1 000 MW機(jī)組無旁路煙氣脫硫裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

章育銘，彭斌

(1.江蘇新世紀(jì)江南環(huán)保股份有限公司，南京 211000；2.中國華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100035)

1 脫硫裝置概況

江蘇華電句容發(fā)電有限公司一期2×1 000 MW機(jī)組煙氣脫硫裝置于2013年10月31日隨主機(jī)投產(chǎn)，是典型的無旁路脫硫裝置。其主要設(shè)計(jì)原則：按100%煙氣脫硫設(shè)計(jì)，采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔，不設(shè)旁路、煙氣換熱器(GGH)和增壓風(fēng)機(jī)。吸收劑制備采用石灰石粉制漿方式，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)脫硫效率不低于95%。

2 吸收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 吸收塔噴淋層、漿液循環(huán)泵配置

吸收塔噴淋系統(tǒng)采用“4+1”模式，共設(shè)置5層噴淋層，對應(yīng)5臺漿液循環(huán)泵，其中4層噴淋層滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行95%的設(shè)計(jì)脫硫效率。當(dāng)由煤種變化而引起石灰石-石膏濕法煙氣脫硫(FGD)入口含硫量變化時(shí)，啟動備用第5層循環(huán)噴淋層，以確保脫硫裝置出口二氧化硫達(dá)標(biāo)排放。

為防止大顆粒固體由循環(huán)泵進(jìn)入噴淋管堵塞噴嘴，吸收塔漿液循環(huán)泵進(jìn)口設(shè)置濾網(wǎng)，石灰石漿液泵和石膏排出泵進(jìn)口也設(shè)置濾網(wǎng)，濾網(wǎng)材質(zhì)均為1.4529合金。

2.2 吸收塔漿池?cái)嚢杵髟O(shè)置備用

吸收塔漿池直徑為24 m，共設(shè)置8臺側(cè)進(jìn)式攪拌器。在7臺攪拌器正常工作即能保證漿池內(nèi)充分混合、氧化空氣分布均勻的基礎(chǔ)上，增設(shè)1臺攪拌器，確保在任意一臺攪拌器故障時(shí)不影響漿池的攪拌效果，且任意一臺攪拌器均可用作備用，大大增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

2.3 塔內(nèi)漿液的pH值、密度測量

塔內(nèi)漿液的pH值、密度測量采用專利裝置，吸收塔內(nèi)漿液依靠液位差自流至綜合測量罐，然后通過測量罐溢流至吸收塔地坑，再通過地坑泵回到塔中。測量罐前設(shè)有濾網(wǎng)及自動沖洗設(shè)施，通過合理控制漿液的流速和壓力，能減小漿液對pH計(jì)、密度計(jì)的磨損，大大延長這些關(guān)鍵儀表的使用壽命。

3 煙道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 凈煙道結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)

凈煙道內(nèi)支撐桿鱗片防腐施工難度大，且鱗片脫落造成內(nèi)支撐腐蝕會影響煙道整體力學(xué)穩(wěn)定性，所以設(shè)計(jì)時(shí)采用強(qiáng)化外部加固肋、弱化內(nèi)支撐的設(shè)計(jì)思想，即通過加大橫向肋、設(shè)置縱向肋的方式來提高煙道的整體穩(wěn)定性，盡量減少內(nèi)支撐的數(shù)量，內(nèi)支撐桿之間避免交叉節(jié)點(diǎn)。

3.2 事故噴淋系統(tǒng)

為防止事故狀態(tài)下高溫?zé)煔鈱ξ账挠绊懀账肟跓煹捞幵O(shè)置事故噴淋降溫系統(tǒng)。事故噴淋水源設(shè)置兩路，一路來自除霧器沖洗水泵，一路來自事故噴淋水箱。為防止事故噴淋水噴嘴在長期不使用的情況下被煙塵堵塞，在事故噴淋管道上接有氧化空氣吹掃支路，利用氧化風(fēng)進(jìn)行定期吹掃。

3.3 凈煙道設(shè)置第3級除霧器

煙囪排煙夾帶石膏雨的現(xiàn)象在無GGH的濕法脫硫裝置上比較普遍，其主要原因是除霧器無法攔截的粒徑小于15 μm的霧滴和煙氣中殘留的石膏顆粒匯集后形成石膏雨[1]。為此，該項(xiàng)目在凈煙道上設(shè)置第3級除霧器。煙氣經(jīng)過塔內(nèi)兩級除霧器除去大顆粒霧滴后，通過吸收塔出口90°拐彎后進(jìn)入凈煙道水平段。在此拐彎過程中，由于煙氣流動不均勻，煙氣中部分小液滴會發(fā)生相互碰撞聚集成大液滴，這部分液滴被第3級除霧器捕集，從而使凈煙氣中水的質(zhì)量濃度降至25 mg/m3(名義工況)以下，能夠有效緩解石膏雨問題。

3.4 煙囪采用鈦合金內(nèi)襯防腐

煙囪內(nèi)筒采用鈦層1.2 mm厚的鈦-鋼復(fù)合板，與內(nèi)襯泡沫玻璃磚、耐酸膠泥相比，采用襯鈦防腐工藝具有耐酸腐蝕、耐沖刷、不易脫落、維護(hù)工程量少等特點(diǎn)[2]，能從根本上杜絕煙囪內(nèi)壁酸腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。雖然一次性投資較大，但從長遠(yuǎn)來看，其安全性、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢較為明顯。

4 吸收劑存儲、制備與供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

4.1 石灰石粉儲存、下料系統(tǒng)

該系統(tǒng)設(shè)置2個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)的石灰石方形粉倉，在2個(gè)粉倉共用壁面上開若干個(gè)連通孔，以實(shí)現(xiàn)粉倉之間的連通。每個(gè)粉倉設(shè)置2根上料管，粉倉倉斗部分設(shè)置熱空氣流化，錐斗內(nèi)壁襯4 mm厚耐磨合金板。

為避免石灰石漿液罐頂部水汽反竄入倉斗造成濕料現(xiàn)象，石灰石倉斗下料口采用氣動圓頂閥來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電動插板閥。圓頂閥有如下優(yōu)點(diǎn)：下料順暢、不易卡澀、密封面不易磨損；關(guān)閉后充氣密封，密封效果好；無摩擦啟閉、開關(guān)迅速。

4.2 石灰石粉制漿、供漿系統(tǒng)

為改善吸收塔的水平衡，采用石膏濾液水制漿工藝。每個(gè)石灰石粉倉下設(shè)置1個(gè)石灰石漿液罐，2個(gè)罐子之間設(shè)置溢流連通管；每個(gè)罐側(cè)設(shè)置2臺石灰石漿液輸送泵(一用一備)，供往單個(gè)吸收塔；2個(gè)機(jī)組的漿液輸送泵入口管進(jìn)行連通，通過閥門切換來改變2套供漿系統(tǒng)和2個(gè)吸收塔之間的對應(yīng)關(guān)系，確保任一套供漿系統(tǒng)能向任一個(gè)塔供漿。

4.3 襯膠管道彎頭、三通采用陶瓷耐磨管件

介質(zhì)為石灰石、石膏漿液管道的襯膠管道，在易磨損的部位，如彎頭、三通、孔板及調(diào)節(jié)閥后采用陶瓷耐磨管件，以防止管件磨損而漏漿。

5 石膏脫水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

5.1 石膏脫水系統(tǒng)配置

按常規(guī)設(shè)計(jì)思路本項(xiàng)目應(yīng)設(shè)置兩套石膏脫水系統(tǒng)，每套系統(tǒng)出力按150%單套FGD產(chǎn)生的石膏量設(shè)計(jì)。經(jīng)過方案比選，最終確定為設(shè)置3套石膏脫水系統(tǒng)，單套系統(tǒng)出力按單臺爐100%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況產(chǎn)生的石膏量進(jìn)行配置。雖然系統(tǒng)的總出力不變，但備用率有所提高。該系統(tǒng)中3臺旋流器和3臺真空皮帶脫水機(jī)一一對應(yīng)，通過切換旋流器入口管路上的自動閥，來改變吸收塔和旋流器、皮帶機(jī)的對應(yīng)關(guān)系。

5.2 旋流器溢流回塔方式

旋流器溢流回塔管路在塔上的接口設(shè)置在吸收塔入口底部，這樣可以在溢流回塔的同時(shí)起到對入口煙道底部沖刷的作用，有效防止塔入口底部石膏堆積。

5.3 石膏溜槽材質(zhì)

脫水后的干石膏通過溜槽進(jìn)入石膏庫。溜槽采用鋼襯聚丙烯(PP)板材質(zhì)，使溜槽殼體免受石膏中殘余氯離子的腐蝕，和傳統(tǒng)的鋼襯鱗片相比，PP板表面更光滑，能有效防止石膏在氧化不充分、亞硫酸鈣含量超標(biāo)的情況下黏附在溜槽內(nèi)壁。

5.4 無壓自流漿液管采用高密度聚乙烯(HDPE)材質(zhì)

石膏脫水系統(tǒng)內(nèi)有相當(dāng)部分管道是無壓自流漿液管，由于管內(nèi)介質(zhì)處于無壓自流狀態(tài)，管徑要比有壓管更大些。此部分管道及真空泵、皮帶機(jī)排氣管道選用HDPE材質(zhì)，內(nèi)壁光滑耐磨，可以減小自流管敷設(shè)坡度；不需車間預(yù)制，現(xiàn)場切割焊接, 安裝方便，施工周期短；質(zhì)量小，皮帶機(jī)、真空泵等設(shè)備接口荷載較小。

6 事故排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

事故漿液罐不采用頂進(jìn)式攪拌器，采用側(cè)進(jìn)式攪拌器，并和吸收塔漿池類似，同樣在線備用一臺攪拌器。事故漿液泵按一用一備設(shè)置；所有的地坑設(shè)置2臺地坑泵，一用一備。地坑泵采用自吸泵型式。和傳統(tǒng)的液下泵相比，自吸泵可靠性更高、故障率更低些，同時(shí)泵故障時(shí)檢修工作強(qiáng)度更小一些。地坑之間設(shè)置管線能實(shí)現(xiàn)相互連通。石灰石供漿管至塔區(qū)設(shè)置一支路去地坑，塔側(cè)石灰石供漿閥組出現(xiàn)故障時(shí)也可以通過地坑泵實(shí)現(xiàn)向吸收塔供漿。

7 控制、配電系統(tǒng)

無旁路的脫硫系統(tǒng)不再是主體的附屬，其重要性和機(jī)組等同，控制和配電需納入主機(jī)。因此，單臺爐脫硫部分，如煙道系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)等納入鍋爐主體分散控制系統(tǒng)(DCS)控制，在主體集控室內(nèi)完成監(jiān)控；脫硫公用系統(tǒng)如制漿、脫水、事故排放系統(tǒng)納入全廠輔助車間集中控制系統(tǒng)。

為提高脫硫裝置供電系統(tǒng)可靠性，F(xiàn)GD裝置不再單獨(dú)設(shè)置脫硫6 kV段，脫硫6 kV電動機(jī)和低壓變壓器由主廠房6 kV段供電，成為主廠供電系統(tǒng)的一部分。

8 結(jié)論

提高無旁路脫硫系統(tǒng)的可靠性，不能一味地通過增加投資的方式，需要從各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)入手，以優(yōu)化設(shè)備配置和工藝流程為著眼點(diǎn)，才能在經(jīng)濟(jì)可承受的范圍內(nèi)，最大限度地提高系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳春華,顏儉,柏源,等.無GGH濕法煙氣脫硫系統(tǒng)煙囪石膏雨的影響因素及策略研究[J].電力科技與環(huán)保，2013(3)：15-17.

[2]孫宏斌,雷艷紅.火電廠脫硫“濕煙囪”防腐蝕內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].陜西建筑. 2009(12)：7-9.