NID脱硫技术在焦作电厂的应用
焦作电厂#2锅炉于1980年1月投产，为哈尔滨锅炉厂生产的HG670/13.7—5型超高压、一次中间再热单汽包自然循环固态排渣无烟煤锅炉。一、二次风各为四层，一次风喷口为水平浓缩直流煤粉燃烧器，四角切圆燃烧，设计排烟温度130℃。设计煤种为焦作王封矿无烟煤，收到基硫份2.13%。
由于燃煤供应紧张，原煤含硫量也不断攀升，河南电力用煤含硫量从2004年的0.5%升高到2007年的2.0%。焦作电厂#2炉SO2排放浓度平均达到2000mg/m3以上，远远高于国家环保考核标准。随着国家环保要求的日益严格，加之我厂位于焦作市郊，我厂提出脱硫改造。在2005年10月至2006年11月#2机组进行的第六次大修中，采用美国ALSTOM公司的NID脱硫工艺，由浙江菲达环保公司负责施工，机组进行了脱硫除尘干除灰一体化改造。
一、焦作电厂NID脱硫系统主要构造
锅炉空气预热器出口的烟气被均匀地分成4股,每股烟气烟道上设置1条NID工艺烟气脱硫装置,即整套脱硫系统有4条NID工艺线,每条工艺线路能独立启闭(见图20)。整套脱硫系统由以下几部分组成:4条NID工艺烟气脱硫装置;2个生石灰料仓;3台流化风机;1个工艺水箱及2台工艺水泵;1个空压机站;1个灰库及下灰设备等;气力输送系统;2台引风机;其他辅助设备。
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图20 |
每条NID烟气脱硫装置由以下主要设备组成1只反应器入口关断风门;1个NID反应器及沉降室;1列布袋除尘器;出口关断风门;1个在布袋除尘器下为输送终产物的船形灰斗和流化槽;1套NID设备(消化器、混合器、循环灰给料阀)。
1、反应器
NID反应器是一种经特殊设计的集内循环流化床和输送床双功能的矩形反应器,是整套脱硫装置中的关键设备,采用ALSTOM公司的专利技术。在反应器内,一方面,通过烟气与反应剂颗粒之间的充分混合,即物料通过切向应力和紊流作用在一个混合区里被充分分散到烟气流中;另一方面,循环物料中的氢氧化钙与烟气中的二氧化硫发生反应时,通过物料表面的水分蒸发,使烟气冷却到一个适合二氧化硫吸收(脱硫)的温度,来进一步提高二氧化硫的吸收效率。
2、沉降室
沉降室位于NID反应器和布袋除尘器之间,是这2个设备的连接部件,设计成灰斗形式。烟气在反应器顶部导流板的作用下,烟气降低流速进入沉降室后,使颗粒较大的粉尘能通过重力沉降直接进入沉降室下方的流化底仓中,大大降低了对布袋除尘器布袋的磨损,提高了布袋的使用寿命。
3、消化器
消化器采用ALSTOM公司的专利技术产品,是NID脱硫技术的核心设备之一(见图21),其主要作用是将CaO消化成Ca(OH)2。CaO来自石灰料仓,通过螺旋输送机送至消化器,在消化器中加水消化成Ca(OH)2,再输送至混合器,在混合器中与循环灰、水混合。消化器分2级,可使石灰的驻留时间达到10 min左右。在第1级中,石灰从螺旋输送机过来进入消化器,同时工艺水由喷枪喷洒到生石灰的表面,通过叶片的搅拌被充分混合,同时将消化器温度沿轴向控制在85～95℃,消化生成的消石灰比重比生石灰轻很多,消石灰飘浮在上面并自动溢入第2级消化器,水和石灰反应产生大量热量,形成的蒸汽通过混合器进入烟气中。在第2级中,几乎100%的CaO转化为Ca(OH)2,氢氧化钙非常松软呈现出似流体一样的输送特性,在消化器的整个宽度上形成均匀的分布,在这一级装配了较宽的叶片使块状物保留下来其他物料则溢流进入混合器中。通过调节消化水量和石灰之间的比率,消石灰的含水质量分数可达10%～20%,其表面积接近于商用标准干消石灰的2倍,非常利于对烟气中SO2等酸性物质的吸收,单台生石灰最大流量为1019.2kg/h。
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图21 |
4、混合器
图22为NID混合器,包括一个雾化增湿区和一个混合区。在混合区,根据系统温度控制的循环灰量,通过SO2排放量控制从消化器送来的消石灰量,将循环灰和消石灰在混合器内混合,混合动力是20kPa的流化风,使二者充分流化,增加空隙率及混合机会,然后由机械搅拌器完成二者的混合,不仅动力消耗低、磨损小,而且混合均匀。在与混合区相连的雾化增湿区,被雾化的工艺水喷洒在混合灰的表面,使灰的水分由原来的1.5%～2%增加到5%左右,此时的灰仍具有良好的流动性,再经反应器的导向板溢流进入反应器。
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图22 |
二、焦作电厂NID脱硫系统的运行情况与主要问题
1、运行情况
含尘的烟气由反应器进入到布袋除尘器中,烟气中的灰尘被布袋过滤掉,附着在布袋上的灰尘被压缩空气喷吹后脱离布袋,在重力作用下落入除尘器下面的流化槽中,流化风从流化槽下部通入,使流化槽中的灰呈流动状态,由于循环给料机不断将灰加入到混合器内,所以流化槽内的灰也会从流化槽的后部循环不断地流向前部。同时,加入到消化器中的生石灰和水反应生成消石灰,生成的消石灰从消化器中溢入到混合器中,在混合器内,循环灰与消石灰充分混合加湿后进入反应器,在反应器竖直烟道内保持一定的质量浓度,使得富含脱硫剂的循环灰与含有SO2的锅炉烟气充分接触,从混合器内加入到循环灰中的水分在反应器中蒸发后使烟气温度降低到70℃左右,使反应器内保持潮湿的环境,这更有利于烟气中SO2与循环灰内的Ca(OH)2充分反应,所以,当锅炉烟气从尾部烟道进入到脱硫反应器时,其中的SO2在反应器中被脱除掉,脱硫反应后的烟气由反应器进入布袋除尘器,过滤后的洁净烟气排入到大气中,除下的灰一部分参与循环,另一部分由仓泵排出。
2、主要问题与解决
2.1 烟尘排放超标
在整个系统开始试运以后，从实地观察和监测系统数据反应，烟尘排放超标。尤其在脱硫系统投入运行以后，烟尘超标现象更为严重，数据显示烟尘排放浓度达到300mg/Nm3以上。
经过分析，烟尘排放超标的主要原因是布袋除尘器的内置式旁通烟道的提升阀门不严密，造成烟尘短路，不经过布袋除尘器而直接从中间烟道排走。在菲达公司的设计安装中，为了保证布袋除尘器的滤袋安全，布袋除尘器设置有内置式旁通烟道。当锅炉空预器出口烟温超过170℃，立即启动报警系统；若锅炉空预器出口烟温超过180℃，打开旁通风门，关闭滤室的出口阀门，隔绝高温烟气，保护滤布免受高温损坏。烟气温度降低到正常范围后，旁通烟道自动关闭，布袋除尘器进入正常工作状态。
焦作电厂锅炉燃煤挥发份在8.5％左右，发生锅炉尾部烟道二次燃烧的可能很小，因此，利用旁通烟道保护滤袋的意义不大。根据焦作电厂#3、4机组布袋除尘器运行经验，在机组启停和事故状况下，对布袋进行喷粉，足以保护滤袋避免其被污染，也不需要烟气经过旁通烟道。而烟气经过旁通烟道排放，也不符合国家的环保要求。根据分析结果，在机组停运期间，由菲达公司安装人员将所有旁通烟道焊死。
机组再次启动，发现烟尘排放情况有了较大好转，但是距离50mg/Nm3的排放要求还是有差距。菲达公司的高层技术人员经过现场调查，在和焦作电厂技术人员协商后，决定采用荧光粉对布袋除尘器烟道部分进行查漏。检查结果发现几十个漏点，其中较大的有十多处，均为安装过程中焊接质量问题，分布在布袋除尘器的中间烟道的侧壁及斜板上。经过对这些漏点的补焊，彻底解决了烟尘排放超标的问题，排放浓度始终低于50 mg/Nm3，完全满足环保要求。
2.2 四条工艺线温度和烟气流量严重不均
在试运行中发现，脱硫系统四条工艺线入口烟气的温度和流量存在一定的偏差，尤其在锅炉低负荷下，按设计要求退出四条工艺线中的一条时，温度偏差大大增加，最大可达60℃，其中最高的温度达到175℃，严重影响布袋除尘器的安全运行，也将使滤袋的寿命大大减少。而排烟温度的偏差增大，会使脱硫系统在低负荷时无法正常投运，或运行中因联锁保护动作跳闸，同时严重威胁锅炉主系统的安全运行。
经过现场调查分析，引起排烟温度偏差的主要原因为烟气流量的偏差，锅炉自二级空气预热器出口至脱硫反应器这段烟气流程中，左右烟道为独立布置，互相之间没有连通，而左右烟道内布置的受热面又基本相同，这就导致流量发生变化时左右两侧烟温发生变化。
为了解决温度偏差问题，在空气预热器出口至脱硫反应器的左右烟道间加装一个边长2米的矩形截面的连通烟道，使烟气重新混合，烟气温度、流量得以重新平衡，在机组低负荷运行需要退出一条工艺线时，余下的三条工艺线烟气之间可以根据烟道阻力自行平衡烟气流量，从而使烟气温度、流量的偏差控制在正常允许范围之内。
2.3 流化槽积灰问题
布袋除尘器下方的流化槽作为脱硫系统中循环灰流化和输送的重要部件，在保证脱硫系统的稳定运行中有着至关重要的作用。2006年2月，脱硫系统试运过程中连续30天出现流化槽高高料位现象，当时气力输灰系统尚未投入，从紧急泄灰口进行出料，但是拉灰的灰罐车内一直无灰。3月15日开始，流化槽料位超过流化底仓观察孔玻璃最上端，料位计显示料位已经达到沉降室上方。3月16日，采取在流化槽尾部增加喷吹装置，利用压缩空气来进行扰动，但是效果不明显。紧急泄灰口出料时有时无，灰罐车内无灰的现象仍然出现。3月20日，停机后焦作电厂和菲达公司的技术人员打开流化槽人孔门，进入流化槽进行检查，发现流化布因为尺寸偏小，循环灰压上后产生撕裂现象，漏下的灰进入流化风管内，严重影响了流化风对循环灰的流化和正常输送。
经过技术分析，决定更换流化布，尺寸增加到1480mm，并将流化布压板进行了紧固。经过对流化布的处理后，脱硫系统四条工艺线的流化槽通过一段时间的运行，发现运行效果良好，从根本上解决了流化槽存在的循环灰不流化，流化风管堵塞的问题。机组在220MW负荷下流化槽也能够正常的工作。自实施改造以来，整套脱硫系统没有再因为流化槽的积灰问题而造成过系统停运。
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