機(jī)組啟動投油對無煙氣旁路脫硫系統(tǒng)的影響及防治措施

吳春華，徐豐躍，梁國軍

(1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春 130021;2.吉林電力股份有限公司二道江發(fā)電公司，吉林 通化 1340033.國電吉林龍華蛟河熱電廠，吉林 蛟河 132500)

火電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)日益成熟，在環(huán)境保護(hù)方面起到了重要的作用，但也存在煙氣直接從旁路排放的現(xiàn)象。隨著國家環(huán)保政策的日益嚴(yán)格，國家發(fā)展改革委員會和國家環(huán)?？偩诸C布的《燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫電價及脫硫設(shè)施運(yùn)行管理辦法(試行)》中明文規(guī)定，新(擴(kuò))建燃煤機(jī)組建設(shè)脫硫設(shè)施時鼓勵不設(shè)置煙氣旁路通道。吉林省環(huán)境保護(hù)廳下發(fā)了《關(guān)于開展取消燃煤機(jī)組脫硫設(shè)施煙氣旁路工作的通知》，要求吉林省內(nèi)各火力發(fā)電企業(yè)進(jìn)行脫硫煙氣旁路封堵工作，實(shí)現(xiàn)脫硫裝置與主機(jī)同步運(yùn)行。但由于大多數(shù)機(jī)組采用小油或微油點(diǎn)火方式，未燃盡油污直接排入脫硫吸收塔，影響脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此必須采取有效的防范措施。

1 機(jī)組啟動投油對脫硫系統(tǒng)影響分析

機(jī)組在啟動及低負(fù)荷穩(wěn)燃運(yùn)行中需投油助燃時，未燃盡的油污隨煙氣進(jìn)入脫硫吸收塔漿液中，煙氣中的粉塵及油污被洗滌到吸收塔漿液中，使吸收塔漿液的雜質(zhì)尤其是有機(jī)物含量增加，以300 MW機(jī)組為例，鍋爐啟動小油或微油點(diǎn)火，投油量為30 t左右，而此時電除塵器基本不投入運(yùn)行或只投一、二電場運(yùn)行，部分未燃盡油污及高濃度煙塵進(jìn)入到脫硫吸收塔漿液中，對漿液品質(zhì)造成嚴(yán)重的影響，由此導(dǎo)致一系列影響脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的問題。

1.1 脫硫效率降低

吸收塔漿液中含有的油污易在作為脫硫劑的石灰石、亞硫酸鈣等固相顆粒的表面形成油膜薄層，阻止石灰石的溶解，降低漿液pH值，從而導(dǎo)致脫硫效率降低。此時即使增加石灰石漿液量，也不會提高吸收塔的脫硫效率。當(dāng)脫硫系統(tǒng)在高pH值運(yùn)行時，極易使亞硫酸鈣的飽和度達(dá)到并超過其形成核作用所需的臨界飽和度，在塔壁和塔內(nèi)部件表面上形成結(jié)晶，隨著晶核的長大，形成很厚的垢層，造成設(shè)備的堵塞。漿液中CaCO3含量超標(biāo)，其本身較黏，且與煙氣中二氧化硫繼續(xù)反應(yīng)，在反應(yīng)過程中煙氣溫度較高，產(chǎn)生的石膏會快速析出堵塞噴嘴，使液氣比降低，脫硫效率下降。

1.2 除霧器堵塞

漿液中的油污阻礙了亞硫酸鈣和氧氣的充分接觸和反應(yīng)，此時亞硫酸鈣產(chǎn)物較多，即使氧化風(fēng)機(jī)強(qiáng)制氧化，石膏的結(jié)晶和析出也受到了阻滯，難以形成石膏晶體，使吸收塔內(nèi)漿液密度升高。由于亞硫酸鈣及油污黏性較強(qiáng)，會粘附在除霧器葉片上，導(dǎo)致除霧器堵塞。同時還會造成脫硫裝置內(nèi)管道的結(jié)垢、堵塞，以及真空皮帶機(jī)的濾布堵塞。漿液噴嘴堵塞后，局部形成煙氣逃逸，煙氣所帶的石膏漿液(含量較高)快速到達(dá)除霧器，此時煙氣溫度較高，形成局部的干濕界面，造成CaCO3結(jié)垢，并難以清除，使除霧器堵塞。頻繁沖洗除霧器破壞水平衡，會給運(yùn)行調(diào)整帶來很大困難。

1.3 吸收塔漿液溢流

漿液中油污在吸收塔循環(huán)泵、漿液噴淋層、攪拌器及氧化空氣的共同擾動作用下，容易形成氣泡，循環(huán)漿液泵將吸入大量的氣泡，造成漿液循環(huán)泵的“氣敷”和“汽蝕”使脫硫效率降低。

分散控制系統(tǒng)(DCS)應(yīng)顯示吸收塔內(nèi)真實(shí)液位，由于氣泡或泡沫的原因而使真實(shí)液位遠(yuǎn)高于顯示液位，從而導(dǎo)致吸收塔間歇性溢流。漿液起泡溢流嚴(yán)重到DCS無法及時監(jiān)測時就會導(dǎo)致事故發(fā)生。正常情況下，吸收塔漿液溢流后通過溢流管進(jìn)入吸收塔區(qū)排水坑，再經(jīng)由水坑泵打回吸收塔重復(fù)使用，不會帶來其他影響。但是，當(dāng)吸收塔漿液溢流量較大時，不能通過溢流管及時排放，就會從吸收塔入口煙道流向原煙道中，漿液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽隨漿液滲入到防腐內(nèi)襯，使其體積膨脹，應(yīng)力增大，導(dǎo)致防腐層的嚴(yán)重剝離損壞。漿液沉積在未做防腐的原煙道中，造成煙道的腐蝕，降低裝置的使用壽命。同時煙道積灰嚴(yán)重增加，流通截面減少，煙道阻力增加。溢流漿液通過煙道，到達(dá)增壓風(fēng)機(jī)出口，溢流漿液會猛烈沖擊正在運(yùn)行的風(fēng)機(jī)葉片，甚至造成葉片斷裂，導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)及主機(jī)停運(yùn)。

1.4 石膏品質(zhì)下降、pH計及密度計檢測不準(zhǔn)

脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行時，石膏含水率設(shè)計值不大于10%。而在投油運(yùn)行階段，由于油污以及未完全氧化的亞硫酸產(chǎn)物等存在，對石膏脫水系統(tǒng)影響很大，旋流器和真空皮帶機(jī)的效率下降，無法正常脫水，使石膏含水率高達(dá)27%，脫硫石膏顏色為暗黑色，石膏品質(zhì)明顯降低。氧化程度下降時，生成的CaSO3·1/2H2O得不到充分的氧化，一方面漿液中可溶性亞硫酸鹽濃度增大將抑制CaCO3的溶解，使?jié){液中未反應(yīng)的CaCO3濃度增大;另一方面會導(dǎo)致石膏中CaSO3·1/2H2O含量過高，脫水困難。經(jīng)取石膏樣品化驗(yàn)分析，CaSO4·2H2O(石膏)含量僅為43.89%，遠(yuǎn)低于90%的要求。［1］進(jìn)入吸收塔漿液中的油污會污染pH計電極及密度計，影響漿液pH值及密度監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，使脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)整無據(jù)可依。

2 防治措施

2.1 設(shè)置事故煙氣降溫系統(tǒng)

根據(jù)鍋爐在啟動及低負(fù)荷穩(wěn)燃運(yùn)行時煙氣溫度、成分等特征，為確保吸收塔內(nèi)部件不受高溫?zé)煔鉀_擊損壞，在引風(fēng)機(jī)出口與吸收塔入口之間的煙道上設(shè)置2級事故煙氣降溫系統(tǒng)(見圖1)。

圖1 事故煙氣降溫系統(tǒng)

事故煙氣降溫系統(tǒng)是設(shè)置在煙道內(nèi)部的管網(wǎng)式噴淋裝置，噴淋裝置覆蓋整個煙道截面，其外部供水總管上設(shè)置電動閥門，可通過DCS實(shí)現(xiàn)在控制室遠(yuǎn)程操作。電動閥門與鍋爐啟停信號、煙氣溫度等參數(shù)信號聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)電動閥門的自動開閉。事故煙氣降溫系統(tǒng)共設(shè)置2級噴淋降溫裝置。一級噴淋裝置可以將煙氣溫度由160℃降至120～140℃，當(dāng)鍋爐運(yùn)行時，煙氣溫度若超過160℃，啟動一級噴淋裝置，降低進(jìn)入吸收塔煙氣溫度。一方面保護(hù)吸收塔內(nèi)部構(gòu)件及防腐;另一方面有利于SO2等酸性物質(zhì)的吸收，確保脫硫率。在鍋爐投油啟動、循環(huán)泵全部因故障停運(yùn)、脫硫系統(tǒng)斷電的情況下，同時開啟一、二級噴淋系統(tǒng)，可將煙氣溫度降至70～80℃，確保塔內(nèi)的噴淋層、除霧器、防腐材料等的安全。

2.2 加消泡劑、增大廢水排放量

在鍋爐長時間低負(fù)荷投油穩(wěn)燃運(yùn)行時，添加消泡劑與油污發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將有機(jī)物質(zhì)分解，達(dá)到消除油污對漿液品質(zhì)及系統(tǒng)安全運(yùn)行影響的隱患。具體做法是在吸收塔地坑中加消泡劑，通過地坑攪拌器混合均勻后，由地坑泵輸送至吸收塔內(nèi)。由于消泡劑的成本較高，在鍋爐長時間低負(fù)荷投油穩(wěn)燃運(yùn)行時，如果僅靠投加消泡劑來消除油污，會增加機(jī)組運(yùn)行成本，因此消泡劑一般可與增加廢水排放的措施配合使用，這樣既可達(dá)到消除油污的目的，又可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

在鍋爐長時間低負(fù)荷投油穩(wěn)燃運(yùn)行的情況下，由于通過高位溢流的漿液進(jìn)入排水坑后又將重新回到吸收塔內(nèi)，油污不能排出系統(tǒng)，長時間的循環(huán)，使得吸收塔內(nèi)的油污富集，會造成漿液品質(zhì)惡化。這種工況下，需保持脫硫廢水的連續(xù)排放，并可開啟石膏及廢水旋流器的備用旋流子，通過石膏一級脫水系統(tǒng)的溢流，以排放廢水的方式，將吸收塔內(nèi)富集的油污強(qiáng)制排出系統(tǒng)，加大廢水的排放量。保證塔內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的正常進(jìn)行及石膏晶體的生成和長大，控制吸收塔內(nèi)氯離子質(zhì)量濃度小于10000 mg/L，并盡量維持低值運(yùn)行。

2.3 設(shè)置漿液拋棄系統(tǒng)及煙道排水點(diǎn)

將含油污的漿液排放至電廠的灰渣場(或經(jīng)過處理的場地)，作拋棄處理。在石膏排出泵的出口設(shè)置一條漿液拋棄管道，以備脫硫系統(tǒng)拋漿時啟用。

在增壓風(fēng)機(jī)出口與吸收塔入口之間的煙道最低點(diǎn)設(shè)置煙道疏排水管道。如果發(fā)生塔內(nèi)漿液向煙道倒流的現(xiàn)象，則倒流的漿液可通過煙道的疏排水管道排至脫硫島內(nèi)的地坑，避免溢流液沖擊運(yùn)行中的增壓風(fēng)機(jī)葉片而造成事故。

2.4 改變石膏脫水方式及提高亞硫酸鈣氧化程度

正常運(yùn)行時，石膏脫水系統(tǒng)一般采用一條真空皮帶機(jī)運(yùn)行，一條備用。在投油助燃后，脫硫塔內(nèi)漿液密度升高，為降低漿液密度，盡量多排石膏或雙真空皮帶機(jī)運(yùn)行，根據(jù)石膏排出量控制皮帶脫水機(jī)濾餅層厚度，最大限度降低吸收塔內(nèi)漿液密度，提高石膏品質(zhì)。根據(jù)吸收塔運(yùn)行情況調(diào)整氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式，提高氧化空氣利用率。提高系統(tǒng)中 CaSO3·1/2H2O被氧化程度，有利于石膏脫水。

2.5 調(diào)整除塵器運(yùn)行方式及改變鍋爐點(diǎn)火方式

盡量燃用設(shè)計煤種，控制高硫分、高灰分燃煤量，如煤種較雜，必須做好燃煤的混燒和摻燒工作，防止與設(shè)計煤質(zhì)偏差較大的燃煤集中燃用，為脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

鍋爐在冷態(tài)啟動時，將電除塵器一、二電場提前投運(yùn)，由于一、二電場處理煙塵量較大，部分油污可隨著煙塵去除，同時可降低脫硫系統(tǒng)入口煙氣含塵量。待停止投油后，投入全部電場運(yùn)行。安裝等離子點(diǎn)火裝置，避免鍋爐啟動投油對吸收塔漿液的污染，提高無旁路脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的可行性。

2.6 降低吸收塔漿液密度

鍋爐投油后，吸收塔內(nèi)漿液密度普遍比投油前高，即使采用雙真空皮帶機(jī)脫水，漿液密度的降低仍不足。為進(jìn)一步降低吸收塔漿液密度，減少吸收塔的補(bǔ)充石灰石漿液量，使用除霧器沖洗水、地坑水排水對脫硫塔液位進(jìn)行補(bǔ)充，稀釋漿液以降低其密度。

3 結(jié)束語

由于取消煙氣旁路，為達(dá)到要求的脫硫效率，減少機(jī)組停運(yùn)率，要求脫硫裝置主、輔設(shè)備與發(fā)電機(jī)組同等可靠、同步運(yùn)行、同步檢修，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。無旁路煙道的脫硫裝置在機(jī)組啟動投油和低負(fù)荷助燃運(yùn)行時，只要在設(shè)計和運(yùn)行上采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，可以避免油污影響脫硫裝置運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)脫硫裝置與鍋爐主機(jī)同步、長期、穩(wěn)定運(yùn)行。

為確保濕法脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)加強(qiáng)脫硫系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行管理，及時消除設(shè)備缺陷;提高運(yùn)行及檢修人員的操作及維護(hù)水平。同時，加強(qiáng)化學(xué)監(jiān)測管理，建立監(jiān)測數(shù)據(jù)與運(yùn)行操作的緊密聯(lián)系，使監(jiān)測數(shù)據(jù)真正起到監(jiān)督、指導(dǎo)運(yùn)行的作用。

［1］周至祥，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊［M］.北京:中國電力出版社.2007，102-105.