煙氣預洗滌處理技術在1000MW機組無旁路脫硫系統中的應用

王義兵，吳偉，荊海東，鄭建農，馮國臣，路平

(1.華能國際電力股份有限公司，北京市 100031;2.華能沁北發電有限責任公司，河南省濟源市 454662)

0 引言

沁北電廠三期工程安裝2臺1000MW機組，脫硫系統采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝，脫硫效率≥95%，SO2吸收系統采用單元配置，每臺鍋爐設1套吸收塔系統。本工程增壓風機與引風機合并設置，不設置煙氣換熱器(gas gas heater，GGH)。環保部門對該工程環境影響報告書的批復為:“同意采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝，不得設置脫硫煙氣旁路”。目前我國超大型火電機組已投運的煙氣脫硫裝置(flue gas desulfurization，FGD)，大部分均設置煙氣旁路。當脫硫系統故障或者電廠主機煙氣系統故障時，可打開脫硫系統旁路，使鍋爐的原煙氣通過旁路進入煙囪，而不影響機組的安全運行［1］。尤其是在鍋爐點火啟動階段，由于未投除塵器，為避免高粉塵濃度及含油煙氣對脫硫系統造成不利影響，均采用煙氣走旁路的運行方式。因此若取消FGD系統煙氣旁路，主機運行中產生的任何煙氣都會全時段進入脫硫系統，因此必須考慮進入FGD系統中的煙氣含有的油污、高濃度粉塵及煙氣的持續高溫對FGD系統的影響。消除這些影響的有效方法是在吸收塔入口原煙道垂直上升段設置預洗滌裝置，本文論述預洗滌裝置的設計和運行。

1 無煙氣旁路FGD系統分析

1.1 FGD系統對煙氣參數的要求

根據石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝的技術特點，對進入吸收塔的煙氣有以下要求［2］:

(1)煙氣壓頭。需克服脫硫系統對煙氣產生的阻力。

(2)煙氣溫度。短時間不得超過180℃，長時間不得超過160℃。

(3)粉塵濃度。不得超過200 mg/m3(全煙氣量時)。

(4)油污。不得超過10 mg/m3(全煙氣量時)。

1.2 煙氣中的油污對FGD系統的影響

根據石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝的運行經驗，若進入FGD系統的煙氣中油污含量長時間過多，這些油污會被吸收塔中的漿液吸收［3］。若吸收塔漿池中的油污含量過多，會影響石灰石的活性，從而導致吸收塔脫硫效率降低。此外，當這些漿液送至真空皮帶脫水機脫水時，油污會黏結在濾布上，不僅影響脫水機的脫水效果，還會降低濾布的壽命。同時，若油污聚集在吸收塔內的除霧器上，會加重除霧器堵塞，使除霧器沖洗困難、效率下降，嚴重時會導致除霧器坍塌。油污也有可能加重吸收塔內攪拌器、氧化噴槍等金屬部件的腐蝕，使這些設施壽命降低。

1.3 煙氣中的高濃度粉塵對FGD系統的影響

同樣，根據運行經驗，若進入FGD系統煙氣中的粉塵濃度長時間過高，會被吸收塔系統吸收及累積［4］。若吸收塔漿池中的粉塵濃度過高，首先會包裹石灰石顆粒，導致吸收塔漿液“中毒”，從而破壞吸收反應的反應鏈條，使脫硫效率大幅下降。當高粉塵濃度的石膏漿液送至真空皮帶脫水機脫水時，粉塵會堵塞濾布，直接影響脫水效果，影響石膏品質。此外，高粉塵也會增加吸收塔除霧器的負荷，增加除霧器的沖洗水耗量，若沖洗效果不佳同樣會引起除霧器坍塌。

1.4 煙氣持續高溫對FGD系統的影響

若進入FGD系統的煙氣溫度長期過高，首先會破壞防腐層，另外會增加工藝水的耗量，若降溫效果不佳會引起除霧器熱伸量過大，使除霧器結構破壞，增加除霧器坍塌的可能性［5］。

通過對無旁路石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝特點分析，并結合其他電廠設計、調試及運行情況，認為該類型脫硫裝置可以采用煙氣預洗滌系統來消除上述影響，從而保證機組和脫硫系統安全運行。

2 預洗滌系統設計

2.1 系統流程

由于本工程無增壓風機、GGH及旁路煙道，因此引風機出口煙氣直接進入吸收塔，布置較為靈活。可考慮利用引風機至吸收塔的煙道對煙氣進行預處理［3］。系統流程為:從鍋爐排出的煙氣通過引風機進入預洗滌煙道進行煙氣預處理，然后進入吸收塔反應區;煙氣向上通過吸收塔噴淋區，從吸收塔內噴淋管組噴出的懸浮液滴向下降落，煙氣與石灰石/石膏液滴逆流接觸，發生傳質與吸收反應，以脫除煙氣中的SO2、SO3、HCL及HF;脫硫后的煙氣經除霧器去除煙氣中夾帶的液滴后，從頂部離開吸收塔由煙囪排出。預洗滌系統流程如圖1所示。

圖1 煙道預洗滌系統Fig.1 Flue gas pre-washing system

2.2 設計原則

設置1個預洗滌緩沖箱，通過水泵將箱中的工藝水打至原煙氣預洗滌噴淋管道，通過噴淋系統淋洗煙氣。淋洗后的水通過設置在預洗滌煙道底部淺池的輸水管道，排至預洗滌液收集地坑，然后通過地坑泵打回預洗滌液緩沖箱，如此往復循環。根據預洗滌緩沖箱液位和密度情況不斷補充工藝水，達到系統水平衡。預洗滌煙道及淺池等設施采用高溫鱗片樹脂防腐，煙氣預洗滌噴淋管道及噴嘴采用1.4529超級奧氏體合金不銹鋼［6-12］。

2.3 設備選型

由于采用了“引增合一”技術，預洗滌系統的投入將會造成引風機出口阻力的增加，繼而引起功率的增加，因此引風機的選型要考慮這部分阻力的影響。沁北電廠脫硫系統整體設計阻力為1.8 kPa，預洗滌系統設計阻力為0.2 kPa。引風機采用靜葉可調軸流風機，由小汽機驅動。引風機全壓升為8.46 kPa，最大軸功率為7296 kW，轉速為755 r/min(變速)。采用單缸、單流、單軸、反動式、純冷凝單汽源、上排汽凝汽式、自帶凝汽器小汽機。小汽機運行方式為變參數、變功率、變轉速，其額定功率為4828 kW。小汽機連續運行自動調速范圍為3000～5820 r/min。機組煙風系統采用2臺動葉可調軸流送風機、2臺入口導葉可調軸流引風機平衡通風，引風機調節方式為靜葉和小汽機轉速聯合調節。

3 煙氣預洗滌系統的應用

3.1 煙氣預洗滌過程控制

機組煙風系統啟動初期含塵量較大，油槍投入時煙氣中含有油污，因此在鍋爐穩燃和電除塵器穩定投入之前投入煙氣預洗滌系統，以降低進入吸收塔的油污和粉塵含量。

鍋爐煙風系統啟動前預洗滌緩沖箱注水，然后啟動預洗滌液循環泵，洗滌煙氣的廢液進入預洗滌液地坑，通過預洗滌液提升泵送回預洗滌緩沖箱循環使用，預洗滌緩沖箱根據液位補充因蒸發和機械攜帶損失的水量。機組電除塵器投入，并且點火大油槍退出運行，停運煙氣預洗滌系統。當預洗滌液濃度過高時，通過預洗滌外排泵排往脫水機或廢水處理系統處理，然后再次向預洗滌箱補水。

3.2 預洗滌系統的運行操作

(1)打開預洗滌緩沖箱補水門向緩沖箱補水，同時檢查緩沖箱液位計指示。

(2)當液位達到2 m時啟動緩沖箱攪拌器，檢查運行狀況。

(3)將預洗滌緩沖箱液位補至7 m左右，停止補水。

(4)對預洗滌緩沖泵進行啟動前檢查。

(5)啟動預洗滌緩沖泵，檢查其啟動、運行狀況。

(6)依次開啟煙道煙氣沖洗水門，檢查預洗滌地坑液位上升情況，確保預洗滌緩沖泵運行正常。

(7)當預洗滌地坑液位上升至0.7 m時，啟動預洗滌地坑攪拌器，檢查攪拌器運行情況。

(8)當預洗滌地坑液位上升至3.5 m時，停運預洗滌緩沖泵。

(9)打開預洗滌提升泵出、入口門。

(10)打開預洗滌提升泵入口真空罐注水門，向真空罐和提升泵注水。

(11)注水3～5 min后關閉預洗滌提升泵出口門。

(12)執行預洗滌提升泵啟動前檢查卡。

(13)預洗滌提升泵具備啟動條件后啟動，檢查其運行情況，待運行正常后關閉真空罐注水門。

(14)檢查預洗滌地坑液位下降及預洗滌緩沖箱液位上升情況，地坑液位下降至1.5 m時停運預洗滌提升泵。

(15)在上述各泵運行時檢查各相關管道，確保無泄漏。

4 運行評價

沁北電廠5號機組自2012年3月通過168 h試運行至今已經運行近9個月，在此期間在異常工況下投入了預洗滌系統，在吸收塔側未發現油污污染，粉塵監測也未發現超過設計值(每標準m3150 mg)的情況，在防止高溫煙氣進入吸收塔方面效果更為顯著。圖2為投入煙氣預洗滌系統后吸收塔入口溫度變化曲線，圖3為電除塵系統異常時投入煙氣預洗滌系統后吸收塔入口粉塵濃度變化曲線。由圖2、3可知，煙氣預洗滌系統在控制粉塵和防止高溫煙氣進入脫硫系統方面效果良好。

目前，煙氣預洗滌系統還存在不足之處，如在2012年11月6號機組試運期間發現該系統有噴嘴堵塞情況。經分析有以下幾點原因:

(1)經循環洗滌后粉塵濃縮，使預洗滌液體中的粉塵等雜質濃度過高，造成噴嘴堵塞。

(2)在機組正常煙氣溫度(120℃以上)時，投運預洗滌系統時間過長，使預洗滌液被加熱沉積在噴嘴和噴管中，造成堵塞。

(3)預洗滌噴嘴選材有待改進，目前采用的1.4529超級奧氏體合金不銹鋼，在隔熱及防止結垢方面的性能不能令人滿意。

(4)噴嘴的直徑選擇過小，使循環液體在停運時不能迅速排凈，導致迅速被高溫煙氣加熱干燥造成結垢。

上述的不足之處可采取措施予以改善，如在每次預洗滌投入后，控制預洗滌緩沖箱內液體的質量濃度不超過15%，并定期將循環液體排至廢水處理系統進行澄清處理，降低固體含量后回用。在設計階段進行優化設計是徹底解決這些問題的關鍵，如將目前的單層噴淋層改為2層噴淋層;增加噴嘴的直徑，目前噴嘴的設計直徑為25 mm，可以考慮變更為50 mm。

5 結論

(1)使用煙氣預洗滌系統可以大幅降低高粉塵和油污含量煙氣對脫硫系統的影響。

(2)煙氣預洗滌系統為防止高溫煙氣進入脫硫系統提供了有效減溫手段，確保脫硫系統安全運行。

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

［2］蒲實，錢毅.火力發電廠脫硫脫硝施工與運行技術［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［3］葉勇健.引風機和增壓風機合二為一模式的探討［J］.華東電力，2007，35(11):106-109.

［4］徐華春.提高無旁路脫硫塔可靠性的措施［J］.電力建設，2010，31(4)72-75.

［5］劉璞，談琪英，湯曉舒.“煙塔合一”、合并風機、脫硫無旁路煙道熱電機組煙道系統設計［J］.電力建設，2010，31(3)74-78.

［6］李遠飛.300MW機組引風機和脫硫增壓風機合并分析［J］.科技情報開發與經濟，2007，17(36):287.

［7］安普亮.1000MW級超超臨界火電機組煙氣脫硫工藝選擇研究［J］.國際電力，2004，8(2):52-54.

［8］王祖培.火電廠煙氣濕法脫硫裝置吸收塔的設計［J］.煤化工，2002，5(102):44-48.

［9］廖永進，曾庭華，王力，等.濕法脫硫裝置煙氣系統的設計和運行［J］.中國電力，2005，12(38):76-80.

［10］李蔭堂，王雙，劉艷華.煙氣脫硫噴淋塔的容積負荷與本體設計［J］.電力環境保護，2004，4(2):17-18.

［11］DL/T 5196—2004火力發電廠煙氣脫硫設計技術規程［S］.北京:中國電力出版社，2004.

［12］HJ/T 179—2005火電廠煙氣脫硫技術規范［S］.北京:中國環境出版社，2005.