煙氣預(yù)洗滌處理技術(shù)在1000MW機組無旁路脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用

王義兵，吳偉，荊海東，鄭建農(nóng)，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(fā)電有限責(zé)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(tǒng)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(tǒng)采用單元配置，每臺鍋爐設(shè)1套吸收塔系統(tǒng)。本工程增壓風(fēng)機與引風(fēng)機合并設(shè)置，不設(shè)置煙氣換熱器(gas gas heater，GGH)。環(huán)保部門對該工程環(huán)境影響報告書的批復(fù)為:“同意采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝，不得設(shè)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，F(xiàn)GD)，大部分均設(shè)置煙氣旁路。當(dāng)脫硫系統(tǒng)故障或者電廠主機煙氣系統(tǒng)故障時，可打開脫硫系統(tǒng)旁路，使鍋爐的原煙氣通過旁路進(jìn)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(tǒng)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(tǒng)煙氣旁路，主機運行中產(chǎn)生的任何煙氣都會全時段進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，因此必須考慮進(jìn)入FGD系統(tǒng)中的煙氣含有的油污、高濃度粉塵及煙氣的持續(xù)高溫對FGD系統(tǒng)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(shè)置預(yù)洗滌裝置，本文論述預(yù)洗滌裝置的設(shè)計和運行。

1 無煙氣旁路FGD系統(tǒng)分析

1.1 FGD系統(tǒng)對煙氣參數(shù)的要求

根據(jù)石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝的技術(shù)特點，對進(jìn)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(tǒng)對煙氣產(chǎn)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(tǒng)的影響

根據(jù)石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝的運行經(jīng)驗，若進(jìn)入FGD系統(tǒng)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(dǎo)致吸收塔脫硫效率降低。此外，當(dāng)這些漿液送至真空皮帶脫水機脫水時，油污會黏結(jié)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(nèi)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(yán)重時會導(dǎo)致除霧器坍塌。油污也有可能加重吸收塔內(nèi)攪拌器、氧化噴槍等金屬部件的腐蝕，使這些設(shè)施壽命降低。

1.3 煙氣中的高濃度粉塵對FGD系統(tǒng)的影響

同樣，根據(jù)運行經(jīng)驗，若進(jìn)入FGD系統(tǒng)煙氣中的粉塵濃度長時間過高，會被吸收塔系統(tǒng)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(dǎo)致吸收塔漿液“中毒”，從而破壞吸收反應(yīng)的反應(yīng)鏈條，使脫硫效率大幅下降。當(dāng)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(zhì)。此外，高粉塵也會增加吸收塔除霧器的負(fù)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(xù)高溫對FGD系統(tǒng)的影響

若進(jìn)入FGD系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(jié)合其他電廠設(shè)計、調(diào)試及運行情況，認(rèn)為該類型脫硫裝置可以采用煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)來消除上述影響，從而保證機組和脫硫系統(tǒng)安全運行。

2 預(yù)洗滌系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)流程

由于本工程無增壓風(fēng)機、GGH及旁路煙道，因此引風(fēng)機出口煙氣直接進(jìn)入吸收塔，布置較為靈活。可考慮利用引風(fēng)機至吸收塔的煙道對煙氣進(jìn)行預(yù)處理［3］。系統(tǒng)流程為:從鍋爐排出的煙氣通過引風(fēng)機進(jìn)入預(yù)洗滌煙道進(jìn)行煙氣預(yù)處理，然后進(jìn)入吸收塔反應(yīng)區(qū);煙氣向上通過吸收塔噴淋區(qū)，從吸收塔內(nèi)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(fā)生傳質(zhì)與吸收反應(yīng)，以脫除煙氣中的SO2、SO3、HCL及HF;脫硫后的煙氣經(jīng)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(yù)洗滌系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 煙道預(yù)洗滌系統(tǒng)Fig.1 Flue gas pre-washing system

2.2 設(shè)計原則

設(shè)置1個預(yù)洗滌緩沖箱，通過水泵將箱中的工藝水打至原煙氣預(yù)洗滌噴淋管道，通過噴淋系統(tǒng)淋洗煙氣。淋洗后的水通過設(shè)置在預(yù)洗滌煙道底部淺池的輸水管道，排至預(yù)洗滌液收集地坑，然后通過地坑泵打回預(yù)洗滌液緩沖箱，如此往復(fù)循環(huán)。根據(jù)預(yù)洗滌緩沖箱液位和密度情況不斷補充工藝水，達(dá)到系統(tǒng)水平衡。預(yù)洗滌煙道及淺池等設(shè)施采用高溫鱗片樹脂防腐，煙氣預(yù)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(shè)備選型

由于采用了“引增合一”技術(shù)，預(yù)洗滌系統(tǒng)的投入將會造成引風(fēng)機出口阻力的增加，繼而引起功率的增加，因此引風(fēng)機的選型要考慮這部分阻力的影響。沁北電廠脫硫系統(tǒng)整體設(shè)計阻力為1.8 kPa，預(yù)洗滌系統(tǒng)設(shè)計阻力為0.2 kPa。引風(fēng)機采用靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機，由小汽機驅(qū)動。引風(fēng)機全壓升為8.46 kPa，最大軸功率為7296 kW，轉(zhuǎn)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(shù)、變功率、變轉(zhuǎn)速，其額定功率為4828 kW。小汽機連續(xù)運行自動調(diào)速范圍為3000～5820 r/min。機組煙風(fēng)系統(tǒng)采用2臺動葉可調(diào)軸流送風(fēng)機、2臺入口導(dǎo)葉可調(diào)軸流引風(fēng)機平衡通風(fēng)，引風(fēng)機調(diào)節(jié)方式為靜葉和小汽機轉(zhuǎn)速聯(lián)合調(diào)節(jié)。

3 煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 煙氣預(yù)洗滌過程控制

機組煙風(fēng)系統(tǒng)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(wěn)燃和電除塵器穩(wěn)定投入之前投入煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)，以降低進(jìn)入吸收塔的油污和粉塵含量。

鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)啟動前預(yù)洗滌緩沖箱注水，然后啟動預(yù)洗滌液循環(huán)泵，洗滌煙氣的廢液進(jìn)入預(yù)洗滌液地坑，通過預(yù)洗滌液提升泵送回預(yù)洗滌緩沖箱循環(huán)使用，預(yù)洗滌緩沖箱根據(jù)液位補充因蒸發(fā)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(yù)洗滌系統(tǒng)。當(dāng)預(yù)洗滌液濃度過高時，通過預(yù)洗滌外排泵排往脫水機或廢水處理系統(tǒng)處理，然后再次向預(yù)洗滌箱補水。

3.2 預(yù)洗滌系統(tǒng)的運行操作

(1)打開預(yù)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(dāng)液位達(dá)到2 m時啟動緩沖箱攪拌器，檢查運行狀況。

(3)將預(yù)洗滌緩沖箱液位補至7 m左右，停止補水。

(4)對預(yù)洗滌緩沖泵進(jìn)行啟動前檢查。

(5)啟動預(yù)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(yù)洗滌地坑液位上升情況，確保預(yù)洗滌緩沖泵運行正常。

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

(8)當(dāng)預(yù)洗滌地坑液位上升至3.5 m時，停運預(yù)洗滌緩沖泵。

(9)打開預(yù)洗滌提升泵出、入口門。

(10)打開預(yù)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(guān)閉預(yù)洗滌提升泵出口門。

(12)執(zhí)行預(yù)洗滌提升泵啟動前檢查卡。

(13)預(yù)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(guān)閉真空罐注水門。

(14)檢查預(yù)洗滌地坑液位下降及預(yù)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(yù)洗滌提升泵。

(15)在上述各泵運行時檢查各相關(guān)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(jīng)運行近9個月，在此期間在異常工況下投入了預(yù)洗滌系統(tǒng)，在吸收塔側(cè)未發(fā)現(xiàn)油污污染，粉塵監(jiān)測也未發(fā)現(xiàn)超過設(shè)計值(每標(biāo)準(zhǔn)m3150 mg)的情況，在防止高溫?zé)煔膺M(jìn)入吸收塔方面效果更為顯著。圖2為投入煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)后吸收塔入口溫度變化曲線，圖3為電除塵系統(tǒng)異常時投入煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)后吸收塔入口粉塵濃度變化曲線。由圖2、3可知，煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)在控制粉塵和防止高溫?zé)煔膺M(jìn)入脫硫系統(tǒng)方面效果良好。

目前，煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)還存在不足之處，如在2012年11月6號機組試運期間發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)有噴嘴堵塞情況。經(jīng)分析有以下幾點原因:

(1)經(jīng)循環(huán)洗滌后粉塵濃縮，使預(yù)洗滌液體中的粉塵等雜質(zhì)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(yù)洗滌系統(tǒng)時間過長，使預(yù)洗滌液被加熱沉積在噴嘴和噴管中，造成堵塞。

(3)預(yù)洗滌噴嘴選材有待改進(jìn)，目前采用的1.4529超級奧氏體合金不銹鋼，在隔熱及防止結(jié)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(huán)液體在停運時不能迅速排凈，導(dǎo)致迅速被高溫?zé)煔饧訜岣稍镌斐山Y(jié)垢。

上述的不足之處可采取措施予以改善，如在每次預(yù)洗滌投入后，控制預(yù)洗滌緩沖箱內(nèi)液體的質(zhì)量濃度不超過15%，并定期將循環(huán)液體排至廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行澄清處理，降低固體含量后回用。在設(shè)計階段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計是徹底解決這些問題的關(guān)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(shè)計直徑為25 mm，可以考慮變更為50 mm。

5 結(jié)論

(1)使用煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)可以大幅降低高粉塵和油污含量煙氣對脫硫系統(tǒng)的影響。

(2)煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)為防止高溫?zé)煔膺M(jìn)入脫硫系統(tǒng)提供了有效減溫手段，確保脫硫系統(tǒng)安全運行。

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