基于222222爐111111塔濕法脫硫的熱工控制與保護設計

宋倫金,萬俊松

（1.廣州恒運電廠，廣東 廣州 510730；2.江西電力科學研究院，江西南昌 330096）

0 前言

某廠有2臺超高壓燃煤發電機組，為使排放煙氣符合環保要求和有效利用現有場地，通過改變煙道系統，使2臺爐排放的煙氣共用一套石灰——石膏濕法脫硫系統進行脫硫。不但有效節約了建設成本和生產場地，而且使煙氣排放指標達到并超過了環保要求。系統主要由下列子系統組成：漿液制備系統、煙氣系統、反應塔系統、石膏脫水系統、廢水處理系統和電氣系統及熱工控制與保護系統等。由于場地限制，系統中沒有其它濕法脫硫系統常設置的增壓風機和煙氣換熱器（GGH）。其工藝流程如圖1所示。

圖1 2爐1塔濕法脫硫工藝圖

2臺鍋爐的煙氣經省煤器、電除塵器后到達各自的引風機；引風機出來的煙氣不直接到煙囪排放，而是通過原煙氣擋板門后成180℃從兩端分別進入脫硫反應塔（為單回路噴淋塔型結構）的下部，合2為1的煙氣在反應塔內由下向上流動且被從上向下流動的循環漿液以逆流方式洗滌。漿液是通過噴漿層內設置的噴嘴噴射到反應塔中，分散成細小的液滴并覆蓋反應塔的整個斷面。這些液滴與塔內煙氣逆流接觸，發生傳質與吸收反應，煙氣中的SO2、SO3、HCl和HF及飛灰被吸收。凈化后的煙氣經凈煙氣擋板后進入煙囪，由煙囪的“引力”和引風機的“推力”（此時引風機的出口已為正壓，不是常規機組的負壓）將凈煙氣排向大氣。

1 DCS系統及其邏輯組態設計

DCS采用獨立的XDPS-400E型系統，并將系統內的干式變壓器、廠用電源、UPS及2臺鍋爐的SCR、SNCR納入DCS集中控制。若DCS故障，則可能導致兩臺機組同時停機，影響巨大。因此，必須非常重視DCS系統的設計。

1.1 DCS系統的電源設計

DCS系統供電電源設計兩路獨立的電源系統：一路為UPS電源，另一路為廠用保安段電源，兩路電源在DPU柜內可以相互無擾切換。另外，UPS設計最好有三路供電電源，分別是：工作電源（通常為保安段來的電源）、旁路電源（另一臺機組保安段來的電源）、直流電源（由廠用直流電源系統來），并設置失電報警功能。

在脫硫控制室和集控室（2臺機組共用一集控室）分別設有2臺操作員站和1臺操作員站。其中，位于脫硫控制室的2臺操作員站設計獨立電源：1臺操作員站接UPS來的電源；另1臺操作員站接廠用保安段電源。當任一電源或設備故障時均不影響運行人員對脫硫系統的監控。位于集控室的操作員站則接其中一臺機組的UPS電源。

1.2 DCS邏輯組態的設計

由于是2臺爐共用1臺脫硫反應塔，為防止不必要的干擾和實現對煙道的可靠保護，系統中重要熱工信號如原煙氣入口壓力（三取二）、原煙氣入口溫度（三取二）、反應塔液位（三取二）等信號一般采用雙重或三重信號。這既可防止保護系統誤動，又可避免保護系統拒動。

對于系統中漿液循環泵電機軸承溫度的保護設計，則充分利用DCS邏輯功能塊中的品質判斷和速度變化的判斷功能，有效防止因溫度元件壞、接線松而導致誤發保護信號，使漿液循環泵誤停的情況。邏輯組態如圖2所示。

圖2 漿液循環泵電機軸承溫度保護邏輯圖

2 熱工模擬量控制設計

2.1 石灰漿液密度調節系統

石灰漿液密度調節系統保證連續向反應塔輸送密度合格的石灰漿液。系統將供漿的密度作為設定值，通過調整石灰的供給量來調整漿液密度，從而實現閉環調節。漿液密度一般不能超過1 250 kg/m3，否則系統易磨損或堵塞。

2.2 反應塔pH值調節系統

系統將反應塔前未凈化和塔后凈化后的煙氣中的SO2濃度、煙氣溫度、壓力和煙氣流信號送進PH值調節系統，并對這些測量值進行計算以得到進入吸收塔煙氣中的SO2總量和SO2脫除效率。然后根據SO2總量、供漿的漿液密度來計算加入到吸收塔中的漿液量。通過改變石灰漿液流量調節閥的開度來實現漿液的調節。而反應塔排出漿液的PH值作為調節系統的校正值參與調節。

漿液PH值高利于吸收SO2，卻不利于CaCO3的溶解。通過現場實際測試，反應塔內pH值一般控制在4.6～5.4。然后根據2臺機組的負荷總和進行修正，這既能保證石膏的純度，又能達到環保要求的脫硫率。

2.3 反應塔液位調節系統

反應塔液位由漿液供給量、石膏漿液排出量及煙氣進入量等因素決定，上述參數的變化會均會引起反應塔的液位波動。同時，系統的起泡還會導致漿液波動甚至漿液溢流。因此，在設計上要充分考慮各類干擾因素。

3 熱工保護設計

3.1 熱工主保護設計

為了有效保護反應塔內構件和襯膠及煙道與煙囪，避免高溫產生腐蝕性損壞。在脫硫系統中設計有分級跳2臺主機的保護信號：當反應塔出口凈煙氣溫度（三取二）高于80℃且四臺漿液泵全停則觸發6號爐MFT，防止煙溫繼續上升。若煙溫還繼續上升并升至85℃，則觸發7號爐MFT。將2臺機組跳停，避免防腐層的高溫損壞。

3.2 一爐運行一爐準備開爐或停爐時對煙道的保護設計

系統是2臺鍋爐共用1臺脫硫反應塔，沒有旁路門和增壓風機。每臺引風機的出口煙壓均為正壓，正常情況約為1 300 Pa，異常時約為3 000 Pa。當一爐運行，另一爐要開爐或停爐時對系統的影響比較大。為防止煙氣壓力波動導致反應塔內的漿液進入原煙氣煙道或漿液溢流，重新變更煙道，在每臺鍋爐引風機出口煙道母管上各安裝一臺電動隔絕門。當本臺鍋爐要開爐或停爐時，若煙氣壓力大于3 000 Pa時，聯鎖打開電動隔絕門，泄掉部分煙氣壓力。防止引風機因長時間憋壓或喘振而損壞以及影響反應塔內的漿液。

為方便主機運行人員的操作，該隔絕門由各機組的主機DCS進行控制；同時，也將該門的狀態信號送至脫硫DCS進行顯示。

4 系統存在的問題及改進與優化

1）石膏漿液PH計電極易老化，導致測量不準確。

石膏漿液PH值是脫硫系統的一個非常重要的參數，它直接影響脫硫效率和脫硫反應塔的正常運行。原系統在管道上安裝有2臺CPS型檢測探頭，并配備與之對應的信號電纜和顯示儀表。但系統運行后發現PH測量探頭處的電極老化速度比較快，一般3個月就需要更換，2個月與實際取樣測量值對比則有0.2以上的偏差。為此，我們加強電極的沖洗和浸泡，確保電極不“缺水”，現已運行正常，有效降低了系統的維護成本和提高了系統的可靠性。

2）反應塔液位的測量偏差。

反應塔液位的測量由安裝在反應塔底部的三臺隔膜式壓力變送器完成，通過測量所得的壓力除以石膏漿液的密度，從而得到反應塔的液位值。由于吸收塔中為汽、液、固三種介質同時存在，而且固相及汽相在液相內分布不均勻，而系統設計采用石膏漿液泵出口的石膏漿液密度作為反應塔內漿液的密度來進行計算。該計算值不能真實反應塔內漿液密度。后果是有時反應塔的漿液都溢流了，液位在DCS的顯示值還為正常值。

針對上述測量方法的不足，計劃在反應塔漿液池上部加設3臺壓力變送器（取樣點需進行防腐處理），通過壓力差除以固定的直線高度，從而獲得真實的反應塔漿液密度。然后來計算液位。

5 展望熱工控制系統影響脫硫的因素

1）熱工設備的選取。濕法脫硫中的主要工藝液體和反應塔出來的凈煙氣都有一定的腐蝕性。因此，熱工測量元件一般要采用隔膜式，直接接觸腐蝕性液（氣）體的材質一般要采用316L或哈氏C-276的合金鋼，涉及漿液的取樣管路要選用耐腐蝕的如丁基橡膠作內襯，閥門采用球閥，防止堵塞。

2）脫硫廢水的處理與控制。為了防止二次污染，系統設有廢水處理系統，系統含有沉降箱、中和箱、絮凝箱、澄清池、清水箱等設備。從而使系統實現無污染排放。并在中和箱設有在線檢測的PH計，一般將中和箱的PH值控制在8.5-9.5之間。清水箱的出水通過加鹽酸的方式控制在6-9之間。

3）漿液泵的輪換與保養。系統設有4臺漿液泵，2臺機組滿負荷情況下一般運行3臺，1臺備用。對于備用的漿液泵要做好定期切換工作，每周至少切換一臺。以避免泵內發生嚴重結垢。并將系統的控制邏輯修改為：關閉運行漿液泵的入口門后，聯鎖開啟泵體的排漿電動門，將漿液放空，120 s后開啟沖洗水電動門，將泵體內沖洗干凈。否則，密度大、含固量高的漿液在一段時間后會在泵內結塊導致堵塞。故需注意停泵邏輯的設計。

4）脫硫系統6 kV廠用電源的選取與控制設計。由于脫硫系統的漿液循環泵工作電源為6 kV，當脫硫系統6 kV廠用電源開關因故障跳開時，致使4臺漿液循環泵均失去工作電源，從而導致反應塔出口溫度上升至85℃，同時將2臺機組跳停。因此，將C漿液循環泵的工作電源接至一臺機組的廠用6 kV電源系統，以分散風險，并將相關控制信號和狀態信號均引進脫硫DCS系統。該臺機組的廠用6 kV電源狀態信息也進脫硫DCS系統，方便運行人員進行監控。

6 結束語

經過一年多的運行結果證明，對系統存在的不足進行改進和優化及重新設計熱工控制邏輯，使2爐1塔的濕法脫硫系統運行更加穩定、可靠、經濟，運行效果良好，有效控制了2臺機組SO2的排放量，設計與改造經驗可供同型機組借鑒。

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