寧海電廠 600 MW機組濕法煙氣脫硫系統的優化研究

邱振波

(神華國華北京熱電分公司 寧海項目部,北京 100025)

寧海電廠 600 MW機組濕法煙氣脫硫系統的優化研究

邱振波

(神華國華北京熱電分公司 寧海項目部,北京 100025)

通過對寧海電廠 4×600 MW機組脫硫系統的研究分析,提出了煙氣脫硫系統的優化方案,包括工藝的設備優化、系統的運行優化、系統的國產化等內容。期望通過此優化方案,可使 FGD系統簡化,投資、運行費用大大減低,并增強機組和FGD系統本身的安全可靠性。

煙氣脫硫;優化;運行

0 引 言

燃煤發電廠節能減排工作的重要任務之一就是確保煙氣脫硫系統的可靠、穩定運行。由于脫硫技術主要依靠引進,有關脫硫系統的設計、設備建造、施工、調試、性能試驗、運行等技術規范不夠完善,不少脫硫工程為了搶時間而倉促上馬,系統在調試、運行中暴露出來的問題較多,集中表現為設備性能差、運行不穩定、經濟性低下等[1]。

寧海電廠一期工程石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統,自 2005年年底第一臺機組脫硫系統投運以來,到 2006年 11月,1～4號機組脫硫系統都已與主機同步投入運行。脫硫系統運行后存在很多問題和隱患,根據運行的情況,提出脫硫系統的優化方案。

1 運行過程中主要問題及優化方案

1.1 吸收塔腐蝕問題及優化

寧海電廠一期工程吸收塔系統取消了一般脫硫工程中使用的氣 -氣加熱器 (GGH)系統,雖減少了系統運行以后的維護工作量,提高了系統的可靠性,但同時也因為沒有 GGH,使脫硫后的煙氣溫度較低 (一般在 50℃左右),而且煙氣含水較重,對管道的腐蝕也相應增加。寧海電廠4×600 MW機組吸收塔出入口煙道采用玻璃鱗片防腐,如今煙道的腐蝕問題比較嚴重,經常出現后煙道泄漏現象 (如圖 1)。同樣,吸收塔壁面也經常出現因腐蝕而泄露的問題,造成這種現象的主要原因就是內壁起防腐作用的玻璃鱗片被破壞(如圖 2)。

此問題的優化方案是：

(1)選用質量好的防腐材料是關鍵。二十多年的應用實踐表明,鱗片涂料襯里是濕法煙氣脫硫系統 (FGD)設備防護最為經濟有效和可靠的方法。高性能防腐蝕涂料按所采用的樹脂可分為環氧樹脂、不飽和樹脂和聚脂樹脂、乙烯基酯樹脂、聚氨脂樹脂等品種。所采用的耐蝕鱗片有玻璃鱗片、不銹鋼鱗片、云母鱗片和石墨鱗片等。按涂料黏度可分為鱗片涂料、鱗片厚漿涂料和鱗片膠泥 3種。可以根據煙氣流動情況進行研究分析選擇合適的防腐材料。

(2)對煙道的改進：在 FGD入口煙道上預設噴水。運行表明,FGD吸收塔入口煙道上積灰嚴重,同時過多的飛灰對 FGD系統有不利影響。預設噴水不僅可以保證 FGD系統的運行,提高脫硫效率,而且可以提高副產品石膏的品位[2](對石膏回收工藝來說十分重要),同時在緊急狀態下,可保護系統內設備和防腐不受高溫煙氣的損壞。

1.2 漿液循環泵的問題及優化

寧海電廠 4臺機組的脫硫吸收塔,均配有 3臺循環泵,且機組正常運行時 3臺循環泵均投運,無備用設備,如果循環泵出現問題停運,就會影響到脫硫系統的運行。此問題在通過對循環泵基礎、電機的初步改造,并加入脫硫添加劑,嘗試二運一備,可效果不理想,大部分時間為 3臺循環泵同時運行才能保證脫硫效率,并易造成循環泵出口管路堵塞。

優化方案如下：(1)在機組調停時徹底清理管路堵塞問題;在保證吸收塔管路暢通的情況下,加強對脫硫添加劑的效果實驗,提高設備的節能指標。(2)優化漿液循環泵的運行方式。漿液再循環泵是 SO2吸收系統最主要的耗電設備,增加循環泵投運臺數即提高液氣比,可以提高脫硫率,使漿液 pH值降低,石灰石利用率也隨之提高;反之,則必須提升漿液 pH值,對系統運行有諸多不利。在實踐中應充分利用這些工藝參數之間的邏輯關系,根據入口煙氣 SO2的濃度對循環泵運行方式進行調整優化,在保持脫硫率穩定的前提下,總結出循環泵最佳運行方式,運行人員按照最佳方式對循環泵的切換、組合投運方式進行控制,可以使系統運行穩定,而且節電效果顯著。另外可以通過在吸收塔內增加托盤,提高液氣接觸面積的方式,投入 2臺循環泵就可達到 95%的脫硫率。當機組負荷或原煙氣 SO2濃度短期內較高時,運行人員可充分運用漿液 pH值對脫硫率的調控作用,即適當提高漿液 pH值,無需增開第 3臺循環泵,也能達到考核的脫硫效率,實現設備的節能運行。

1.3 地坑系統存在問題及優化方案

在 FGD停運時要進行沖洗,沖洗水收集在各自的排水坑內,吸收塔區域、石膏脫水區共設置5個排水坑。

(1)脫硫系統各種泵的排污門及罐體的排污都要排入地溝,造成地溝經常性的堵塞。優化方案：在脫水區域的地溝處加裝噴嘴,使進入地溝的石膏漿液自動進入地坑。地溝保持暢通,各種泵及罐體的排污能夠正常進行,能夠提高檢修工作效率,保證了設備系統的正常運行。

(2)每臺機組均設置了一臺地坑泵,沒有備用泵,如果地坑泵需要長時間檢修,地坑內漿液外溢,造成環境污染。另外,地坑泵的出力不足,且排水管路太細窄,遇雨天,液位較難控制,雖然有潛水泵,但不是運行長久之計。優化此問題的方案：一是更換地坑泵且出力至少要超過40m3/h,同時更換相應直徑的管路;二是每臺機組增設一臺排水坑泵,做到一備一用。

(3)取消脫硫區域地坑自吸箱液位 W報警。該報警頻繁出現,而實際報警的意義并不大,影響監盤人員對其它報警的確認及判斷。

(4)地坑泵由于自吸罐液位的變化經常出現跳閘現象,嚴重影響了泵的使用壽命。優化方案是：更換控制邏輯,采用液位高低控制,延長地坑泵使用壽命。

1.4 石膏脫水系統存在問題及優化

石膏漿液緩沖箱泵經常出現堵塞和管道、閥門、機械密封泄露現象,石膏旋流站和廢水旋流站旋流子經常堵塞和泄漏,嚴重時使石膏漿液不能及時脫水,影響了 FGD的投用率。原因主要是該泵運行工況較為惡劣,流體介質石膏漿液濃度高、黏度大,漿液中存在的大量沙子,對泵體及管道的沖刷力大,磨損嚴重。針對此問題,特提出以下優化方案。

現在的石膏脫水工藝流程,由 4臺吸收塔石膏排出泵,將 25%濃度的石膏漿液從吸收塔打入石膏漿液緩沖箱,再用石膏漿液緩沖箱泵輸送到安裝在石膏脫水車間頂部的石膏旋流站進行一級脫水。漿液濃縮到濃度約 55%的底流漿液自流到真空皮帶脫水機進行二級脫水,經二級脫水后,石膏漿液被脫水到含 90%固形物和 10%水分。

以上脫水系統可以進行如下優化：將吸收塔內生成的固體含量 25%的低濃度石膏漿液,經石膏漿液排出泵直接打入位于真空脫水皮帶機上方的石膏旋流器,使石膏的水份脫至 55%。55%濃度的石膏漿液通過重力自流到真空皮帶機進行二級脫水,石膏的含水量降至 10%以內,隨后進入石膏倉。優化后石膏脫水工藝流程主要是去除了中間高濃度石膏漿液緩沖箱儲運環節。

去掉石膏漿液緩沖箱后需要進行各方面的重新設計,包括排出泵功率的計算、管材的選取、控制系統的修改等。但從長遠來看,此種運行方式較大幅度地降低了生產運行、維護成本,由于簡化流程和減少設備而節約廠用電,避免因石膏漿液泵故障而啟用事故漿液運行系統,從而節約事故啟動用電量,有一定的經濟性。

1.5 共性問題

(1)管道磨損、堵塞、泄漏問題及優化。管道長期運行在惡劣的流動介質中,受到沖刷和腐蝕,經常出現泄漏、磨損、堵塞問題。對于襯膠管道,在一定程度上起到了防腐、防磨的效果,但是一旦襯膠破裂、脫落,襯膠會堵在管道內阻止漿液的流動,造成管道堵塞,又給檢修帶來困難。針對此問題,從脫硫系統的實際介質狀況出發,經過反復比較目前工業管材的優劣,從防腐、防磨、防垢等多方面考慮,建議選用孔網鋼塑復合管。此品種管道不僅具有防腐、防磨、防垢的特性,主要是管道內壁較光滑,內磨擦阻力小于金屬管和金屬襯膠管,加上已有孔網鋼塑復合管在 FGD系統排污管道使用的經驗,經綜合考慮和論證,確認孔網鋼塑復合管也同樣適用于石膏漿液管道。

(2)機械密封泄漏問題及優化。脫硫系統中各種泵的機封均存在不同程度的泄漏問題,尤其是吸收塔攪拌器的機封更是經常性的泄漏,有的機封使用不到一個月就出現泄漏現象,浪費了大量的人力物力,嚴重時甚至造成脫硫效率降低。另外,石膏漿液緩沖箱泵機封、排出泵機封、廢水緩沖箱泵機封、地坑泵機封等均存在泄漏問題。究其原因,主要是機械密封的制造質量及工藝存在問題,同時,檢修人員的安裝水平也存在問題。對此,特提出優化方案：a.選擇名牌產品,更換質量好的機械密封。同時,對檢修人員進行檢修工藝的培訓,因為機械密封的安裝技術水平要求較高,需要進行專門培訓后方可進行工作。目前,寧海電廠一期維護班組中能夠獨立進行此項工作的員工數量有限。b.因為進口機械密封的價格昂貴,國產設備又存在質量問題,可以和研究院或者大專院校進行合作交流,找出解決此問題的辦法。c.閥門內漏問題及優化。脫硫系統由于其大部分管路中傳輸的都是二相介質石灰石漿液和石膏漿液,對管路和系統內的閥門腐蝕和沖刷作用較大,致使系統內的閥門經常發生內漏現象。根據國內脫硫系統運行狀況,主要系統如漿液循環系統、漿液供應系統、漿液排放系統等閥門均應采用進口閥門或質量相對較好的國產閥門。

2 工藝參數的合理調整

漿液 pH值、密度、液氣比、漿液停留時間等是脫硫系統運行的關鍵工藝控制參數,不但影響脫硫性能,與經濟性的關系也非常密切。通過脫硫調試和運行實踐,總結出主要運行參數與脫硫性能、經濟性的關系見表 1。運行人員可根據這一規律,綜合考慮脫硫性能和電耗、粉耗等經濟性因素,適時調整運行參數。

表 1 濕法脫硫的主要運行參數與脫硫性能的關系表Tab.1 Relationshipbetween themain operating param eters of FGD and desulphurization perform ance

運行實踐證明,液氣比、漿液 pH值和鈣硫比控制在一定的范圍內時可以起到最佳效果。寧海電廠 600 MW機組額定負荷時入口煙氣 SO2的濃度約為 1 710 mg/m3,當進料石灰石粒徑為 40 mm、氣液比為 12.89、鈣硫比為 1.03時,石灰石粉耗為 23.96 t/h,電耗為 19 195 kW/h,此時的系統運行穩定,脫硫效率在 95%以上,而且節電效果顯著。

3 國產化研究

因系統設備進口率高達 80%,采購周期長、設計缺陷等因素,嚴重制約著除灰脫硫系統的正常運行,同時高額的進口配件費用使生產成本劇增。為降低運行成本,防止因進口設備備件影響設備的正常運行,要做好設備的國產化。從設備運行和劣化分析入手,提出需國產化設備清單,編制相應計劃,利用國內先進設備和技術,促進脫硫設備的國產化率。

(1)石膏漿液循環泵國產化。利用 FGD停役的機會,拆卸石膏漿液循環泵進口短管,對其過流部件進行檢查,拍照存檔并錄入劣化跟蹤。由于脫硫石膏漿液循環泵一直處于滿負荷運行,加上石灰石粉品質、進口濾網堵塞等因素,造成脫硫石膏漿液循環泵葉輪嚴重磨損和氣蝕,已影響到 FGD正常運行和脫硫效率。根據石膏漿液循環泵的使用工況,積極尋求國內專業制泵廠商,通過技術上的論證以及制造商的業績,以最可靠的設備、最優產品質量、最佳經濟性為標準,各項主要參數不得低于進口設備為宗旨,進行綜合評定。目前已完成漿液循環泵葉輪的國產化,運行效果良好。

(2)機械密封的國產化。FGD系統轉動設備較多,動靜部分的密封均采用機械密封,各種規格和型號有二十余種,使用的工況和介質又有所不同,密封形式各異。針對上述特點,精心選用,確定有關廠商的產品,主要應用于石膏漿液循環泵、工藝水泵、吸收塔攪拌器、廢水旋流泵、廢水泵、石灰漿液循環泵、排出泵等。目前已完成對脫硫系統各漿液泵和吸收塔攪拌器的機械密封的國產化,但是效果不太理想,尤其是吸收塔攪拌器機械密封,更換不到一個月就出現泄漏現象。對此,應當通過綜合分析確定機械密封的選擇。

(3)其他部件的國產化。在日常維護中,也對其他設備出現的缺陷尋求國產化對策。石膏漩流站及廢水漩流站漩備件、吸收塔攪拌器槳葉、槳葉調節閥、除霧器和吸收塔噴嘴等設備均已完成了國產化。但是在國產化的過程中,需要嚴格按照工藝要求進行選擇。

4 總 結

火電廠 SO2的控制勢在必行,FGD技術將大規模地得到應用。然而 FGD系統的投資大,一定程度上制約了 FGD系統的應用。加快對已有技術的消化吸收,實現脫硫技術和設備的國產化,并開發出具有自主知識產權的 FGD技術。同時可以通過本文提出的 FGD系統優化的思想,進行 FGD系統的設計和運行優化,將使 FGD系統投資運行費用大大減低,增強機組和 FGD系統本身的安全可靠性。

[1]舒惠芬.脫硫工程后評估的必要性及對后評估工作的建議 [J].中國電力,2005,38(11)：66-68.

Shu Huifen.Necessity of post-FGD engineering evaluation and suggestions for evaluating measures[J].Electric Power,2005,38(11)：66-68.

[2]周至祥.濕式石灰石—石膏法排煙脫硫裝置的問題和對策 [J].四川電力技術,2001(1)：19-25.

Zhou Zhixiang. Major Prob lem and countermeasure on flu gas desulphurization equipmentwith wet limestone gypsum method.SICHUAN Electric Power Technology,2001(1)：19-25.

Research on Optim ization ofWet FGD System in Ninghai Power Plant

Qiu Zhenbo
(Ninghai Project Department,ShenHua GuoHua Beijing Power Plant,Beijing 100025,China)

The current problem s in the processes of the FGD system in Ninghai 4×600 MWpower plant are analyzed.The optim ization programs of the FGD system are proposed.Including the equipmentoptimization,operation optimization and localization of the system.With this optimization solutions,the FGD systems can be simplified.Investment and operating costs can be reduced greatly.The safety and reliability of the Units and FGD system also be enhanced.

flue gas desulphurization;optimization;optimum

X701.3

A

2009-12-04。

邱振波 (1979-),男,工程師,從事脫硫系統維護工作,E-mail：zb_qiu@163.com。