1 036 MW超超臨界機組海水脫硫系統取消旁路煙氣擋板的實施經驗

馮庭有，彭文勝，楊彪，谷偉

(華能海門電廠，廣東省汕頭市515071)

0 引言

華能海門電廠一期工程建設4臺1 036 MW超超臨界燃煤機組，海水脫硫工程按照“一爐一塔”配置、100%煙氣量處理、脫硫效率不低于92%的原則建設，這是迄今為止世界上最大的海水脫硫項目。

我國環保部2010年6月下發通知，要求火電企業逐步拆除已建脫硫設施的旁路煙道，對暫時保留旁路煙道的，必須實行鉛封;要求所有新建機組不得設置脫硫旁路煙道。該通知要求脫硫系統必須與機組同步運行，并實現長期穩定運行［1］。海門電廠1、3號機組在大修時已經拆除了脫硫旁路擋板，2號機組計劃在大修時拆除，4號機組在建設時直接取消。取消旁路煙道后，脫硫系統就只能隨機組啟停，脫硫系統的事故率高低直接影響機組的非計劃停機次數，非計劃停機所帶來的經濟損失是很大的。海門電廠通過不斷優化系統、實施事故預控，確保在取消旁路擋板后脫硫系統依然能夠滿足機組長期安全運行的要求。

1 海水脫硫基本流程

華能海門電廠海水脫硫工藝主要由煙氣系統、供排海水系統、海水恢復系統、電氣控制系統等組成［2］。鍋爐排出的原煙氣經電除塵器除去大部分固體顆粒后，由引風機送入煙氣換熱/加熱器(gas-gas heater，GGH)的熱側降溫以提高吸收塔內的 SO2吸收效率，同時提高凈煙氣的溫度以防止對煙囪的低溫腐蝕。冷卻后的原煙氣從底部進入吸收塔，在吸收塔中與塔頂均勻噴灑的海水逆向充分接觸混合，經過凈化后的煙氣，通過GGH升溫后，經由煙囪排入大氣。脫硫所需海水由3臺海水升壓泵(2臺運行，1臺備用)將來自虹吸井的海水升壓后送入吸收塔，吸收了SO2的海水經過海水恢復系統后重新排回大海。

2 取消脫硫旁路擋板的影響

脫硫系統在作了取消煙氣旁路及增壓風機，增設海水升壓泵，配置急冷水系統這些重要變更后，使脫硫系統與鍋爐煙氣系統成為串聯系統，其運行的安全性、可靠性制約著鍋爐的安全運行。取消旁路煙道后，為保證鍋爐的安全性以及脫硫系統本身的安全性［3］，系統運行方式、控制邏輯、關鍵控制參數等都會有很多變化，存在很多問題。

2.1 機組啟動工況潛在的問題

取消旁路煙道后，機組啟動時煙氣脫硫(flue gas desulfurization，FGD)裝置必須隨鍋爐點火而啟動;點火初期煤粉的燃燼率較低，不可避免地會有少量碳顆粒(油)進入尾部煙道，電除塵的隨機投入也成為必然。空預器及脫硝吹灰裝置的連續投入，使低溫煙氣含水量大增，更增加了碳顆粒(油)對電除塵器及脫硫裝置安全運行的影響。一方面油污積于電除塵極板(極線)以及GGH換熱片上，增加了二次燃燒的可能性;另一方面，GGH及除霧器易發生堵塞，影響脫硫安全［4］，而煙氣含水量的增加，加大了后部煙道的防腐壓力，進一步惡化了GGH運行工況。

2.2 吸收塔內無噴淋水問題

吸收塔的填料、除霧器等內件的最高耐溫為80℃，所以在吸收塔內無海水噴淋而進塔煙氣溫度又高于極限溫度時，將會使填料損壞，引發著火等惡性事故。

2.3 海水供應系統潛在問題

海水連續供應不僅是為了滿足脫硫效率的需要，而且是保證吸收塔安全的必要條件。為了增加煙氣和海水的接觸面積，提高脫硫效率，吸收塔內布置了很多填料層，其材料不能承受高溫煙氣。如吸收塔失去海水供應，為了保護脫硫設備不被燒壞只能采取緊急停爐措施［5］。吸收塔失去海水供應的原因主要有:(1)海水升壓泵全部故障跳閘;(2)海水升壓泵入口濾網堵塞;(3)吸收塔入口二次濾網堵塞;(4)循環水系統出現事故，虹吸井內海水供應不足;(5)1臺海水升壓泵跳閘后出口蝶閥未能及時關閉。

2.4 GGH堵塞問題

GGH堵塞的原因主要有:(1)經過海水脫硫后的煙氣濕度較大，而且煙氣中的部分酸性氣體凝結到GGH上形成黏性腐蝕物質，增加了GGH對煙塵的吸附性;(2)GGH的換熱片排列比較緊密，煙氣通流面積較小;(3)電除塵器故障等原因造成除塵效率降低;(4)鍋爐燃燒不充分，煙氣中粉塵濃度大幅增加; (5)GGH蒸汽吹灰和水沖洗不及時;(6)機組啟動點火時，輔助燃油工況可能造成燃油未燃盡物含量過高，煙氣中含有部分油污［6］。

GGH堵塞是海水脫硫系統中比較常見的事故，其對脫硫系統和機組運行帶來的危害是很嚴重的。GGH堵塞帶來的影響主要有:(1)由于取消了脫硫煙氣旁路通道，GGH嚴重堵塞時如果不及時處理，就需要停爐處理，增加了非計劃停機次數;(2)增加煙氣流通阻力，引風機出力受到影響，廠用電率增加; (3)高負荷時，由于引風機出力受影響，導致鍋爐送風量偏低，鍋爐燃燒不充分，煙氣粉塵濃度的增加進一步惡化了GGH堵塞的程度［7］。

2.5 吸收塔堵塞問題

為防止循環水系統沿程滋生貝類等生物，影響主機凝汽器、脫硫吸收塔等設備的安全，定期對循環水添加殺貝劑。所用的RW-930冷卻水殺貝劑是一種非氧化性殺菌劑，對生物體沒有刺激性。尤其是對過濾進食的軟體動物(如貝類)、甲殼動物(如藤壺)、被膜動物等，這些生物在碰到RW-930冷卻水殺貝劑時不會關閉外殼，仍會連續不斷地吸收殺菌劑，過一定時間后才會被殺死，極易堵塞吸收塔。循環水添加殺貝劑造成脫硫吸收塔堵塞后使煙氣壓力迅速升高(3.8 kPa)，嚴重危及脫硫系統甚至主機的安全運行。主要事故特征是:(1)同風量下，吸收塔填料前壓力逐漸增加，吸收塔填料前、后差壓逐漸增大;(2)同風量下，除霧器后壓力逐漸降低，吸收塔、除霧器差壓逐漸增大;(3)同風量下，脫硫煙氣壓力在堵塞瞬間迅速上升。

3 優化技術

3.1 機組啟動工況

旁路取消前只需在無主燃料跳閘(main fuel trip，MFT)條件且吹掃完成后完成MFT復位即可啟動機組。旁路取消后邏輯已經修改成以適應現在的脫硫系統隨爐啟動的要求，具體為以下條件:(1)爐膛吹掃完成或手動確認吹掃完成;(2)無MFT跳閘條件; (3)任一臺海水升壓泵已啟動，GGH主(或輔)電機已啟動，原煙氣煙塵濃度低于200 mg/Nm3。

啟機時應做到以下幾點:(1)在啟動風煙系統前完成GGH及單臺海水升壓泵的啟動并保證海水升壓泵有足夠的備用，以避免MFT復位受影響以及保證機組啟動初期的安全性。盡量在點火期間燒高揮發分、灰分低的煤。本廠采用等離子點火，對煤質的要求較高，若揮發分低、灰分高，將導致點火困難、消耗大量的燃油，影響電除塵器和脫硫系統安全運行，亦不利于節能［8］。(2)啟動引風機前，應先投入電除塵器運行，并控制好相關參數，防止發生二次燃燒，減少煙氣中攜帶的灰分。(3)加強初期GGH吹灰，保證海水升壓泵運行正常，確保急冷水處于熱備用。

3.2 急冷水系統

海門電廠在取消脫硫系統旁路后，為在緊急情況下對高溫煙氣噴淋降溫，在GGH入口前增設1路急冷水，具體布置如圖1所示。1號爐急冷水的水源為消防水和工業水(互為備用)，3號爐設置了急冷水箱，由脫硫工藝水泵保證持續供水。在發生以下異常工況時使用急冷水:(1)GGH主、輔電機全停，延時35 s;(2)FGD入口煙溫高于170℃;(3)吸收塔凈煙氣溫度高于50℃;(4)海水升壓泵全停而吸收塔原煙氣溫度高于70℃。

應確認急冷水系統能自動開啟，并綜合觀察原煙氣入口溫度、吸收塔入口煙氣溫度、凈煙氣溫度等各點變化情況，確認噴淋水噴淋效果正常，能有效降低煙氣溫度。

圖1 3號機組脫硫急冷水系統Fig.1 Nasty cold water arrangement in desulfurization system

3.3 海水系統

加強循環水泵前池加藥工作的力度，減少海水管路中貝類的生長量。夏季海洋生物繁殖季節，是極大威脅循環水泵安全運行的時期，此時海水升壓泵的前池濾網差壓增大。在保證海水升壓泵安全運行的前提下，需要在運行中完成對該濾網的沖洗。一旦出現吸收塔失去海水供應的事故，華能海門電廠采取了以下保證機組和脫硫系統安全的應對措施。

(1)根據跳閘原因判斷，如果可以在短時間內恢復對吸收塔的海水供應，應盡快恢復，否則應按以下幾條執行。

(2)當機組負荷高于650 MW，只有1臺海水升壓泵運行時，將延時5 s觸發機組RB動作，機組快速降負荷到600 MW，原煙氣溫度持續升高時，應開啟急冷水降溫。

(3)當3臺海水升壓泵全停，吸收塔入口煙溫高于70℃時，延時120 s，觸發MFT，在觸發MFT后延時180 s跳引風機。同時檢查急冷水電動門是否開啟，如未開啟則手動開啟降溫。

3.4 GGH系統

通過對GGH堵塞事故的原因分析，海門電廠采取以下應對措施:(1)每班定時對GGH進行蒸汽吹掃，遇到差壓偏高的工況，可增加吹掃次數;同時，GGH配有高、低壓沖洗水系統，可以根據需要投入沖洗。(2)大修時取出GGH的部分換熱片，在滿足GGH換熱效率的前提下，盡量擴大煙氣的通流面積。(3)嚴格監視電除塵器的運行工況，電除塵器故障時及時搶修，保證除塵效率在99%以上。(4)加強鍋爐的燃燒調整，盡量讓煤粉燃燒充分，控制排放煙氣的CO含量。(5)加強機組啟動工況和運行工況的優化調整，盡量減少機組投燃油的次數和時間［9-10］。

在脫硫旁路取消前，海門電廠多次因GGH堵塞嚴重而導致脫硫跳閘，影響FGD投入率及硫化物排放量。除霧器則相對較少出現運行問題。實際上，一方面由于對GGH換熱片進行了改造，另一方面由于實施了1年1次脫硫系統停運，進行GGH低壓沖洗、除霧器清洗、海水噴口的堵塞檢查及處理等措施，使FGD的運行安全得到了很大的提升。因此，加強GGH差壓監視、加強運行中的吹掃、嚴格執行GGH吹掃要求、不斷提高吹掃效率，才能有效避免GGH的堵塞。

對于GGH邏輯，當負荷目標值為600 MW時，GGH主輔電機均停后，延時60 s，觸發RB。在GGH停運及RB負荷到位后規定:40 min后未恢復運行且入口煙溫高于90℃，應申請停機，以避免GGH長時間受熱不均而堵塞。

3.5 吸收塔系統

對于脫硫吸收塔，應確保海水進水暢通、噴淋水補水均勻、填料層脫硫效果良好。應保持吸收塔、除霧器差壓正常。

確保脫硫吸收塔安全運行的主要預控措施如下:

(1)低負荷時段，根據吸收塔進口壓力及差壓，定期隔離吸收塔并及時清理。

(2)吸收塔進出口差壓大于0.75 kPa、除霧器進出口差壓大于0.15 kPa或除霧器A后壓力同比下降0.1 kPa時，及時啟動工藝水對除霧器進行沖洗。

(3)細化循環水添加殺貝劑方案，并加強遠方、就地監視。

(4)針對1號機聚丙烯填料潤濕性不好的情況，采用液相化學法對聚丙烯進行表面親水化處理，增加其表面粗糙度，改造成多面體與雪花型填料。脫硫雪花型填料層如圖2所示。

圖2 脫硫雪花型填料層Fig.2 Packing layer of desulfurization snowflakes type

4 關鍵參數控制

海水脫硫關鍵參數控制結果如表1所示。通過對關鍵參數預控，確保排放指標合格、系統安全、聯鎖邏輯合理。

表1 海水脫硫關鍵參數控制Tab.1 Key parameters control list for seawater desulfurization

(1)排放指標合格。有效控制海水排放pH值及溶氧量、煙氣排放SO2及NOx量等，并使其達到最優值;脫硫效率合格，滿足環保所要求的指標。

(2)脫硫系統安全運行。確保煙道的承壓在允許范圍內，吸收塔進口煙氣溫度符合填料層允許值，GGH差壓正常。

(3)聯鎖邏輯合理。脫硫至MFT復位、跳閘邏輯、脫硫輔機RB邏輯、急冷水系統聯鎖邏輯完善、合理，能滿足系統要求，確保系統安全。

5 結語

(1)通過對華能海門電廠海水脫硫系統現狀的分析，認為取消旁路擋板是可行的，但是必須對由此引起的風險進行控制。

(2)應就取消脫硫旁路擋板后可能發生的實際問題實施一系列預控措施和優化技術，這是脫硫系統成功改造的關鍵。

(3)整個改造過程圍繞的核心問題是如何控制吸收塔進口煙氣溫度和防止GGH、吸收塔發生堵塞，只有實現了這些目標才能確保脫硫系統各項排放指標合格，系統安全運行。

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