取消脫硫旁路對機組的影響及優化措施分析

劉文豐，劉武林，劉陸軍，曾愛平，劉林權

(1． 湖南省電力公司科學研究院，湖南 長沙410007;2． 大唐華銀株洲發電有限公司，湖南 株洲412000;3． 湖南華電長沙發電有限公司，湖南 長沙410203)

隨著國民經濟的快速發展和電力需求的持續增長，新的火電機組大量建設投產，這些電廠大都按照國家環保要求同步建設或擴建了煙氣脫硫裝置。國家對電力生產環保工作逐漸重視，火電廠脫硫設施的建設、管理和監控已經逐步進入正軌，特別是火電機組取消脫硫旁路后，脫硫系統的正常運行受到了更多的關注，面臨著更高的要求。因此，有必要就脫硫系統對機組控制的影響以及增壓風機、引風機聯調控制的安全可靠性等進行深入的研究分析，對取消旁路后的脫硫系統提出有效的優化控制措施。

以湖南省內主要火電機組為主，特別是有取消脫硫旁路計劃的火電機組進行收資調研，全面地比較分析，提出完整的脫硫系統與主機控制的影響分析及優化措施。著力于了解各發電機組脫硫系統運行現狀，對于有取消脫硫旁路計劃或意向的機組則側重于改造方式的優化、邏輯優化以及與主機之間的聯動控制策略的優化，以便脫硫旁路改造后最大程度降低主機組的非停風險。

1 項目調研

2011年初，主要通過網絡和數據庫檢索等方式，了解外省取消旁路后脫硫系統及主機運行狀況，為湖南省內有取消脫硫旁路計劃的火電廠，特別是為保留增壓風機的脫硫系統的火電廠提供參考;為取消旁路后脫硫系統與主機之間的聯動邏輯完善與整改提供借鑒。基本確認主攻方向:以電廠脫硫系統旁路改造為契機，致力于研究脫硫系統對機組控制的影響及脫硫旁路改造后相應的優化措施分析，降低因脫硫旁路改造所帶來的主機組的非停風險，為后續各火電廠逐步進行取消脫硫旁路改造提供范本和實用經驗，節約改造試驗成本，避免煙氣脫硫旁路改造給電廠造成不必要的損失。

2011年下半年，主要對省內投產各火電廠以及2 個調試中的駐馬店熱電廠和寶慶電廠的脫硫系統深入調查，歸納統計各FGD 重要設備常見問題及關聯風險試驗數據，檢查控制邏輯組態。結合電廠取消脫硫旁路改造項目，相關發電機組脫硫系統情況見表1。

表1 各發電機組脫硫系統情況調查匯總表

2 脫硫系統對機組控制的影響分析

2.1 脫硫增壓風機故障情況下引風機出力試驗

收集某廠600 MW 超臨界機組脫硫系統增壓風機檢修狀態下引風機最大出力試驗數據，了解鍋爐在增壓風機零出力情況下，僅用引風機同時支持鍋爐煙氣負荷及保障脫硫系統正常工作情況下機組的最大出力。

因引風機增壓風機故障，2010年該廠曾將#1 機組增壓風機動葉拆除，在脫硫旁路全關的情況下，用引風機支持煙道出力，進行機組帶負荷試驗，機組功率最高可達400 MW 以上，并能維持穩定運行。在增壓風機故障情況下，通過對引風機進行最大出力試驗，驗證了引風機既能保證鍋爐穩燃負荷，又能克服脫硫系統在旁路關閉條件下所帶來的煙道阻力，保障脫硫系統正常運行。

脫硫系統旁路取消改造中，許多電廠同時在考慮取消增壓風機及對引風機擴容改造，因整個煙道上鍋爐2 臺引風機出口母管僅有1 臺增壓風機，無論從節能角度還是機組安全因素考慮，保留增壓風機運行都不經濟。電廠僅取消煙氣脫硫旁路，又保留增壓風機隨機組同步運行，需要重點考慮增壓風機故障情況下，及時采取相應的聯動措施，如聯動主機送、引風機，甚至通過主機組RB 動作快速減負荷，最大程度地保證機組穩定運行，降低主機的非停風險。

2.2 脫硫及其旁路系統對主機影響驗證試驗

2011年5月7日，某廠#4 亞臨界汽包爐(310 MW)脫硫系統在關閉脫硫煙氣旁路后，進行在線停運、啟動增壓風機試驗。

鍋爐送、引風機正常運行，脫硫增壓風機在線停運，當脫硫系統旁路全關后，運行人員逐步關小增壓風機動葉開度，計劃關至50%開度后再重新啟動增壓風機。試驗過程中，因增壓風機前煙氣壓力過大(實際值達到1.4 kPa 左右，但未達到安全門動作值)，使煙道膨脹節爆開，試驗被迫中止。試驗表明，在取消脫硫煙氣旁路后，若在線啟動增壓風機(要求關閉或關小風機動葉)，必須充分考慮煙道的耐壓情況，并且一定要盡可能減小主機組功率，減小爐膛送引風量，增壓風機動葉開度不能過小，啟動時間不能太長。

通過該電廠#4 號爐增壓風機的在線跳閘風險試驗，進一步掌握取消旁路脫硫系統對引風機后煙道壓力擾動情況，為后續的研究、分析提供參考。針對電廠4 號機組脫硫系統的實際特點，優化改進了輔機系統、主機側風機與脫硫增壓風機聯動邏輯，增加脫硫系統對主機RB 控制策略，對脫硫邏輯提出了優化建議。

2.3 脫硫系統其它擾動試驗

通過查看各電廠主機及脫硫系統的歷史數據，重點了解機組滿負荷運行工況、脫硫增壓風機跳閘工況、脫硫吸收塔循環泵啟停工況的歷史趨勢及數據，如通過對單臺漿液循環泵進行在線跳閘擾動試驗，檢查其對脫硫運行的脫硫效率和煙氣溫度直接影響程度，為旁路改造后的脫硫系統輔助設備故障時，主機組聯動或減出力提供數據參考。

另外，針對該廠實際情況分析了取消脫硫煙氣旁路后，進一步提高脫硫系統各部件運行的安全可靠性，如何將脫硫系統給主機正常運行帶來的非停風險降到最低。在各個電廠逐步推進取消煙氣脫硫旁路的進程當中，對于各跳閘FGD 的重要條件(如GGH 故障、煙氣超溫等情況)，需采取及時的補救措施。如加設脫硫噴淋系統、考慮加設GGH 旁路、增加臨時煙囪、煙氣超溫后發生主機RB 動作等措施，便于及時消缺，同時保證短時間內主機組安全運行。

3 脫硫系統典型改造案例分析

3.1 某亞臨界汽包爐脫硫系統旁路改造案例分析

某廠#4 爐于2011年7月完成取消脫硫系統煙氣大旁路封堵改造項目。以下主要介紹該改造項目中熱工控制邏輯優化內容及其與主機組之間聯動優化改造措施。

3.1.1 脫硫系統改造邏輯優化的主要內容

1)增壓風機潤滑油站，潤滑油壓力低或者潤滑油壓力低低均連鎖啟動備用油泵。

2)2 臺潤滑油泵均未運行，延時10 s 跳閘增壓風機。

3)增加壓力開關，實現潤滑油壓力低低三取二，延時10 s 跳閘增壓風機。

4)3 臺漿液循環泵運行信號消失后，延時2 s，去主機側MFT 保護動作停爐不停機。

5)逐一核實電氣回路各項跳閘增壓風機保護條件及定值，包括綜合保護動作、差動保護動作、控制回路斷線保護，排除電氣誤動增壓風機的可能性。

6)針對漿液循環泵液位低(＜8.0 m)保護，應將保護邏輯改為液位模擬量三選取中判斷后，去跳閘漿液循環泵。

3.1.2 優化增壓風機跳閘后主機側聯動邏輯

1)潤滑油系統正常情況下，增壓風機運行信號三取二消失，連鎖MFT 動作(停爐不停機);2 臺送風機均運行的情況下，連鎖停1 臺送風機。

2)潤滑油系統異常情況下(2 臺油泵運行信號消失10 s，或者潤滑油壓低低三取二延時10 s)，增壓風機跳閘，連鎖MFT 動作，且連鎖跳閘2 臺引風機、2 臺送風機。

3.1.3 增加脫硫至主機RB 邏輯

應電廠要求，對該廠4 號機組脫硫系統增加脫硫至主機RB 邏輯，增加脫硫來RB(脫硫入口原煙氣溫度＞160 ℃)連鎖邏輯:在負荷＞210 MW 時，脫硫RB 投入的情況下順序連鎖跳閘A，B，C，D 磨煤機(跳閘已投入RB 的磨煤機，最少保留2 臺磨運行)，連鎖投入未跳閘磨的油槍或燃氣槍(投油模式下最多投4 支油槍，投氣模式下最多投4 支氣槍，邏輯與給水泵RB 相同)，機組CCS 切為TF 滑壓運行(運行方式與給水泵RB 相同)。

3.2 某超臨界直流爐脫硫系統旁路改造案例分析

某廠#1 機組(600 MW)直流爐，為了避免因增壓風機故障停運使主機組非停、異停，同時保證脫硫系統正常運行，于2012年6月完成增加脫硫增壓風機小旁路改造項目。以下主要介紹該改造項目中熱工控制邏輯優化改造措施。

3.2.1 脫硫系統優化改造要點

1)增壓風機跳閘時，同時連鎖開脫硫大旁路和增壓風機小旁路，增壓風機入口原煙氣擋板只有在漿液循環泵全停的情況下才允許關閉，確保增壓風機事故情況下煙道暢通及主機安全。

2)FGD 保護先開脫硫大旁路，然后才允許停增壓風機。

3)在增壓風機停運的情況下，主機引風機達最大出力時，當一臺引風機跳閘時，考慮另一臺引風機變頻器最大出力限制，同時聯開脫硫系統大旁路。

3.2.2 增壓風機及其小旁路控制邏輯

增壓風機停運(發3 s 脈沖后消失)后，連鎖打開增壓風機小旁路。以下任一條件滿足，連鎖停止脫硫增壓風機:增壓風機油站油壓低，增壓風機軸向振動高，增壓風機徑向振動高，增壓風機運行90 s 后原煙氣擋板門未開且關到位，增壓風機踹振延時120 s，增壓風機任一電機軸承溫度高，增壓風機任一軸承溫度高，增壓風機入口溫度高(三取二)，增壓風機入口壓力高(三取二)(＞800 Pa)，增壓風機入口壓力低(三取二)(＜－1 000 Pa)，增壓風機運行10 s 后增壓風機電機油站出口壓力低，增壓風機運行60 s 后凈煙氣擋板門未開且關到位，1A/1B 冷卻風機全停延時5 s，且1C/1D 冷卻風機全停延時5 s，增壓風機運行且增壓風機電機油站重故障，FGD(除3 臺漿液循環泵全停)保護動作且旁路擋板門開到位，3 臺漿液循環泵全停。

4 項目實施效果

通過對取消旁路后脫硫系統對機組控制的影響及優化措施研究分析，特別是在多個電廠脫硫改造項目中應用實施，目前脫硫改造后的各電廠主機組和脫硫系統均運行正常。經過多次邏輯優化、設備整改后，脫硫系統與主機之間聯動更加安全、可靠，大大降低了因脫硫系統故障引起主機非計劃停機風險，提高了機組的經濟運行水平。機組主要經濟及可靠性指標比對如表2 所示。

表2 脫硫系統取消旁路后優化措施情況

5 推廣建議

對于取消脫硫旁路的改造，火電廠應提出適合本機組實際運行特點的優化及保障措施，保障脫硫系統長期穩定運行。重點從以下幾個方面考慮:

1)防止高溫煙氣破壞FGD;

2)防止高煙塵對吸收塔的影響;

3)提高關鍵設備的可靠性;

4)優化FGD 系統控制邏輯;

5)減小FGD 故障對主機組的影響;

6)側重于降低主機組非停、異停風險。

〔1〕田興英，劉樹立，王卓韜，等． 脫硫旁路煙道封堵及應對措施〔J〕． 北方環境． 2011(4):117-118．

〔2〕周佑等． 淺析脫硫旁路擋板鉛封實施后聯鎖保護邏輯的完善〔J〕． 能源環境保護． 2011，25(6):27-30．

〔3〕許衛寧． 300 MW 火力發電廠脫硫(FGD)旁路煙氣檔板改造〔J〕． 科教導刊． 2011(24):106-107．