現役燃煤機組脫硫旁路拆除的影響及對策

陳華桂，戴興干

(江蘇方天電力技術有限公司，江蘇 南京 211102)

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統（FGD）安裝于燃煤發電機組鍋爐煙道的末端、除塵系統之后，用石灰石（CaCO3）漿液做洗滌劑，在吸收塔中對煙氣進行洗滌，從而除去煙氣中的二氧化硫（SO2），因其具有脫硫效率高、處理煙氣量大等優點而被火電廠廣泛應用。目前采用這一技術的煙氣脫硫系統大多設置有100%容量的旁路煙道。在實際運行中，部分發電企業存在隨意啟用旁路煙道現象，導致大量SO2直接排放到大氣中，環境保護部為此下發了《關于火電脫硫設施旁路煙道擋板實施鉛封的通知》（環辦[2010]91號），要求各地電力企業逐步拆除旁路煙道，對暫時保留旁路煙道的企業于2010年9月30日前完成擋板的鉛封工作。為了落實這一政策，確保脫硫設施的投運率，真正實現脫硫設施與主機同等管理，在已經實現脫硫旁路煙道擋板鉛封的基礎上，江蘇省環保廳進一步要求全省現役燃煤火電機組在2013年年底之前完成煙氣脫硫裝置旁路擋板門拆除及煙道封堵工作。

1 煙氣脫硫系統旁路煙道的作用

本世紀初期相當一批脫硫系統屬于老廠改造工程，脫硫系統建設期間，為了不影響主機發電，設置了脫硫旁路煙道，如圖1所示。將鍋爐燃燒產生的煙氣經過引風機升壓后不經過脫硫系統而直接通過煙囪排入大氣。很多新建電廠因主體部分與脫硫裝置的建設不能同步完成，也設置了脫硫系統旁路煙道。

圖1 煙氣脫硫系統旁路煙道示意圖

脫硫系統建成后，旁路煙道在保證鍋爐及脫硫系統正常穩定運行及設備安全方面仍起著重要的作用[1]。一方面，在脫硫系統檢修或事故狀態下與機組隔離，含有SO2的煙氣不經過吸收塔脫硫，直接由旁路煙道流經煙囪排出，從而不影響機組煙風系統的正常運行；另一方面，當FGD或鍋爐處于故障狀態時，如鍋爐主燃料中斷跳閘（MFT）、FGD入口煙氣超溫、漿液循環泵跳閘、增壓風機跳閘等，使煙氣繞過FGD，也避免對FGD設備造成影響或損害；另外，在機組冷態啟動初期，為了防止煙氣中未燃燼的煤粉和油滴進入吸收塔漿液，造成漿液污染，脫硫效率減低，吸收塔內防腐材料加速老化，煙氣一般通過旁路煙道直接排入煙囪。待煙溫升高、電除塵器投運使煙氣粉塵含量符合FGD裝置的進口要求后，增壓風機啟動，FGD裝置進出口擋板打開，旁路擋板逐漸關閉，脫硫系統開始運行。

2 拆除脫硫裝置旁路煙道的影響

對新建機組來說，FGD系統取消旁路煙道，可以通過合理的參數選取、系統布置、設備選擇及防腐等措施，加之正確的運行和維護，即可保證電廠主機和FGD裝置的安全[2]。而對于現役機組來說，拆除脫硫旁路及配套改造將會帶來很多問題。

目前，300 MW燃煤機組主流的脫硫工藝是采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫，按一爐一塔配置，并配有一臺靜葉調節軸流式增壓風機和三臺漿液循環泵。脫硫裝置的煙氣系統設置有煙氣旁路，脫硫系統獨立控制。鍋爐引風機排出煙氣經增壓風機升壓后，依次通過氣氣換熱器（GGH）降溫、吸收塔、除霧器、GGH升溫，最后通過煙囪排入大氣[3，4]。下面以此為例來分析拆除脫硫裝置旁路煙道帶來的影響。

2.1 高溫煙氣對脫硫設施的影響

脫硫吸收塔是煙氣脫硫設施的核心裝置，系統在塔中完成了對SO2等有害氣體的吸收。吸收系統能承受的溫度為180℃，正常運行時鍋爐引風機的出口煙氣溫度一般為120℃左右，在脫硫塔耐受范圍內。當出現鍋爐空氣預熱器故障停運等緊急情況時，會導致煙氣溫度急劇的升高,由于無脫硫旁路，即使此時鍋爐緊急MFT，仍然會有部分高溫煙氣進入脫硫系統。煙溫過高，會損壞吸收塔設備，如噴淋層、除霧器以及吸收塔防腐材料等，嚴重時還可能引發火災事故。

2.2 高煙塵對脫硫吸收塔的影響

對采用燃油點火的機組，鍋爐點火啟動時，因需要投油助燃，這時煙氣中會含有油霧。按電除塵的投運要求，這時電除塵也不能投入，因為此時煙氣中的含塵量較高，煙氣中的油霧和粉塵通過脫硫系統后，將被脫硫塔洗滌下來進入漿液系統，對石灰石漿液產生污染，危害到脫硫系統的安全運行和脫硫的效率。具體表現為吸收塔漿液pH值下降、密度降低，效率下降，石膏含水率較大脫水困難，有時有虛假液位及泡沫[5]。嚴重時將對系統產生危害，影響脫硫性能甚至引起漿液中毒。

2.3 對機組設備可靠性的影響

取消脫硫旁路后，鍋爐的煙氣必須從脫硫吸收塔系統經過。因此任何能夠引起脫硫系統退出運行的因素，都會造成鍋爐機組跳閘。這些因素有：除塵器效率差、除塵器退出運行、增壓風機保護跳閘、漿液循環泵全停等。

2.4 對機組運行控制的影響

現役機組中鍋爐主機和脫硫系統基本都是獨立控制的。它們之間只有少數信號聯系。引風機調節擋板調節鍋爐爐膛負壓，增壓風機調節擋板調節增壓風機入口壓力。由于引風機和增壓風機是串聯運行的，它們之間往往互相影響。在正常運行中，通過引風機自動調節和增壓風機的自動調節能夠維持爐膛負壓和增壓風機入口壓力的穩定。但在鍋爐大負荷運行情況下，鍋爐的單臺引風機突然跳閘，這時同側的送風機會連鎖跳閘，從而引發機組的快速減負荷（RB）動作。單側風機跳閘后，增壓風機入口煙氣流量突然降低，因增壓風機不能接收到RB信號，調節滯后，增壓風機入口壓力，亦即引風機出口壓力，會突然降低。引風機出口壓力降低后，引風機的出力增大，爐膛壓力會降低，這時引風機會自動使控制擋板進一步關小，從而增壓風機入口煙氣量進一步減小。形成惡性循環，嚴重時會引起引風機失速，增大了機組運行的不穩定性。如果旁路存在，旁路會自動打開，可以化解增壓風機入口壓力的突然變化。但旁路取消后，爐膛負壓的劇烈波動會引起增壓風機入口壓力的劇烈波動，更進一步惡化爐膛負壓的波動。

2.5 對機組啟停順序的影響

脫硫系統設有旁路時，主機啟動與脫硫啟動分別進行。機組啟動時先開啟脫硫旁路擋板，關閉FGD原煙氣和凈煙氣擋板，然后啟動鍋爐，待點火油槍撤出，電除塵投入后，開啟FGD原煙氣和凈煙氣擋板啟動脫硫系統，并逐步關閉旁路擋板，脫硫系統投入正常運行。旁路拆除后，需統籌協調脫硫與主機的啟動。

3 脫硫裝置旁路煙道拆除的應對措施

3.1 增設煙氣事故噴淋減溫裝置

為防止事故情況下高溫煙氣進入吸收塔，損壞塔內設備及防腐材料，在吸收塔入口增加事故噴淋系統，噴淋水原則上選用廠用工業水，噴淋氣動門配保安電源。在吸收塔頂部布置一個事故噴淋水罐，并且適當延長吸收塔的入口煙道，以便于布置事故噴淋噴嘴，且事故噴淋水有足夠的蒸發、降溫時間。當吸收塔入口煙氣連續監測系統(CEMS)檢測到煙氣超溫時，設置在水罐底部的閥門自動打開，降溫水自流通過管道、噴嘴進入煙氣，迅速被煙氣加熱蒸發，使得煙溫降低。事故時煙氣噴淋系統投運時應注意噴淋水氣動門的狀態及吸收塔液位，防止增壓風機側進水。

3.2 鍋爐采用等離子點火或微油點火

鍋爐在啟動過程中不投油或盡量少投油，從而避免燃油和粉塵對脫硫系統吸收塔防腐材料和石灰石漿液的污染，目前大多數鍋爐采用了等離子無油點火或微油點火技術可以滿足這一要求。在鍋爐啟動前，應采取投汽加熱、合理控制啟動參數等方法縮短鍋爐啟動時間。在鍋爐開始投粉時，投入電除塵器一電場，以減少進入吸收塔的粉塵量并降低油污染。根據運行經驗和歷次檢修期間的觀察，一電場所沾油污會在運行后受粗顆粒煙塵的高速沖刷而脫落，不影響除塵效果。

在燃油點火階段，吸收塔漿液會受到未燃盡油霧的污染，使脫硫效果變差，為此應設置漿液置換系統，對受污染的漿液進行在線置換，及時排放受到污染的漿液。

3.3 提高脫硫系統的可靠性

脫硫裝置主要由漿液制備系統、吸收系統、煙氣再熱系統、石膏脫水系統等組成。提高脫硫系統的可靠性也就是提高這幾大系統的可靠性。為保證漿液供應系統的可靠性，將從石灰石漿液箱至吸收塔的供漿管道改為雙供漿管道，并采用自動切換方式，以提高吸收塔供漿的可靠性。為提高吸收系統的可靠性，將漿液循環泵電源分別接于不同的供電段，通過提高供電可靠性來避免因某段電源故障導致吸收塔漿液循環泵全停，造成機組停運。

根據目前國內已投運的GGH的運行情況來看，GGH部件的腐蝕和換熱元件結垢堵塞造成的增壓風機運行故障已經成為FGD系統長期穩定運行的瓶頸之一。GGH結垢特別嚴重時，煙氣通流面積減小使煙氣流速增加，風機壓力升高。當GGH壓降使風機出口壓力處于風機失速區，風機嚴重脫離正常運行工況，造成風機喘振。最后導致增壓風機過載跳閘。脫硫旁路拆除后增壓風機跳閘將導致機組停運，造成機組可靠性降低。因此煙氣再熱系統考慮取消GGH，同時對煙囪進行防腐處理。新版《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223－2011）明確要求對火電廠進行脫硝改造，取消GGH致使NOx排放對地面濃度影響有所增加的問題，可在安裝煙氣脫硝裝置后得到解決。對石膏排出泵、石膏旋流器和皮帶脫水機等主要設備考慮備用，以提高其運行可靠性。此外，為防止保護信號誤動，取消增壓風機軸承溫度高、振動大跳閘保護，取消液位低連鎖停漿液循環泵保護，將以上信號改為報警。

3.4 對相關控制邏輯進行優化

旁路拆除后，脫硫吸收塔成為鍋爐煙風系統一個重要組成部分，需要考慮主機運行與脫硫運行的協調，為此需對相關的控制和保護邏輯進行優化。刪除涉及脫硫旁路擋板的邏輯，將脫硫系統的重要保護與鍋爐MFT合并。增加事故噴淋裝置控制邏輯，當吸收塔入口煙氣溫度升高到160℃時，起動事故噴淋裝置；當煙氣溫度達180℃(煙道防腐鱗片最高耐溫)時，則鍋爐MFT；當脫硫漿液循環泵全停時，立即起動事故噴淋裝置，同時鍋爐MFT。增壓風機全停時，會造成鍋爐排煙通道不暢，影響爐膛安全，鍋爐MFT。

旁路拆除后，增壓風機的出力將直接影響鍋爐安全穩定運行，以引風機和增壓風機均為靜葉調節軸流風機為例，為解決引風機與增壓風機在劇烈擾動時的相互協調的問題，將增壓風機的靜葉執行機構的控制信號，由原來的脫硫分布式控制系統（DCS）控制改為主機DCS控制，并將引風機的靜葉擋板開度反饋取平均后作為增壓風機入口壓力調節系統的前饋，對增壓風機的入口壓力進行調節，防止增壓風機失速。

3.5 調整機組的啟動與停運順序

拆除旁路后機組的啟動順序發生了變化，啟動脫硫工藝水和制漿系統—啟動氧化風機—啟動吸收塔漿液循環泵—打開送、引風機葉片開度至100%—啟動增壓風機—依次啟動兩側送、引風機。各大風機啟動完成后，增壓風機投入自動運行。鍋爐點火時，為防止含油煙氣影響吸收塔漿液，采用等離子點火方式，油槍投入備用。同時，為減少進入吸收塔漿液的煙塵和未燃盡煤粉，要求電除塵器盡早投入運行。停機時，必須等爐膛吹掃完成后，送、引風機和增壓風機均停下后才能停運吸收塔漿液循環泵—停運氧化風機—停脫硫工藝水和制漿系統。

4 結束語

拆除脫硫系統旁路，可從根本上解決燃煤發電企業大氣污染物直排的問題，在機組啟停、事故工況時，原煙氣仍將進入吸收塔，經脫硫處理后通過煙囪排出，減少了對大氣的污染，杜絕了機組運行中擅自停運脫硫裝置的可能，實現對脫硫設施運行過程的有效監管，提高脫硫設施運行效率。

脫硫旁路煙道拆除后，脫硫裝置和主機組成為串聯的生產系統，脫硫裝置必須與主機組設備按照同樣的標準和要求進行運行和維護，對鍋爐和脫硫的檢修及運行都提出了更高要求。只要在配套改造過程中和運行控制過程中采取適當的技術措施，就可以避免脫硫旁路擋板拆除及煙道封堵給燃煤發電機組運行帶來的負面影響，實現脫硫裝置與鍋爐主機同步、長期、穩定的運行。

[1]張金倫，隋建才，廖能斌.濕法脫硫系統取消旁路煙道的技術經濟性分析[J].熱力發電，2009，38(10)：1-4.

[2]趙生光.火電廠濕法煙氣脫硫取消旁路煙道可行性分析與探討[J].中國電力，2007，40(6)：81-85.

[3]周至祥，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊[M].北京：中國電力出版社，2006.

[4]HJ/179—2005，火電廠煙氣脫硫工程技術規范石灰石/石灰-石膏法[S].

[5]孫克勤，鐘 秦.火電廠煙氣脫硫系統設計、建造及運行[M].北京：化學工業出版社，2005.