现役火电机组脱硫设施拆除烟气旁路相关问题探讨_烟气脱硫除尘设计方案

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现役燃煤机组脱硫设施拆除烟气旁路相关问题探讨

王文福 段建民 刘维格

国电怀安热电有限公司 河北 张家口市 076150

[摘 要]：现役燃煤机组烟气脱硫设施大都设有烟气旁路，“十二五”期间，为适应减排要求，地方政府鼓励火电企业拆除烟气旁路，但拆除烟气旁路具有一定的技术风险，已成为电力企业广为关注的一个问题。本文以国电怀安电厂#1机组拆除烟气旁路的工程实践，对现役燃煤机组烟气脱硫设施拆除烟气旁路的相关问题进行了探讨。

[关键词]：现役燃煤机组 脱硫设施 拆除烟气旁路

一、引言

我国是燃煤大国，能源结构决定了以煤炭为主的能源格局将长期存在，煤炭占一次能源消费总量的70%，而电力以燃煤电厂为主。随着煤炭消费的不断增长，燃煤排放的二氧化硫也不断增加，我国已成为世界上二氧化硫排放量最大的国家，其中燃煤电厂二氧化硫排放量已达到总排放量的50%以上，致使我国酸雨和二氧化硫污染日趋严重，控制燃煤电厂二氧化硫污染排放的任务将越来越艰巨。

“十一五”时期是我国二氧化硫控制的关键时期，在政府环保政策的引导下，电力行业积极推进烟气脱硫事业，并做了大量卓有成效的工作，90%以上的现役燃煤电厂安装了烟气脱硫装置。但据有关权威部门的调查，由于多种原因，已建设完成的脱硫设施投运率并不高，烟气脱硫工程质量及运行效果不太令人满意。

进入“十二五”，新的《火电厂大气污染物排放标准》已颁布，要求2014年后燃煤电

33厂SO2排放浓度不得大于200mg/Nm，重点地区燃煤电厂SO2排放浓度不得大于100mg/Nm。根据《“十二五”节能减排综合性实施方案》的要求，为适应新形势下对大气污染物控制的日益提高，同时为顺利实现“十二五”污染减排目标，通过拆除燃煤电厂烟气旁路来提高脱硫设施投运率及运行效果成为电厂必须研究的课题。

二、国内电厂脱硫烟气旁路设置情况现状分析

2.1 国内电厂烟气旁路设置情况

目前，我国火力发电厂应用的烟气脱硫工艺有石灰石-石膏湿法、烟气循环流化床、海水脱硫法等十多种，而石灰石-石膏湿法脱硫（简称：FGD）比重占到90%以上。2010年以前建成投产的现役火电机组烟气脱硫设计出于对锅炉和FGD的安全考虑，均设置了烟气旁路，以保证机组的可靠性，保护FGD吸收塔装置在事故状态时不受损失。但同时这也造成了现役机组脱硫设施综合脱硫效率偏低，不能满足现阶段环保总量减排的要求。随着环保标准的提高，SO2排放总量控制更加严格。《燃煤发电机组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法(试行)》、《“十二五”节能减排综合性实施方案》等环保管理措施相继出台，现役机组拆除烟气旁路成为提高综合脱硫效率的必然的环保减排措施之一。

2.2 设置烟气旁路的作用

燃煤电厂机组FGD烟气系统包括烟道、烟气挡板门、增压风机等组成。在正常运行期间，旁路挡板门关闭，FGD出、入口挡板门打开。由锅炉引风机来的原烟气，经过增压风机增压后进入脱硫吸收塔，脱硫洗涤处理后的净烟气从吸收塔顶部出口排出，再经烟囱排放(见图一)。

而当锅炉启动和故障时或进入FGD的烟气超温和FGD装置故障停运时，紧急开启旁路挡板，关闭FGD出、入口挡板，锅炉原烟气由烟气旁路直接进入烟囱排放，不经过吸收塔，可有效保护脱硫装置及锅炉运行安全，提高机组运行可靠性。

烟囱出口挡板门 旁路挡板门吸收塔主机引风机来烟气 进口挡板门增压风机图一 烟气系统示意图

三、拆除烟气旁路存在的问题分析

原脱硫装置取消旁路后，脱硫系统成了锅炉烟风系统的一部分，脱硫系统必须与机组同步启停，与设置旁路的脱硫装置在启停操作上有很大的不同。既要保证主机顺利启动，同时又要充分考虑到脱硫系统设备的安全，并尽可能避免吸收塔内浆液品质受到污染而下降，影响脱硫效率。下面从拆除旁路对主机和脱硫系统两个方面的影响进行分析：

3.1 取消旁路对主机系统的影响

取消旁路后，引风机直接与增压风机串联运行，因增压风机一般为单台设计，一旦停运，引风机将无法克服整套系统阻力，整台机组只能被迫停运，所以增压风机的运行稳定性直接影响脱硫系统以及主机的运行安全。

取消旁路后，引风机直接与增压风机串联运行，如果运行协调不好，可能造成烟道蹩压，发生烟道爆破。

取消旁路后，脱硫系统不能单独解列，其可靠性直接影响整套主机的可靠性。

3.2 取消旁路对脱硫系统的影响

取消旁路后，锅炉事故工况下，吸收塔入口烟温异常升高时，直接影响烟道和吸收塔内防腐衬层的安全。

取消旁路后，锅炉启动吹灰和点火期间，烟气中会有大量的煤灰、烟尘和未烧尽的燃油随烟气进入吸收塔内，造成吸收塔内浆液污染及加速防腐衬层老化。

取消旁路后，浆液循环泵的重要性体现出来，其运行稳定性对脱硫效率影响显著，并影响整个脱硫系统可靠性，从而影响主机可靠性。

四、国电怀安电厂拆除烟气旁路具体方案分析 国电怀安热电有限公司位于河北省张家口市怀安县，现运营两台330MW空冷机组，燃用大同烟煤。工程配套建设两套石灰石－石膏湿法烟气脱硫装置，采用一炉一塔的全烟气脱硫，烟气系统设有旁路烟道、增压风机。设置公用的石灰石制备和石膏脱水系统，吸收剂采用外购石灰石粉制备而成，石膏脱水采用石膏旋流和真空皮带机脱水的二级脱水系统。2012年8月，国电怀安热电有限公司#1机组脱硫设施进行了拆除烟气旁路改造。将脱硫装置旁路烟道挡板门拆除，对原烟气烟道和净烟气烟道进行单侧分别封堵，从而将脱硫入口的原烟道和脱硫后部的净烟气烟道机械性硬隔离，实现了脱硫与主机同步无旁路运行(见图二)。

烟囱出口挡板门 增压风机旁路挡板门吸收塔主机引风机来烟气 进口挡板门增压风机

图二 改造后烟气系统示意图

下面对怀安电厂#1机组脱硫烟气旁路拆除改造方案进行分析：

4.1增设增压风机旁路烟道

增压风机是整个脱硫系统的动力核心，锅炉烟气依靠增压风机克服整个脱硫系统阻力排入烟囱。取消脱硫装置旁路烟道后，引风机直接与增压风机串联运行，为提高主机运行安全可靠性，防止增压风机故障时主机跳机，增设增压风机旁路烟道，当增压风机故障时可以将其从脱硫系统解列，烟气走旁路烟道进入脱硫系统，此时主机可以降负荷运行。

4.2增设烟道防爆门

在增压风机上游的水平烟道和风机入口烟道，加设2个防爆门，防止引风机与增压风机协调不好时，烟道蹩压，发生烟道爆破。

4.3脱硫浆液循环泵增设6KV保安段供电

在机组运行中，应保证至少1台浆液循环泵运行，从而提高浆液循环泵及整个脱硫系统的可靠性。为此将#3浆液循环泵改由6KV保安段供电，同时将原浆液循环泵部分联锁跳闸信号改为报警信号。

4.4取消原旁路挡板和原烟气挡板的所有逻辑 4.5增设了吸收塔事故喷淋系统

由两级喷淋装置组成，事故状态下投用事故喷淋系统时，分级进行喷淋，当一级喷淋故障或无法将吸收塔入口烟温降低至设定值时第二级喷淋启动。解决了无旁路脱硫运行中，锅炉事故工况下，入口烟气温度异常升高对脱硫烟道和吸收塔防腐内衬的影响。

4.6增设废浆抛弃池

为防止无旁路情况下，在锅炉启动及低负荷运行或除尘器故障时，由于锅炉燃烧不稳定，煤粉燃烧不完全，使烟气中携带的粉尘等杂质增加。这此杂质随烟气进入吸收塔后，会被浆液洗涤下来，沉积在吸收塔浆池中，进而会影响二氧化硫吸收反应的进行。当这些杂质含量到达一定浓度后，使二氧化硫吸收反应无法进行，即造成浆液中毒，如果不及时处理，会使脱硫效率降低、石膏无法脱水和石灰石粉过剩率加大，系统无法运行。增设废浆抛弃池可将受污染中毒的浆液及时排放置换。中毒浆液由吸收塔石膏浆液排出泵，打到事故浆罐，再由事故浆液泵打到抛浆池，废弃浆液在池内沉淀。澄清液由便携式潜水泵从抛浆管道原路打回至事故浆罐，进入脱硫系统重复利用。

五、拆除烟气旁路后对主机和脱硫运行的影响

原脱硫装置取消旁路后，脱硫系统成了锅炉烟风系统的一部分，脱硫装置必须与机组同步启停，既要保证主机顺利启动，同时又要充分考虑到脱硫系统设备的安全，与以往设置旁路的脱硫装置在启停操作上有很大的不同。脱硫与主机烟风系统必须统一协调，以保证主机与脱硫参数稳定，尤其是增压风机入口压力和流量的控制。

在锅炉启动前应首先启动静电除尘器，脱硫系统应满足至少一台浆液循环泵运行。尽可能避免锅炉启动过程中投油或少投油和低负荷情况下燃烧不完全，污染吸收塔内浆液品质。

在锅炉事故工况下，吸收塔入口烟气温度异常高时，需要紧急投运事故喷淋系统。

六、建议

国电怀安电厂实施#1机组拆除烟气旁路改造后，实现了拆除烟气旁路的各项要求和目标，脱硫设施与主机同步启停、运行，提高了脱硫系统投运率（见图三）；在机组启停、事故工况时，有效避免了烟气超标排放对周边环境的影响。但在模拟增压风机事故停运，烟气通过增压风机旁路，由引风机来的烟气直接进入脱硫吸收塔，锅炉降负荷运行的过程中，发现引风机出现异常喘振。下一步，在#2机实施拆除旁路改造中，考虑增压风机与引风机合并方案。

图三 无旁路运行效果图

七、结论

国电怀安电厂#1机组拆除烟气旁路改造是成功的，有效控制了污染物排放。“十二五”期间，为实现污染减排目标，减少大气污染，拆除烟气旁路是现役燃煤电厂提高脱硫设施投运率及脱硫效果的有效手段。

参考文献：

[1] GB 13223-2003 火电厂大气污染物排放标准 [2] GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准 [3] 《“十二五”节能减排综合性实施方案》

[4] 《河北省“十二五”节能减排综合性实施方案》 [5] 《电站信息》2013年第1期

作者简介：

王文福 环境工程高级工程师 国电怀安热电有限公司设备管理部主任助理 河北省张家口市怀安县新区 邮编076150 电话0313-7928878 邮箱wwf72@163.com