电子束法烟气脱硫存在的运行问题分析
电子束法烟气脱硫系统在运行过程中主要的问题及分析有：
1、装置运行的可靠性
电子束法烟气脱硫装置运行的可靠性体现在:一是自动控制系统的可靠性;二是装置几个主要设备运行的可靠性;三是装置在正常使用寿命内,能够按给定的设计技术指标长期运行的稳定性。
1.1 自控系统的可靠性
对自控系统而言,具体体现在对脱硫系统各工艺设备及工艺操作状态进行监控,能够对系统的正常与非正常情况及时做出反应、反馈、调整和报警等,能够维持脱硫装置最佳运行状态及不影响锅炉系统的稳定运行。现在DCS系统软、硬件的发展和设计运行经验都可以较好地解决自控系统的可靠性问题。
1.2 主要设备运行的可靠性
(1)电子加速器。
电子加速器是电子束法烟气脱硫装置关键设备之一。处理烟气的流量、SO2、NOx的质量含量及脱除率等决定了电子加速器所需的功率。电子加速器的连续工作时间主要由电子枪和扫描盒上的电子束出射窗和辐照反应器入射窗的钛箔使用情况决定。目前百毫安量级的电子枪连续工作时间达10 000 h以上,数百千瓦功率的电子加速器钛窗的连续使用寿命达6 000 h左右,因此,目前国内外研制的大功率加速器可以满足工业应用的要求。
(2)副产物收集器。
由于电子束法烟气脱硫产生的副产物完全不同于电厂煤灰粉尘的性质,适合于收集粉煤灰的静电除尘器亦不适用于副产物粉尘的收集。成都装置的副产物收集器最初按单室3电场设计并采用普通碳钢材料,出现过电晕封闭,极板、极线和气流分布板上副产物粘附严重,且无法在运行中进行脱附,碳钢材料严重腐蚀等问题。通过改进,增设2个电场,将极线、极板全部更换为不锈钢,并采用多段振打方式,使副产物收集器逐渐正常工作。杭州协联的副产物收集器在此基础上通过改进,运行情况大大优于成都电厂。借鉴成都电厂和杭州协联的设计、运行经验,北京京丰EA-FGD装置的副产物收集器的极板、极线采用不锈钢、多段振打的方式。
2、放大效应问题
在电子束法烟气脱硫装置的各工艺单元中,烟气调节系统、氨的储存及供氨系统、公用工程系统、操作控制系统在借鉴石灰石-石膏湿法大型脱硫装置的设计经验的基础上,几乎不存在放大风险问题。将电子束法烟气脱硫技术应用到大中型燃煤机组,主要存在2个技术风险,即辐照反应系统和副产物系统的放大风险。
2.1 辐照反应系统
辐照反应系统包括辐照反应器和大功率电子加速器,按最新的理论设计计算模型进行放大,所设计的辐照反应器能够满足通过大烟气流量的需要,且电子束能量的利用率更高。受高电压绝缘材料和馈送方式的限制,500~2 000 kW级超大功率的电子加速器目前在技术上还存在诸多困难,还有许多关键技术问题没有完全解决。
对大中型机组大烟气流量的脱硫,在工程设计上可以采用几台电子加速器并联或串联的方式。这样,电子束能量的组织分配将更趋合理,脱硫脱硝率可进一步提高,工程投资也增加不多,占地面积仅略有增加,且运行更为可靠。
2.2 副产物收集器
(1)对国内同类装置副产物收集器设计及运行情况的分析研究;(2)对副产物粒径分布,不同工艺条件下副产物比电阻等物理化学性质研究;(3)对过程工艺操作参数的优化配置研究;(4)对副产物收集器本体设计所需的其他设计参数,如烟气流的分布与组织,收集器的伏安特性,收集器电压源和恒流源特性,副产物脱附方式等的深入研究,并通过试验验证,放大到200～300M W机组的副产物收集器的设计问题已基本解决。
3、副产物的处置
采用电子束法烟气脱硫工艺得到的脱硫脱硝副产物,其组成随烟气成分和辐照反应条件不同而略有差异,但主要都是含有硫酸铵、硝酸铵及烟尘的混合物。一般硫酸铵质量含量为85%~95%、硝酸铵为5%~10%、烟尘等为2%~5%,混合物中氮质量含量一般在17%~20%,硫为17%~21%,副产物中的重金属含量远低于农用粉煤灰国家标准的有关规定。2002年颁布实施的电力行业标准《副产硫酸铵》(DL/T808-2002),使电子束氨法脱硫产生的副产物可以直接销售。
4、X射线的屏蔽及防护
4.1 不会产生放射性核素
高能粒子同物质的原子作用发生核反应会产生感生放射性核素。电子束氨法脱硫工艺中使用的电子束能量仅有1 M eV左右,因而不会发生核反应而产生感生放射性核素。
4.2 韧致辐射
电子穿过物质时,受原子核库仑场的作用,产生电磁辐射的过程叫韧致辐射。高能电子与原子序数较大的物质作用容易发生韧致辐射现象,放出X射线。
电子束脱硫装置中,电子束投加辐照反应室中处理烟气时,虽然电子束的绝大部分能量都消耗在同烟气中的水、氨、氮、CO2、SO2、氮氧化物、烟尘等分子微粒的作用上,但在电子束的输送过程中和少数电子与辐照反应器器壁的金属原子等作用,发生韧致辐射现象,产生低能的X射线。出于对运行操作员和公众的安全考虑,尽管产生的强度不高,但仍必须对辐照反应大厅及相关系统进行辐射防护。
按照《电离辐射防护与辐射防护安全基本标准》(GB18871-2002)的要求,辐射工作人员的年有效剂量限值为20 m Sv,公众成员年有效剂量不超过1m Sv。在进行电子束法烟气脱硫装置的辐射与屏蔽防护设计时,按照辐射防护最优化原则,避免各类人员遭受不必要的照射,并综合考虑到技术、经济和社会等因素,将工作人员和公众所受的照射保持在合理的、尽可能低的水平上。为此,除在电子加速器和辐照反应室的屏蔽和防护采用大体积屏蔽外,对有关的进出口辐照反应器前后烟道、检修通道和管道等也采用了有效的屏蔽措施,除此之外,在防辐射的安全系统上,也采用了人机连锁、光电连锁,紧急停机状况有声光警告装置等措施,以确保操作运行人员和公众的安全。京丰工程的设计,实际考虑的剂量设计限值为:辐射工作人员每年不超过5 m Sv,公众个人每年不超过0.5m Sv,都低于国家规定标准。
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