大型燃煤火電機組取消脫硫旁路煙道的應對措施
摘要:介紹了大型燃煤電廠煙氣脫硫系統設計中取消脫硫煙氣旁路煙道所采取的針對性措施,為大型燃煤火電機組無旁路設計提供借鑒。
關鍵詞:煙氣脫硫,無旁路,措施
1 取消旁路煙道的意義
隨著國家環保要求的進一步提高以及環保政策的日益嚴格,國家環保機構已要求火電企業在建設煙氣凈化裝置時盡量不設旁路煙道,并對取消煙氣旁路的項目優先審批。在國家發展改革委和國家環保總局頒布的《燃煤發電機組脫硫電價及脫硫設施運行管理辦法(試行) 》中明文規定,新(擴)建燃煤機組建設脫硫設施時鼓勵不設置煙氣旁路通道;并且規定:已安裝脫硫設施的燃煤電廠脫硫設施不運行或投運率較低的,必須相應扣減脫硫電價,防止發電企業故意閑置脫硫設施。因此,取消旁路煙道,有助于火電企業建設工程的順利報批,以盡早開工建設,早日取得發電效益。
國家環境保護總局《火電廠煙氣脫硫工程技術規范石灰石/石灰—石膏法》(HJ /T179 - 2005 )第 5. 3. 2. 5條款為:新建發電機組建設脫硫設施或已運行機組增設脫硫設施,不宜設置旁路煙道。如確需設置的,應保證脫硫裝置進、出口和旁路擋板門具有良好的操作和密封性能。
隨著國家環保法令的不斷嚴格,雖然現在還未明令禁止脫硫系統設置旁路煙道,但是取消旁路,是環保要求的趨勢所在。
2 取消旁路的技術可行性和安全性
近年來,隨著脫硫技術的逐漸發展,脫硫裝置的可利用率不斷提高,目前已完全達到了不低于主機的可靠率。在這樣的背景下,脫硫裝置取消旁路煙道是完全可行的。
目前,濕法煙氣脫硫工藝的系統設計在國內已比較成熟、可靠,現階段影響脫硫系統可靠性、容易造成FGD裝置停機的主要原因是脫硫設備的故障率。不過,對關鍵設備或儀表采用冗余設計,已能有效提高FGD裝置的可靠率。在濕法脫硫系統中,氧化風機、石膏漿液排出泵、石灰石輸送泵、除霧器沖洗水泵、工藝水泵、擋板門密封風機等重要設備都是采用一用一備方式配置。對核心設備吸收塔漿液循環泵,考慮到幾臺循環泵同時發生故障的可能性非常小,可不設置備用泵,但應設置1 套泵的備用葉輪,并保證葉輪的使用壽命不低于10年。此外,對重要的起調節保護作用的測量儀表,均考慮冗余配置;用于自動控制、保護、連鎖的信號均是冗余的,對個別特別重要的信號三重冗余。
3 取消旁路的設計方案
3. 1 防止高溫煙氣破壞
引風機出口煙氣溫度一般為120 ℃,當煙溫過高時,會損壞吸收塔設備,如噴淋層、除霧器以及吸收塔防腐材料等。因此,若不設置旁路煙道,就必須嚴格控制脫硫系統入口煙溫。一般可以采取如下措施來防止高溫煙氣對吸收塔的破壞:
(1)密切監視空預器的運行情況。正常情況下,經空預器降溫的尾部煙氣不會超溫,當煙溫異常升高時,極有可能是空預器故障停轉。
(2)設置事故噴淋降溫系統。空預器停轉會導致煙溫急劇升高,即使鍋爐緊急MFT,仍然會有部分高溫煙氣進入脫硫系統。為了避免高溫煙氣損壞吸收塔,需要設置事故噴淋降溫系統。具體做法是在吸收塔頂部布置一個事故噴淋水罐,并且適當延長吸收塔的入口煙道,以便于布置事故噴淋噴嘴,且事故噴淋水有足夠的蒸發、降溫時間。當吸收塔入口煙氣連續監測系統(CEMS)檢測到煙氣超溫時, 設置在水罐底部的閥門自動打開,降溫水自流通過管道、噴嘴進入煙氣,迅速被煙氣加熱蒸發,使得煙溫降低。
(3)采用耐高溫型塔內件。若在吸收塔的漿池部分采用襯膠,漿池以上采用耐高溫玻璃鱗片,即可保證吸收塔在150 ℃下正常運行,并可耐180 ℃高溫至少30min;吸收塔入口煙道采用碳鋼襯C276合金材料;噴淋管采用耐高溫型FRP,可耐180 ℃高溫至少30min;噴嘴材質用不懼高溫的SiC;除霧器材質為耐高溫阻燃型PP,可保證在短時間事故煙溫情況下不損壞。
3. 2 防止高煙塵對吸收塔的影響
由于煙塵中含有微量的氟化鋁,當其進入漿液后,會迅速溶解并覆蓋在漿液微粒的表面,阻止漿液與煙氣中酸性氣體的接觸,從而使得脫硫效率急劇下降,漿液pH值也持續降低。此時,即使大量補充石灰石漿液也無濟于事,只能將吸收塔解列,拋棄漿池中的漿液,引入新鮮的石灰石漿液。因此,要密切監視除塵器的運行情況,脫硫系統入口煙塵質量濃度不宜高于200mg/m3 (本文煙氣量均為標準狀態值) 。同時,不能過高估計脫硫系統的洗塵效果,不宜把脫硫系統作為除塵設備之用,即使當除塵器一個電場事故解列時,除塵器出口煙塵質量濃度仍應低于200mg/m3。
現在的鍋爐點火主要采用等離子和油槍兩種方式。若采用等離子點火,在鍋爐啟動時,除塵器可以同步投運,有效去除煙氣中的煙塵。若采用油槍點火,則不能選擇灰分過高的燃料。
3. 3 提高關鍵設備的可靠性
脫硫系統關鍵設備包括:吸收塔循環泵、吸收塔攪拌器、氧化風機等,它們安全運行與否直接關系到整個脫硫系統乃至機組的安全性和可靠性。
3. 3. 1 吸收塔循環泵
吸收塔循環泵作為脫硫系統最為重要的設備, 不僅關系到脫硫效果,而且直接關系到吸收塔的安全。一般大型燃煤火電機組的脫硫系統視入口SO2 濃度及其脫除效率可配置4～5臺循環泵,并備用1 套葉輪。循環泵應分接于不同的供電段,以避免因某段6 kV 供電故障導致吸收塔循環泵全部停運。設計中還應考慮只有2臺循環泵運行時,脫硫系統仍能維持正常運行而不會造成系統損壞。
3. 3. 2 吸收塔攪拌器
吸收塔漿池一般設4臺側進式攪拌器,攪拌器的功能一是防止漿液沉淀,二是促使氧化空氣分布均勻。吸收塔攪拌器應采用可靠性高的進口優質產品,攪拌器電機全部接入保安電源,并采用“ n - 1 ” 的設計原則,即使有1臺攪拌器發生故障停運,剩余 3臺攪拌器也足以保證吸收塔的攪拌效果。
4 結論與建議
脫硫系統取消旁路煙道是一種非常成熟和完善的方案,雖然在國內的業績不多,但在國外已得到廣泛應用。當前脫硫系統的可靠性已與主機的可靠性相當,只要在脫硫系統設計時,充分考慮無旁路的特殊性,進行針對性的設計,采用無旁路脫硫系統并不會降低整個電廠的運行可靠性。
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