无旁路烟气脱硫系统设计及运行研究
更新时间：2014-07-02 21:56
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脱硫系统不设置烟气旁路是国家对节能减排的一个政策方向，取消烟气旁路后脱硫系统的重要性与主机处在同等重要的位置，此时在设计上如何提高脱硫系统的可靠性和稳定性，以及在运行中应遵循什么运行逻辑来确保机组的安全性更加重要，对相关问题进行了探讨，为以后无旁路机组设计及运行提供经验。
1 无旁路烟气脱硫系统的概述
随着环境问题越来越突出，国家环保政策日趋严格，自取消旁路的政策实施以来，已投运电厂的脱硫烟气旁路均已经封堵，新建电厂在设计时就按照无脱硫烟气旁路设置。已建无旁路烟气脱硫系统改造通常是取消了脱硫系统出入口及旁路挡板门和挡板门密封空气系统[1]，减少了挡板的卡涩和故障点的发生。新建机组则通常取消FGD增压风机，FGD系统阻力由2台引风机来克服[2]，大幅降低了初始投资和运行费用，也简化了系统，降低了系统的故障率。但取消旁路后烟气经脱硫后的净烟气直接排入烟囱，脱硫系统成为烟气的唯一通道，因此脱硫系统的重要性提高到与主机一致，从设计时就应该考虑脱硫系统的重要性和可靠性。
2 脱硫系统取消烟气旁路后提高可靠性的设计
取消烟气旁路后，脱硫系统的可靠性除了要考虑保证脱硫效率达标外，还要保证系统在任何工况下都能安全运行，此时不仅在设备选择上要注意设备的可靠性，在设计方面更应该充分考虑，不仅在正常运行时要保证脱硫效率，更应该在事故状态也要保证系统安全运行。
2.1 优化脱硫系统供电设计
对吸收塔区的重要设备，如吸收塔浆液循环泵、氧化风机、部分吸收塔搅拌器和除雾器冲洗水泵等影响吸收塔安全运行的设备电机，应该考虑为一类负荷或者接保安电源，保证当其中一路电源出现故障时有备用电源能瞬时切换，不影响吸收塔附属设备的安全运行。或者其中多台循环泵分别接在不同母线上，保证至少1台循环泵的供电是可靠的。提高供电等级就是要保证当主机发生故障，即引风机惰走时吸收塔内的防腐能耐受住高温烟气的冲击，此时的应对措施就是至少需要有1台浆液循环泵在运行或者除雾器冲洗水泵，在运行保证吸收塔内防腐及除雾器叶片等不致于受高温烟气的冲击而损坏，因此要有电源能保证降低烟气温度的设备有运转的条件。
2.2 采取适当措施保证进入吸收塔内烟气温度不致于破坏吸收塔内件
目前，常规的做法是在吸收塔入口或者吸收塔入口烟道上设置事故冷系统来降低烟气温度，事故冷却系统冷却水量是依据将烟气由180 ℃降低到80 ℃时所需要的水量，此处烟气温度的确定也是由吸收塔内防腐及耐高温冲击的材料和部件的性质决定的。一般事故冷却系统由高位水箱、管道及喷嘴组成，高位水箱的来水一般由可靠的水源提供，如接有保安负荷的水泵或者是电厂的消防水。高位水箱的安装高度根据事故冷却的喷嘴将水雾化所需的压力决定的，事故喷嘴的设置可以考虑分级设置，如分两级或者三级设置，每级控制一定数量的喷嘴，且保持一定间距，这样有利于烟气与水雾充分接触，充分冷却烟气。同时，当温度超出正常设计范围时也可以开启其中一级喷嘴，对烟气进行预冷却，保护吸收塔系统。事故喷嘴的设置位置应适当远离吸收塔[3]，若冷却喷嘴离吸收塔太近，则烟气与水雾接触的瞬间就进入了吸收塔，两者接触时间短，仍可能导致烟气未充分冷却而对吸收塔内件及防腐造成冲击;若冷却喷嘴离吸收塔距离太远则干湿烟气的交界面会拉长，即原烟气烟道需要防腐的面积会增大，增加了造价，因此，事故喷嘴的设置地点应考虑到能冷却高温烟气的同时又要兼顾经济性。事故冷却系统的设置如图1所示。
事故喷淋的喷嘴在设置时应尽量覆盖整个烟道，保证烟气与水充分接触，事故喷淋喷嘴的雾化压力在0.8 MPa～1.0 MPa左右，喷嘴的数量应根据单个喷嘴的喷淋直径和烟道截面来确定，即喷嘴的喷雾面积能全部覆盖烟道截面保证烟气不发生逃逸[3] 。
2.3 选择可靠性高的设备和材料
取消旁路后，脱硫系统任何一次停机都会引起主机停机，因此，应提高设备可靠性，减少系统停机的可能，在设备和材料方面应严格要求，例如用耐酸钢或者镍基合金材料取代玻璃鳞片和橡胶，关键设备设置备用系统等。
3.1 FGD停机信号
涉及到脱硫装置设备安全问题，满足下面任意一条，脱硫DCS向主机DCS发脱硫请求锅炉MFT信号，需要停主机：
a) FGD入口烟气温度>180 ℃，延时30 s;
b) FGD入口烟气温度>160 ℃，延时30 min;
c) 所有循环泵同时停运延时4 s(经验值，具体根据设备判定)。
3.2 增加事故喷淋逻辑
逻辑如下：a) 消防水至事故喷淋系统开关阀;b) 事故喷淋系统至吸收塔入口开关阀。
3.3 联锁打开条件
a) FGD入口烟气温度>150 ℃，延时10 s ，开启一级事故喷淋气动阀;
b) FGD入口烟气温度>170 ℃，开启两级事故喷淋气动阀;
c) 3台循环泵同时停运。
允许关闭条件： FGD出口烟气温度< 65 ℃ 或FGD入口烟气温度<150 ℃。
4 结语
取消烟气旁路后脱硫系统的安全稳定运行需受到重视，在设计时就应该从供电等级，工艺设计、运行控制等方面周全考虑，以保证脱硫系统的安全运行。要严格监控FGD入口烟气温度，如果出现温度过高则应启动事故喷淋系统以保护脱硫装置或者降低运行负荷。当循环泵出现故障时应及时抢修，保证至少有一台循环泵能运行，减少锅炉MFT的发生。
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