湿法脱硫工艺的拓展性创新与应用
摘要:结合工程实际 ,介绍了湿法脱硫技术的拓展性创新“ 三炉一塔、一炉调峰” 脱硫技术 ,在研究分析该技术的特殊性和难点的基础上 ,进行了有针对性的研究开发 ,提出了有效的设计思路和控制策略。
关键词:湿法脱硫,创新,开发,应用
0 引言
影响脱硫工程建设的因素很多 ,主要包括电厂所在区域的环境容量、环保法规、资源状况和机组容量、燃煤硫分、机组寿命、年运行时间、副产品的处置、场地条件、建设难度等。特别是在建设初期未考虑安装脱硫装置的老机组 ,将会面临空间狭小、机组
容量偏小、资金筹措难、脱硫电价尚未落实等困难。为了实现脱硫成本、 效益的最大化 ,应充分结合电厂的内、 外部资源条件进行优化设计。
国电天津第一热电厂 3台 220 t /h锅炉烟气脱硫技改工程是国家《两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五” 规划 》的重点治理项目 ,也是中国国电集团公司重点脱硫技改项目、天津市“蓝天工程” 项目、天津市环保局专项资金支持的重点项目。国电
环境保护研究院在执行该项目时 ,根据电厂的实际情况 ,本着经济、有效、SO2减排最大化的原则 ,充分利用电厂经拆除、搬迁、改造后腾出的场地 ,在总结国内外“一炉一塔” 和“二炉一塔” 脱硫工程经验教训的基础上 ,对 3台锅炉共用 1套脱硫装置且保证1台锅炉能随时启停 ,具有调蜂能力的湿法脱硫工艺进行了拓展性的开发 ,提出了“三炉一塔、一炉调峰” 的设计方案 ,并在工程建设中得到了有效的实施 ,取得了成功的经验 ,填补了国内空白 ,开创了现有中小型机组脱硫的新思路。
1 工艺的提出
天津第一热电厂地处天津市中心 ,是承担天津城区供热的老厂 ,机组采用母管制布置。由于电厂所处区域环境敏感度高 ,为达到天津市的 SO2 排放要求 ,即使燃用硫分为 0.97%的煤炭 ,仍需建设脱硫效率高达 95.5%的脱硫装置。因电厂在建设初期没有预留脱硫建设场地 ,为了能够在有限的建设空间内实现 SO2减排最大化 ,达到排放标准 ,我们确定采用国内外广泛应用、脱硫效率较高的石灰石—石膏湿法脱硫工艺。
由于电厂锅炉容量较小 ,燃煤硫分仅 0.97%,且6台炉共用1座烟囱 ,每侧3台锅炉对称布置。若采用常规的一炉一塔 ,显然不经济;若采用已有成功应用经验的二炉一塔 ,其经济性将大大提高;但是 ,结合天津第一热电厂的实际情况 ,我们认为实现3台锅炉同时全部脱硫是一个更有价值和实际意义的方案。对此 ,国电环境保护研究院进行了专题研究 ,提出了“ 三炉一塔、一炉调峰” 的设计方案 ,对湿法脱硫工艺进行了拓展性创新开发。
虽然“ 三炉一塔、一炉调峰” 脱硫方案在国内尚无先例 ,存在一定的技术风险 ,但根据目前的技术水平 ,其存在的技术问题是可以解决的。中国国电集团、 天津市环保局在对方案进行专家论证的基础上,给予了肯定和支持。
2 工艺简介
天津第一热电厂拟脱硫的 3台锅炉运行工况较复杂 ,只在冬季供热期才同时满负荷运行 ,一年中有8个月是2台炉运行,调峰时还有1台炉运行的情况。这为脱硫工艺系统的设计和实现增加了难度。三炉一塔、一炉调峰脱硫工艺系统流程见图1。
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3 工艺流程的特殊性
与常见的“一炉一塔” 和“二炉一塔” 工艺相比 ,“三炉一塔、一炉调峰” 工艺流程存在诸多特殊性 ,在研究开发时重点考虑的因素有:
(1)由于电厂需要 3台炉频繁调峰运行 ,在工艺系统的设计上 ,考虑到调峰的方便性 ,把离烟囱最近的 11号炉用作调峰 ,设置入口、旁路烟道及挡板门 ,从而保证在任何工况下 ,该锅炉都可以自由进、出脱硫系统。同时 ,还避免了脱硫系统运行期间 , 3
台锅炉都无法停炉检修的问题。
(2)总烟气量来自 3台锅炉 ,故系统设置了 3台循环泵 ,这样可以在工艺设计上考虑一一对应运行的可能性 ,这种运行方式相对比较经济。由于任何一台锅炉的启、 停以及负荷变化都会造成总烟气量大幅度变化 ,考虑到脱硫系统与锅炉间的相互影响 ,特别是脱硫增压风机与锅炉送、引风机之间的协调和稳定运行 ,增压风机采用了动叶可调轴流风机。
(3)烟气量变化时 , FGD系统内烟道气流速度波动范围很大 ,如果脱硫装置在较低负荷下运行 ,烟道底部很容易积灰 ,并在吸收塔入口烟道发生垢下腐蚀。为解决这一问题 ,我们采用提高烟道内烟气流速的方案 ,保证 2台炉运行时流速合理 , 3台炉运行时可以正常工作。
除了上述 3方面因素外 ,还要根据电厂实际烟气情况 ,综合考虑脱硫系统内部其他因素对较大烟气量变化的适应性。
4 控制方案的确定
4 . 1 挡板门的控制方式
在“三炉一塔” 中 ,如何实现挡板门的实际价值 ,对脱硫系统和机组的正常运行有重大意义。从图 1可以看出 ,工艺方案中共设置了5个挡板门 ,除了常规脱硫系统中的入口、出口和旁路挡板门之外,调峰锅炉独立设置了入口和旁路 2套挡板门。调峰锅炉具有相对独立的进、出脱硫系统的自由性。当脱硫系统正常投入时 ,调峰锅炉可以自由选择是否进入脱硫系统 ,也就是说 ,调峰锅炉的入口、旁路挡板门执行机构动作不影响脱硫系统其他 3个挡板门的状态。但是 ,当脱硫系统未正常投入时 ,调峰锅炉的自由性将受整个脱硫系统的影响,从控制对象的角度来说 ,系统中 5套挡板门将彼此影响。
4 . 2 增压风机的控制方式
动叶可调轴流风机的应用 ,在一定程度上缓解了烟气量大幅度变化对脱硫系统及机组的影响。在不影响机组正常运行的前提下 ,实现动叶执行机构的自动控制是脱硫系统运行的难点。在“三炉一塔、一炉调峰” 工艺中 ,由于大范围的烟气量变化及实际的烟道布置状况 ,动叶执行机构的位置使烟气的设计流向发生改变 ,实际运行中发现:在一定的负荷下 ,动叶位置将导致净烟气通过原烟道再次进入吸收塔。此时 ,应将原烟气 SO2 浓度和温度变化率作为参考量 ,确定动叶是否处于最佳位置。
4 . 3 锅炉负荷变化时的控制系统反应方案
“ 三炉一塔、一炉调峰” 脱硫工艺流程中 ,锅炉负荷变化带来的烟气量扰动 ,要求系统内各个控制回路和控制参数都要作适当调整;大部分自动控制回路必须切换为手动控制。在脱硫控制系统中 ,锅炉负荷是通过锅炉蒸发量间接反映的。锅炉负荷通常作为加浆流量和增压风机压力控制的前馈信号参与控制 ,它可使控制系统快速反应。在以往的锅炉负荷测试过程中发现:锅炉负荷的起伏 ,对脱硫系统有较大影响。
5 控制方案的难点
脱硫系统作为火电厂的大型辅助设备 ,自动化水平应与机组保持一致 ,以实现脱硫系统的启动、正常运行工况的监视和调整、停机以及事故处理。就整个脱硫系统控制的复杂程度来讲 ,远不如火电厂热力设备 ,但是该系统在整套设备运行中的参数检测、控制指标等方面具有其特殊性 ,即不同于火电热控方式 ,却具备化工过程控制的特点。
在脱硫系统中 ,部分重要的被控对象具有较大的延迟和惯性 ,主要反映在液、固物料的质量和化学反应惯性上 ,基本上与蓄热量无关。另外 ,脱硫系统的控制不仅要准确反映其系统内部的工艺特点 ,还要考虑整套系统对机组运行的影响 ,而且这种影响将作为整个脱硫系统运行的前提条件。
目前 ,在国、内外设计、应用的脱硫系统中 ,三炉一塔工艺方案比较少见。在天津第一热电厂脱硫项目中 ,除了工艺上做一些特殊性考虑 ,且在控制方案的制定上也给予相应的反映外 ,还对常见湿法脱硫控制策略在一些细节上作了适当调整。在确定控制方案时 ,着重考虑了挡板门的控制、增压风机压力控制、 锅炉负荷变化控制。这三个方面是反映三炉一塔特殊性和难点的灵魂。
6 工程建设概况
天津第一热电厂脱硫系统于 2006年10月31日通过天津市环保局组织的环保验收。脱硫效率达到99% ,除尘效率 80% ,脱硫装置各项技术指标均达到或超过设计要求。
到目前为止 ,该工程已创造了多个国内第一 ,其中最主要的有:
(1)首次采用“三炉一塔、一炉调峰” 的湿法脱硫工艺;
(2)烟道改造工程时间最短 (15 d) ,工程量最大(5个挡板门、 烟道增高加固、 新建烟道 ) ;
(3)首次采用液压顶升倒装法完成变径吸收塔的安装;
(4)施工场地严重紧缺、无组装场地 ,且建设场地中存在承担电厂 6台锅炉连续运行的灰沟 ,使得施工作业面不能同时展开 ,只能工序施工 ,而工程进度不低于常规脱硫工程的建设周期。“三炉一塔、一炉调峰” 脱硫工艺目前已申报多项国家专利。
7 结语
工程实践证明:“三炉一塔、一炉调峰” 脱硫技术既可充分利用湿法脱硫工艺脱硫效率高、负荷适应性强的特点 ,又可最大限度地减少占地面积和单位投资成本 ,能在有限的场地和投资条件下 ,实现SO2减排最大化。该技术的成功开发和应用 ,为我国“十一五” 期间近 1亿 kW中小型老机组的脱硫改造提供了性价比高、实施性强的拥有自主知识产权的脱硫技术 ,填补了国内空白 ,开创了现有中小型机组脱硫的新思路。
天津第一热电厂脱硫技改工程的成功投运大大削减了 SO2及烟尘的排放 ,对天津市及其周边地区大气环境质量的改善 ,确保“十一五” 天津市二氧化硫排放总量削减 10%和“蓝天工程” 目标的实现打下了坚实的基础 ,对树立国电集团良好的企业形象具有重要意义。
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