三爐一塔濕法脫硫煙氣系統改造應用

梁 磊，高 攀

（江蘇一環集團有限公司，江蘇 宜興 214206）

三爐一塔濕法脫硫煙氣系統改造應用

梁 磊，高 攀

（江蘇一環集團有限公司，江蘇 宜興 214206）

結合山東某熱電廠3×75 t／h循環流化床鍋爐三爐一塔石灰—石膏濕法煙氣脫硫工程實例，針對系統初步運行階段，2臺鍋爐或3臺鍋爐同時進煙氣至脫硫系統時，出現爐膛正壓，鍋爐需降負荷運行的問題，通過對煙氣系統阻力及脫硫系統進煙方式的分析，查出問題產生的根源為脫硫塔進口煙道設計不合理，導致2股或3股煙氣碰撞，形成煙氣對流，降低了氣體分子的運動速度和動壓，造成系統總阻力增大，以致現有引風機全壓不能克服系統總阻力。在脫硫塔進口煙道中增加隔板，改造為3臺鍋爐分別通過各自獨立煙道進脫硫塔的進煙方式，避免了煙氣碰撞形成對流，系統總阻力增大的現象，改造后系統達到了正常運行狀態，問題得到解決，可為今后同類三爐一塔煙氣脫硫工程脫硫塔進口煙道設計提供參考。

循環流化床鍋爐；三爐一塔；煙氣對流；總阻力；隔板

石灰—石膏濕法［1-6］煙氣脫硫工藝是目前世界上較為成熟、應用廣泛的一種脫硫技術，其原理是利用石灰粉制成漿液作為脫硫吸收劑，在脫硫塔中噴淋，與進入脫硫塔的煙氣逆流接觸，發生酸堿中和反應，脫除煙氣中的SO2，生成亞硫酸鈣，再與鼓入的氧化空氣進行化學反應，最終生成石膏，脫水后可綜合利用。脫硫后濕煙氣經2級高效除霧器去除霧滴后，凈煙氣經煙囪高點排放。國內目前有部分小噸位鍋爐在建設初期沒有考慮預留脫硫場地，一爐一塔的配置占地面積較大，同時考慮節省建設成本，縮短施工周期和減少后期運行費用，兩爐一塔、三爐一塔、四爐一塔并結合石灰—石膏濕法煙氣脫硫的工藝得到應用和發展，如大唐國際發電股份有限公司湖南株洲華銀火力發電有限公司2 ×125 MW機組煙氣脫硫工程，中國國電集團公司大同第二發電廠4號、5號鍋爐煙氣脫硫工程，重慶發電廠2×200 MW機組煙氣脫硫工程采用兩爐一塔配置；中國國電集團公司天津第一熱電廠3×220t／h鍋爐煙氣脫硫改造工程采用三爐一塔配置；中國華電集團公司石家莊熱電有限公司12～15號鍋爐煙氣脫硫工程采用四爐一塔配置。本文結合山東某熱電廠3×75 t／h循環流化床鍋爐煙氣石灰—石膏濕法脫硫工藝采用三爐一塔配置的工程實例，對系統初步運行階段出現的問題進行分析，提出改造方案，實踐結果表明，改造后系統達到了正常運行狀態，問題得到解決，可為同類三爐一塔煙氣脫硫工程設計提供參考。

1 工程概況

山東某熱電廠3×75 t／h循環流化床鍋爐煙氣脫硫選擇傳統的石灰—石膏濕法脫硫工藝，單臺鍋爐工藝參數如表1所示。

表1 75 t／h鍋爐工藝參數

由于該項目為后期改造項目，設施基建場地較為狹小，同時為節約投資成本，脫硫系統采用三爐一塔配置，共用1套石灰制漿系統，2臺氧化風機（一用一備）和1套石膏脫水系統，煙氣系統流程如圖1所示。

圖1 煙氣系統流程

鍋爐煙氣經布袋除塵器除塵后，粉塵含量降至50 mg／Nm3以下，經引風機送入脫硫系統，3臺鍋爐煙氣匯入1臺脫硫塔進行脫硫處理，SO2含量降至100 mg／Nm3以下，處理后的煙氣經煙囪高點排放，為便于脫硫系統檢修，設置旁路煙道。由圖1可見，4號鍋爐從脫硫塔左側進煙，5號、6號鍋爐從脫硫塔右側進煙，5號、6號鍋爐兩爐煙氣交匯處及脫硫塔進口3爐煙氣交匯處煙道截面積依據煙氣流速相應增大，整個煙道內部沒有設置導流板或隔板。

2 存在問題

該工程自2014年6月1日完工即開始進行系統初步試運，試運過程中發現，4號、5號、6號鍋爐中，單臺鍋爐進煙氣至脫硫系統時，對鍋爐負荷沒有影響，但2臺爐或3臺爐同時進煙氣至脫硫系統時，均產生爐膛正壓現象。首先，爐膛正壓可能產生高溫煙氣沿爐墻裂縫進入鍋爐的保溫層將保溫層燒壞，從而使鍋爐如下降管等不可受熱的承壓部件受熱，破壞鍋爐的水循環，誘發鍋爐水冷壁爆管等事故的發生；其次，正壓燃燒還可能使高溫煙氣在煤層中沿爐排前行，越過煤閘板在煤斗中鉆出，使著火點前移進而引燃煤斗中的煤，造成煤斗燒壞事故；再次，正壓燃燒，使高溫煙氣從觀火門、觀察門等縫隙中鉆入鍋爐房，使操作人員受到煙氣中塵、毒、高溫的侵害；最后，正壓燃燒系統總阻力增大，造成引風機超負荷，嚴重時會因此而燒壞電機。遇此情況，在不退出脫硫系統的情況下，操作人員不得不降低鍋爐負荷，將系統調整至正常運行狀態，脫硫系統對鍋爐負荷影響數據如表2所示。

由表2可見，4號、5號鍋爐或4號、6號鍋爐同時進煙氣到脫硫系統時，為調整鍋爐達到正常運行狀態，鍋爐每小時需降低10 t蒸汽蒸發量，減少發電量4 166 kWh，5號、6號鍋爐同時進煙氣到脫硫系統時，鍋爐每小時需降低8 t蒸汽蒸發量的負荷，減少發電量3 332 kWh，4號、5號、6號鍋爐同時進煙氣到脫硫系統時，4號鍋爐每小時需降低15 t蒸汽蒸發量，5號、6號鍋爐每小時分別降低10 t蒸汽蒸發量，合計減少發電量7 291 kWh，4號、5號、6號鍋爐分別進煙氣到脫硫系統時，對鍋爐負荷和發電量不產生影響。由此可知，單臺鍋爐進煙氣至脫硫系統時，對鍋爐負荷沒有影響，2臺或者3臺鍋爐同時進煙氣至脫硫系統時，鍋爐均需降負荷運行，影響了發電產值。

表2 脫硫系統影響鍋爐負荷數據表

3 問題分析

3.1 煙氣系統阻力

脫硫、除塵后的排煙出口煙道、煙囪阻力，可由煙囪的抽力來克服，不考慮該區域阻力；煙氣系統總阻力為鍋爐（本體、省煤器及空氣預熱器等）、布袋除塵器、煙道及脫硫系統（含脫硫塔進出口煙道）等各區段阻力之和，數據如表3所示。

表3 系統阻力分析Pa

由表3可見，脫硫系統不投運時，系統總阻力為3 900 Pa，脫硫系統投運時系統總阻力為5 400 Pa，而引風機全壓為5 995 Pa，理論分析認為，完全能夠克服系統總阻力，并有一定富余；此外，表2中單臺鍋爐進煙氣至脫硫系統時，對鍋爐負荷沒有影響的實踐結果也表明引風機全壓能夠滿足系統總阻力要求。據此判斷，問題的根源不在引風機，而在于脫硫系統設計不合理，隨后對脫硫系統進煙方式進行了分析。

3.2 脫硫系統進煙方式

脫硫系統進口煙道如圖2所示，當4號、5號鍋爐或4號、6號鍋爐同時進煙氣至脫硫系統時，2股煙氣在脫硫塔入口交匯處發生碰撞形成對流，如圖2（a）所示，5號、6號鍋爐同時進煙氣至脫硫系統時，2股煙氣在5號鍋爐煙氣出口交匯處發生碰撞形成對流，如圖2（b）所示，4號、5號、6號鍋爐同時進煙氣至脫硫系統時，煙氣在脫硫塔入口及5號鍋爐煙氣出口交匯處均發生碰撞，形成2處對流，如圖2（c）所示。

圖2 煙氣對流示意圖（a）——4號、5號或4號、6號鍋爐煙氣對流；（b）——5號、6號鍋爐煙氣對流；（c）——4號、5號、6號鍋爐煙氣對流

脫硫系統進口煙道總阻力為煙道阻力與煙氣進出口動壓損失之和，流速相當的2股煙氣碰撞產生對流，大大降低了氣體分子的運動速度及動壓，造成系統總阻力增大，以致現有引風機全壓不能滿足系統總阻力要求，產生爐膛正壓現象，在不退出脫硫系統的情況下，不得不降低鍋爐負荷，將系統調整至正常運行狀態，影響了鍋爐出力及發電產量，造成一定的經濟損失。

4 煙道改造

通過以上分析可知，脫硫系統進口煙道設計不合理，導致煙氣碰撞，形成煙氣對流，大大降低了氣體分子的運動速度和動壓，造成系統總阻力增大，以致現有引風機全壓不能克服系統總阻力，這是問題產生的根源。煙道改造技術方案如圖3所示。

圖3 煙道改造示意圖

由圖3可見，4號鍋爐出口煙道右側至脫硫塔進口增加了一道隔板，5號、6號鍋爐出口煙道交匯處至脫硫塔進口煙道中間部位增加了一道隔板，使幾股煙氣可分別從各自獨立煙道進脫硫塔，避免了煙氣碰撞形成煙氣對流的現象。由于隔板的增加，煙道彎頭數量相應增多，系統總阻力略有增大，但相對煙氣碰撞對流所產生的阻力損失要小很多。脫硫塔入口煙道約2 m范圍內為干濕界面交匯處，受煙氣中酸酐遇水形成的強酸及脫硫漿液中的堿腐蝕［7-10］較為嚴重，煙道改造完成后，該處需做防腐處理［11-12］，常用防腐形式為內襯C-276合金板。

煙道系統改造于2014年8月初完成，隨即進行了脫硫系統的試運行，4號、5號、6號鍋爐單獨進煙氣、其中2臺或3臺鍋爐同時進煙氣至脫硫系統時，總阻力略有增大，但現有引風機全壓仍能滿足系統總阻力要求，沒有產生爐膛正壓及鍋爐負荷降低的現象，系統達到正常運行狀態。

5 結論

a.通過對系統阻力及脫硫系統進煙方式的分析，查出脫硫系統進口煙道設計不合理是產生爐膛正壓、鍋爐需降負荷運行的根源，提出脫硫塔進口煙道改造方案，通過實踐證明了方案的可行性。

b.三爐一塔煙氣脫硫工藝配置，脫硫塔進煙方式，即進口煙道的設計至關重要，設計人員需充分考慮煙道系統中三通、彎頭、漸縮、漸擴及煙氣碰撞、對流等因素產生的阻力影響，并需詳細核算引風機全壓是否能夠滿足系統總阻力要求。

c.三爐一塔煙氣脫硫系統中，1臺或2臺鍋爐進煙氣至脫硫系統時，部分煙道內氣體流速過低，可能造成煙道積灰，相應部位需增設排灰設施。

d.三爐一塔煙氣脫硫工藝設計時，循環泵、氧化風機、工藝水泵、除霧器沖洗水泵、真空皮帶脫水機、水環真空泵等設備按3臺鍋爐煙氣參數配置，1臺或2臺鍋爐進煙氣至脫硫系統時，設備出力較大，增加了運行能耗。

e.由于擋板門有一定漏風率，即使旁路煙道全開，脫硫塔進出口煙道擋板門全關的情況下，脫硫塔內仍會有一定量的高溫煙氣存在，脫硫系統檢修時，檢修人員很難進塔作業，檢修較為困難，若3臺鍋爐同時停爐檢修，勢必造成較大經濟損失。

f.三爐一塔煙氣脫硫工藝配置一般不設置煙氣換熱器（GGH）和增壓風機，若原有引風機全壓不能滿足系統總阻力要求，則需更換或改造原有引風機。

g.鑒于目前工程技術人員對三爐一塔煙氣脫硫工藝設計經驗較少，且三爐一塔在工程實踐中會出現較多的運行問題，建議小機組可采用，大機組不宜采用。

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Improvement Application in Flue Gas System of Three Boilers with a Tower Wet Desulfurization

LIANG Lei，GAO Pan
（Jiangsu Yihuan Group Co.，Ltd.，Yixing，Jiangsu 214206，China）

Taking Shandong 3×75 t／h circulating fluidized bed boiler three boilers with a tower of lime-gypsum wet flue gas desulfu?rization engineering as an examples，in view of the system initial operation stage，when two boilers or three boilers entered flue gas to desulfurization system at the same time，emerging the chamber of the boiler positive pressure，the boiler should reduce load operation，through analyzing of the flue gas system resistance and the way into the flue gas of desulfurization system.It found out the unreasonable design of desulfurization tower inlet flue，resulting in two stocks or three flue gas collision，forming flue gas convection，reducing the movement speed of the gas molecules and the dynamic pressure，resulting total system resistance increasing，so that the existing in?duced draft fan full pressure could not overcome the system total resistance.Adding partitions in desulfurization tower inlet flue，for the transformation of three boilers through respective independent flue into the desulfurization tower flue gas inlet mode，avoiding the phe?nomenon of flue gas collision to form convection，the total system resistance increasing.After the transformation the system reaching the normal operation state，providing reference for design of desulfurization tower inlet flue in similar three boilers with a tower for flue gas desulfurization engineering in the future.

Circulating fluidized bed boiler；Three boilers with a tower；Flue gas convection；Total resistance；Partition

X701.3

A

1004-7913（2015）01-0059-04

2014-09-29）

梁 磊（1984—），碩士，工程師，主要從事煙氣脫硫工程的設計、施工及調試工作。