石灰石/石膏湿法FGD 系统的优化
火电厂采用烟气脱硫技术无疑是减少SO2排放的一个有效措施。然而，电厂FGD系统的投资和运行费用十分高昂，一是内因，即目前引进的FGD技术及设备费很高，这可通过国产化来降低；二是外因，即在FGD技术的选用、设计及运行上存在着许多不合理之处，使得FGD系统投资、运行费用增高，这需要对选定的FGD系统进行认真、仔细的优化。广东省连州电厂的FGD系统运行经验表明，若通过各种优化设计、运行，将使FGD系统投资和运行费用大大减低。本文即提出选定FGD系统优化的思想，认为应从以下两方面考虑：
(1) 设计上的优化
燃煤含硫量及脱硫率的合理确定。它直接影响各个设计参数及设备容量的选择，对FGD系统的投资的影响最重要。电厂往往要求FGD系统能很好地适应高硫煤，给出的燃煤含硫量比实际运行要高许多，要求的脱硫率也尽可能地高，殊不知这使投资成倍增加。以连州电厂为例，设计FGD 系统的收到基含硫量为2.5%，而机组实际运行却在1.0%左右，毫无疑问，这使原FGD系统存在着很大的冗余度，性能价格比很低，造成很大浪费。这种情况还在继续，应当引起厂方的足够重视。
系统精简。事实上，在FGD系统中有许多设计是多余的，完全可以省去或改进，省去系统自然会节约投资。
安全性的考虑等。如对FGD系统的安全性设计考虑不周，将会给电厂带来不必要的损失。
(2) 运行优化
通过对运行程序的优化，如烟气挡板的开关、循环泵的组合、pH 值的优化等，可以提高FGD 系统的效率、利用率和安全性，降低运行成本，这是毫无疑问的。
本文主要根据连州电厂 FGD 系统现场运行经验，提出了 FGD 装置各个系统可优化改进之处。
1 连州电厂 FGD 系统简介
连州电厂的 FGD系统是广东省首套石灰石/石膏湿法烟气脱硫装置，除石灰石上粉和石膏排放系统外，其它所有系统的设计、设备均由奥地利能源公司提供。该装置设计处理连州电厂现有2×125 MW 机组所产生的全部烟气。石灰石粉从厂外直接买入，副产品石膏脱水至45%含固率后抛弃。该系统于2000 年12 月完成168 h 试运行，进入试生产运行， 2001 年7 月17～20 日进行了FGD 装置的性能验收试验。 FGD 的系统流程见图，详细设计参数参见文献[1～2]。
从锅炉电除尘器后出来的烟气，经 FGD 入口挡板进入吸收塔，向上流动，并且被通过喷嘴雾化后向下喷淋的2 层石灰石浆液滴以逆流方式所洗涤。用作脱硫剂的石灰石浆液由2 台浆泵（1 用1 备）打到2 台吸收塔循环泵入口，与吸收塔底的石膏浆液混合。在吸收塔底部，大部分亚硫酸盐与 1 台氧化风机供给的氧气反应生成硫酸盐。经过净化处理的烟气流经2 个卧式除雾器，以除去浆液微滴。脱硫后的烟气被蒸汽再热器加热到80 ℃以上，经出口烟气挡板进入烟囱；加热后的蒸汽冷凝为凝结水收集在2 个凝结水箱中，并通过 2 组凝结水泵回收打入除氧器系统中。FGD 系统设有旁路烟道，上有两个旁路挡板。由于挡板处可能出现的泄漏，所以挡板集中设有2 台密封风机。
FGD 系统的产品——石膏浆液通过2 台石膏浆液泵（1 用1 备）打入1 个水力旋流器内，脱水至含固率约为45%进入石膏浆液罐中，由2 台浆液抛弃泵（1 用1 备）打入锅炉灰渣水缓冲池内，直接由电厂灰渣泵打到灰场抛弃。
2 FGD 装置各系统的优化改进
2.1 烟气系统
2.1.1 烟气挡板的改进
当 FGD 启、停时，烟气进行由旁路和主路的切换，由于两路烟道的阻力不一样，此时会对锅炉的炉膛负压产生明显的影响，特别是当FGD 系统保护动作时，FGD 旁路挡板在弹簧的作用下2 s 内快速打开，造成锅炉的炉膛负压波动更大。若燃烧的煤质差，在这么短的时间内运行人员无法将负压调整过来，极有可能造成锅炉灭火。在深圳妈湾电厂海水FGD 系统、重庆热电厂[3～4]的FGD 系统上都出现过因 FGD 系统压力的变化而引起锅炉跳闸的事故。况且由于长久不操作，弹簧的可靠性不够，电厂FGD 系统4 次失电它都未能正确动作，从而使热烟气进入吸收塔，造成了除雾器大面积损坏事故[5]。另外,对两台机组共用一套FGD 系统的设计，当FGD 运行时，高浓度的SO2 烟气倒灌进入停运锅炉而使炉膛负压变正。因此可改进如下：
将旁路挡板的关闭程序分为3 个阶段，每次只关闭30% 左右，从而延长了挡板的关闭时间，使得炉膛负压的变化平缓，运行人员有充分的时间对炉膛负压进行调整，这点在 FGD 系统调试就已进行了。取消两个旁路挡板配置的弹簧系统，将原烟气挡板、洁净烟气挡板、两个旁路挡板的电源由FGD 系统380 V 开关柜改在主厂房380 V 工作段或公用段，这样一来可以大大提高FGD 的安全性。当FGD 系统完全失电时，烟气挡板仍然可以正常操作，旁路打开使热烟气流过，从而保护了系统内的防腐衬胶、磷片涂层、除雾器等其它吸收塔内部设备。用压缩空气来密封引风机出口挡板以防止烟气倒流。
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在单炉运行时，挡板的台密封风机风压足够，基本上没有风漏入吸收塔，检修人员可在FGD 系统内如烟道上、吸收塔内安全工作。但当2 台炉在运行时，烟气便进入FGD 系统内，气味难闻，十分呛人，根本不能入塔内。这表明此时FGD 入口挡板密封性不好了。一个原因是FGD 进出口挡板处烟气压力不同，出口远小于入口，是负压。而密封风共用一根母管，风便大部分流向出口，造成入口密封不足。若改为进、出口处2 个挡板单独设立2 台小的密封风机，运行时1 用1 备，则可以提高密封性能。另外可以大大节省密封风管道，同时提高了密封系统的可靠性。
2.1.2 烟道的改进
在 FGD 入口烟道上预设喷水。运行表明，FGD 吸收塔入口烟道上积灰严重，同时过多的飞灰对FGD 系统有十分不利的影响，故AE 公司设计时要求入口飞灰浓度不大于 300 mg/m3。预设喷水不仅可更好地保证FGD 系统的运行，提高脱硫效率；而且可以提高副产品石膏的品位[6]（对石膏回收工艺来说十分重要），同时在紧急状态下可保护系统内设备和防腐不受高温烟气的损坏。
由于有漏烟，故在 FGD 入口烟道上会出现腐蚀现象。在连州，只在吸收塔入口约1 m 处有涂层，脱硫后烟气的腐蚀性比未脱硫前并未减小，反而会使腐蚀加大[7]，从入口挡板后的约10 m的烟道未有防腐，实际运行表明，烟道已开始出现了腐蚀现象。
2003 年7 月初，电厂对FGD 再热器后的烟道和烟囱进行了全面检查，结果发现，烟囱入口约20 m的原烟道遭到了严重腐蚀。烟道厚度原为6 mm，现为4.8～5.2 mm，即腐蚀了1 mm 左右，而FGD 系统累计的运行时间不到1 年，并且运行含硫量（约0.8%）大大低于设计值（2.5%）。目前电厂已对吸收塔入口烟道及尾部烟道进行了防腐保护措施，暂未发现烟囱有腐蚀现象。
2.2 蒸汽加热器系统
(1) 将加热蒸汽改为一路。连州电厂 FGD 系统采用蒸汽加热的方式，蒸汽来源为汽机的3 段抽汽。 #1、#2 炉的辅汽母管是连在一起的，因而可将原2 路蒸汽并成1 路就可，这样可以节约1 路管道及相应的电动门、调节门，降低成本。
(2) 凝结水箱及凝结水泵1 组即可。原设计是将凝结水收集在2 个凝结水罐中，并通过2 组凝结水泵（共4 个，2 用2 备）打入机组的除氧器系统中。但实际上凝结水量很小，最大不过 24 t/h，因而用1 个凝结水罐及1 组2 台凝结水泵便足够，这样系统简化，设备减少，维修保养也方便。目前电厂已将2 个凝结水罐相连，只用一组凝结水泵运行即可。
2.3 吸收塔系统
将 2 台循环泵同时运行改为1 用1 备的形式。原设计燃煤含硫量为2.5%，2 台循环泵同时运行方能达到设计脱硫率。然而实际上目前的燃煤含硫量Sar 多在1.0%以下，1 台循环泵运行便可达到足够的脱硫率，因而将1 台备用可以大大省电。即使在设计2.5%的含硫量下，当只有1 台炉运行时，也可以只开1 台泵即可。
2.4 石灰石浆液系统
石灰石浆液系统主要由流化风机、石灰石粉仓、给粉机、石灰石浆液罐、石灰石浆液泵等设备组成。在制浆时，石灰石粉通过浆液罐的溢流管冒出，严重污染周围环境。起初是用仪用空气密封，但效果不佳，并且造成仪用空气压力降低、备用空压机频繁启动的现象。后改用流化风机的风来密封，但也不行，仍有石灰石粉外冒。又临时用一皮管引至循环泵房的排污池中，然而不久皮管就浮在水面上，喷出的粉弥漫在泵房内，造成更大的污染。更为严重的是，这一改动引起溢流管内浆液沉淀结块导致堵塞而运行人员没有及时发现，最终导致石灰石浆罐液位过高（液位计稍有不准）、罐内憋压将玻璃钢结构的石灰石浆罐顶部鼓起、受损变形，并使搅拌器支架附着部位多处断裂的事故。最后采用特制的密封水罐彻底解决了这一问题。
2.5 石膏脱水及抛弃系统
该系统除保留一次脱水、水力旋流器外，其它可以全部取消（注：原设计可能上二次脱水的）！
既然石膏抛弃，何必要储存？直接通过石膏泵将浆液一次脱水后输送到电厂的灰渣前池，再通过灰渣泵打到灰场是最简单的。各种溢流、取样水也可直接通到灰渣前池，这样除水力旋流器外、石膏浆液罐及搅拌器、石膏抛弃泵等设备及相关管道、仪表、整个排污池都可省去，可大大节约投资。
把现场拆管检查和实验室分析灰渣管的结垢机理结合起来进行研究，表明脱硫石膏浆液与机组灰渣水混排的方式对现有排灰渣管道的影响不大，不会加剧灰管的结垢。对于抛弃法设计的FGD 系统，可以不必单独设立脱硫石膏液浆排放管道，这样可以大大节约投资。
2.6 公用系统
(1) 用引风机冷却水的回水来补充FGD 的工艺水。 FGD 系统需消耗大量的工艺水，满负荷运行时耗水量约70 t/h。原设计FGD 系统的工艺用水来源于#2 机组的工业水母管（由两台工业水泵供给）。由于其本身的工业水供给裕度不大，因此当FGD 系统补充工艺水时，使机组设备的冷却水压力大幅度下降，造成运行设备如送、引风机轴承的冷却效果变差，引起电厂工业用水紧张。并且引起工业水泵电流的波动。用引风机冷却水的回水补充FGD 的工艺水，解决了此问题。
(2) 其它。FGD 系统的仪用空气耗量不大，目前电厂已停用原有仪用空压机，而将仪用空气改由机组的仪用空压机提供。柴油发电机原设计是在 FGD 系统6 kV 失电的紧急情况下启动，经转换开关向FGD 系统的保安段送电。然而现场多次停电事故表明，如把搅拌器等主要设备的电源接到厂用电380 V 系统上，柴油发电机完全可以省去！
3 省去或优化改进的部分
表中给出了目前连州电厂FGD 系统设备可优化改进的部分。改进后系统将到极大简化，自然可以节约大量投资。
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4 结语
火电厂 SO2 的控制势在必行，今后的10 年内我国的 FGD 技术将大规模地得到应用。然而FGD 系统的投资十分巨大，这在一定程度上制约了FGD 系统的应用。加快对已有技术的消化吸收，实现脱硫技术和设备的国产化，并开发出具有自主知识产权的FGD 技术，这是我国推广应用FGD 技术控制SO2 排放的必由之路。同时可以通过本文提出的选定FGD系统优化的思想，进行FGD系统的设计和运行优化，将使FGD 系统投资运行费用大大减低，并增强机组和FGD 系统本身的安全可靠性，广东省连州电厂的FGD 系统的运行实践就充分表明了这一点。
参考文献
[1] 曾庭华, 廖永进. 连州电厂石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统的工艺流程分析[J]. 电力环境保护, 2001, 17(2): 11～13.
[2] 曾庭华, 廖永进, 马斌. 石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统的调试[J]. 华东电力, 2001, 29(11): 39～44.
[3] 吴忠胜. 烟气海水脱硫系统在西部电厂的应用[J]. 湖南电力, 2001, 21(4): 30～31, 36.
[4] 何育东. 重庆发电厂 2×200MW 机组湿法烟气脱硫工艺流程分析[J]. 电力环境保护, 2001, 17(4): 9～12.
[5] 李焕辉, 杨建球, 曾庭华, 等. 简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术在连州电厂的应用[J]. 环境技术, 2002, 20(5): 18～22, 30.
[6] 周至祥. 湿式石灰石-石膏法排烟脱硫装置的问题和对策[J]. 四川电力技术, 2001(1): 19～25.
[7] 曾庭华. 湿法脱硫系统对锅炉尾部烟道和烟囱影响的研究[J]. 电力建设, 2002, 23(4): 19～22.
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