取消脫硫旁路對機(jī)組的影響及優(yōu)化措施分析

劉文豐，劉武林，劉陸軍，曾愛平，劉林權(quán)

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

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和電力需求的持續(xù)增長，新的火電機(jī)組大量建設(shè)投產(chǎn)，這些電廠大都按照國家環(huán)保要求同步建設(shè)或擴(kuò)建了煙氣脫硫裝置。國家對電力生產(chǎn)環(huán)保工作逐漸重視，火電廠脫硫設(shè)施的建設(shè)、管理和監(jiān)控已經(jīng)逐步進(jìn)入正軌，特別是火電機(jī)組取消脫硫旁路后，脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到了更多的關(guān)注，面臨著更高的要求。因此，有必要就脫硫系統(tǒng)對機(jī)組控制的影響以及增壓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)聯(lián)調(diào)控制的安全可靠性等進(jìn)行深入的研究分析，對取消旁路后的脫硫系統(tǒng)提出有效的優(yōu)化控制措施。

以湖南省內(nèi)主要火電機(jī)組為主，特別是有取消脫硫旁路計(jì)劃的火電機(jī)組進(jìn)行收資調(diào)研，全面地比較分析，提出完整的脫硫系統(tǒng)與主機(jī)控制的影響分析及優(yōu)化措施。著力于了解各發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，對于有取消脫硫旁路計(jì)劃或意向的機(jī)組則側(cè)重于改造方式的優(yōu)化、邏輯優(yōu)化以及與主機(jī)之間的聯(lián)動(dòng)控制策略的優(yōu)化，以便脫硫旁路改造后最大程度降低主機(jī)組的非停風(fēng)險(xiǎn)。

1 項(xiàng)目調(diào)研

2011年初，主要通過網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫檢索等方式，了解外省取消旁路后脫硫系統(tǒng)及主機(jī)運(yùn)行狀況，為湖南省內(nèi)有取消脫硫旁路計(jì)劃的火電廠，特別是為保留增壓風(fēng)機(jī)的脫硫系統(tǒng)的火電廠提供參考;為取消旁路后脫硫系統(tǒng)與主機(jī)之間的聯(lián)動(dòng)邏輯完善與整改提供借鑒?；敬_認(rèn)主攻方向:以電廠脫硫系統(tǒng)旁路改造為契機(jī)，致力于研究脫硫系統(tǒng)對機(jī)組控制的影響及脫硫旁路改造后相應(yīng)的優(yōu)化措施分析，降低因脫硫旁路改造所帶來的主機(jī)組的非停風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)各火電廠逐步進(jìn)行取消脫硫旁路改造提供范本和實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，節(jié)約改造試驗(yàn)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(nèi)投產(chǎn)各火電廠以及2 個(gè)調(diào)試中的駐馬店熱電廠和寶慶電廠的脫硫系統(tǒng)深入調(diào)查，歸納統(tǒng)計(jì)各FGD 重要設(shè)備常見問題及關(guān)聯(lián)風(fēng)險(xiǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，檢查控制邏輯組態(tài)。結(jié)合電廠取消脫硫旁路改造項(xiàng)目，相關(guān)發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)情況見表1。

表1 各發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)情況調(diào)查匯總表

2 脫硫系統(tǒng)對機(jī)組控制的影響分析

2.1 脫硫增壓風(fēng)機(jī)故障情況下引風(fēng)機(jī)出力試驗(yàn)

收集某廠600 MW 超臨界機(jī)組脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)檢修狀態(tài)下引風(fēng)機(jī)最大出力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，了解鍋爐在增壓風(fēng)機(jī)零出力情況下，僅用引風(fēng)機(jī)同時(shí)支持鍋爐煙氣負(fù)荷及保障脫硫系統(tǒng)正常工作情況下機(jī)組的最大出力。

因引風(fēng)機(jī)增壓風(fēng)機(jī)故障，2010年該廠曾將#1 機(jī)組增壓風(fēng)機(jī)動(dòng)葉拆除，在脫硫旁路全關(guān)的情況下，用引風(fēng)機(jī)支持煙道出力，進(jìn)行機(jī)組帶負(fù)荷試驗(yàn)，機(jī)組功率最高可達(dá)400 MW 以上，并能維持穩(wěn)定運(yùn)行。在增壓風(fēng)機(jī)故障情況下，通過對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行最大出力試驗(yàn)，驗(yàn)證了引風(fēng)機(jī)既能保證鍋爐穩(wěn)燃負(fù)荷，又能克服脫硫系統(tǒng)在旁路關(guān)閉條件下所帶來的煙道阻力，保障脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行。

脫硫系統(tǒng)旁路取消改造中，許多電廠同時(shí)在考慮取消增壓風(fēng)機(jī)及對引風(fēng)機(jī)擴(kuò)容改造，因整個(gè)煙道上鍋爐2 臺(tái)引風(fēng)機(jī)出口母管僅有1 臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)，無論從節(jié)能角度還是機(jī)組安全因素考慮，保留增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行都不經(jīng)濟(jì)。電廠僅取消煙氣脫硫旁路，又保留增壓風(fēng)機(jī)隨機(jī)組同步運(yùn)行，需要重點(diǎn)考慮增壓風(fēng)機(jī)故障情況下，及時(shí)采取相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)措施，如聯(lián)動(dòng)主機(jī)送、引風(fēng)機(jī)，甚至通過主機(jī)組RB 動(dòng)作快速減負(fù)荷，最大程度地保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，降低主機(jī)的非停風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 脫硫及其旁路系統(tǒng)對主機(jī)影響驗(yàn)證試驗(yàn)

2011年5月7日，某廠#4 亞臨界汽包爐(310 MW)脫硫系統(tǒng)在關(guān)閉脫硫煙氣旁路后，進(jìn)行在線停運(yùn)、啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)試驗(yàn)。

鍋爐送、引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，脫硫增壓風(fēng)機(jī)在線停運(yùn)，當(dāng)脫硫系統(tǒng)旁路全關(guān)后，運(yùn)行人員逐步關(guān)小增壓風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度，計(jì)劃關(guān)至50%開度后再重新啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)。試驗(yàn)過程中，因增壓風(fēng)機(jī)前煙氣壓力過大(實(shí)際值達(dá)到1.4 kPa 左右，但未達(dá)到安全門動(dòng)作值)，使煙道膨脹節(jié)爆開，試驗(yàn)被迫中止。試驗(yàn)表明，在取消脫硫煙氣旁路后，若在線啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)(要求關(guān)閉或關(guān)小風(fēng)機(jī)動(dòng)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(jī)組功率，減小爐膛送引風(fēng)量，增壓風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度不能過小，啟動(dòng)時(shí)間不能太長。

通過該電廠#4 號爐增壓風(fēng)機(jī)的在線跳閘風(fēng)險(xiǎn)試驗(yàn)，進(jìn)一步掌握取消旁路脫硫系統(tǒng)對引風(fēng)機(jī)后煙道壓力擾動(dòng)情況，為后續(xù)的研究、分析提供參考。針對電廠4 號機(jī)組脫硫系統(tǒng)的實(shí)際特點(diǎn)，優(yōu)化改進(jìn)了輔機(jī)系統(tǒng)、主機(jī)側(cè)風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)邏輯，增加脫硫系統(tǒng)對主機(jī)RB 控制策略，對脫硫邏輯提出了優(yōu)化建議。

2.3 脫硫系統(tǒng)其它擾動(dòng)試驗(yàn)

通過查看各電廠主機(jī)及脫硫系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，重點(diǎn)了解機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行工況、脫硫增壓風(fēng)機(jī)跳閘工況、脫硫吸收塔循環(huán)泵啟停工況的歷史趨勢及數(shù)據(jù)，如通過對單臺(tái)漿液循環(huán)泵進(jìn)行在線跳閘擾動(dòng)試驗(yàn)，檢查其對脫硫運(yùn)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(tǒng)輔助設(shè)備故障時(shí)，主機(jī)組聯(lián)動(dòng)或減出力提供數(shù)據(jù)參考。

另外，針對該廠實(shí)際情況分析了取消脫硫煙氣旁路后，進(jìn)一步提高脫硫系統(tǒng)各部件運(yùn)行的安全可靠性，如何將脫硫系統(tǒng)給主機(jī)正常運(yùn)行帶來的非停風(fēng)險(xiǎn)降到最低。在各個(gè)電廠逐步推進(jìn)取消煙氣脫硫旁路的進(jìn)程當(dāng)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(shí)的補(bǔ)救措施。如加設(shè)脫硫噴淋系統(tǒng)、考慮加設(shè)GGH 旁路、增加臨時(shí)煙囪、煙氣超溫后發(fā)生主機(jī)RB 動(dòng)作等措施，便于及時(shí)消缺，同時(shí)保證短時(shí)間內(nèi)主機(jī)組安全運(yùn)行。

3 脫硫系統(tǒng)典型改造案例分析

3.1 某亞臨界汽包爐脫硫系統(tǒng)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(tǒng)煙氣大旁路封堵改造項(xiàng)目。以下主要介紹該改造項(xiàng)目中熱工控制邏輯優(yōu)化內(nèi)容及其與主機(jī)組之間聯(lián)動(dòng)優(yōu)化改造措施。

3.1.1 脫硫系統(tǒng)改造邏輯優(yōu)化的主要內(nèi)容

1)增壓風(fēng)機(jī)潤滑油站，潤滑油壓力低或者潤滑油壓力低低均連鎖啟動(dòng)備用油泵。

2)2 臺(tái)潤滑油泵均未運(yùn)行，延時(shí)10 s 跳閘增壓風(fēng)機(jī)。

3)增加壓力開關(guān)，實(shí)現(xiàn)潤滑油壓力低低三取二，延時(shí)10 s 跳閘增壓風(fēng)機(jī)。

4)3 臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行信號消失后，延時(shí)2 s，去主機(jī)側(cè)MFT 保護(hù)動(dòng)作停爐不停機(jī)。

5)逐一核實(shí)電氣回路各項(xiàng)跳閘增壓風(fēng)機(jī)保護(hù)條件及定值，包括綜合保護(hù)動(dòng)作、差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、控制回路斷線保護(hù)，排除電氣誤動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)的可能性。

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

3.1.2 優(yōu)化增壓風(fēng)機(jī)跳閘后主機(jī)側(cè)聯(lián)動(dòng)邏輯

1)潤滑油系統(tǒng)正常情況下，增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號三取二消失，連鎖MFT 動(dòng)作(停爐不停機(jī));2 臺(tái)送風(fēng)機(jī)均運(yùn)行的情況下，連鎖停1 臺(tái)送風(fēng)機(jī)。

2)潤滑油系統(tǒng)異常情況下(2 臺(tái)油泵運(yùn)行信號消失10 s，或者潤滑油壓低低三取二延時(shí)10 s)，增壓風(fēng)機(jī)跳閘，連鎖MFT 動(dòng)作，且連鎖跳閘2 臺(tái)引風(fēng)機(jī)、2 臺(tái)送風(fēng)機(jī)。

3.1.3 增加脫硫至主機(jī)RB 邏輯

應(yīng)電廠要求，對該廠4 號機(jī)組脫硫系統(tǒng)增加脫硫至主機(jī)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(fù)荷＞210 MW 時(shí)，脫硫RB 投入的情況下順序連鎖跳閘A，B，C，D 磨煤機(jī)(跳閘已投入RB 的磨煤機(jī)，最少保留2 臺(tái)磨運(yùn)行)，連鎖投入未跳閘磨的油槍或燃?xì)鈽?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(jī)組CCS 切為TF 滑壓運(yùn)行(運(yùn)行方式與給水泵RB 相同)。

3.2 某超臨界直流爐脫硫系統(tǒng)旁路改造案例分析

某廠#1 機(jī)組(600 MW)直流爐，為了避免因增壓風(fēng)機(jī)故障停運(yùn)使主機(jī)組非停、異停，同時(shí)保證脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行，于2012年6月完成增加脫硫增壓風(fēng)機(jī)小旁路改造項(xiàng)目。以下主要介紹該改造項(xiàng)目中熱工控制邏輯優(yōu)化改造措施。

3.2.1 脫硫系統(tǒng)優(yōu)化改造要點(diǎn)

1)增壓風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，同時(shí)連鎖開脫硫大旁路和增壓風(fēng)機(jī)小旁路，增壓風(fēng)機(jī)入口原煙氣擋板只有在漿液循環(huán)泵全停的情況下才允許關(guān)閉，確保增壓風(fēng)機(jī)事故情況下煙道暢通及主機(jī)安全。

2)FGD 保護(hù)先開脫硫大旁路，然后才允許停增壓風(fēng)機(jī)。

3)在增壓風(fēng)機(jī)停運(yùn)的情況下，主機(jī)引風(fēng)機(jī)達(dá)最大出力時(shí)，當(dāng)一臺(tái)引風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，考慮另一臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻器最大出力限制，同時(shí)聯(lián)開脫硫系統(tǒng)大旁路。

3.2.2 增壓風(fēng)機(jī)及其小旁路控制邏輯

增壓風(fēng)機(jī)停運(yùn)(發(fā)3 s 脈沖后消失)后，連鎖打開增壓風(fēng)機(jī)小旁路。以下任一條件滿足，連鎖停止脫硫增壓風(fēng)機(jī):增壓風(fēng)機(jī)油站油壓低，增壓風(fēng)機(jī)軸向振動(dòng)高，增壓風(fēng)機(jī)徑向振動(dòng)高，增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行90 s 后原煙氣擋板門未開且關(guān)到位，增壓風(fēng)機(jī)踹振延時(shí)120 s，增壓風(fēng)機(jī)任一電機(jī)軸承溫度高，增壓風(fēng)機(jī)任一軸承溫度高，增壓風(fēng)機(jī)入口溫度高(三取二)，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力高(三取二)(＞800 Pa)，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力低(三取二)(＜－1 000 Pa)，增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行10 s 后增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)油站出口壓力低，增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行60 s 后凈煙氣擋板門未開且關(guān)到位，1A/1B 冷卻風(fēng)機(jī)全停延時(shí)5 s，且1C/1D 冷卻風(fēng)機(jī)全停延時(shí)5 s，增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行且增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)油站重故障，F(xiàn)GD(除3 臺(tái)漿液循環(huán)泵全停)保護(hù)動(dòng)作且旁路擋板門開到位，3 臺(tái)漿液循環(huán)泵全停。

4 項(xiàng)目實(shí)施效果

通過對取消旁路后脫硫系統(tǒng)對機(jī)組控制的影響及優(yōu)化措施研究分析，特別是在多個(gè)電廠脫硫改造項(xiàng)目中應(yīng)用實(shí)施，目前脫硫改造后的各電廠主機(jī)組和脫硫系統(tǒng)均運(yùn)行正常。經(jīng)過多次邏輯優(yōu)化、設(shè)備整改后，脫硫系統(tǒng)與主機(jī)之間聯(lián)動(dòng)更加安全、可靠，大大降低了因脫硫系統(tǒng)故障引起主機(jī)非計(jì)劃停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。機(jī)組主要經(jīng)濟(jì)及可靠性指標(biāo)比對如表2 所示。

表2 脫硫系統(tǒng)取消旁路后優(yōu)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(yīng)提出適合本機(jī)組實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)的優(yōu)化及保障措施，保障脫硫系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面考慮:

1)防止高溫?zé)煔馄茐腇GD;

2)防止高煙塵對吸收塔的影響;

3)提高關(guān)鍵設(shè)備的可靠性;

4)優(yōu)化FGD 系統(tǒng)控制邏輯;

5)減小FGD 故障對主機(jī)組的影響;

6)側(cè)重于降低主機(jī)組非停、異停風(fēng)險(xiǎn)。

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

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

〔3〕許衛(wèi)寧． 300 MW 火力發(fā)電廠脫硫(FGD)旁路煙氣檔板改造〔J〕． 科教導(dǎo)刊． 2011(24):106-107．