1 036 MW超超臨界機(jī)組海水脫硫系統(tǒng)取消旁路煙氣擋板的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)

馮庭有，彭文勝，楊彪，谷偉

(華能海門電廠，廣東省汕頭市515071)

0 引言

華能海門電廠一期工程建設(shè)4臺(tái)1 036 MW超超臨界燃煤機(jī)組，海水脫硫工程按照“一爐一塔”配置、100%煙氣量處理、脫硫效率不低于92%的原則建設(shè)，這是迄今為止世界上最大的海水脫硫項(xiàng)目。

我國環(huán)保部2010年6月下發(fā)通知，要求火電企業(yè)逐步拆除已建脫硫設(shè)施的旁路煙道，對(duì)暫時(shí)保留旁路煙道的，必須實(shí)行鉛封;要求所有新建機(jī)組不得設(shè)置脫硫旁路煙道。該通知要求脫硫系統(tǒng)必須與機(jī)組同步運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行［1］。海門電廠1、3號(hào)機(jī)組在大修時(shí)已經(jīng)拆除了脫硫旁路擋板，2號(hào)機(jī)組計(jì)劃在大修時(shí)拆除，4號(hào)機(jī)組在建設(shè)時(shí)直接取消。取消旁路煙道后，脫硫系統(tǒng)就只能隨機(jī)組啟停，脫硫系統(tǒng)的事故率高低直接影響機(jī)組的非計(jì)劃停機(jī)次數(shù)，非計(jì)劃停機(jī)所帶來的經(jīng)濟(jì)損失是很大的。海門電廠通過不斷優(yōu)化系統(tǒng)、實(shí)施事故預(yù)控，確保在取消旁路擋板后脫硫系統(tǒng)依然能夠滿足機(jī)組長(zhǎng)期安全運(yùn)行的要求。

1 海水脫硫基本流程

華能海門電廠海水脫硫工藝主要由煙氣系統(tǒng)、供排海水系統(tǒng)、海水恢復(fù)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成［2］。鍋爐排出的原煙氣經(jīng)電除塵器除去大部分固體顆粒后，由引風(fēng)機(jī)送入煙氣換熱/加熱器(gas-gas heater，GGH)的熱側(cè)降溫以提高吸收塔內(nèi)的 SO2吸收效率，同時(shí)提高凈煙氣的溫度以防止對(duì)煙囪的低溫腐蝕。冷卻后的原煙氣從底部進(jìn)入吸收塔，在吸收塔中與塔頂均勻噴灑的海水逆向充分接觸混合，經(jīng)過凈化后的煙氣，通過GGH升溫后，經(jīng)由煙囪排入大氣。脫硫所需海水由3臺(tái)海水升壓泵(2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用)將來自虹吸井的海水升壓后送入吸收塔，吸收了SO2的海水經(jīng)過海水恢復(fù)系統(tǒng)后重新排回大海。

2 取消脫硫旁路擋板的影響

脫硫系統(tǒng)在作了取消煙氣旁路及增壓風(fēng)機(jī)，增設(shè)海水升壓泵，配置急冷水系統(tǒng)這些重要變更后，使脫硫系統(tǒng)與鍋爐煙氣系統(tǒng)成為串聯(lián)系統(tǒng)，其運(yùn)行的安全性、可靠性制約著鍋爐的安全運(yùn)行。取消旁路煙道后，為保證鍋爐的安全性以及脫硫系統(tǒng)本身的安全性［3］，系統(tǒng)運(yùn)行方式、控制邏輯、關(guān)鍵控制參數(shù)等都會(huì)有很多變化，存在很多問題。

2.1 機(jī)組啟動(dòng)工況潛在的問題

取消旁路煙道后，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)煙氣脫硫(flue gas desulfurization，F(xiàn)GD)裝置必須隨鍋爐點(diǎn)火而啟動(dòng);點(diǎn)火初期煤粉的燃燼率較低，不可避免地會(huì)有少量碳顆粒(油)進(jìn)入尾部煙道，電除塵的隨機(jī)投入也成為必然?？疹A(yù)器及脫硝吹灰裝置的連續(xù)投入，使低溫?zé)煔夂看笤?，更增加了碳顆粒(油)對(duì)電除塵器及脫硫裝置安全運(yùn)行的影響。一方面油污積于電除塵極板(極線)以及GGH換熱片上，增加了二次燃燒的可能性;另一方面，GGH及除霧器易發(fā)生堵塞，影響脫硫安全［4］，而煙氣含水量的增加，加大了后部煙道的防腐壓力，進(jìn)一步惡化了GGH運(yùn)行工況。

2.2 吸收塔內(nèi)無噴淋水問題

吸收塔的填料、除霧器等內(nèi)件的最高耐溫為80℃，所以在吸收塔內(nèi)無海水噴淋而進(jìn)塔煙氣溫度又高于極限溫度時(shí)，將會(huì)使填料損壞，引發(fā)著火等惡性事故。

2.3 海水供應(yīng)系統(tǒng)潛在問題

海水連續(xù)供應(yīng)不僅是為了滿足脫硫效率的需要，而且是保證吸收塔安全的必要條件。為了增加煙氣和海水的接觸面積，提高脫硫效率，吸收塔內(nèi)布置了很多填料層，其材料不能承受高溫?zé)煔狻Ｈ缥账ズＫ?yīng)，為了保護(hù)脫硫設(shè)備不被燒壞只能采取緊急停爐措施［5］。吸收塔失去海水供應(yīng)的原因主要有:(1)海水升壓泵全部故障跳閘;(2)海水升壓泵入口濾網(wǎng)堵塞;(3)吸收塔入口二次濾網(wǎng)堵塞;(4)循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)事故，虹吸井內(nèi)海水供應(yīng)不足;(5)1臺(tái)海水升壓泵跳閘后出口蝶閥未能及時(shí)關(guān)閉。

2.4 GGH堵塞問題

GGH堵塞的原因主要有:(1)經(jīng)過海水脫硫后的煙氣濕度較大，而且煙氣中的部分酸性氣體凝結(jié)到GGH上形成黏性腐蝕物質(zhì)，增加了GGH對(duì)煙塵的吸附性;(2)GGH的換熱片排列比較緊密，煙氣通流面積較小;(3)電除塵器故障等原因造成除塵效率降低;(4)鍋爐燃燒不充分，煙氣中粉塵濃度大幅增加; (5)GGH蒸汽吹灰和水沖洗不及時(shí);(6)機(jī)組啟動(dòng)點(diǎn)火時(shí)，輔助燃油工況可能造成燃油未燃盡物含量過高，煙氣中含有部分油污［6］。

GGH堵塞是海水脫硫系統(tǒng)中比較常見的事故，其對(duì)脫硫系統(tǒng)和機(jī)組運(yùn)行帶來的危害是很嚴(yán)重的。GGH堵塞帶來的影響主要有:(1)由于取消了脫硫煙氣旁路通道，GGH嚴(yán)重堵塞時(shí)如果不及時(shí)處理，就需要停爐處理，增加了非計(jì)劃停機(jī)次數(shù);(2)增加煙氣流通阻力，引風(fēng)機(jī)出力受到影響，廠用電率增加; (3)高負(fù)荷時(shí)，由于引風(fēng)機(jī)出力受影響，導(dǎo)致鍋爐送風(fēng)量偏低，鍋爐燃燒不充分，煙氣粉塵濃度的增加進(jìn)一步惡化了GGH堵塞的程度［7］。

2.5 吸收塔堵塞問題

為防止循環(huán)水系統(tǒng)沿程滋生貝類等生物，影響主機(jī)凝汽器、脫硫吸收塔等設(shè)備的安全，定期對(duì)循環(huán)水添加殺貝劑。所用的RW-930冷卻水殺貝劑是一種非氧化性殺菌劑，對(duì)生物體沒有刺激性。尤其是對(duì)過濾進(jìn)食的軟體動(dòng)物(如貝類)、甲殼動(dòng)物(如藤壺)、被膜動(dòng)物等，這些生物在碰到RW-930冷卻水殺貝劑時(shí)不會(huì)關(guān)閉外殼，仍會(huì)連續(xù)不斷地吸收殺菌劑，過一定時(shí)間后才會(huì)被殺死，極易堵塞吸收塔。循環(huán)水添加殺貝劑造成脫硫吸收塔堵塞后使煙氣壓力迅速升高(3.8 kPa)，嚴(yán)重危及脫硫系統(tǒng)甚至主機(jī)的安全運(yùn)行。主要事故特征是:(1)同風(fēng)量下，吸收塔填料前壓力逐漸增加，吸收塔填料前、后差壓逐漸增大;(2)同風(fēng)量下，除霧器后壓力逐漸降低，吸收塔、除霧器差壓逐漸增大;(3)同風(fēng)量下，脫硫煙氣壓力在堵塞瞬間迅速上升。

3 優(yōu)化技術(shù)

3.1 機(jī)組啟動(dòng)工況

旁路取消前只需在無主燃料跳閘(main fuel trip，MFT)條件且吹掃完成后完成MFT復(fù)位即可啟動(dòng)機(jī)組。旁路取消后邏輯已經(jīng)修改成以適應(yīng)現(xiàn)在的脫硫系統(tǒng)隨爐啟動(dòng)的要求，具體為以下條件:(1)爐膛吹掃完成或手動(dòng)確認(rèn)吹掃完成;(2)無MFT跳閘條件; (3)任一臺(tái)海水升壓泵已啟動(dòng)，GGH主(或輔)電機(jī)已啟動(dòng)，原煙氣煙塵濃度低于200 mg/Nm3。

啟機(jī)時(shí)應(yīng)做到以下幾點(diǎn):(1)在啟動(dòng)風(fēng)煙系統(tǒng)前完成GGH及單臺(tái)海水升壓泵的啟動(dòng)并保證海水升壓泵有足夠的備用，以避免MFT復(fù)位受影響以及保證機(jī)組啟動(dòng)初期的安全性。盡量在點(diǎn)火期間燒高揮發(fā)分、灰分低的煤。本廠采用等離子點(diǎn)火，對(duì)煤質(zhì)的要求較高，若揮發(fā)分低、灰分高，將導(dǎo)致點(diǎn)火困難、消耗大量的燃油，影響電除塵器和脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行，亦不利于節(jié)能［8］。(2)啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)前，應(yīng)先投入電除塵器運(yùn)行，并控制好相關(guān)參數(shù)，防止發(fā)生二次燃燒，減少煙氣中攜帶的灰分。(3)加強(qiáng)初期GGH吹灰，保證海水升壓泵運(yùn)行正常，確保急冷水處于熱備用。

3.2 急冷水系統(tǒng)

海門電廠在取消脫硫系統(tǒng)旁路后，為在緊急情況下對(duì)高溫?zé)煔鈬娏芙禍兀贕GH入口前增設(shè)1路急冷水，具體布置如圖1所示。1號(hào)爐急冷水的水源為消防水和工業(yè)水(互為備用)，3號(hào)爐設(shè)置了急冷水箱，由脫硫工藝水泵保證持續(xù)供水。在發(fā)生以下異常工況時(shí)使用急冷水:(1)GGH主、輔電機(jī)全停，延時(shí)35 s;(2)FGD入口煙溫高于170℃;(3)吸收塔凈煙氣溫度高于50℃;(4)海水升壓泵全停而吸收塔原煙氣溫度高于70℃。

應(yīng)確認(rèn)急冷水系統(tǒng)能自動(dòng)開啟，并綜合觀察原煙氣入口溫度、吸收塔入口煙氣溫度、凈煙氣溫度等各點(diǎn)變化情況，確認(rèn)噴淋水噴淋效果正常，能有效降低煙氣溫度。

圖1 3號(hào)機(jī)組脫硫急冷水系統(tǒng)Fig.1 Nasty cold water arrangement in desulfurization system

3.3 海水系統(tǒng)

加強(qiáng)循環(huán)水泵前池加藥工作的力度，減少海水管路中貝類的生長(zhǎng)量。夏季海洋生物繁殖季節(jié)，是極大威脅循環(huán)水泵安全運(yùn)行的時(shí)期，此時(shí)海水升壓泵的前池濾網(wǎng)差壓增大。在保證海水升壓泵安全運(yùn)行的前提下，需要在運(yùn)行中完成對(duì)該濾網(wǎng)的沖洗。一旦出現(xiàn)吸收塔失去海水供應(yīng)的事故，華能海門電廠采取了以下保證機(jī)組和脫硫系統(tǒng)安全的應(yīng)對(duì)措施。

(1)根據(jù)跳閘原因判斷，如果可以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)對(duì)吸收塔的海水供應(yīng)，應(yīng)盡快恢復(fù)，否則應(yīng)按以下幾條執(zhí)行。

(2)當(dāng)機(jī)組負(fù)荷高于650 MW，只有1臺(tái)海水升壓泵運(yùn)行時(shí)，將延時(shí)5 s觸發(fā)機(jī)組RB動(dòng)作，機(jī)組快速降負(fù)荷到600 MW，原煙氣溫度持續(xù)升高時(shí)，應(yīng)開啟急冷水降溫。

(3)當(dāng)3臺(tái)海水升壓泵全停，吸收塔入口煙溫高于70℃時(shí)，延時(shí)120 s，觸發(fā)MFT，在觸發(fā)MFT后延時(shí)180 s跳引風(fēng)機(jī)。同時(shí)檢查急冷水電動(dòng)門是否開啟，如未開啟則手動(dòng)開啟降溫。

3.4 GGH系統(tǒng)

通過對(duì)GGH堵塞事故的原因分析，海門電廠采取以下應(yīng)對(duì)措施:(1)每班定時(shí)對(duì)GGH進(jìn)行蒸汽吹掃，遇到差壓偏高的工況，可增加吹掃次數(shù);同時(shí)，GGH配有高、低壓沖洗水系統(tǒng)，可以根據(jù)需要投入沖洗。(2)大修時(shí)取出GGH的部分換熱片，在滿足GGH換熱效率的前提下，盡量擴(kuò)大煙氣的通流面積。(3)嚴(yán)格監(jiān)視電除塵器的運(yùn)行工況，電除塵器故障時(shí)及時(shí)搶修，保證除塵效率在99%以上。(4)加強(qiáng)鍋爐的燃燒調(diào)整，盡量讓煤粉燃燒充分，控制排放煙氣的CO含量。(5)加強(qiáng)機(jī)組啟動(dòng)工況和運(yùn)行工況的優(yōu)化調(diào)整，盡量減少機(jī)組投燃油的次數(shù)和時(shí)間［9-10］。

在脫硫旁路取消前，海門電廠多次因GGH堵塞嚴(yán)重而導(dǎo)致脫硫跳閘，影響FGD投入率及硫化物排放量。除霧器則相對(duì)較少出現(xiàn)運(yùn)行問題。實(shí)際上，一方面由于對(duì)GGH換熱片進(jìn)行了改造，另一方面由于實(shí)施了1年1次脫硫系統(tǒng)停運(yùn)，進(jìn)行GGH低壓沖洗、除霧器清洗、海水噴口的堵塞檢查及處理等措施，使FGD的運(yùn)行安全得到了很大的提升。因此，加強(qiáng)GGH差壓監(jiān)視、加強(qiáng)運(yùn)行中的吹掃、嚴(yán)格執(zhí)行GGH吹掃要求、不斷提高吹掃效率，才能有效避免GGH的堵塞。

對(duì)于GGH邏輯，當(dāng)負(fù)荷目標(biāo)值為600 MW時(shí)，GGH主輔電機(jī)均停后，延時(shí)60 s，觸發(fā)RB。在GGH停運(yùn)及RB負(fù)荷到位后規(guī)定:40 min后未恢復(fù)運(yùn)行且入口煙溫高于90℃，應(yīng)申請(qǐng)停機(jī)，以避免GGH長(zhǎng)時(shí)間受熱不均而堵塞。

3.5 吸收塔系統(tǒng)

對(duì)于脫硫吸收塔，應(yīng)確保海水進(jìn)水暢通、噴淋水補(bǔ)水均勻、填料層脫硫效果良好。應(yīng)保持吸收塔、除霧器差壓正常。

確保脫硫吸收塔安全運(yùn)行的主要預(yù)控措施如下:

(1)低負(fù)荷時(shí)段，根據(jù)吸收塔進(jìn)口壓力及差壓，定期隔離吸收塔并及時(shí)清理。

(2)吸收塔進(jìn)出口差壓大于0.75 kPa、除霧器進(jìn)出口差壓大于0.15 kPa或除霧器A后壓力同比下降0.1 kPa時(shí)，及時(shí)啟動(dòng)工藝水對(duì)除霧器進(jìn)行沖洗。

(3)細(xì)化循環(huán)水添加殺貝劑方案，并加強(qiáng)遠(yuǎn)方、就地監(jiān)視。

(4)針對(duì)1號(hào)機(jī)聚丙烯填料潤(rùn)濕性不好的情況，采用液相化學(xué)法對(duì)聚丙烯進(jìn)行表面親水化處理，增加其表面粗糙度，改造成多面體與雪花型填料。脫硫雪花型填料層如圖2所示。

圖2 脫硫雪花型填料層Fig.2 Packing layer of desulfurization snowflakes type

4 關(guān)鍵參數(shù)控制

海水脫硫關(guān)鍵參數(shù)控制結(jié)果如表1所示。通過對(duì)關(guān)鍵參數(shù)預(yù)控，確保排放指標(biāo)合格、系統(tǒng)安全、聯(lián)鎖邏輯合理。

表1 海水脫硫關(guān)鍵參數(shù)控制Tab.1 Key parameters control list for seawater desulfurization

(1)排放指標(biāo)合格。有效控制海水排放pH值及溶氧量、煙氣排放SO2及NOx量等，并使其達(dá)到最優(yōu)值;脫硫效率合格，滿足環(huán)保所要求的指標(biāo)。

(2)脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行。確保煙道的承壓在允許范圍內(nèi)，吸收塔進(jìn)口煙氣溫度符合填料層允許值，GGH差壓正常。

(3)聯(lián)鎖邏輯合理。脫硫至MFT復(fù)位、跳閘邏輯、脫硫輔機(jī)RB邏輯、急冷水系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯完善、合理，能滿足系統(tǒng)要求，確保系統(tǒng)安全。

5 結(jié)語

(1)通過對(duì)華能海門電廠海水脫硫系統(tǒng)現(xiàn)狀的分析，認(rèn)為取消旁路擋板是可行的，但是必須對(duì)由此引起的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制。

(2)應(yīng)就取消脫硫旁路擋板后可能發(fā)生的實(shí)際問題實(shí)施一系列預(yù)控措施和優(yōu)化技術(shù)，這是脫硫系統(tǒng)成功改造的關(guān)鍵。

(3)整個(gè)改造過程圍繞的核心問題是如何控制吸收塔進(jìn)口煙氣溫度和防止GGH、吸收塔發(fā)生堵塞，只有實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)才能確保脫硫系統(tǒng)各項(xiàng)排放指標(biāo)合格，系統(tǒng)安全運(yùn)行。

［1］王思粉.淺析我國海水煙氣脫硫技術(shù)及改進(jìn)［J］.熱力發(fā)電，2011 (1):4-7.

［2］毛健雄.煤的清潔燃燒［M］.北京:科技出版社，2000:12-15.

［3］岑可法，倪明江，駱仲泱，等.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行［M］.北京:中國電力出版社，1998:55-57.

［4］郭娟.燃煤電廠海水脫硫工藝的排水對(duì)海域環(huán)境的影響［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2008(5):707－711.

［5］黃隆焜，等.石灰石—石膏脫硫與海水脫硫的應(yīng)用比較［J］.節(jié)能環(huán)保技術(shù)，2008(3):24-26.

［6］高正陽，方立軍，葉學(xué)民，等.無煙煤與煙煤混煤燃燒性能的熱重實(shí)驗(yàn)研究［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，28(1):39-42.

［7］胡滿銀.鍋爐燃燒和運(yùn)行對(duì)電除塵器性能影響的分析與研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1997，17(7):20-24.

［8］謝劍山.火電廠海水脫硫系統(tǒng)運(yùn)行分析與研究［J］.電站輔機(jī)，2005(94):13-16.

［9］梁川.華能大連電廠3號(hào)、4號(hào)機(jī)組海水脫硫技術(shù)［J］.東北電力技術(shù)，2009(9):43-45.

［10］陳紹敏.海水脫硫技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析［J］.熱力發(fā)電，2006(12): 4-6.