三爐一塔濕法脫硫煙氣系統(tǒng)改造應(yīng)用

梁 磊，高 攀

（江蘇一環(huán)集團(tuán)有限公司，江蘇 宜興 214206）

三爐一塔濕法脫硫煙氣系統(tǒng)改造應(yīng)用

梁 磊，高 攀

（江蘇一環(huán)集團(tuán)有限公司，江蘇 宜興 214206）

結(jié)合山東某熱電廠3×75 t／h循環(huán)流化床鍋爐三爐一塔石灰—石膏濕法煙氣脫硫工程實例，針對系統(tǒng)初步運行階段，2臺鍋爐或3臺鍋爐同時進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，出現(xiàn)爐膛正壓，鍋爐需降負(fù)荷運行的問題，通過對煙氣系統(tǒng)阻力及脫硫系統(tǒng)進(jìn)煙方式的分析，查出問題產(chǎn)生的根源為脫硫塔進(jìn)口煙道設(shè)計不合理，導(dǎo)致2股或3股煙氣碰撞，形成煙氣對流，降低了氣體分子的運動速度和動壓，造成系統(tǒng)總阻力增大，以致現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)全壓不能克服系統(tǒng)總阻力。在脫硫塔進(jìn)口煙道中增加隔板，改造為3臺鍋爐分別通過各自獨立煙道進(jìn)脫硫塔的進(jìn)煙方式，避免了煙氣碰撞形成對流，系統(tǒng)總阻力增大的現(xiàn)象，改造后系統(tǒng)達(dá)到了正常運行狀態(tài)，問題得到解決，可為今后同類三爐一塔煙氣脫硫工程脫硫塔進(jìn)口煙道設(shè)計提供參考。

循環(huán)流化床鍋爐；三爐一塔；煙氣對流；總阻力；隔板

石灰—石膏濕法［1-6］煙氣脫硫工藝是目前世界上較為成熟、應(yīng)用廣泛的一種脫硫技術(shù)，其原理是利用石灰粉制成漿液作為脫硫吸收劑，在脫硫塔中噴淋，與進(jìn)入脫硫塔的煙氣逆流接觸，發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，脫除煙氣中的SO2，生成亞硫酸鈣，再與鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，最終生成石膏，脫水后可綜合利用。脫硫后濕煙氣經(jīng)2級高效除霧器去除霧滴后，凈煙氣經(jīng)煙囪高點排放。國內(nèi)目前有部分小噸位鍋爐在建設(shè)初期沒有考慮預(yù)留脫硫場地，一爐一塔的配置占地面積較大，同時考慮節(jié)省建設(shè)成本，縮短施工周期和減少后期運行費用，兩爐一塔、三爐一塔、四爐一塔并結(jié)合石灰—石膏濕法煙氣脫硫的工藝得到應(yīng)用和發(fā)展，如大唐國際發(fā)電股份有限公司湖南株洲華銀火力發(fā)電有限公司2 ×125 MW機(jī)組煙氣脫硫工程，中國國電集團(tuán)公司大同第二發(fā)電廠4號、5號鍋爐煙氣脫硫工程，重慶發(fā)電廠2×200 MW機(jī)組煙氣脫硫工程采用兩爐一塔配置；中國國電集團(tuán)公司天津第一熱電廠3×220t／h鍋爐煙氣脫硫改造工程采用三爐一塔配置；中國華電集團(tuán)公司石家莊熱電有限公司12～15號鍋爐煙氣脫硫工程采用四爐一塔配置。本文結(jié)合山東某熱電廠3×75 t／h循環(huán)流化床鍋爐煙氣石灰—石膏濕法脫硫工藝采用三爐一塔配置的工程實例，對系統(tǒng)初步運行階段出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，提出改造方案，實踐結(jié)果表明，改造后系統(tǒng)達(dá)到了正常運行狀態(tài)，問題得到解決，可為同類三爐一塔煙氣脫硫工程設(shè)計提供參考。

1 工程概況

山東某熱電廠3×75 t／h循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫選擇傳統(tǒng)的石灰—石膏濕法脫硫工藝，單臺鍋爐工藝參數(shù)如表1所示。

表1 75 t／h鍋爐工藝參數(shù)

由于該項目為后期改造項目，設(shè)施基建場地較為狹小，同時為節(jié)約投資成本，脫硫系統(tǒng)采用三爐一塔配置，共用1套石灰制漿系統(tǒng)，2臺氧化風(fēng)機(jī)（一用一備）和1套石膏脫水系統(tǒng)，煙氣系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 煙氣系統(tǒng)流程

鍋爐煙氣經(jīng)布袋除塵器除塵后，粉塵含量降至50 mg／Nm3以下，經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入脫硫系統(tǒng)，3臺鍋爐煙氣匯入1臺脫硫塔進(jìn)行脫硫處理，SO2含量降至100 mg／Nm3以下，處理后的煙氣經(jīng)煙囪高點排放，為便于脫硫系統(tǒng)檢修，設(shè)置旁路煙道。由圖1可見，4號鍋爐從脫硫塔左側(cè)進(jìn)煙，5號、6號鍋爐從脫硫塔右側(cè)進(jìn)煙，5號、6號鍋爐兩爐煙氣交匯處及脫硫塔進(jìn)口3爐煙氣交匯處煙道截面積依據(jù)煙氣流速相應(yīng)增大，整個煙道內(nèi)部沒有設(shè)置導(dǎo)流板或隔板。

2 存在問題

該工程自2014年6月1日完工即開始進(jìn)行系統(tǒng)初步試運，試運過程中發(fā)現(xiàn)，4號、5號、6號鍋爐中，單臺鍋爐進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，對鍋爐負(fù)荷沒有影響，但2臺爐或3臺爐同時進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，均產(chǎn)生爐膛正壓現(xiàn)象。首先，爐膛正壓可能產(chǎn)生高溫?zé)煔庋貭t墻裂縫進(jìn)入鍋爐的保溫層將保溫層燒壞，從而使鍋爐如下降管等不可受熱的承壓部件受熱，破壞鍋爐的水循環(huán)，誘發(fā)鍋爐水冷壁爆管等事故的發(fā)生；其次，正壓燃燒還可能使高溫?zé)煔庠诿簩又醒貭t排前行，越過煤閘板在煤斗中鉆出，使著火點前移進(jìn)而引燃煤斗中的煤，造成煤斗燒壞事故；再次，正壓燃燒，使高溫?zé)煔鈴挠^火門、觀察門等縫隙中鉆入鍋爐房，使操作人員受到煙氣中塵、毒、高溫的侵害；最后，正壓燃燒系統(tǒng)總阻力增大，造成引風(fēng)機(jī)超負(fù)荷，嚴(yán)重時會因此而燒壞電機(jī)。遇此情況，在不退出脫硫系統(tǒng)的情況下，操作人員不得不降低鍋爐負(fù)荷，將系統(tǒng)調(diào)整至正常運行狀態(tài)，脫硫系統(tǒng)對鍋爐負(fù)荷影響數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可見，4號、5號鍋爐或4號、6號鍋爐同時進(jìn)煙氣到脫硫系統(tǒng)時，為調(diào)整鍋爐達(dá)到正常運行狀態(tài)，鍋爐每小時需降低10 t蒸汽蒸發(fā)量，減少發(fā)電量4 166 kWh，5號、6號鍋爐同時進(jìn)煙氣到脫硫系統(tǒng)時，鍋爐每小時需降低8 t蒸汽蒸發(fā)量的負(fù)荷，減少發(fā)電量3 332 kWh，4號、5號、6號鍋爐同時進(jìn)煙氣到脫硫系統(tǒng)時，4號鍋爐每小時需降低15 t蒸汽蒸發(fā)量，5號、6號鍋爐每小時分別降低10 t蒸汽蒸發(fā)量，合計減少發(fā)電量7 291 kWh，4號、5號、6號鍋爐分別進(jìn)煙氣到脫硫系統(tǒng)時，對鍋爐負(fù)荷和發(fā)電量不產(chǎn)生影響。由此可知，單臺鍋爐進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，對鍋爐負(fù)荷沒有影響，2臺或者3臺鍋爐同時進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，鍋爐均需降負(fù)荷運行，影響了發(fā)電產(chǎn)值。

表2 脫硫系統(tǒng)影響鍋爐負(fù)荷數(shù)據(jù)表

3 問題分析

3.1 煙氣系統(tǒng)阻力

脫硫、除塵后的排煙出口煙道、煙囪阻力，可由煙囪的抽力來克服，不考慮該區(qū)域阻力；煙氣系統(tǒng)總阻力為鍋爐（本體、省煤器及空氣預(yù)熱器等）、布袋除塵器、煙道及脫硫系統(tǒng)（含脫硫塔進(jìn)出口煙道）等各區(qū)段阻力之和，數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 系統(tǒng)阻力分析Pa

由表3可見，脫硫系統(tǒng)不投運時，系統(tǒng)總阻力為3 900 Pa，脫硫系統(tǒng)投運時系統(tǒng)總阻力為5 400 Pa，而引風(fēng)機(jī)全壓為5 995 Pa，理論分析認(rèn)為，完全能夠克服系統(tǒng)總阻力，并有一定富余；此外，表2中單臺鍋爐進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，對鍋爐負(fù)荷沒有影響的實踐結(jié)果也表明引風(fēng)機(jī)全壓能夠滿足系統(tǒng)總阻力要求。據(jù)此判斷，問題的根源不在引風(fēng)機(jī)，而在于脫硫系統(tǒng)設(shè)計不合理，隨后對脫硫系統(tǒng)進(jìn)煙方式進(jìn)行了分析。

3.2 脫硫系統(tǒng)進(jìn)煙方式

脫硫系統(tǒng)進(jìn)口煙道如圖2所示，當(dāng)4號、5號鍋爐或4號、6號鍋爐同時進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，2股煙氣在脫硫塔入口交匯處發(fā)生碰撞形成對流，如圖2（a）所示，5號、6號鍋爐同時進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，2股煙氣在5號鍋爐煙氣出口交匯處發(fā)生碰撞形成對流，如圖2（b）所示，4號、5號、6號鍋爐同時進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，煙氣在脫硫塔入口及5號鍋爐煙氣出口交匯處均發(fā)生碰撞，形成2處對流，如圖2（c）所示。

圖2 煙氣對流示意圖（a）——4號、5號或4號、6號鍋爐煙氣對流；（b）——5號、6號鍋爐煙氣對流；（c）——4號、5號、6號鍋爐煙氣對流

脫硫系統(tǒng)進(jìn)口煙道總阻力為煙道阻力與煙氣進(jìn)出口動壓損失之和，流速相當(dāng)?shù)?股煙氣碰撞產(chǎn)生對流，大大降低了氣體分子的運動速度及動壓，造成系統(tǒng)總阻力增大，以致現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)全壓不能滿足系統(tǒng)總阻力要求，產(chǎn)生爐膛正壓現(xiàn)象，在不退出脫硫系統(tǒng)的情況下，不得不降低鍋爐負(fù)荷，將系統(tǒng)調(diào)整至正常運行狀態(tài)，影響了鍋爐出力及發(fā)電產(chǎn)量，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

4 煙道改造

通過以上分析可知，脫硫系統(tǒng)進(jìn)口煙道設(shè)計不合理，導(dǎo)致煙氣碰撞，形成煙氣對流，大大降低了氣體分子的運動速度和動壓，造成系統(tǒng)總阻力增大，以致現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)全壓不能克服系統(tǒng)總阻力，這是問題產(chǎn)生的根源。煙道改造技術(shù)方案如圖3所示。

圖3 煙道改造示意圖

由圖3可見，4號鍋爐出口煙道右側(cè)至脫硫塔進(jìn)口增加了一道隔板，5號、6號鍋爐出口煙道交匯處至脫硫塔進(jìn)口煙道中間部位增加了一道隔板，使幾股煙氣可分別從各自獨立煙道進(jìn)脫硫塔，避免了煙氣碰撞形成煙氣對流的現(xiàn)象。由于隔板的增加，煙道彎頭數(shù)量相應(yīng)增多，系統(tǒng)總阻力略有增大，但相對煙氣碰撞對流所產(chǎn)生的阻力損失要小很多。脫硫塔入口煙道約2 m范圍內(nèi)為干濕界面交匯處，受煙氣中酸酐遇水形成的強酸及脫硫漿液中的堿腐蝕［7-10］較為嚴(yán)重，煙道改造完成后，該處需做防腐處理［11-12］，常用防腐形式為內(nèi)襯C-276合金板。

煙道系統(tǒng)改造于2014年8月初完成，隨即進(jìn)行了脫硫系統(tǒng)的試運行，4號、5號、6號鍋爐單獨進(jìn)煙氣、其中2臺或3臺鍋爐同時進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，總阻力略有增大，但現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)全壓仍能滿足系統(tǒng)總阻力要求，沒有產(chǎn)生爐膛正壓及鍋爐負(fù)荷降低的現(xiàn)象，系統(tǒng)達(dá)到正常運行狀態(tài)。

5 結(jié)論

a.通過對系統(tǒng)阻力及脫硫系統(tǒng)進(jìn)煙方式的分析，查出脫硫系統(tǒng)進(jìn)口煙道設(shè)計不合理是產(chǎn)生爐膛正壓、鍋爐需降負(fù)荷運行的根源，提出脫硫塔進(jìn)口煙道改造方案，通過實踐證明了方案的可行性。

b.三爐一塔煙氣脫硫工藝配置，脫硫塔進(jìn)煙方式，即進(jìn)口煙道的設(shè)計至關(guān)重要，設(shè)計人員需充分考慮煙道系統(tǒng)中三通、彎頭、漸縮、漸擴(kuò)及煙氣碰撞、對流等因素產(chǎn)生的阻力影響，并需詳細(xì)核算引風(fēng)機(jī)全壓是否能夠滿足系統(tǒng)總阻力要求。

c.三爐一塔煙氣脫硫系統(tǒng)中，1臺或2臺鍋爐進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，部分煙道內(nèi)氣體流速過低，可能造成煙道積灰，相應(yīng)部位需增設(shè)排灰設(shè)施。

d.三爐一塔煙氣脫硫工藝設(shè)計時，循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)、工藝水泵、除霧器沖洗水泵、真空皮帶脫水機(jī)、水環(huán)真空泵等設(shè)備按3臺鍋爐煙氣參數(shù)配置，1臺或2臺鍋爐進(jìn)煙氣至脫硫系統(tǒng)時，設(shè)備出力較大，增加了運行能耗。

e.由于擋板門有一定漏風(fēng)率，即使旁路煙道全開，脫硫塔進(jìn)出口煙道擋板門全關(guān)的情況下，脫硫塔內(nèi)仍會有一定量的高溫?zé)煔獯嬖?，脫硫系統(tǒng)檢修時，檢修人員很難進(jìn)塔作業(yè)，檢修較為困難，若3臺鍋爐同時停爐檢修，勢必造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

f.三爐一塔煙氣脫硫工藝配置一般不設(shè)置煙氣換熱器（GGH）和增壓風(fēng)機(jī)，若原有引風(fēng)機(jī)全壓不能滿足系統(tǒng)總阻力要求，則需更換或改造原有引風(fēng)機(jī)。

g.鑒于目前工程技術(shù)人員對三爐一塔煙氣脫硫工藝設(shè)計經(jīng)驗較少，且三爐一塔在工程實踐中會出現(xiàn)較多的運行問題，建議小機(jī)組可采用，大機(jī)組不宜采用。

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Improvement Application in Flue Gas System of Three Boilers with a Tower Wet Desulfurization

LIANG Lei，GAO Pan
（Jiangsu Yihuan Group Co.，Ltd.，Yixing，Jiangsu 214206，China）

Taking Shandong 3×75 t／h circulating fluidized bed boiler three boilers with a tower of lime-gypsum wet flue gas desulfu?rization engineering as an examples，in view of the system initial operation stage，when two boilers or three boilers entered flue gas to desulfurization system at the same time，emerging the chamber of the boiler positive pressure，the boiler should reduce load operation，through analyzing of the flue gas system resistance and the way into the flue gas of desulfurization system.It found out the unreasonable design of desulfurization tower inlet flue，resulting in two stocks or three flue gas collision，forming flue gas convection，reducing the movement speed of the gas molecules and the dynamic pressure，resulting total system resistance increasing，so that the existing in?duced draft fan full pressure could not overcome the system total resistance.Adding partitions in desulfurization tower inlet flue，for the transformation of three boilers through respective independent flue into the desulfurization tower flue gas inlet mode，avoiding the phe?nomenon of flue gas collision to form convection，the total system resistance increasing.After the transformation the system reaching the normal operation state，providing reference for design of desulfurization tower inlet flue in similar three boilers with a tower for flue gas desulfurization engineering in the future.

Circulating fluidized bed boiler；Three boilers with a tower；Flue gas convection；Total resistance；Partition

X701.3

A

1004-7913（2015）01-0059-04

2014-09-29）

梁 磊（1984—），碩士，工程師，主要從事煙氣脫硫工程的設(shè)計、施工及調(diào)試工作。