拆除脫硫旁路擋板的分析及改造措施

葉穎俊

（上海外高橋發電有限責任公司，上海 200137）

0 引言

為了滿足國家對環保的要求，我國大型火力發電廠目前均設置了煙氣脫硫系統。早期投產的脫硫系統，為了保證鍋爐系統運行的安全，均設置了煙道旁路擋板，當脫硫系統出現故障時，煙氣可通過旁路直接進入煙囪進行排放，保證主機系統穩定運行。

近年來，面對日益嚴峻的節能減排任務，上海外高橋發電有限責任公司嚴格執行國家節能減排政策，按照環保部要求，致力于改進和提升脫硫環保設施運行效率，在增設脫硝系統的同時，完成了3、4號機組脫硫旁路系統取消的相關工作。脫硫旁路擋板拆除后，脫硫系統的安全運行，直接影響到主機的安全運行。通過對脫硫控制系統的優化設計以及保護邏輯的優化，確保了主機與脫硫系統的安全穩定和可靠運行。

1 設備狀況

上海外高橋發電有限責任公司3、4號機組為320MW亞臨界燃煤機組，鍋爐采用上海鍋爐廠生產的亞臨界一次中間再熱控制循環汽包爐，型號為SG1038／18.3-M831。鍋爐采用正壓直吹HP中速磨制粉系統，四角同心反切燃燒方式。脫硫裝置采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，結構為單爐單塔，配有煙氣換熱器（GGH）和1臺增壓風機。吸收塔采用噴淋塔，脫硫效率高于95%。脫硫控制系統采用北京ABB貝利控制有限公司提供的Symphony分散控制系統。3、4號機組脫硫控制系統各配置1套獨立的控制機柜，但上位監控系統則兩臺機組共用1套。

2 設備改造

2.1 設置脫硫增壓風機旁路煙道

從全年運行狀況考慮，3號機組經常處于低負荷運行。當機組處于低負荷狀態時，引風機和增壓風機耗能較大，并且在較低負荷時運行效率較低。

考慮到以上因素，本次改造考慮設置脫硫增壓風機旁路煙道，用以提高脫硫系統的可靠性，如圖1所示。

圖1 增設脫硫增壓風機旁路煙道

當機組處于低負荷時，停運增壓風機，煙氣直接通過脫硫增壓風機旁路煙道，起到節能的效果。增壓風機旁路擋板門采用電動擋板門（開關時間為25s），增壓風機進出口擋板門同樣采用電動擋板門。根據引風機性能曲線，在脫硫增壓風機停運進行旁路運行時，引風機可以帶60%機組負荷運行。

2.2 設置事故噴淋系統

拆除旁路擋板后，一旦鍋爐發生異常導致排煙溫度升高時，高溫煙氣將直接進入脫硫系統，對脫硫塔的內襯材料、除霧器等部件都會造成較大損傷。

圖2 增設事故噴淋系統

為了防止此類事件發生，脫硫系統必須裝設事故噴淋系統，用于事故狀態下自動開啟噴淋裝置降低煙氣溫度，防止煙氣溫度超過吸收塔等防腐材料所能承受的溫度，如圖2所示。

為了保證事故噴淋系統的可靠供水，采用了消防水和工業水二路水源，一旦工業水壓力不足時及時開啟消防水，確保吸收塔出口溫度低于70℃。

3 脫硫控制系統設計及優化

脫硫旁路擋板拆除后，脫硫系統的日常運行，直接影響到機組的安全運行，甚至可能造成停機。因此，在無旁路煙道的脫硫項目設計中，必須充分考慮脫硫設備的穩定性、安全性和風險分散性，必須控制煙氣脫硫系統內設備故障造成降負荷運行或停機的概率。

3.1 硬件改造

1）優化設計一 為了確保脫硫控制系統的可靠，首要任務是確保控制系統及相關重要設備的可靠供電。必須提供二路可靠的不間斷供電電源，避免因一路供電電源故障導致控制系統故障，造成機組停運事件。日常維護時加強區域設備如控制系統相應的電源模塊等的隱患排查。系統、全面地排查所管轄區域設備的隱患，從管理到維護，不留死角，將隱患消除在萌芽狀態，使重點區域的設備得到有效監控。

2）優化設計二 早期的脫硫控制系統設計理念簡單，往往兩臺機組的脫硫控制系統上位監控系統共用1套，特別是兩臺機組共用1臺工程師站。由于旁路擋板的拆除，脫硫系統的安全等級大大提高。因此，從安全角度考慮，可增設1臺工程師站，便于兩臺機組分開，以利于今后的調試及設備維護工作，提升控制系統的安全等級。

3）優化設計三 針對脫硫控制系統的重要輸入／輸出信號，如煙氣脫硫（FGD）入口溫度、FGD入口壓力、吸收塔出口溫度、3臺漿液循環泵的控制指令、GGH主、輔電機控制指令、FGD觸發鍋爐主燃料跳閘（MFT）、增壓風機跳閘等類似信號，進行冗余設置，并分別配置在不同的通道板上。必要時，應分別配置在不同控制器的不同通道板上，避免卡件發生故障，引起控制系統誤發信號的事件發生。

4）優化設計四 為了確保脫硫控制系統保護信號的可靠性，重要保護信號均采取“三取二”方式。針對一些原先設計的單點保護測點，逐一進行排查梳理，取消單點保護狀況。在設計初期，倘若遇到單點保護設計情況，可在設備允許的條件下，增設測點，如無可能增設測點，則進一步通過軟件的邏輯設計來彌補現有硬件條件的不足，將風險降至最低，通過優化設計來確保設備的穩定、安全、經濟運行。例如：針對漿液循環泵的單點溫度保護信號（軸承溫度、電機線圈溫度等），需增設溫度速率判斷，一旦溫度變化超過每秒8℃，即判斷為該點溫度測點故障，而不會引起漿液循環泵跳閘保護動作。

3.2 軟件修改及控制策略

1）脫硫系統跳閘加入鍋爐主保護 觸發條件：①當3臺漿液循環泵跳閘，且吸收塔出口溫度大于78℃，延時10s，發5min脈沖；②GGH主輔電機均未運行，且任1臺引風機運行，延時1min。只要任一條件滿足脫硫系統跳閘，就去觸發機組MFT。

2）增壓風機跳閘后實現機組RB功能 觸發條件：增壓風機停運且負荷大于180MW。動作回路：在大于3臺磨煤機的狀況下，跳最高層磨煤機，5s后條件繼續滿足，跳第二臺磨煤機（最高層），直至維持3臺磨煤機運行；自動減負荷、煤量、風量，有可能的話，建議跳1臺送風機，維持機組50%額定負荷。試驗證實：只要FGD閉環邏輯設計合理，增壓風機旁路擋板動作正確，就能為機組的安全運行提供保證。

3）優化增壓風機跳閘保護條件 將鍋爐MFT跳閘條件修改為2臺引風機全跳閘；FGD跳閘條件修改為GGH主輔電機均跳閘；增壓風機電機軸承溫度跳閘則由原來的“四取一”方式，改為“二取二”方式等。

4）增設聯鎖保護功能 增壓風機跳閘后，增壓風機旁路擋板自動打開。此時，增壓風機動葉全開，增壓風機進、出口擋板全開，增設聯鎖保護功能。

5）整體重新調試 旁路擋板拆除后，增壓風機與引風機作為鍋爐風煙系統的一個整體，脫硫系統與主機系統的調試密不可分，必須進行聯合調試。引風機與增壓風機的協調、主機與脫硫系統的協調等問題都必須綜合考慮。尤其是引風機動葉與增壓風機動葉的自動調節回路，更應進行綜合調試，目的是確保煙道壓力控制在合理范圍內。同時，增設煙道超壓的聯鎖保護功能。一旦煙道壓力大于或等于1.5kPa，立即報警顯示；繼續超壓至大于或等于1.8kPa，自動開啟增壓風機旁路擋板。

6）更新機組脫硫畫面背景 原先3、4號機組脫硫控制系統共用1套上位監控系統，操作畫面容易混淆，不夠清晰。此次改造，更新了3、4號機組脫硫畫面背景，每1副畫面具有明顯的機組名稱，便于操作人員識別。有條件的話，也可以考慮增設操作員站，便于區分不同的機組，用以提升控制系統的安全等級。

4 拆除旁路煙道后對運行的要求

4.1 冷態啟動注意事項

脫硫旁路擋板取消后，鍋爐在冷態點火啟動過程中，必須防止大量油污和粉塵進入吸收塔，從而避免漿液品質惡化，導致脫水系統故障、脫硫效率下降等問題。為此，擬定了簡而有效的啟動方案，首次將布袋除塵器及脫硫系統在冷態點火時隨爐投用。技術措施如下：

1）布袋首次涂灰，采用熟石灰粉預涂，減少點火階段油氣對濾袋的侵蝕。

2）確保涂灰前后的濾袋差壓提升0.5kPa，以形成有效的過濾層。清灰控制方式切至手動，保持濾袋差壓大于0.7kPa。

3）確認布袋除塵器旁路擋板關閉嚴密，避免煙塵逃逸至吸收塔。

4）加強鍋爐油槍的維護或更換。確保油槍霧化質量，減少未完全燃燒生成的油氣量。同時，確保微油系統可用，盡可能不用或少用大油槍。

5）A倉加低硫神木煤，盡可能利用微油系統升溫升壓。

6）合理控制除氧器加熱溫度，保證給水溫度與爐水溫差小于50℃。

7）根據爐膛負壓及引風機出力，適時啟動增壓風機。

4.2 熱態啟動注意事項

鍋爐熱態啟動過程耗時較短，除塵器無法投運的時間約為0.5h。這段時間內進入塔內的粉塵量占總漿液質量的0.5%，占總固體物質量的2.5%。這樣的比例，理論上不會對石膏漿液質量產生嚴重影響。脫硫系統的運行，包括石膏脫水系統應該可以正常運行。

但是，由于粉塵中含有大量的氯化物和氟化物，會引起漿液中Cl-、F-濃度升高，影響SO2吸收以及石灰石的溶解。尤其是漿液中F-如果過高，容易與煙塵中逐漸溶出的Al+3生成氟化鋁絡合物，形成包膜覆蓋在石灰石顆粒表面，出現“脫硫盲區”現象。這就要求運行人員必須及時對吸收塔內漿液取樣化驗，及時反映出漿液中F-濃度的增加趨勢。一旦濃度超過150μL／L，則要向塔內投加氫氧化鈉，除去F-，保證脫硫系統的正常運行。

4.3 低負荷運行節能措施

從實際運行分析可知，在低負荷階段，由于鍋爐引風機出力有較大的余量，如果將增壓風機旁路擋板開啟后停用增壓風機，則不會影響機組的正常運行，反而節約了廠用電。以2013年11月份3號機組運行21天為例，在低負荷期間增壓風機停用時間為146h，平均每天停用時間為6.95h，接近運行時間的30%。3號機組11月份節電量為148MWh。

正常運行時，低負荷階段增壓風機電流為130A，停用增壓風機后，按2臺引風機電流增加16A計算，停用增壓風機后1臺機組每天節電為7.049MWh；若按上網電價0.33元／kWh計算，1臺機組每天節約2326元；按全年低負荷運行285天計算，2臺機組每年可節約132.58萬元。以上計算不包括機組啟停階段。

5 結語

煙氣脫硫旁路擋板拆除后，脫硫系統融入機組整體控制范圍，其原有設備級安全保護上升為機組級，大大提高了脫硫系統設備的重要性，同時對脫硫系統設備的質量、安全等方面提出了更高要求。

主機邏輯的設計要把脫硫系統的設備考慮進去，脫硫系統作為主機的一部分，即要考慮到脫硫系統故障情況下保證機組的安全穩定運行，同時要盡量做到設備的冗余配置，提升設備的安全等級。因此，完善和優化脫硫系統設備的運行狀況，是提高機組安全可靠運行的重要保障。