火電廠脫硫改造及增壓風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)

于慶彬，龐向坤，王蒙，張香春

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250002；2.華能沾化熱電有限公司，山東濱州256800）

·經(jīng)驗(yàn)交流·

火電廠脫硫改造及增壓風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)

于慶彬1，龐向坤1，王蒙1，張香春2

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250002；2.華能沾化熱電有限公司，山東濱州256800）

對(duì)比研究脫硫系統(tǒng)分設(shè)模式和合一模式，以某300 MW機(jī)組為例，介紹了脫硫系統(tǒng)合一模式改造后引風(fēng)機(jī)的選型及方案實(shí)施過(guò)程。對(duì)于分設(shè)模式，在某335 MW機(jī)組上嘗試性地進(jìn)行了脫硫增壓風(fēng)機(jī)減負(fù)荷（RB）試驗(yàn)，為增壓風(fēng)機(jī)跳閘控制策略的選擇提供了有效依據(jù)。

脫硫系統(tǒng)；增壓風(fēng)機(jī)；引風(fēng)機(jī)；減負(fù)荷試驗(yàn)

0 引言

火電機(jī)組煤粉在爐膛內(nèi)燃燒，換熱后的煙氣經(jīng)除塵后由引風(fēng)機(jī)送煙囪排出。廢氣若不經(jīng)任何處理，會(huì)排放大量SO2，造成酸雨污染。國(guó)家最新頒布實(shí)施的GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)火電廠SO2的排放提出了更加嚴(yán)格的限制，環(huán)保部門也加大了對(duì)火電機(jī)組煙氣排放質(zhì)量的考核力度，因此采用先進(jìn)的脫硫控制方案及脫硫工藝是極其重要的。同時(shí)國(guó)家嚴(yán)格要求新建機(jī)組和已投產(chǎn)機(jī)組的脫硫系統(tǒng)取消100%煙氣旁路。

1 脫硫系統(tǒng)方案

對(duì)于新建電廠，脫硫系統(tǒng)與主體發(fā)電工程同步施工，從工藝流程角度來(lái)說(shuō)，不必將煙氣脫硫部分劃分為單獨(dú)的煙氣系統(tǒng)，可以從整體考慮引風(fēng)機(jī)的出力和揚(yáng)程，克服從爐膛到脫硫系統(tǒng)到煙囪的全部阻力，不必單獨(dú)設(shè)置脫硫增壓風(fēng)機(jī)。

對(duì)于投產(chǎn)時(shí)間較早的電廠，無(wú)脫硫裝置，則要單獨(dú)設(shè)計(jì)并建造煙氣脫硫系統(tǒng)，原有的引風(fēng)機(jī)出力一般未考慮脫硫系統(tǒng)的阻力，若引風(fēng)機(jī)功率較小，則需要在脫硫系統(tǒng)中安裝脫硫增壓風(fēng)機(jī)，其壓頭用來(lái)克服脫硫系統(tǒng)的阻力，包括脫硫煙道的阻力、脫硫吸收塔的阻力和煙囪內(nèi)的排煙阻力，若系統(tǒng)設(shè)置有GGH（氣—?dú)鈸Q熱器），還包括GGH的阻力。

因此，脫硫控制系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)的設(shè)置有兩種方案：一是將引風(fēng)機(jī)和脫硫增壓風(fēng)機(jī)合二為一，簡(jiǎn)稱合一模式；二是分別設(shè)置引風(fēng)機(jī)和脫硫增壓風(fēng)機(jī)，簡(jiǎn)稱分設(shè)模式。

脫硫工藝一般采用就地強(qiáng)制氧化方式的石灰石—石膏濕法，具有成本低、技術(shù)成熟、脫硫效率高、脫硫劑利用率高、系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用［1］。

2 合一模式技術(shù)改造

除新電廠外，已投產(chǎn)電廠進(jìn)行脫硫系統(tǒng)建設(shè)也可選擇合一模式進(jìn)行：不配置增壓風(fēng)機(jī)，拆除原引風(fēng)機(jī)，根據(jù)引風(fēng)機(jī)裕量重新選型安裝。這種合一方案完成后，風(fēng)煙系統(tǒng)不增加新設(shè)備，具有運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、能耗低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。從控制角度來(lái)說(shuō)，分設(shè)模式在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，需要同時(shí)協(xié)調(diào)控制兩種風(fēng)機(jī)，控制方案比較復(fù)雜。而采用合一模式，控制對(duì)象僅為引風(fēng)機(jī)，風(fēng)量指令響應(yīng)準(zhǔn)確迅速，邏輯較簡(jiǎn)單。另外在老電廠中隨著增加脫硝系統(tǒng)、電除塵改造、變頻改造、低壓省煤器改造等項(xiàng)目的實(shí)施，煙道阻力增大，有的也將原分設(shè)模式改為合一模式，一次性地解決了引風(fēng)機(jī)裕量不足的缺點(diǎn)，拆除增壓風(fēng)機(jī)后不必再考慮增壓風(fēng)機(jī)跳閘的處理問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)某300 MW亞臨界機(jī)組，原脫硫系統(tǒng)采用分設(shè)模式，根據(jù)國(guó)家要求，計(jì)劃新增脫硝系統(tǒng)，廠家提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)，煙道阻力增加約500 Pa。另外，舊引風(fēng)機(jī)裕量不大，且有過(guò)增壓風(fēng)機(jī)跳閘觸發(fā)MFT，影響機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性。在此情況下，將脫硝系統(tǒng)建設(shè)與脫硫系統(tǒng)改造同時(shí)進(jìn)行，取消增壓風(fēng)機(jī)及煙氣旁路，對(duì)引風(fēng)機(jī)重新選型，進(jìn)行合一模式技術(shù)改造。

2.1 風(fēng)機(jī)選型

引風(fēng)機(jī)選型應(yīng)按照DL 5000—2000《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定：“鍋爐引風(fēng)機(jī)的基本風(fēng)量按鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種和鍋爐在最大連續(xù)蒸發(fā)量時(shí)的煙氣量及制造廠保證的空氣預(yù)熱器運(yùn)行一年后煙氣側(cè)漏風(fēng)量及鍋爐煙氣系統(tǒng)漏風(fēng)量之和考慮；風(fēng)量裕量不低于10%，另加不低于10℃的溫度裕量；風(fēng)機(jī)的壓頭裕量不低于20%?！焙弦荒Ｊ礁脑旌蟮囊L(fēng)機(jī)出力應(yīng)考慮克服爐膛至煙囪的全部煙道阻力、除塵器等設(shè)備阻力、煙囪阻力、脫硫裝置及管道阻力、脫硝阻力（400 Pa）、各種壓頭損失之和。因此需要合理選擇風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，且風(fēng)機(jī)控制必須具有良好的性能曲線，保證風(fēng)機(jī)處在高效區(qū)工作，提高設(shè)備運(yùn)行效率［2］，以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的大范圍波動(dòng)，以及脫硫及脫硝系統(tǒng)有可能發(fā)生的解列情況造成對(duì)爐膛及煙道造成的正壓沖擊。

表1為該機(jī)組原分設(shè)方案引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)參數(shù)。風(fēng)機(jī)選型前，在220 MW和300 MW工況下對(duì)甲乙引風(fēng)機(jī)及增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行熱態(tài)性能試驗(yàn)。將兩種工況下的參數(shù)按照流量與蒸發(fā)量、壓力的關(guān)系，換算到TB工況和BMCR工況，考慮到脫硝系統(tǒng)阻力增加500Pa、煤質(zhì)變化及其他系統(tǒng)改造帶來(lái)的阻力改變等因素，且風(fēng)機(jī)流量裕量和壓力裕量均為20%左右，由此確定新引風(fēng)機(jī)參數(shù)如表2所示。

表1 原引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)參數(shù)

表2 新引風(fēng)機(jī)參數(shù)

2.2 方案實(shí)施

新引風(fēng)機(jī)參數(shù)確定后，按照DL／T 468—2004《電站鍋爐風(fēng)機(jī)選型和使用導(dǎo)則》的要求，對(duì)新風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性及整套改造項(xiàng)目的可行性進(jìn)行詳細(xì)分析、試驗(yàn)和論證，制定最合適的改造方案，最終該300 MW機(jī)組選擇雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)作為新的引風(fēng)機(jī)。方案實(shí)施過(guò)程簡(jiǎn)述如下。

1）拆除原引風(fēng)機(jī)，安裝新風(fēng)機(jī)，并根據(jù)新風(fēng)機(jī)及配套電機(jī)要求對(duì)原有油站、儀表箱、管道等設(shè)備進(jìn)行改造和重新安裝。

2）拆除增壓風(fēng)機(jī)、100%煙氣旁路及相關(guān)擋板設(shè)備，對(duì)原有煙道、連接部件等進(jìn)行重新設(shè)計(jì)安裝。

3）對(duì)新風(fēng)機(jī)性能曲線和DCS邏輯組態(tài)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，滿足送風(fēng)量對(duì)引風(fēng)量的協(xié)調(diào)要求、爐膛負(fù)壓及脫硝系統(tǒng)的要求，保證新風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全、穩(wěn)定、節(jié)能，避免惡劣工況下發(fā)生喘振、失速等現(xiàn)象。

4）采用合一模式后，引風(fēng)機(jī)壓頭較高，為防止?fàn)t膛內(nèi)爆，需要對(duì)爐膛抗壓能力進(jìn)行全面評(píng)估，對(duì)薄弱部位及承壓設(shè)備進(jìn)行加固處理，提高運(yùn)行安全性。

3 分設(shè)模式

采用合一模式，具有技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)性較好、運(yùn)行維護(hù)量少、占地面積少的優(yōu)點(diǎn)，新建火電廠宜優(yōu)先采取該方案。但該方案也存在前期論證、熱態(tài)試驗(yàn)、方案設(shè)計(jì)及施工周期較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，且存在爐膛及承壓部件內(nèi)爆的隱患，風(fēng)機(jī)更換一次性投資較大，因此很多老機(jī)組依然采用分設(shè)模式，即配置增壓風(fēng)機(jī)。

很多老機(jī)組在初始建設(shè)脫硫系統(tǒng)時(shí)，設(shè)置了100%旁路煙道。但當(dāng)脫硫系統(tǒng)解列時(shí)，鍋爐尾部煙氣可不經(jīng)脫硫系統(tǒng)而直接排入大氣，造成環(huán)境污染。根據(jù)新的國(guó)家環(huán)保要求，需取消煙氣旁路，即尾部煙氣必須經(jīng)脫硫系統(tǒng)處理，達(dá)標(biāo)后方可排放。

國(guó)內(nèi)某電廠一期335 MW機(jī)組采用石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng)FGD，設(shè)計(jì)脫硫效率95%。每臺(tái)爐設(shè)1臺(tái)吸收塔和1套煙氣系統(tǒng)，1臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)在FGD裝置進(jìn)口原煙氣側(cè)（高溫?zé)煔鈧?cè)）運(yùn)行，吸收塔采用噴淋塔，內(nèi)襯橡膠防腐。脫硫系統(tǒng)改造前原設(shè)計(jì)有煙氣大旁路，如圖1所示，4為原煙氣大擋板，7為大旁路。4打開(kāi)后，煙氣不經(jīng)脫硫系統(tǒng)直接排入大氣。改造后，大旁路取消，改造為煙氣小旁路，即增壓風(fēng)機(jī)旁路煙道，出口設(shè)計(jì)在增壓風(fēng)機(jī)5的出口處，原大煙氣擋板此時(shí)變?yōu)闊煔庑醢?，作用只是旁路增壓風(fēng)機(jī)，當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)跳閘后聯(lián)鎖打開(kāi)擋板，全開(kāi)時(shí)間約為5s。增壓風(fēng)機(jī)跳閘后，吸收塔正常工作，石灰漿液循環(huán)泵保留兩臺(tái)運(yùn)行，不會(huì)造成排煙溫度高于設(shè)計(jì)煙溫，影響防腐材料和非金屬部件。

圖1 改造前后脫硫系統(tǒng)流程

4 增壓風(fēng)機(jī)RB

增壓風(fēng)機(jī)跳閘后，聯(lián)鎖打開(kāi)小旁路擋板，風(fēng)機(jī)出口正壓瞬間加到煙道和爐膛內(nèi)，煙氣量的劇增會(huì)引起引風(fēng)機(jī)負(fù)荷的瞬間增大，此時(shí)脫硫系統(tǒng)中的石膏漿液循環(huán)泵的運(yùn)行也會(huì)對(duì)煙氣的排出帶來(lái)一定的阻力，引風(fēng)機(jī)出力不足易造成喘振，對(duì)設(shè)備安全帶來(lái)巨大隱患；煙氣若不能及時(shí)排出，煙氣量的瞬間增大也會(huì)對(duì)煙道內(nèi)承壓部件造成沖擊。同時(shí)旁路擋板打開(kāi)后容易形成煙道回流，可能引起增壓風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)，也會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)動(dòng)調(diào)造成破壞。因此基本所有電廠都將增壓風(fēng)機(jī)跳閘作為觸發(fā)MFT的信號(hào)之一［3－4］。

MFT作為機(jī)組最重要的保護(hù)信號(hào)，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性，但也犧牲了啟停機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。2012年對(duì)335 MW機(jī)組進(jìn)行脫硫旁路改造，經(jīng)過(guò)詳細(xì)地分析、熱態(tài)試驗(yàn)及多次研究、討論和論證后，嘗試性地將增壓風(fēng)機(jī)跳閘作為RB信號(hào)之一，不觸發(fā)MFT。在進(jìn)行增壓風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)前，主要進(jìn)行了如下工作。

1）引風(fēng)機(jī)裕量分析。增壓風(fēng)機(jī)跳閘對(duì)機(jī)組最大的影響是對(duì)煙道、引風(fēng)機(jī)入口、爐膛壓力的沖擊。增壓風(fēng)機(jī)跳閘后，僅有引風(fēng)機(jī)一種設(shè)備將煙氣及回流大氣排出鍋爐，同時(shí)還要克服脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、煙道等設(shè)備的阻力，因此引風(fēng)機(jī)具有足夠的壓頭是保證RB成功的基礎(chǔ)。該機(jī)組在投產(chǎn)時(shí)，選用的兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)功率較大，流量、壓力裕量在25%左右，配套電機(jī)過(guò)流保護(hù)定值也較高，保證了一定的安全裕量。

2）熱態(tài)試驗(yàn)。機(jī)組大修時(shí)對(duì)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行跳閘試驗(yàn)，確定增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的階躍值。根據(jù)增壓風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析煙道、承壓部件等設(shè)備的抗壓性，對(duì)相應(yīng)薄弱部分進(jìn)行加固處理。

3）增加鍋爐MFT跳閘條件。FGD入口原煙氣溫度大于170℃，延時(shí)3 s觸發(fā)MFT。同時(shí)漿液循環(huán)泵全開(kāi)，達(dá)到快速降溫的目的。FGD入口原煙氣壓力大于2 600 Pa或小于－2 600 Pa，延時(shí)3 s觸發(fā)MFT。漿液循環(huán)泵全停，且吸收塔出口煙氣溫度高于75℃，延時(shí)2 s觸發(fā)MFT。因?yàn)闈{液循環(huán)泵全停后，無(wú)法對(duì)鍋爐送出的高溫?zé)煔饨禍?，?huì)對(duì)吸收塔內(nèi)除霧器、防腐內(nèi)襯塔等設(shè)施造成破壞，因此漿液循環(huán)泵全停，鍋爐觸發(fā)MFT。

4）增壓風(fēng)機(jī)RB時(shí)，只保留兩臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行以降低排煙阻力。機(jī)組主控降負(fù)荷至181 MW，不設(shè)置降負(fù)荷速率，調(diào)整滑壓曲線，且保持兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)負(fù)荷及爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)風(fēng)量，同時(shí)增加增壓風(fēng)機(jī)跳閘后的引風(fēng)前饋，以起到快速克服壓力擾動(dòng)的目的，但前饋?zhàn)饔貌荒芴珡?qiáng)，防止?fàn)t膛負(fù)壓產(chǎn)生大幅波動(dòng)，且前饋?zhàn)饔脩?yīng)逐漸釋放。

由于增壓風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以參考，且危險(xiǎn)性較大，所以首次試驗(yàn)是在低負(fù)荷下進(jìn)行的。某日18∶54∶30，運(yùn)行人員手動(dòng)打掉增壓風(fēng)機(jī)，跳閘時(shí)增壓風(fēng)機(jī)入口原煙氣壓力為－173.11 Pa，18∶55∶10原煙氣壓力增至1 132.14 Pa，出口煙氣壓力由1 000.2 Pa降為869.4 Pa。由于引風(fēng)機(jī)功率較大，引風(fēng)機(jī)開(kāi)度由45%逐漸降至40%，電流變化不大，動(dòng)調(diào)風(fēng)壓逐漸增加，風(fēng)機(jī)未出現(xiàn)喘振，爐膛壓力最高達(dá)-4.8Pa，最低-250.0 Pa。負(fù)荷由233.6 MW降至201.8 MW，同步聯(lián)開(kāi)旁路擋板，自動(dòng)投油，保留兩臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行，汽包水位、主汽溫等主要參數(shù)變化正常。安全起見(jiàn)，待主要參數(shù)穩(wěn)定后，負(fù)荷未降至RB復(fù)位值，18∶56∶52運(yùn)行人員手動(dòng)結(jié)束RB試驗(yàn)。主要參數(shù)的變化趨勢(shì)如圖2所示，試驗(yàn)的完成也驗(yàn)證了增壓風(fēng)機(jī)RB的可行性。

圖2 增壓風(fēng)機(jī)RB各參數(shù)變化趨勢(shì)

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于新機(jī)組來(lái)說(shuō)，選擇合一模式設(shè)置脫硫系統(tǒng)是比較合適的，該方案運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、安全性強(qiáng)、能耗低、經(jīng)濟(jì)性好，且鍋爐尾部煙氣排放系統(tǒng)與煙氣脫硫系統(tǒng)形成一個(gè)緊密相關(guān)的整體，調(diào)節(jié)對(duì)象單一，煙氣系統(tǒng)響應(yīng)負(fù)荷變化較分設(shè)方案迅速、準(zhǔn)確［5］。對(duì)于老機(jī)組來(lái)說(shuō)，由分設(shè)模式改造為合一模式雖有較多優(yōu)點(diǎn)，但存在施工周期較長(zhǎng)影響發(fā)電量、風(fēng)機(jī)選型及煙道改造較困難、風(fēng)機(jī)一次性更換投資較大的缺點(diǎn)，可采用分設(shè)方案。對(duì)于分設(shè)方案，取消脫硫旁路后，增壓風(fēng)機(jī)跳閘需要在充分考慮風(fēng)機(jī)出力、對(duì)煙道及爐膛的壓力沖擊、煙氣超溫等危險(xiǎn)因素的基礎(chǔ)上，選擇觸發(fā)MFT還是RB。機(jī)組成功進(jìn)行的RB試驗(yàn)取得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)為增壓風(fēng)機(jī)跳閘的處理方式提供了新的參考依據(jù)。脫硫增壓風(fēng)機(jī)RB控制策略的實(shí)現(xiàn)可在保障脫硫電價(jià)的長(zhǎng)期收益和減少機(jī)組非停損失兩方面帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］徐耀鵬，呂宏俊.強(qiáng)制氧化風(fēng)量對(duì)濕法脫硫系統(tǒng)的影響分析［J］.電站系統(tǒng)工程，2011，27（3）：35-37.

［2］楊俊波，侯慶偉，祁金勝，等.引風(fēng)機(jī)前煙道阻力特性分析［J］.電站系統(tǒng)工程，2011，27（1）：69-70.

［3］陳華桂，戴興干.現(xiàn)役燃煤機(jī)組脫硫旁路拆除的影響及對(duì)策［J］.江蘇電機(jī)工程，2012，31（4）：68-71.

［4］李勇，楊杰，計(jì)文君..660 MW空冷機(jī)組取消脫硫旁路運(yùn)行方案分析與實(shí)施［J］.河北電力技術(shù)，2011，30（5）：48-52.

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Reformation Scheme of Desulphurization System and Runback Test for Booster Fan in Power Plant

YU Qingbin1，PANG Xiangkun1，WANG Meng1，ZHANG Xiangchun2
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250002，China；2.Huaneng Zhanhua Thermal Power Co.Ltd，Binzhou 256800，China）

Integration mode is compared to separation mode for the induced draft fan and the flue gas desulphurization booster fan.For the integration mode，a certain 300 MW unit is taken as an example.The type selection of induced draft fan and technologic retrofitting plan for original induced draft fan are introduced.For the separation mode，a booster fan RB experiment is carried out on a 335 MW unit.The results provides effective evidence for the selection of control strategy.

desulphurization system；booster fan；induced draft fan；runback（RB）test

X773

B

1007－9904（2015）05－0041－04

2015-02-01

于慶彬（1982），男，工程師，主要從事火電廠熱工自動(dòng)優(yōu)化及試驗(yàn)工作等。