煙塔合一脫硫系統(tǒng)在國華三河發(fā)電廠的應(yīng)用
“煙塔合一”脫硫系統(tǒng)設(shè)計無旁路的運行控制方式
摘要： 三河發(fā)電廠二期工程2×300 MW 機組是國內(nèi)首臺設(shè)計“煙塔合一” 脫硫系統(tǒng)無旁路的機組，為確保機組在任何運行工況下進入吸收塔煙氣溫度和粉塵濃度在設(shè)計范圍內(nèi)，保證吸收塔的安全，制定與常規(guī)脫硫系統(tǒng)設(shè)計有旁路的機組煙風(fēng)系統(tǒng)不同的運行控制方式， 通過制定無旁路脫硫機組煙風(fēng)系統(tǒng)啟停及改變設(shè)備投入順序，控制進入吸收塔的煙氣溫度。機組穩(wěn)定運行的實踐證明，三河發(fā)電廠二期工程設(shè)計“煙塔合一” 脫硫系統(tǒng)無旁路方式是可行的。
關(guān)鍵詞： 煙氣脫硫,煙道無旁路,煙塔合一,運行控制
概述
神華國華三河發(fā)電股份公司（簡稱國華三河發(fā)電廠）地處北京周邊，電廠廠址位于河北省三河市燕郊，地處燕郊經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)東側(cè)，廠址西距通州區(qū) 17 km、北京市區(qū)37.5 km，東距三河市17 km。
電廠規(guī)劃容量為1.3~1.4 GW。一期工程已安裝 2 臺350 MW 凝汽式汽輪發(fā)電機組，1、2 號機組分別于1999 年12 月、2000 年4 月投產(chǎn)。二期工程將安裝2 臺300 MW 供熱機組，煙氣采用脫硫、脫硝、“煙塔合一”技術(shù)，已于2007 年8 月、11 月投產(chǎn)發(fā)電。
國華三河發(fā)電廠擴建的二期工程為熱電聯(lián)產(chǎn)擴建工程，采用“煙塔合一”技術(shù)并將一、二期機組同步建設(shè)脫硫，達(dá)到了整個電廠“增產(chǎn)不增污、增產(chǎn)減排污”的目的。
1 “煙塔合一”技術(shù)的特點
國華三河發(fā)電廠為滿足城市社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，改善北京市區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量，三河電廠二期工程（2×300 MW 機組）項目決定采用煙塔合一技術(shù)，主要基于以下幾方面考慮：
（1）由于采用石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)，脫硫系統(tǒng)排放煙氣溫度只有50 ℃左右， 若采用煙囪排放須對其進行再加熱， 溫度達(dá)到SO2 的露點溫度（72℃）以上。而采用冷卻塔排煙則無此限制，還可節(jié)省GGH 系統(tǒng)和煙囪初期投資及運行費用。
（2）由于該項目選址距北京順義機場較近，采用 “煙塔合一”技術(shù)可有效避開對航空的影響。
（3） 脫硫系統(tǒng)所用的增壓風(fēng)機與鍋爐所用的吸風(fēng)機合而為一既節(jié)省了設(shè)備的初期投資， 又為整個機組的經(jīng)濟運行打下了良好基礎(chǔ)。
經(jīng)測算，通過120 m 高的冷卻塔排煙，對地面造成的SO2 和PM10、NOx 年均落地濃度總體好于240 m 高煙囪排煙對地面造成的落地濃度。工程建成后，每年可減少排放SO2 2 萬t，煙塵100 t，具有良好的環(huán)保效益。
本工程排煙冷卻塔技術(shù)取消了傳統(tǒng)的高煙囪，將脫硫后的煙氣通過煙道直接引入自然通風(fēng)冷卻水塔與水蒸氣混合后，由冷卻塔出口排入大氣。經(jīng)環(huán)境評價分析，盡管傳統(tǒng)煙囪一般比雙曲線冷卻塔要高，煙囪排放的煙氣溫度也比冷卻塔排出混合氣體的溫度要高， 但冷卻塔排放煙氣時其熱抬升高度及擴散效果是相當(dāng)?shù)。原因主要是由于煙氣通過冷卻塔排放，煙氣和冷卻塔的熱汽混合一起排放，具有巨大的熱釋放率。
由于冷卻塔可以直接接受經(jīng)濕法脫硫后溫度較低（為50~55 ℃）的煙氣，這就省去了脫硫系統(tǒng)的煙氣加熱器（GGH），可以簡化脫硫工藝系統(tǒng)和布置，取消旁路煙道，采用直通式，增壓風(fēng)機與引風(fēng)機合二為一。加之省去了傳統(tǒng)高煙囪的建設(shè)，既節(jié)約了設(shè)計占地， 又減少了工程量和施工用地， 有利于施工組織。在考慮了冷卻塔防腐、加固、煙道等引起的費用增加后，綜合比較，采用排煙冷卻塔仍然有利于節(jié)省工程投資并減少運營費用。
2 機組采用的運行控制方式
由于國華三河發(fā)電廠二期機組采用引風(fēng)機與增壓風(fēng)機合并、沒有旁路、沒有GGH、“煙塔合一”等技術(shù)特點，脫硫吸收塔已是鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的一部分，在機組運行及吸收塔運行時， 所考慮的問題是吸收塔的運行不能影響機組任何工況下運行； 鍋爐的任何運行工況不能損壞吸收塔本體及污染塔內(nèi)漿液，避免造成惡性循環(huán)。
這種設(shè)計對鍋爐及吸收塔運行會改變一些操作順序和制定必要的連鎖保護， 所以在熱態(tài)運行時針對此設(shè)計特點進行如下情況的運行操作：除了吸收塔入口煙氣溫度高（大于180℃）、吸收塔循環(huán)泵均停的情況下鍋爐需要停爐， 一般情況下鍋爐出現(xiàn)任何故障及工況發(fā)生變化， 不影響脫硫系統(tǒng)和電除塵器的運行，這2 個設(shè)備照常投入運行，但運行人員需重點監(jiān)控。針對這種無旁路的設(shè)計本工程機組在下面工況采用不同的控制方式。
2.1 鍋爐啟停爐、吹掃、煤油混燒的工況
在調(diào)試運行期間采取的操作是鍋爐啟動前脫硫吸收塔循環(huán)泵投入運行，為防止或降低鍋爐啟停、吹掃、煤油混燒期間對吸收塔內(nèi)石膏漿液及冷卻塔內(nèi)部的污染，電除塵器先于吸收塔循環(huán)泵投入，鍋爐冷態(tài)啟動時電除塵器的灰斗加熱、絕緣支柱套管加熱及放電極絕緣室加熱提前24 h 投入。
鍋爐在以上工況時投入電除塵器第1 至5 電場， 控制二次電壓數(shù)值高于起暈電壓且小于閃絡(luò)電壓，并對二次電流限流運行，防止電除塵器的內(nèi)部燃燒。密切監(jiān)視電除塵器出入口煙氣溫度變化情況。
吸收塔內(nèi)部防腐材料最高抗煙氣溫度90℃；吸收塔出口至冷卻塔的煙道是玻璃鋼材質(zhì)， 最高抗煙氣溫度68 ℃， 因此運行期間要密切監(jiān)測脫硫系統(tǒng) CEMS 系統(tǒng)的主要參數(shù)及吸收塔入口、出口溫度的變化。
當(dāng)鍋爐停爐時煙風(fēng)系統(tǒng)不通風(fēng)， 并且引風(fēng)機出口溫度小于65℃時停吸收塔循環(huán)泵，并且密切注意吸收塔出入口溫度， 如果鍋爐有運行操作或鍋爐余溫進入吸收塔，吸收塔入口溫度超過90℃或吸收塔出口超過65℃，再啟動循環(huán)泵減溫。
2.2 等離子點火時未完全燃燒的飛灰
本工程鍋爐為了實現(xiàn)無油點火， 采用了等離子點火技術(shù)， 因此鍋爐點火前脫硫系統(tǒng)循環(huán)泵投入運行， 為防止或降低鍋爐啟停煤油混燒時對吸收塔內(nèi)漿液及冷卻塔內(nèi)壁的污染， 在鍋爐啟動前電除塵器和干除灰系統(tǒng)已投入，電除塵器的灰斗加熱器、大梁絕緣支柱套管及放電極絕緣室加熱提前24 h 投入。
在鍋爐點火時等離子點火時的飛灰未完全燃燒，因此投入電除塵器第1~5 電場時控制二次電壓數(shù)值，電壓控制在起暈電壓和閃絡(luò)電壓之間，并對二次電流限流運行，防止電除塵器的二次內(nèi)部燃燒。
這種未完全燃燒煤粉不可能全部由電除塵器收集，吸收塔漿液有一定的污染可能，根據(jù)運行情況可進行漿液部分置換， 即大量補充新鮮的石灰石漿液同時排放污染的漿液。
2.3 電除塵器若干電場出現(xiàn)故障造成吸收塔入口粉塵濃度高
脫硫系統(tǒng)無旁路為防止?jié){液遭受粉塵的污染，因此在運行期間密切監(jiān)測電除塵器出入口粉塵濃度、CEMS 系統(tǒng)的主要參數(shù)。
（1）每臺鍋爐配置2 臺電除塵器，每臺除塵器有 2 個通道，共4 個通道，根據(jù)本工程設(shè)計脫硫無旁路的特點， 鍋爐運行期間如果發(fā)生電除塵器其中1 個通道跳閘，機組就跳閘。
（2）如果電除塵器其中若干電場或供電區(qū)因故障停運，造成出口質(zhì)量濃度大于250 mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基），鍋爐根據(jù)實際情況降負(fù)荷運行，脫硫系統(tǒng)通過觀察吸收塔內(nèi)漿液的化學(xué)吸收反應(yīng)情況以及石膏品質(zhì)情況， 需要運行觀察確定脫硫系統(tǒng)能否升降負(fù)荷及繼續(xù)運行。
（3）如果電除塵器其中若干電場或供電區(qū)因故障停運，造成出口質(zhì)量濃度小于等于250 mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基），脫硫系統(tǒng)繼續(xù)保持運行，但需要長期運行觀察。
2.4 鍋爐出現(xiàn)故障時
鍋爐運行期間如果負(fù)荷出現(xiàn)驟變， 如故障降負(fù)荷、MFT、RB 等，電除塵器、干除灰系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)應(yīng)正常運行，吸收塔漿液循環(huán)泵繼續(xù)運行，吸收塔對鍋爐運行沒有影響。
2.5 鍋爐排煙溫度高
本工程為防止運行期間進入吸收塔煙氣溫度過高，特設(shè)事故噴淋罐，事故噴淋設(shè)有2 路，在煙溫過高時進行噴淋。
（1）當(dāng)煙溫（噴淋前溫度測點、三取中）大于等于 160℃啟動事故噴淋1 路事故噴淋氣動閥門，如果煙氣溫度（噴淋前溫度測點、三取中） 小于等于 155℃并且吸收塔出口溫度小于等于65℃， 自動停這路事故噴淋。
（2）當(dāng)煙溫（噴淋前溫度測點、三取中）大于等于 170℃時，同時啟動2 路事故噴淋氣動閥門，如煙溫（噴淋前溫度測點、三取中）低于160 ℃并且吸收塔出口溫度小于等于65 ℃，自動停止1 路噴淋；如果煙氣溫度小于等于155℃并且吸收塔出口溫度小于等于65℃，自動停止另一路事故噴淋。
（3）當(dāng)煙溫達(dá)到大于等于180℃同時自動啟動2 路事故噴淋氣動閥門，如噴射20 min 煙溫繼續(xù)大于等于180℃，則鍋爐風(fēng)機跳閘停爐。運行人員手動關(guān)閉事故噴淋。
（4）脫硫吸收塔3 臺循環(huán)泵跳閘時引風(fēng)機跳閘，同時自動啟動2 路事故噴淋氣動閥門， 運行人員手動關(guān)閉事故噴淋。
2.6 脫硫系統(tǒng)保護
由于三河發(fā)電廠二期機組采用引風(fēng)機與增壓風(fēng)機合并、沒有旁路、沒有GGH、“煙塔合一”等技術(shù)特點在國內(nèi)屬于首次采用， 并且有等離子點火等新技術(shù)， 如何將這些技術(shù)很好地應(yīng)用且各自運行不受影響，避免在運行期間出現(xiàn)技術(shù)問題，在調(diào)試期間進行了運行控制方面的探索。通過實踐，調(diào)試期間制定的控制方式可使機組和脫硫系統(tǒng)運行穩(wěn)定正常， 目前應(yīng)用“煙塔合一”的二期工程的3、4 號機組已運行近 1 a，目前沒有出現(xiàn)因為運行控制方式的問題影響機組和脫硫系統(tǒng)的安全運行。
3 結(jié)語
通過對采用的增壓風(fēng)機和引風(fēng)機合二為一、無旁路、無GGH 的“煙塔合一”技術(shù)調(diào)試，摸索出我國無旁路的機組運行的自主創(chuàng)新的鍋爐和脫硫系統(tǒng)啟停的步驟，總結(jié)了許多寶貴的經(jīng)驗。
國內(nèi)首例無旁路脫硫系統(tǒng)運行的關(guān)鍵是考慮將脫硫吸收塔作為鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的一部分， 鍋爐和脫硫啟停步驟要相結(jié)合，并進行相應(yīng)的聯(lián)鎖保護，避免因鍋爐和脫硫出現(xiàn)的問題相互影響或損壞設(shè)備。
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