爐滅火。在深圳媽灣電廠海水FGD 系統、重慶熱電廠[3～4]的FGD 系統上都出現過因 FGD 系統壓力的變化而引起鍋爐跳閘的事故。況且由于長久不操作，彈簧的可靠性不夠，電廠FGD 系統4 次失電它都未能正確動作，從而使熱煙氣進入吸收塔，造成了除霧器大面積損壞事故[5]。另外,對兩臺機組共用一套FGD 系統的設計，當FGD 運行時，高濃度的SO2 煙氣倒灌進入停運鍋爐而使爐膛負壓變正。因此可改進如下：
將旁路擋板的關閉程序分為3 個階段，每次只關閉30% 左右，從而延長了擋板的關閉時間，使得爐膛負壓的變化平緩，運行人員有充分的時間對爐膛負壓進行調整，這點在 FGD 系統調試就已進行了。取消兩個旁路擋板配置的彈簧系統，將原煙氣擋板、潔凈煙氣擋板、兩個旁路擋板的電源由FGD 系統380 V 開關柜改在主廠房380 V 工作段或公用段，這樣一來可以大大提高FGD 的安全性。當FGD 系統完全失電時，煙氣擋板仍然可以正常操作，旁路打開使熱煙氣流過，從而保護了系統內的防腐襯膠、磷片涂層、除霧器等其它吸收塔內部設備。用壓縮空氣來密封引風機出口擋板以防止煙氣倒流。
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在單爐運行時，擋板的臺密封風機風壓足夠，基本上沒有風漏入吸收塔，檢修人員可在FGD 系統內如煙道上、吸收塔內安全工作。但當2 臺爐在運行時，煙氣便進入FGD 系統內，氣味難聞，十分嗆人，根本不能入塔內。這表明此時FGD 入口擋板密封性不好了。一個原因是FGD 進出口擋板處煙氣壓力不同，出口遠小于入口，是負壓。而密封風共用一根母管，風便大部分流向出口，造成入口密封不足。若改為進、出口處2 個擋板單獨設立2 臺小的密封風機，運行時1 用1 備，則可以提高密封性能。另外可以大大節省密封風管道，同時提高了密封系統的可靠性。
2.1.2 煙道的改進
在 FGD 入口煙道上預設噴水。運行表明，FGD 吸收塔入口煙道上積灰嚴重，同時過多的飛灰對FGD 系統有十分不利的影響，故AE 公司設計時要求入口飛灰濃度不大于 300 mg/m3。預設噴水不僅可更好地保證FGD 系統的運行，提高脫硫效率；而且可以提高副產品石膏的品位[6]（對石膏回收工藝來說十分重要），同時在緊急狀態下可保護系統內設備和防腐不受高溫煙氣的損壞。
由于有漏煙，故在 FGD 入口煙道上會出現腐蝕現象。在連州，只在吸收塔入口約1 m 處有涂層，脫硫后煙氣的腐蝕性比未脫硫前并未減小，反而會使腐蝕加大[7]，從入口擋板后的約10 m的煙道未有防腐，實際運行表明，煙道已開始出現了腐蝕現象。
2003 年7 月初，電廠對FGD 再熱器后的煙道和煙囪進行了全面檢查，結果發現，煙囪入口約20 m的原煙道遭到了嚴重腐蝕。煙道厚度原為6 mm，現為4.8～5.2 mm，即腐蝕了1 mm 左右，而FGD 系統累計的運行時間不到1 年，并且運行含硫量（約0.8%）大大低于設計值（2.5%）。目前電廠已對吸收塔入口煙道及尾部煙道進行了防腐保護措施，暫未發現煙囪有腐蝕現象。
2.2 蒸汽加熱器系統
(1) 將加熱蒸汽改為一路。連州電廠 FGD 系統采用蒸汽加熱的方式，蒸汽來源為汽機的3 段抽汽。 #1、#2 爐的輔汽母管是連在一起的，因而可將原2 路蒸汽并成1 路就可，這樣可以節約1 路管道及相應的電動門、調節門，降低成本。
(2) 凝結水箱及凝結水泵1 組即可。原設計是將凝結水收集在2 個凝結水罐中，并通過2 組凝結水泵（共4 個，2 用2 備）打入機組的除氧器系統中。但實際上凝結水量很小，最大不過 24 t/h，因而用1 個凝結水罐及1 組2 臺凝結水泵便足夠，這樣系統簡化，設備減少，維修保養也方便。目前電廠已將2 個凝結水罐相連，只用一組凝結水泵運行即可。
2.3 吸收塔系統
將 2 臺循環泵同時運行改為1 用1 備的形式。原設計燃煤含硫量為2.5%，2 臺循環泵同時運行方能達到設計脫硫率。然而實際上目前的燃煤含硫量Sar 多在1.0%以下，1 臺循環泵運行便可達到足夠的脫硫率，因而將1 臺備用可以大大省電。即使在設計2.5%的含硫量下，當只有1 臺爐運行時，也可以只開1 臺泵即可。
2.4 石灰石漿液系統
石灰石漿液系統主要由流化風機、石灰石粉倉、給粉機、石灰石漿液罐、石灰石漿液泵等設備組成。在制漿時，石灰石粉通過漿液罐的溢流管冒出，嚴重污染周圍環境。起初是用儀用空氣密封，但效果不佳，并且造成儀用空氣壓力降低、備用空壓機頻繁啟動的現象。后改用流化風機的風來密封，但也不行，仍有石灰石粉外冒。又臨時用一皮管引至循環泵房的排污池中，然而不久皮管就浮在水面上，噴出的粉彌漫在泵房內，造成更大的污染。更為嚴重的是，這一改動引起溢流管內漿液沉淀結塊導致堵塞而運行人員沒有及時發現，最終導致石灰石漿罐液位過高（液位計稍有不準）、罐內憋壓將玻璃鋼結構的石灰石漿罐頂部鼓起、受損變形，并使攪拌器支架附著部位多處斷裂的事故。最后采用特制的密封水罐徹底解決了這一問題。
2.5 石膏脫水及拋棄系統
該系統除保留一次脫水、水力旋流器外，其它可以全部取消（注：原設計可能上二次脫水的）！
既然石膏拋棄，何必要儲存？直接通過石膏泵將漿液一次脫水后輸送到電廠的灰渣前池，再通過灰渣泵打到灰場是最簡單的。各種溢流、取樣水也可直接通到灰渣前池，這樣除水力旋流器外、石膏漿液罐及攪拌器、石膏拋棄泵等設備及相關管道、儀表、整個排污池都可省去，可大大節約投資。
把現場拆管檢查和實驗室分析灰渣管的結垢機理結合起來進行研究，表明脫硫石膏漿液與機組灰渣水混排的方式對現有排灰渣管道的影響不大，不會加劇灰管的結垢。對于拋棄法設計的FGD 系統，可以不必單獨設立脫硫石膏液漿排放管道，這樣可以大大節約投資。
2.6 公用系統
(1) 用引風機冷卻水的回水來補充FGD 的工藝水。 FGD 系統需消耗大量的工藝水，滿負荷運行時耗水量約70 t/h。原設計FGD 系統的工藝用水來源于#2 機組的工業水母管（由兩臺工業水泵供給）。由于其本身的工業水供給裕度不大，因此當FGD 系統補充工藝水時，使機組設備的冷卻水壓力大幅度下降，造成運行設備如送、引風機軸承的冷卻效果變差，引起電廠工業用水緊張。并且引起工業水泵電流的波動。用引風機冷卻水的回水補充FGD 的工藝水，解決了此問題。
(2) 其它。FGD 系統的儀用空氣耗量不大，目前電廠已停用原有儀用空壓機，而將儀用空氣改由機組的儀用空壓機提供。柴油發電機原設計是在 FGD 系統6 kV 失電的緊急情況下啟動，經轉換開關向FGD 系統的保安段送電。然而現場多次停電事故表明，如把攪拌器等主要設備的電源接到廠用電380 V 系統上，柴油發電機完全可以省去！
3 省去或優化改進的部分
表中給出了目前連州電廠FGD 系統設備可優化改進的部分。改進后系統將到極大簡化，自然可以節約大量投資。
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4 結語
火電廠 SO2 的控制勢在必行，今后的10 年內我國的 FGD 技術將大規模地得到應用。然而FGD 系統的投資十分巨大，這在一定程度上制約了FGD 系統的應用。加快對已有技術的消化吸收，實現脫硫技術和設備的國產化，并開發出具有自主知識產權的FGD 技術，這是我國推廣應用FGD 技術控制SO2 排放的必由之路。同時可以通過本文提出的選定FGD系統優化的思想，進行FGD系統的設計和運行優化，將使FGD 系統投資運行費用大大減低，并增強機組和FGD 系統本身的安全可靠性，廣東省連州電廠的FGD 系統的運行實踐就充分表明了這一點。
參考文獻
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[2] 曾庭華, 廖永進, 馬斌. 石灰石/石膏濕法煙氣脫硫系統的調試[J]. 華東電力, 2001, 29(11): 39～44.
[3] 吳忠勝. 煙氣海水脫硫系統在西部電廠的應用[J]. 湖南電力, 2001, 21(4): 30～31, 36.
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[5] 李煥輝, 楊建球, 曾庭華, 等. 簡易石灰石/石膏濕法煙氣脫硫技術在連州電廠的應用[J]. 環境技術, 2002, 20(5): 18～22, 30.
[6] 周至祥. 濕式石灰石-石膏法排煙脫硫裝置的問題和對策[J]. 四川電力技術, 2001(1): 19～25.
[7] 曾庭華. 濕法脫硫系統對鍋爐尾部煙道和煙囪影響的研究[J]. 電力建設, 2002, 23(4): 19～22.
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