基于222222爐111111塔濕法脫硫的熱工控制與保護設(shè)計

宋倫金,萬俊松

（1.廣州恒運電廠，廣東 廣州 510730；2.江西電力科學(xué)研究院，江西南昌 330096）

0 前言

某廠有2臺超高壓燃煤發(fā)電機組，為使排放煙氣符合環(huán)保要求和有效利用現(xiàn)有場地，通過改變煙道系統(tǒng)，使2臺爐排放的煙氣共用一套石灰——石膏濕法脫硫系統(tǒng)進行脫硫。不但有效節(jié)約了建設(shè)成本和生產(chǎn)場地，而且使煙氣排放指標(biāo)達到并超過了環(huán)保要求。系統(tǒng)主要由下列子系統(tǒng)組成：漿液制備系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、反應(yīng)塔系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)及熱工控制與保護系統(tǒng)等。由于場地限制，系統(tǒng)中沒有其它濕法脫硫系統(tǒng)常設(shè)置的增壓風(fēng)機和煙氣換熱器（GGH）。其工藝流程如圖1所示。

圖1 2爐1塔濕法脫硫工藝圖

2臺鍋爐的煙氣經(jīng)省煤器、電除塵器后到達各自的引風(fēng)機；引風(fēng)機出來的煙氣不直接到煙囪排放，而是通過原煙氣擋板門后成180℃從兩端分別進入脫硫反應(yīng)塔（為單回路噴淋塔型結(jié)構(gòu)）的下部，合2為1的煙氣在反應(yīng)塔內(nèi)由下向上流動且被從上向下流動的循環(huán)漿液以逆流方式洗滌。漿液是通過噴漿層內(nèi)設(shè)置的噴嘴噴射到反應(yīng)塔中，分散成細小的液滴并覆蓋反應(yīng)塔的整個斷面。這些液滴與塔內(nèi)煙氣逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應(yīng)，煙氣中的SO2、SO3、HCl和HF及飛灰被吸收。凈化后的煙氣經(jīng)凈煙氣擋板后進入煙囪，由煙囪的“引力”和引風(fēng)機的“推力”（此時引風(fēng)機的出口已為正壓，不是常規(guī)機組的負壓）將凈煙氣排向大氣。

1 DCS系統(tǒng)及其邏輯組態(tài)設(shè)計

DCS采用獨立的XDPS-400E型系統(tǒng)，并將系統(tǒng)內(nèi)的干式變壓器、廠用電源、UPS及2臺鍋爐的SCR、SNCR納入DCS集中控制。若DCS故障，則可能導(dǎo)致兩臺機組同時停機，影響巨大。因此，必須非常重視DCS系統(tǒng)的設(shè)計。

1.1 DCS系統(tǒng)的電源設(shè)計

DCS系統(tǒng)供電電源設(shè)計兩路獨立的電源系統(tǒng)：一路為UPS電源，另一路為廠用保安段電源，兩路電源在DPU柜內(nèi)可以相互無擾切換。另外，UPS設(shè)計最好有三路供電電源，分別是：工作電源（通常為保安段來的電源）、旁路電源（另一臺機組保安段來的電源）、直流電源（由廠用直流電源系統(tǒng)來），并設(shè)置失電報警功能。

在脫硫控制室和集控室（2臺機組共用一集控室）分別設(shè)有2臺操作員站和1臺操作員站。其中，位于脫硫控制室的2臺操作員站設(shè)計獨立電源：1臺操作員站接UPS來的電源；另1臺操作員站接廠用保安段電源。當(dāng)任一電源或設(shè)備故障時均不影響運行人員對脫硫系統(tǒng)的監(jiān)控。位于集控室的操作員站則接其中一臺機組的UPS電源。

1.2 DCS邏輯組態(tài)的設(shè)計

由于是2臺爐共用1臺脫硫反應(yīng)塔，為防止不必要的干擾和實現(xiàn)對煙道的可靠保護，系統(tǒng)中重要熱工信號如原煙氣入口壓力（三取二）、原煙氣入口溫度（三取二）、反應(yīng)塔液位（三取二）等信號一般采用雙重或三重信號。這既可防止保護系統(tǒng)誤動，又可避免保護系統(tǒng)拒動。

對于系統(tǒng)中漿液循環(huán)泵電機軸承溫度的保護設(shè)計，則充分利用DCS邏輯功能塊中的品質(zhì)判斷和速度變化的判斷功能，有效防止因溫度元件壞、接線松而導(dǎo)致誤發(fā)保護信號，使?jié){液循環(huán)泵誤停的情況。邏輯組態(tài)如圖2所示。

圖2 漿液循環(huán)泵電機軸承溫度保護邏輯圖

2 熱工模擬量控制設(shè)計

2.1 石灰漿液密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

石灰漿液密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)保證連續(xù)向反應(yīng)塔輸送密度合格的石灰漿液。系統(tǒng)將供漿的密度作為設(shè)定值，通過調(diào)整石灰的供給量來調(diào)整漿液密度，從而實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)。漿液密度一般不能超過1 250 kg/m3，否則系統(tǒng)易磨損或堵塞。

2.2 反應(yīng)塔pH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)

系統(tǒng)將反應(yīng)塔前未凈化和塔后凈化后的煙氣中的SO2濃度、煙氣溫度、壓力和煙氣流信號送進PH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并對這些測量值進行計算以得到進入吸收塔煙氣中的SO2總量和SO2脫除效率。然后根據(jù)SO2總量、供漿的漿液密度來計算加入到吸收塔中的漿液量。通過改變石灰漿液流量調(diào)節(jié)閥的開度來實現(xiàn)漿液的調(diào)節(jié)。而反應(yīng)塔排出漿液的PH值作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的校正值參與調(diào)節(jié)。

漿液PH值高利于吸收SO2，卻不利于CaCO3的溶解。通過現(xiàn)場實際測試，反應(yīng)塔內(nèi)pH值一般控制在4.6～5.4。然后根據(jù)2臺機組的負荷總和進行修正，這既能保證石膏的純度，又能達到環(huán)保要求的脫硫率。

2.3 反應(yīng)塔液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)

反應(yīng)塔液位由漿液供給量、石膏漿液排出量及煙氣進入量等因素決定，上述參數(shù)的變化會均會引起反應(yīng)塔的液位波動。同時，系統(tǒng)的起泡還會導(dǎo)致漿液波動甚至漿液溢流。因此，在設(shè)計上要充分考慮各類干擾因素。

3 熱工保護設(shè)計

3.1 熱工主保護設(shè)計

為了有效保護反應(yīng)塔內(nèi)構(gòu)件和襯膠及煙道與煙囪，避免高溫產(chǎn)生腐蝕性損壞。在脫硫系統(tǒng)中設(shè)計有分級跳2臺主機的保護信號：當(dāng)反應(yīng)塔出口凈煙氣溫度（三取二）高于80℃且四臺漿液泵全停則觸發(fā)6號爐MFT，防止煙溫繼續(xù)上升。若煙溫還繼續(xù)上升并升至85℃，則觸發(fā)7號爐MFT。將2臺機組跳停，避免防腐層的高溫損壞。

3.2 一爐運行一爐準(zhǔn)備開爐或停爐時對煙道的保護設(shè)計

系統(tǒng)是2臺鍋爐共用1臺脫硫反應(yīng)塔，沒有旁路門和增壓風(fēng)機。每臺引風(fēng)機的出口煙壓均為正壓，正常情況約為1 300 Pa，異常時約為3 000 Pa。當(dāng)一爐運行，另一爐要開爐或停爐時對系統(tǒng)的影響比較大。為防止煙氣壓力波動導(dǎo)致反應(yīng)塔內(nèi)的漿液進入原煙氣煙道或漿液溢流，重新變更煙道，在每臺鍋爐引風(fēng)機出口煙道母管上各安裝一臺電動隔絕門。當(dāng)本臺鍋爐要開爐或停爐時，若煙氣壓力大于3 000 Pa時，聯(lián)鎖打開電動隔絕門，泄掉部分煙氣壓力。防止引風(fēng)機因長時間憋壓或喘振而損壞以及影響反應(yīng)塔內(nèi)的漿液。

為方便主機運行人員的操作，該隔絕門由各機組的主機DCS進行控制；同時，也將該門的狀態(tài)信號送至脫硫DCS進行顯示。

4 系統(tǒng)存在的問題及改進與優(yōu)化

1）石膏漿液PH計電極易老化，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。

石膏漿液PH值是脫硫系統(tǒng)的一個非常重要的參數(shù)，它直接影響脫硫效率和脫硫反應(yīng)塔的正常運行。原系統(tǒng)在管道上安裝有2臺CPS型檢測探頭，并配備與之對應(yīng)的信號電纜和顯示儀表。但系統(tǒng)運行后發(fā)現(xiàn)PH測量探頭處的電極老化速度比較快，一般3個月就需要更換，2個月與實際取樣測量值對比則有0.2以上的偏差。為此，我們加強電極的沖洗和浸泡，確保電極不“缺水”，現(xiàn)已運行正常，有效降低了系統(tǒng)的維護成本和提高了系統(tǒng)的可靠性。

2）反應(yīng)塔液位的測量偏差。

反應(yīng)塔液位的測量由安裝在反應(yīng)塔底部的三臺隔膜式壓力變送器完成，通過測量所得的壓力除以石膏漿液的密度，從而得到反應(yīng)塔的液位值。由于吸收塔中為汽、液、固三種介質(zhì)同時存在，而且固相及汽相在液相內(nèi)分布不均勻，而系統(tǒng)設(shè)計采用石膏漿液泵出口的石膏漿液密度作為反應(yīng)塔內(nèi)漿液的密度來進行計算。該計算值不能真實反應(yīng)塔內(nèi)漿液密度。后果是有時反應(yīng)塔的漿液都溢流了，液位在DCS的顯示值還為正常值。

針對上述測量方法的不足，計劃在反應(yīng)塔漿液池上部加設(shè)3臺壓力變送器（取樣點需進行防腐處理），通過壓力差除以固定的直線高度，從而獲得真實的反應(yīng)塔漿液密度。然后來計算液位。

5 展望熱工控制系統(tǒng)影響脫硫的因素

1）熱工設(shè)備的選取。濕法脫硫中的主要工藝液體和反應(yīng)塔出來的凈煙氣都有一定的腐蝕性。因此，熱工測量元件一般要采用隔膜式，直接接觸腐蝕性液（氣）體的材質(zhì)一般要采用316L或哈氏C-276的合金鋼，涉及漿液的取樣管路要選用耐腐蝕的如丁基橡膠作內(nèi)襯，閥門采用球閥，防止堵塞。

2）脫硫廢水的處理與控制。為了防止二次污染，系統(tǒng)設(shè)有廢水處理系統(tǒng)，系統(tǒng)含有沉降箱、中和箱、絮凝箱、澄清池、清水箱等設(shè)備。從而使系統(tǒng)實現(xiàn)無污染排放。并在中和箱設(shè)有在線檢測的PH計，一般將中和箱的PH值控制在8.5-9.5之間。清水箱的出水通過加鹽酸的方式控制在6-9之間。

3）漿液泵的輪換與保養(yǎng)。系統(tǒng)設(shè)有4臺漿液泵，2臺機組滿負荷情況下一般運行3臺，1臺備用。對于備用的漿液泵要做好定期切換工作，每周至少切換一臺。以避免泵內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重結(jié)垢。并將系統(tǒng)的控制邏輯修改為：關(guān)閉運行漿液泵的入口門后，聯(lián)鎖開啟泵體的排漿電動門，將漿液放空，120 s后開啟沖洗水電動門，將泵體內(nèi)沖洗干凈。否則，密度大、含固量高的漿液在一段時間后會在泵內(nèi)結(jié)塊導(dǎo)致堵塞。故需注意停泵邏輯的設(shè)計。

4）脫硫系統(tǒng)6 kV廠用電源的選取與控制設(shè)計。由于脫硫系統(tǒng)的漿液循環(huán)泵工作電源為6 kV，當(dāng)脫硫系統(tǒng)6 kV廠用電源開關(guān)因故障跳開時，致使4臺漿液循環(huán)泵均失去工作電源，從而導(dǎo)致反應(yīng)塔出口溫度上升至85℃，同時將2臺機組跳停。因此，將C漿液循環(huán)泵的工作電源接至一臺機組的廠用6 kV電源系統(tǒng)，以分散風(fēng)險，并將相關(guān)控制信號和狀態(tài)信號均引進脫硫DCS系統(tǒng)。該臺機組的廠用6 kV電源狀態(tài)信息也進脫硫DCS系統(tǒng)，方便運行人員進行監(jiān)控。

6 結(jié)束語

經(jīng)過一年多的運行結(jié)果證明，對系統(tǒng)存在的不足進行改進和優(yōu)化及重新設(shè)計熱工控制邏輯，使2爐1塔的濕法脫硫系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟，運行效果良好，有效控制了2臺機組SO2的排放量，設(shè)計與改造經(jīng)驗可供同型機組借鑒。

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