0 前言

隨著國家建設規(guī)劃的穩(wěn)步推進，燃煤電廠煙氣脫硫即大氣污染物SOx排放控制工作得到了全面落實，已實施煙氣脫硫的火電機組比例由2005年的14%提高到2012年的90%。石灰石——石膏濕法煙氣脫硫是目前火力電廠煙氣脫硫采用的主流技術(shù)。在我國早期隨機組同步建造或后期加裝的煙氣脫硫系統(tǒng)中，通常采用有旁路煙道設計。隨著國家環(huán)保要求的進一步提高以及環(huán)保政策的日益嚴格，目前國內(nèi)新建的大型火力發(fā)電機組脫硫系統(tǒng)基本采用無旁路設計，這也對脫硫系統(tǒng)的設計、調(diào)試以及運行提出更高的要求。目前火電機組的正常運行過程，脫硫系統(tǒng)不隨鍋爐系統(tǒng)運行的時間已經(jīng)非常之低，所以設置旁路煙道已經(jīng)失去意義，特別是近年來煙塔合一技術(shù)的推廣，旁路和煙氣換熱器GGH的取消，脫硫系統(tǒng)簡化，大大提高了煙氣脫硫裝置FGD的可靠性，為十二五期間國家下達的有關(guān)火電機組取消煙氣脫硫旁路的任務創(chuàng)造了條件。截至目前，國內(nèi)有289臺、1.27億kW現(xiàn)役火電機組拆除煙氣旁路，綜合脫硫效率從85%提高到90%以上。

1 無旁路煙氣脫硫系統(tǒng)的工藝流程

常規(guī)煙氣脫硫系統(tǒng)中，旁路煙道安裝在FGD系統(tǒng)入口煙道與煙囪之間，正常工作狀態(tài)下，鍋爐煙氣經(jīng)脫硫增壓風機后進入脫硫吸收塔進行脫硫處理，然后由出口煙道經(jīng)煙囪排放。當脫硫系統(tǒng)在事故狀態(tài)時，則可通過關(guān)斷出口煙道擋板，開啟旁路煙道擋板的措施，使鍋爐煙氣不經(jīng)煙氣脫硫系統(tǒng)處理，直接由旁路煙道經(jīng)煙囪排放，實現(xiàn)與鍋爐機組的有效隔離，保證機組正常運行以及脫硫系統(tǒng)的安全。在鍋爐使用助油點火期間，通過開啟旁路煙道，可避免含油含塵煙氣對吸收塔及整個脫硫系統(tǒng)的污染。

根據(jù)環(huán)保部門要求，不再設置旁路煙道的煙氣脫硫系統(tǒng)的鍋爐煙氣走向為：鍋爐→除塵器→引風機→吸收塔→煙囪。工藝流程如圖1所示。

圖1 有旁路與無旁路煙氣脫硫系統(tǒng)煙風道布置對比

2 無旁路煙氣脫硫系統(tǒng)的特性

2.1 無旁路煙氣脫硫系統(tǒng)的比較

取消旁路后，脫硫吸收塔出口煙道可直接與煙囪實現(xiàn)軸線方向連接，煙囪中心線可與吸收塔中心線保持一致，使脫硫出口煙道在水平方向無任何轉(zhuǎn)向，吸收塔與煙囪的距離可大大縮短，既節(jié)省了占地面積，又減少了煙道的凈壓損。

同時，脫硫系統(tǒng)原煙氣、凈煙氣、旁路煙氣擋板及相應的密封空氣設備系統(tǒng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)也相應取消，節(jié)約了項目初期設備投資。

取消旁路后，煙氣脫硫系統(tǒng)成為鍋爐煙氣必經(jīng)的系統(tǒng)，在新建機組設計時，煙氣脫硫增壓風機不再單獨設置，將同鍋爐引風機“增引合一”設置。經(jīng)合并設置的風機后可有效提高系統(tǒng)效率，降低風機本體電耗。

2.2 無旁路煙氣脫硫裝置的運行風險

取消旁路后，鍋爐投油啟動、低負荷穩(wěn)燃等工況存在的油污粘污對煙氣脫硫系統(tǒng)設備造成的可能不利影響；針對機組煤油混燒階段，除塵器不投入運行時的高含塵煙氣進入煙氣脫硫系統(tǒng)的臨時狀況等，煙氣脫硫系統(tǒng)在設計時必須考慮合理的解決方案和保護措施。

煙氣脫硫系統(tǒng)是鍋爐煙氣排放的必經(jīng)通道，因此要求脫硫裝置具有極高的可靠性，并能夠適應鍋爐運行的幾乎任何工況。當脫硫裝置因故障停運時，必須確保主機仍能運行且鍋爐的尾部高溫煙氣短時間內(nèi)能通過脫硫系統(tǒng)經(jīng)煙囪排放。

取消旁路后，煙氣脫硫控制系統(tǒng)作為必要系統(tǒng)不再獨立完成運行控制，系統(tǒng)良好運行對主機運行狀況產(chǎn)生影響因子相對設置旁路的煙氣脫硫系統(tǒng)呈顯著放大。相關(guān)控制邏輯與連鎖保護將一體于主機控制系統(tǒng)，由其統(tǒng)籌控制，與電廠其他輔機系統(tǒng)一并共同組成機組的主控系統(tǒng)，因此控制邏輯與原則將作出相對應的調(diào)整與修改以適應。

3 無旁路煙氣脫硫系統(tǒng)設計要點

河南新密電廠二期2×1000MW火電機組位于新密市曲梁鄉(xiāng)境內(nèi)，鍋爐采用超超臨界參數(shù)、變壓直流爐、切圓燃燒方式的塔式鍋爐，鍋爐的點火方式采用常規(guī)輕油點火系統(tǒng)。該機組是河南省第三、第四臺完成投運的1000MW級發(fā)電機組，也國內(nèi)建設較早的不設置脫硫煙氣旁路的1000MW機組。投產(chǎn)后，該電廠年發(fā)電能力達140億kW·h，產(chǎn)值達50多億元，已成為目前鄭州市單機容量最大、裝機總?cè)萘孔畲蟮拇笮突鹆Πl(fā)電基地（見圖2）。

圖2 河南新密電廠二期2×1000MW火電機組無旁路煙氣脫硫系統(tǒng)

上海電氣電站環(huán)保工程有限公司承接了該電廠的煙氣脫硫EPC總承包工程項目，煙氣脫硫工藝采用濕式石灰石-石膏法，煙道采用無旁路設計，脫硫系統(tǒng)增壓風機與引風機合并，脫硫吸收塔噴淋層設置為5層，相應漿液循環(huán)泵為5臺，四用一備，并且在吸收塔內(nèi)預留一層噴淋空間。機組已于2012年通過試運行，目前已投入商業(yè)運行。1000MW機組的穩(wěn)定運行對于發(fā)電企業(yè)的發(fā)電效率以及當?shù)仉娋W(wǎng)的穩(wěn)負荷輸配都具有舉足輕重的作用。為此，在進行無旁路煙氣脫硫系統(tǒng)設計時，環(huán)保工程公司也從多方面對脫硫系統(tǒng)的可用性和安全性進行了有針對性的設計。

3.1 提高系統(tǒng)運行可靠性采用的設計原則

(1)優(yōu)化吸收塔內(nèi)部噴淋層的設計，防止?jié){液對塔壁及大梁防腐鱗片的沖蝕和產(chǎn)生煙氣附壁效應。

(2)選擇了高效可靠的3層除霧器即1層管式+2層屋脊式，設計安全可靠的支撐結(jié)構(gòu)，避免運行過程中除霧器組件垮塌。

(3)為保證漿液供應系統(tǒng)的可靠性，兩套制漿系統(tǒng)相互備用，每套都能滿足兩臺機組的石灰石漿液供應量。并且從石灰石漿液箱至吸收塔的供漿管道采用雙供漿管道，可以進行自動切換，從而提高吸收塔供漿的可靠性。

(4)石膏脫水系統(tǒng)設備采取兩用一備，保證持續(xù)運行的可靠性。

3.2 鍋爐高溫煙氣對煙氣脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊時的處置措施

在煙氣脫硫系統(tǒng)中，以下幾種工況均會引起脫硫系統(tǒng)內(nèi)煙氣溫度超高，高溫煙氣會對吸收塔內(nèi)襯膠層、噴淋層、除霧器和吸收塔出口磷片內(nèi)襯凈煙氣煙道造成破壞性的影響，如處置不當，可能會使煙氣脫硫系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的影響：

(1)鍋爐空氣預熱器故障停轉(zhuǎn)引起機組停運時，排煙溫度可能高達320～350℃，此時為保證鍋爐安全，預熱器仍需吹掃15～20min。

(2)全廠緊急停電且廠用電全停，此時排煙溫度可能高達320～350℃，引風機惰走時間大約為5min。

(3)脫硫漿液循環(huán)泵如全部出現(xiàn)故障停運，將會導致進入吸收塔的煙氣溫度超過防腐內(nèi)襯所能承受的最高值。

為應對事故狀況高溫煙氣沖擊，無旁路煙氣脫硫系統(tǒng)內(nèi)設置了事故噴淋系統(tǒng)，以保證在事故異常時實現(xiàn)快速開啟來降低脫硫系統(tǒng)入口煙氣煙溫。事故噴淋水由脫硫吸收塔頂?shù)氖鹿蕠娏芩涮峁?，依靠位差產(chǎn)生的壓力在流經(jīng)事故冷卻噴嘴后，順煙氣流方向射入煙道，完全霧化的水汽會布滿吸收塔進口煙道，從而給進入吸收塔的煙氣降溫。事故噴淋水箱的水源靠與保安電源相接的除霧器沖洗水泵提供。如若保安電源出現(xiàn)了故障，另一路消防水管補水電動閥門會自動開啟，以確保事故噴淋水箱具有充足的冷卻補給水（見圖3）。

脫硫吸收塔設計塔高為39m，塔頂設置一個緊急事故冷卻水箱，原煙道上表面標高約為18m。事故噴淋點至水箱的高度差大于21m，完全可以滿足緊急事故噴淋噴嘴0.15MPa噴射壓力的要求。當存在以下任何一種情況，即當吸收塔入口煙氣溫度升高到超高溫度，或當5臺漿液循環(huán)泵全停時候，事故噴淋裝置就將啟動，安裝在原煙道內(nèi)的事故噴淋裝置可以瞬時噴出300t/h的水量以降低原煙氣溫度。

圖3 事故煙氣冷卻噴淋系統(tǒng)及冷卻噴嘴布置

3.3 其他關(guān)鍵子系統(tǒng)的設計與設備選型

無旁路煙氣脫硫的系統(tǒng)設計應著重于系統(tǒng)而非單個的設備，盡量低減少單個設備的故障對于整個系統(tǒng)的影響，在工藝優(yōu)化設計及設備合理選型時主要考慮了如下方面：

(1)石灰石漿液制備系統(tǒng)中，在選用磨機時，增加了一臺備用磨機，當一臺處于事故狀態(tài)時，另一臺可以通過連鎖保護及時投入運行，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

(2)石灰石漿液供應系統(tǒng)中，石灰石漿液箱設備為2個，漿液泵設備為4臺。為防止由于漿液箱攪拌器故障而影響供漿，4臺漿液泵設計成允許交叉供漿的形式。

(3)石膏脫水系統(tǒng)中，故障不但影響石膏的正常產(chǎn)出，而且將會使吸收塔內(nèi)漿液不能正常排出，導致塔內(nèi)固體物質(zhì)濃度上升，逐漸沉淀而形成石膏硬垢。在真空皮帶脫水機設計選型時以設置3×100%單臺爐石膏產(chǎn)出量的方案代替了2×150%單臺爐石膏產(chǎn)出量的方案，當有一臺脫水機發(fā)生故障時，備用的一臺可以補上，保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

(4)氧化風機系統(tǒng)中，氧化風機故障將會導致塔內(nèi)的 H S O和 S O和不能被充分氧化，難以形成石膏而被排出，長時間運行則吸收塔漿液對SO2吸收能力下降，同時吸收劑的溶解也越來越困難。氧化風機選型以3×100%單臺爐需氧量的方案代替了2×150%單臺爐需氧量的方案，當有一臺氧化風機發(fā)生故障時，備用的一臺可以補上。

(5)其他系統(tǒng)如采用與機組相同的閉式冷卻水系統(tǒng)，合理設計吸收塔水平衡系統(tǒng)已維持并有效調(diào)節(jié)吸收塔液位等也采取了不同程度的優(yōu)化。

4 1000MW機組無旁路煙氣脫硫系統(tǒng)的調(diào)試和運行

4.1 鍋爐微油點火及低負荷穩(wěn)燃階段對煙氣脫硫系統(tǒng)的影響的處理

在發(fā)電機組調(diào)試期間，鍋爐微油點火以及低負荷穩(wěn)燃階段，有許多未燃盡的油滴、碳顆粒進入到脫硫系統(tǒng)，同時由于冷態(tài)啟動時未啟用電除塵裝置，進入吸收塔的煙氣會帶有油滴和大量的灰分。在此期間，如向吸收塔內(nèi)供應石灰石漿液吸收劑，將會受到煙氣中油滴和高灰分的污染，使吸收劑中毒，并嚴重影響到生成石膏的品質(zhì)。

調(diào)試過程中，吸收塔內(nèi)暫不提供石灰石漿液，而單純采用工藝水注入吸收塔，利用循環(huán)泵對煙氣進行噴淋。在此期間吸收塔不進行外排吸收液，利用循環(huán)泵的噴淋作用吸收煙氣中油滴，附著煙氣中的灰分，等到投油燃燒調(diào)試完成后開始停爐消缺，此時將吸收塔內(nèi)的液體部分排放回用至廠區(qū)。吸收塔內(nèi)還存有大約高300mm的粘稠狀液體無法排出，這種黑色液體含有油污、炭粒以及大量粉塵。為了保證脫硫系統(tǒng)在此后的調(diào)試投運中不會受到影響，必須人工將吸收塔底部所有污物清掃干凈，并運至煤場進行處理。

在使用工藝水噴淋的調(diào)試過程中，煙氣中的一部分SO2被吸收，造成循環(huán)液的pH值逐漸下降，從而產(chǎn)生塔內(nèi)設備腐蝕的可能。因此，為了維持吸收塔內(nèi)的pH值為中性，采用在循環(huán)液中投加苛性鈉（NaOH）的方法調(diào)節(jié)噴淋液的PH值?？列遭c可以投入到吸收系統(tǒng)的排水坑，由坑泵打入吸收塔內(nèi)。

4.2 如何解決機組重啟煤油混燒階段大量含塵含油煙氣對煙氣脫硫裝置FGD的影響

在機組重啟煤油混燒階段，電袋除塵器不投入運行，造成高含塵煙氣進入FGD。煙塵中含有微量的氟化鋁，當其進入漿液中會迅速溶解并覆蓋在吸收劑微粒的表面，阻止反應的進行。此外，在煤油混燒中，煙氣中較高的含油量也會對漿液產(chǎn)生污染。在實際調(diào)試過程中的確出現(xiàn)了吸收劑中毒現(xiàn)象，脫硫效率開始下降，漿液pH值也持續(xù)降低。此時，開始大量補充石灰石漿液也無濟于事。通過向循環(huán)液中投加苛性鈉（NaOH）的方法可以改善石灰石漿液的環(huán)境。其原理如下：

由于脫硫系統(tǒng)中仍然存在大量粉塵及少量油污，通過加入NaOH雖然可以使系統(tǒng)臨時恢復正常，但是想要徹底地擺脫大量粉塵以及油污的影響，必須對吸收塔內(nèi)漿液進行置換。因油污會附著在事故漿液箱箱壁上，產(chǎn)生持久的隱患，故調(diào)試期間不使用事故漿液箱對中毒漿液進行存儲，而在脫硫系統(tǒng)中設置了事故拋棄池。事故拋棄池為25m×12.5m×5m半地埋式混凝土池，上配抓斗，被污染的漿液被置換至此。上清液在今后的運行中，會被逐步的添加回脫硫系統(tǒng)中，慢慢地將污染的漿液消化掉。而下部分淤泥最終將通過抓斗外運處置。

4.3 機組調(diào)試中石膏脫水及石膏品質(zhì)的問題

由于未設置煙氣旁路，機組調(diào)試期間同樣會有脫硫副產(chǎn)物石膏產(chǎn)出，發(fā)電機組系統(tǒng)調(diào)試期間除塵器同樣未投入使用，會造成大量粉塵中含有較多未被洗凈的大于10μm的顆粒進入煙氣脫硫系統(tǒng)，最終附著于石膏在真空皮帶機上，脫水過程可能把濾布的細孔堵塞，導致石膏中的水分難以脫除。在此期間的石膏品質(zhì)將無法保證，并且漿液中的灰塵及油污會對石膏脫水機濾布的正常脫水產(chǎn)生負面影響。

石膏脫水系統(tǒng)進入調(diào)試階段時，均采用公共備用的皮帶脫水機進行，這樣只會對備用的一臺皮帶脫水機的濾布造成堵塞。在調(diào)試初期，煙氣脫硫副產(chǎn)物石膏可正常產(chǎn)出，但結(jié)晶狀況一般，含水率稍稍偏高，石膏漿液中的雜質(zhì)和油污必然對石膏脫水產(chǎn)生影響，所以石膏的品質(zhì)稍稍偏差（如圖4所示）。通過一段時間的運行，石膏的品質(zhì)將會逐步的提高，達到規(guī)定要求。

圖4 調(diào)試初期皮帶脫水機上的石膏

4.4 煙氣脫硫系統(tǒng)運行過程的連鎖保護

新密項目煙氣脫硫系統(tǒng)，針對無旁路煙氣的特點，在進行控制邏輯設定主要考慮了以下三點：

(1)若鍋爐在運行中，脫硫吸收塔循環(huán)泵若因某種原因全部停止，這時應立即將鍋爐運行停止信號送到鍋爐側(cè)，若吸收塔入口煙氣溫度超過80°C時，為了防止高溫煙氣對脫硫裝置的損傷，則同時向吸收塔煙氣入口部注入緊急冷卻水，直到吸收塔入口煙氣溫度降到80°C以下為止停止緊急冷卻水的注入。本邏輯的概要如圖5。

圖5 無旁路煙氣時的控制

(2)除塵器故障且持續(xù)時間超過30min，鍋爐也需要采取自動停止設備運行措施MFT。如前所述，過多的粉塵進入吸收塔會導致吸收塔漿液品質(zhì)惡化，進而影響石膏脫水系統(tǒng)正常運行和脫硫效率，長時間運行會造成設備損壞。本邏輯的概要如圖6。

圖6 除塵器發(fā)生故障的影響

脫硫系統(tǒng)的啟動停止順序應作為鍋爐主系統(tǒng)的一部分。具體見附表。

附表 脫硫系統(tǒng)的運行程序

5 結(jié) 語

承接大型發(fā)電機組無旁路設置的煙氣脫硫系統(tǒng)總承包工程時，需充分考慮無旁路的特殊性，進行針對性的設計，對系統(tǒng)進行優(yōu)化。在脫硫系統(tǒng)調(diào)試中，根據(jù)無旁路的特點，制定完善的調(diào)試計劃，保證整個脫硫系統(tǒng)可以達到長期、安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的要求。1000MW級發(fā)電機組無旁路脫硫系統(tǒng)在國內(nèi)已陸續(xù)實施，設計方案也日漸完善，并不斷地將工程運行實際狀況所反饋的經(jīng)驗再次應用于脫硫系統(tǒng)的改進設計中去。

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