关于脱硫无旁路机组运行的探讨
摘要:三河发电厂二期工程2 ×300MW热电联产机组的烟气脱硫系统采用的是无旁路和烟塔合一技术,属于国内首家且具有示范作用。深入研究了脱硫系统无旁路运行,并对脱硫系统在运行中存在的问题及注意事项进行了探讨,为机组的安全稳定运行积累了经验。
关键词:脱硫,无旁路,示范作用,节能减排
0 引言
在国内火电厂中,配套脱硫工程均采用带旁路和GGH的脱硫系统,当脱硫系统故障后,可以打开脱硫系统的旁路,使锅炉的原烟气通过旁路进入烟囱,而不影响机组的安全运行。但是脱硫旁路的设置却致使脱硫系统的投入得不到严格约束,进而SO2 的排放也得不到严格的控制,这与节能减排的要求不相符合。国华三河发电有限责任公司(下称三河电厂)采用了国内首例脱硫系统无旁路和烟塔合一技术,取消了传统脱硫系统的旁路挡板、GGH和烟囱,在降低工程造价的同时, 又保证了脱硫系统与机组同步运行的条件,使节能减排工作落到实处。然而,不设置旁路对脱硫系统的安全运行要求更高。本文将以三河电厂二期工程为例对脱硫系统在运行过程中存在的问题及注意事项进行探讨。
1 脱硫无旁路系统简介
1.1 系统特点
三河电厂二期工程烟气脱硫系统采用石灰石2石膏湿法脱硫工艺,为一炉一塔配置形式,其特点为引风机与增压风机合并;没有旁路;没有 GGH;烟塔合一; 玻璃钢烟道替代净烟气烟道。由于脱硫系统做为烟气的唯一通道,而且变成锅炉烟风系统的一部分,因此对吸收塔出口的烟气温度有严格的要求。而且一旦脱硫系统故障停运或检修时,都需要机组停运。
1.2 脱硫系统工艺流程
从锅炉引风机后的烟道引出的原烟气,通过升压进入脱硫吸收塔,在吸收塔内完成氧化硫脱除吸收,最终形成二水硫酸钙(石膏) ,而净烟气则经除雾器除去雾滴后,再经玻璃钢烟道进入冷却水塔,最后排入大气,如图1所示。
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2 脱硫无旁路系统运行中出现的问题
2.1 脱硫公用系统
由于二期脱硫系统与一期脱硫系统共用一套公用系统,即:制浆、石膏脱水及存储、事故浆液存储、工艺水及冷却水、石灰石储存、脱硫废水、压缩空气等系统和设备,当系统出现异常和故障时均会影响到脱硫系统及机组的安全运行。
2.2 脱硫系统和设备
吸收塔本体及SO2 吸收氧化系统、浆液循环系统、浆液扰动系统中的任一设备故障均会影响到机组的负荷或安全运行。因此不论是运行操作还是检修维护工作,均应按主设备对待。
2.3 脱硫事故喷淋系统
无论是浆液循环泵、空气预热器故障跳闸,还是机组事故情况下的通风冷炉等处理不当,都会造成入口烟气温度升高。为了保护吸收塔内衬、除雾器及玻璃钢烟道不被高温烟气烧坏,无旁路脱硫系统特设了一个事故喷淋装置,在异常情况发生时快速打开来降低入口烟温。
2.4 保护装置
脱硫系统所有的保护装置及锅炉MFT保护的定值及逻辑关系等设置得是否合理,热工测点的安装位置及测量系统的可靠性,均影响着脱硫系统和机组的安全运行。特别是由于脱硫系统无 GGH后考虑烟道防腐问题,吸收塔出口的烟道采用了玻璃钢烟道,而该烟道允许最高运行温度仅为68℃。所以对事故喷淋装置联锁保护要求很高,当吸收塔入口烟气温度达到动作值或3台循环泵全停的情况下,事故喷淋装置要能够正确的联锁动作,保证吸收塔和出口烟道的安全运行。
2.5 定期工作
脱硫系统的定期工作执行的好坏也影响着脱硫系统的安全运行。如:定期校验工作,即:吸收塔入口、内部、出口烟温pH计、液位计等测量表计显示的准确性;定期切换工作是否按时进行, 如: 380 V系统的电源切换试验工作;定期更换运转设备的润滑油、润滑脂等定期工作。
3 脱硫无旁路系统运行中注意事项
3.1 机组正常运行中
(1) 浆液循环泵。浆液循环泵设计工况为3 台运行。但在保证脱硫效率的情况下,其运行方式可以为2运1备。当在极限情况下,如果1台跳闸,只有1台运行时,应立即减负荷,以降低进入脱硫系统的烟气温度,保护吸收塔内设备不受损坏,从而保证吸收塔和玻璃钢烟道在安全的情况下运行,同时抓紧修复和恢复停运浆液循环泵的运行,当浆液循环泵全部停运时应立即停止 MFT,以保护脱硫设备。
(2) 氧化风机。在2 台氧化风机全停情况下,脱硫系统可维持运行一段时间。但应及时安排人员处理,尽快将氧化风机投入。如果在2 h 内不能恢复,脱硫系统应停止运行。
(3) 扰动泵。扰动泵如果出现2台停运,主要涉及浆液沉积的问题,应在1～2 h内迅速恢复扰动泵的运行,否则应将脱硫系统退出运行。
(4) 电除尘器。为了防止脱硫无旁路系统的浆液遭到粉尘污染中毒,在正常运行期间应密切监测电除尘器出入口粉尘浓度及CEMS系统的主要参数。如果电除尘器其中若干电场或供电区因故障停运,造成出口粉尘浓度大于200 mg/Nm3 时,锅炉应根据实际情况降负荷运行,脱硫系统通过观察吸收塔内浆液的化学吸收反应情况以及石膏品质情况,决定是否需要升降负荷及继续运行。如果电除尘器其中若干电场或供电区因故障停运,但出口粉尘浓度不大于200 mg/Nm3 时,脱硫系统可继续保持运行,但需长时间进行运行观察。一般正常运行时吸收塔入口粉尘浓度不大于55 mg/Nm3 ,出口不大于28 mg/Nm3。
(5) 空气预热器。正常运行中烟气温度过高的主要原因为空气预热器跳闸或堵灰等原因造成换热不好所造成。为防止机组运行期间进入吸收塔的烟气温度过高损坏脱硫系统设备,脱硫无旁路系统设计了事故喷淋箱。事故喷淋设有2路, 在烟气温度高时自动控制水喷淋,从而控制吸收塔入口烟气温度。因此,防止空气预热器运行中跳闸的运行技术措施也是非常重要的。
(6) 事故喷淋箱。正常运行中事故喷淋水箱必须始终处于高水位运行,且液位计准确。为保证事故喷淋水箱运行可靠性,可设计2路补充水源:一路工艺水,一路消防水或循环水。同时利用停机机会定期做事故喷淋试验,保证事故喷淋系统运行的可靠性。
(7) 脱硫系统烟道。脱硫系统烟道安全运行方面主要考虑2段,一是吸风机出口到吸收塔之间段,二是吸收塔出口到水塔之间玻璃钢烟道段。引风机出口烟道段主要考虑防腐问题,吸收塔出口段主要考虑烟气温度高导致玻璃钢烟道变形和烟道浆液沉积问题。引风机出口烟道防腐问题可在设计阶段考虑或在烟道低处加装水汽收集槽, 并接放水门在机组启停过程中进行排放。吸收塔出口玻璃钢烟道段除加装温度测点监测运行中出口烟道温度变化外,还应考虑在出口烟道内设计冲洗装置,保证出口烟道中不会大量沉积烟尘和石膏。同时出口烟道上还要增设检查人孔,便于定期检查和检修。
(8) 脱硫吸收塔。由于二期脱硫系统无烟气旁路挡板、增压风机及GGH,因此吸收塔液位在运行中的监视是非常重要的,如果液位不准或内部泡沫较多同时溢流管堵塞,则会使浆液倒流到吸风机出口,严重时会造成设备损坏和停机事故。另外,吸收塔的溢流管在设计时,要做到液位低时不跑烟气,液位高时能及时排放浆液,从而保证脱硫系统和机组的安全运行。
(9) 脱硫系统保护设置。因为脱硫无旁路系统的安全运行状况直接影响机组的安全运行,所以要把脱硫系统保护纳入到机组主保护的管理中。脱硫系统的重要参数要增加测点数,其中逻辑要实现3取2或3取3,从而提高测量系统和保护系统的可靠性。
吸收塔入口烟气温度高报警值应设为不启动事故喷淋为准,即低于155℃,达到提前提醒运行人员及早采取措施来控制吸收塔烟气入口温度的目的;当吸收塔入口烟温不低于180℃时,应触发锅炉MFT,同时联停引风机,送风机运行,使锅炉处于闷炉状态来保护吸收塔。
根据脱硫无旁路的特点,传统上设计了锅炉运行期间发生电除尘器其中任一个通道跳闸,机组就跳闸的保护。由于每台锅炉电除尘器有4个通道, 这样在实际运行中,造成机组跳闸的概率就比较大。因此可以将电除尘电源柜A和B所带的电场交叉分布,保证在任一组电源故障都不会出现单一通道全停,同时还应将此保护改为报警,这样在减轻了浆液污染的同时也避免了机组跳闸。吸收塔入口粉尘浓度高可采用大量补充新鲜石灰石浆液, 同时排放污染的浆液来解决浆液中毒问题。
热工保护逻辑上,将浆液循环泵跳机保护改为 3取3。当2台浆液循环泵停运后,可以考虑在快速减负荷的情况下,维持单台浆液循环泵运行方式。在逻辑中设置的浆液循环泵等脱硫系统主要设备的保护定值,如:轴承温度、线圈温度和液位高低报警及跳闸值,其必要性和合理性应根据实际进行优化,避免造成不必要的安全事件发生。
3.2 机组启动过程中
(1) 控制好启机前每次吸收塔进浆液的时间, 尽量缩短浆液在吸收塔内的循环时间,保证进浆液时间与锅炉烟风系统投运和锅炉点火在时间控制上达到间隔最短。因此机组启动烟风系统投入顺序为:投电除尘器后启动第一台浆液循环泵的同时短时间内启动第一台引风机,接下来可以启动送风机、一次风机等。如在热态或极热态情况下启动, 保证浆液循环泵连续运行且排烟温度正常情况下再启引风机,从而防止浆液循环时,水蒸汽倒流现象发生,而影响到吸风机和电除尘器的安全运行, 同时也防止了吸收塔入口和出口烟温过高,造成吸收塔衬胶损坏和玻璃钢烟道变形的问题。
(2) 锅炉冷态启动时,电除尘器的灰斗加热、绝缘支柱套管加热及放电极绝缘室加热要提前 24 h投入。
(3) 在引风机启动前应先对吸收塔进口烟道和引风机底部进行排水。
(4) 在冬季锅炉点火前应尽量先投入暖风器从而提高送风和一次风温度,达到改善等离子点火初期良好的燃烧效果,降低飞灰含碳量。
(5) 锅炉点火后逐渐调整投入电除尘器的第 1至5电场时的电压,控制二次电压数值在起晕电压和闪络电压之间,并对二次电流限流运行,防止电除尘器内部的二次燃烧。
(6) 点火后对省煤器、电除尘灰斗全面输灰一次,减少未燃烬煤粉在灰斗中自燃和带入到脱硫浆液系统中。
(7) 在机组启动前将等离子点火系统,列入到机组主保护的范围内进行相关试验,保证一次点火成功,达到缩短等离子点火时间,减少粉尘对脱硫系统污染的目的。
3.3 机组停机过程中
(1) 在锅炉正常停炉通风时,应至少投入1 台浆液循环泵运行,保证吸收塔内不超温,通风结束引风机停运后,当吸收塔入口温度降到68℃以下,应尽早停止循环泵和氧化风机运行。防止水蒸汽倒流现象发生,从而减少再启机时对吸风机和电除尘器的影响。
(2) 在锅炉停炉后,如果浆液循环泵长时间保持在运行状态下,而引风机已经停止运行,则会造成水蒸汽返到引风机出口造成烟道和引风机外壳存水,使烟道和引风机受到腐蚀,还有可能因吸收塔返回的水蒸汽在电除尘器内造成灰板结,使电除尘器灰斗堵灰。
(3) 锅炉停炉期间,如果锅炉有运行操作或锅炉高温烟气进入吸收塔,使吸收塔入口温度超过90℃或吸收塔出口超过65℃时,应启动浆液循环泵降温。
3.4 机组事故跳闸
(1) 在事故停炉通风时,禁止停止浆液循环泵运行。
(2) 当吸收塔入口烟温不低于155℃时,应启动事故喷淋1路事故喷淋气动阀门,如果入口烟气温度不高于150℃并且吸收塔出口温度不高于65℃,自动关闭事故喷淋。当吸收塔入口烟温不低于165℃时,应同时启动2路事故喷淋气动阀门,如入口烟气温度降低至155℃并且吸收塔出口温度不高于65℃,自动停止1路喷淋。事故喷淋系统运行时,应注意喷淋时间和补充水源是否正常,同时还应注意吸收塔液位在允许范围内, 防止浆液倒流入引风机出口烟道。
3.5 对生产人员和技术管理人员的要求
(1) 运行人员要求
由于吸收塔内部防腐材料最高抗烟气温度为 90℃;吸收塔出口至冷却塔间的烟道是玻璃钢材质,最高抗烟气温度为68℃,因此运行期间运行人员应密切监测脱硫系统CEMS系统的主要参数及吸收塔入口、出口温度的变化。
集控运行人员应将脱硫系统的画面当成机组主画面对待,并实时监控脱硫系统的参数变化和设备运行情况。实时监视吸收塔浆液pH情况,保证准确性,若2个pH表都发生故障,运行人员必须每小时人工化验一次,然后根据实际pH来调整石灰石浆液的补充量,避免浆液pH过低。加强监视和控制吸收塔的液位,防止溢流。液位控制要有一定的裕度,在保证脱硫效率的情况下,一般控制在吸收塔最低允许液位和正常液位之间。
因为二期脱硫系统的石灰石供给和石膏脱水排出系统与一期共用,而且设备电源均接在一期电气系统中,因此一期运行人员在电气倒闸操作中,除保证本身系统安全稳定运行外,还要考虑到二期脱硫系统的安全稳定运行。
运行人员要严格执行脱硫运行规程和相应的反事故措施和预案,提高正常操作的准确性和事故情况下的应变能力。
(2) 检修人员要求
要定期检查和校验pH 表,保证其准确性。定期检查pH计连接管线是否堵塞和泄漏,并对连接管线定期冲洗。脱硫系统运行中或停运期间,也要定期校验液位计,保证其准确性,避免造成由于液位不准确而发生溢流或影响脱硫效率。机组每次检修都必须检查吸风机叶片和出口烟道的腐蚀情况。必须对吸收塔出口烟道及电除尘器积灰情况进行检查和清理。同时利用检修机会逐步将安装不合理和易堵塞的表计、管道、系统进行治理和完善。
脱硫系统设备的备品备件要准备充足,易磨损部件如浆液循环泵、排出泵及扰动泵的叶轮、阀门、管道、弯头、大小头、皮带、pH计电极、密度计、流量计等,尤其是进口设备供货周期长的备件更要准备充足。
4 结论
脱硫无旁路的设计及与烟塔合一的组合不仅是目前国内首次采用的技术,也是烟气脱硫技术发展的方向,因此还有许多技术问题需要进一步摸索。脱硫无旁路的设计使脱硫系统的安全稳定运行提高到是否能确保机组稳定运行的高度,脱硫系统安全性要求要远高于传统有旁路的脱硫系统。所以在安全管理、设备管理、运行管理上都要把脱硫系统当成主设备对待,每一个设备和数据都当成主要监督指标进行监视、评价、考核,只有这样才能实现脱硫系统和机组的安全运行。
参考文献
[ 1 ] 周至祥. 火电厂湿法烟气脱硫技术手册[M ]. 北京: 中国电力出版社, 2006.
[ 2 ] 周祖飞. 影响湿法烟气脱硫效率的因素分析[ J ]. 浙江电力, 2001, (3) : 42245.
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