大型燃煤火电机组取消脱硫旁路烟道的应对措施
摘要:介绍了大型燃煤电厂烟气脱硫系统设计中取消脱硫烟气旁路烟道所采取的针对性措施,为大型燃煤火电机组无旁路设计提供借鉴。
关键词:烟气脱硫,无旁路,措施
1 取消旁路烟道的意义
随着国家环保要求的进一步提高以及环保政策的日益严格,国家环保机构已要求火电企业在建设烟气净化装置时尽量不设旁路烟道,并对取消烟气旁路的项目优先审批。在国家发展改革委和国家环保总局颁布的《燃煤发电机组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法(试行) 》中明文规定,新(扩)建燃煤机组建设脱硫设施时鼓励不设置烟气旁路通道;并且规定:已安装脱硫设施的燃煤电厂脱硫设施不运行或投运率较低的,必须相应扣减脱硫电价,防止发电企业故意闲置脱硫设施。因此,取消旁路烟道,有助于火电企业建设工程的顺利报批,以尽早开工建设,早日取得发电效益。
国家环境保护总局《火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石/石灰—石膏法》(HJ /T179 - 2005 )第 5. 3. 2. 5条款为:新建发电机组建设脱硫设施或已运行机组增设脱硫设施,不宜设置旁路烟道。如确需设置的,应保证脱硫装置进、出口和旁路挡板门具有良好的操作和密封性能。
随着国家环保法令的不断严格,虽然现在还未明令禁止脱硫系统设置旁路烟道,但是取消旁路,是环保要求的趋势所在。
2 取消旁路的技术可行性和安全性
近年来,随着脱硫技术的逐渐发展,脱硫装置的可利用率不断提高,目前已完全达到了不低于主机的可靠率。在这样的背景下,脱硫装置取消旁路烟道是完全可行的。
目前,湿法烟气脱硫工艺的系统设计在国内已比较成熟、可靠,现阶段影响脱硫系统可靠性、容易造成FGD装置停机的主要原因是脱硫设备的故障率。不过,对关键设备或仪表采用冗余设计,已能有效提高FGD装置的可靠率。在湿法脱硫系统中,氧化风机、石膏浆液排出泵、石灰石输送泵、除雾器冲洗水泵、工艺水泵、挡板门密封风机等重要设备都是采用一用一备方式配置。对核心设备吸收塔浆液循环泵,考虑到几台循环泵同时发生故障的可能性非常小,可不设置备用泵,但应设置1 套泵的备用叶轮,并保证叶轮的使用寿命不低于10年。此外,对重要的起调节保护作用的测量仪表,均考虑冗余配置;用于自动控制、保护、连锁的信号均是冗余的,对个别特别重要的信号三重冗余。
3 取消旁路的设计方案
3. 1 防止高温烟气破坏
引风机出口烟气温度一般为120 ℃,当烟温过高时,会损坏吸收塔设备,如喷淋层、除雾器以及吸收塔防腐材料等。因此,若不设置旁路烟道,就必须严格控制脱硫系统入口烟温。一般可以采取如下措施来防止高温烟气对吸收塔的破坏:
(1)密切监视空预器的运行情况。正常情况下,经空预器降温的尾部烟气不会超温,当烟温异常升高时,极有可能是空预器故障停转。
(2)设置事故喷淋降温系统。空预器停转会导致烟温急剧升高,即使锅炉紧急MFT,仍然会有部分高温烟气进入脱硫系统。为了避免高温烟气损坏吸收塔,需要设置事故喷淋降温系统。具体做法是在吸收塔顶部布置一个事故喷淋水罐,并且适当延长吸收塔的入口烟道,以便于布置事故喷淋喷嘴,且事故喷淋水有足够的蒸发、降温时间。当吸收塔入口烟气连续监测系统(CEMS)检测到烟气超温时, 设置在水罐底部的阀门自动打开,降温水自流通过管道、喷嘴进入烟气,迅速被烟气加热蒸发,使得烟温降低。
(3)采用耐高温型塔内件。若在吸收塔的浆池部分采用衬胶,浆池以上采用耐高温玻璃鳞片,即可保证吸收塔在150 ℃下正常运行,并可耐180 ℃高温至少30min;吸收塔入口烟道采用碳钢衬C276合金材料;喷淋管采用耐高温型FRP,可耐180 ℃高温至少30min;喷嘴材质用不惧高温的SiC;除雾器材质为耐高温阻燃型PP,可保证在短时间事故烟温情况下不损坏。
3. 2 防止高烟尘对吸收塔的影响
由于烟尘中含有微量的氟化铝,当其进入浆液后,会迅速溶解并覆盖在浆液微粒的表面,阻止浆液与烟气中酸性气体的接触,从而使得脱硫效率急剧下降,浆液pH值也持续降低。此时,即使大量补充石灰石浆液也无济于事,只能将吸收塔解列,抛弃浆池中的浆液,引入新鲜的石灰石浆液。因此,要密切监视除尘器的运行情况,脱硫系统入口烟尘质量浓度不宜高于200mg/m3 (本文烟气量均为标准状态值) 。同时,不能过高估计脱硫系统的洗尘效果,不宜把脱硫系统作为除尘设备之用,即使当除尘器一个电场事故解列时,除尘器出口烟尘质量浓度仍应低于200mg/m3。
现在的锅炉点火主要采用等离子和油枪两种方式。若采用等离子点火,在锅炉启动时,除尘器可以同步投运,有效去除烟气中的烟尘。若采用油枪点火,则不能选择灰分过高的燃料。
3. 3 提高关键设备的可靠性
脱硫系统关键设备包括:吸收塔循环泵、吸收塔搅拌器、氧化风机等,它们安全运行与否直接关系到整个脱硫系统乃至机组的安全性和可靠性。
3. 3. 1 吸收塔循环泵
吸收塔循环泵作为脱硫系统最为重要的设备, 不仅关系到脱硫效果,而且直接关系到吸收塔的安全。一般大型燃煤火电机组的脱硫系统视入口SO2 浓度及其脱除效率可配置4～5台循环泵,并备用1 套叶轮。循环泵应分接于不同的供电段,以避免因某段6 kV 供电故障导致吸收塔循环泵全部停运。设计中还应考虑只有2台循环泵运行时,脱硫系统仍能维持正常运行而不会造成系统损坏。
3. 3. 2 吸收塔搅拌器
吸收塔浆池一般设4台侧进式搅拌器,搅拌器的功能一是防止浆液沉淀,二是促使氧化空气分布均匀。吸收塔搅拌器应采用可靠性高的进口优质产品,搅拌器电机全部接入保安电源,并采用“ n - 1 ” 的设计原则,即使有1台搅拌器发生故障停运,剩余 3台搅拌器也足以保证吸收塔的搅拌效果。
4 结论与建议
脱硫系统取消旁路烟道是一种非常成熟和完善的方案,虽然在国内的业绩不多,但在国外已得到广泛应用。当前脱硫系统的可靠性已与主机的可靠性相当,只要在脱硫系统设计时,充分考虑无旁路的特殊性,进行针对性的设计,采用无旁路脱硫系统并不会降低整个电厂的运行可靠性。
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