湿法脱硫机组封闭旁路后试运特点及可靠性分析

2010-03-28张志强郁金星刘玉壮

电力建设 2010年12期

张志强，杨杰，陈秋，郁金星，刘玉壮

（河北省电力研究院，石家庄，050021）

0 引言

目前，我国新建火力发电机组均配套安装烟气脱硫装置，已建机组大都通过技改工程加装脱硫装置（均为全烟气脱硫）[1-11]，这些机组基本上都安装有烟气旁路和旁路挡板门。旁路挡板门在脱硫系统出现故障时打开，以避免影响主机的运行。

河北国华定洲发电厂3号机组为新建660 MW超临界空冷机组，采用等离子点火，油枪备用，配套安装石灰石-石膏湿法脱硫装置。脱硫工艺采用空塔喷淋系统，单台增压风机克服烟气阻力，系统无烟气加热器（gas gas heater，GGH），设计脱硫效率不小于95%，初始设计有旁路烟道。在建设过程中，建设单位为提高环保水平，将脱硫系统的可靠性要求提高到与主机同等高度，决定取消旁路烟道。这是国内首台取消旁路并保留有独立增压风机的火力发电机组，该机组脱硫系统的试运过程与其他机组有很大不同，必须加以特别的注意，否则将影响试运进程。

1 试运过程的特点

有旁路的脱硫系统的冷态通风试验一般在机组整套启动前完成，热态启动待主机组负荷稳定在50%以上后启动。冷态通风试验前，要求增压风机完成单体试运，工艺水、浆液循环泵投入使用；热态启动时，脱硫系统的制浆系统先行投运，脱水系统具备带工作介质调试条件。锅炉冷风动力场和蒸汽吹管均在脱硫冷态通风试验前完成。锅炉冷风动力试验时，锅炉送来的空气从脱硫旁路通过，增压风机无须启动，并通过关闭脱硫原、净烟气挡板门隔离脱硫烟道和吸收塔，不影响脱硫系统的安装工作。蒸汽吹管时，脱硫系统被彻底隔离，除开启旁路烟道挡板门，关闭脱硫系统进、出口挡板门外，还投运烟气挡板门的密封风机进行烟气的100%隔离，避免高温干烟气通过吸收塔，烧毁塔内除雾器、防腐内衬等。

旁路烟道取消后，锅炉侧送出的烟、风必须从脱硫系统烟道和吸收塔内通过，因此，脱硫系统的调试工作必须提前。

锅炉风机单体试运时，增压风机也需要同步完成，否则锅炉风机送出的空气没有排至烟囱的通路。锅炉进行冷风动力场试验时，增压风机与锅炉送、引风系统配合启动，并根据试验要求进行出力调节。此时，脱硫系统增压风机配套润滑油站、液压油站应具备运行条件，脱硫系统的烟道和吸收塔内必须具备通风条件。锅炉冷风动力场试验完成后，马上进行脱硫系统的冷态通风试验，吸收塔完成注水至工作液位，浆液循环泵启动建立阻力场。为满足上述要求，脱硫系统较原工期提前约2个月具备冷态通风试运条件。

机组进行蒸汽吹管时，烟气必须从吸收塔内通过，脱硫烟风系统和吸收塔浆液系统须完整投入运行。吸收塔系统的浆液循环泵必须启动，以降低进入吸收塔烟温，防止高温烟气烧毁塔内设施。实际吹管时，原烟气烟温为73℃，启动了2台浆液循环泵，备用1台。吹管时，吸收塔喷淋系统对烟气具备一定的脱硫效率，对其他酸性气体也有一定的去除能力，这些酸性气体将造成塔内液体的pH值迅速下降，对塔内防腐内衬造成腐蚀。因此吹管时，脱硫系统的石灰石卸料、石灰石浆液制备和石灰石浆液供应系统必须投入使用，以维持吸收塔内液体的pH值稳定。吹管时间较短，为7天左右，锅炉燃烧为间断运行，实际燃烧时间很短，燃煤量较少，吸收塔内浆液的密度未达到较高值，脱水系统没有投入运行。但为预防吹管时间延长，电除尘器对吹管时的未燃尽煤粉、烟尘收集效果差，大量煤、尘被脱硫喷淋系统捕集，吸收塔浆液密度可能上涨较高，脱水系统也须备妥。在进行机组蒸汽吹管时，脱硫系统必须投入使用的子系统和关键设备包括：烟风系统、石灰石卸料系统、石灰石浆液制备和供应系统、吸收塔浆液循环泵系统、吸收塔pH计和密度计。同时，吸收塔排出系统和事故浆液箱系统也应投入备用。

2 对主机运行的影响分析

3号机组烟风系统的启动顺序为：启动吸收塔浆液循环泵→打开送、引风机叶片开度至100%→启动增压风机→依次启动两侧送、引风机。各大风机启动完成后，增压风机投入自动运行。锅炉点火时，为防止含油烟气影响吸收塔浆液，采用等离子点火方式，油枪投入备用。同时，为减少进入吸收塔浆液的烟尘和未燃尽煤粉，要求电除尘器尽早投入运行。停机时，必须等炉膛吹扫完成后，送、引风机和增压风机均停下后才能停运吸收塔浆液循环泵。

一般有旁路烟道的脱硫系统在旁路挡板门动作正常的情况下，没有因脱硫系统原因要求主机组锅炉掉闸的保护申请。取消旁路后，增加了以下3种脱硫系统故障要求锅炉跳闸的要求：

（1）增压风机停运引起锅炉主燃料跳闸（main fuel trip，MFT）并停送、引风机。增压风机停运后，锅炉烟气排放失去通路，因此必须使锅炉发MFT。同时，为防止增压风机掉闸是由增压风机润滑系统故障引起，继续运行送、引风机将造成增压风机轴承磨损，所以此时必须停运送、引风机。

（2）所有浆液循环泵全停引起锅炉MFT并停运增压风机及送、引风机。浆液循环泵全停后，无法对锅炉送出的高温烟气降温，必然烧毁塔内除雾器、防腐内衬。因此，浆液循环泵全停，锅炉必须发MFT并停运送、引风机和增压风机。

（3）进入脱硫系统的烟气温度高高值报警，延时后锅炉发MFT并停运各风机，这同样是为了保护吸收塔内设施不被高温损坏。

此外，在石灰石浆液制备及供应系统工作不正常，或者吸收塔排出系统故障时，均可能导致主机停机或者降负荷以延长检修时间。

增压风机自动调节是取消旁路后遇到的一个难点，通过多次讨论，决定采用送风机开度作为前馈，增压风机入口烟气压力作为反馈，对增压风机入口压力进行调节，实践表明调节效果非常好。增压风机的动叶自动调节通过了机组调试所有试运项目和部分性能试验项目的考验。其中扰动较大的有锅炉点火、辅机故障减负荷（run back，RB）试验和甩负荷试验，均实现了自动调节。图1为机组点火过程增压风机自动调节的真实曲线。图2为机组甩负荷试验增压风机自动调节的真实曲线。

一次风机RB试验是难度最大的一个项目，非常容易造成锅炉MFT，通过多次扰动试验，确定控制原则为增压风机尽量减少对主机烟风系统的影响，在主机组一次风RB信号发出后，增压风机自动减小一定开度并固定不变，炉膛压力调节由锅炉风机完成，实现了机组稳定运行。

取消旁路后，对主机的运行方式也提出了特别的要求，为防止含油烟气进入吸收塔，试运期间机组未投油助燃。

3 脱硫系统影响主机运行可靠性的分析

取消旁路后，所有影响脱硫系统运行水平的因素均成为影响主机可靠运行的因素，可以从2个方面考虑。第1个方面是通过烟风系统压力波动影响锅炉稳定燃烧，第2个方面是吸收塔浆液品质恶化并且短期内无法改善时，不得不要求主机降负荷，以延长处理时间，在无法改善时，将申请主机停机。

第1个方面主要影响因素增压风机，锅炉送、引风机和一次风机均为2台，单台风机发生故障时一般不会造成机组停运，而脱硫系统的增压风机为单台，且没有增压风机旁路，无法利用引风机出力来克服脱硫系统的阻力，一旦增压风机发生故障停运，将造成主机停运。

第2个方面的影响是多方面的，主要体现在石灰石浆液制备系统和石膏排出及脱水系统。

制浆系统：若供浆系统发生故障无法供浆，吸收塔pH值将无法维持，必然导致主机停运。制浆系统没有备用的重要设备及部件包括：卸料系统的斗提机、振动给料机、皮带输送机，石灰石浆液箱搅拌器及浆液箱本体，吸收塔供浆管路及附属阀门。在调试过程中采取的措施包括石灰石料仓保持在高料位，石灰石浆液箱保持在高液位。上述措施的目的均是考虑一旦设备发生故障，延长可供检修的时间，避免主机被迫降负荷运行乃至停机。

吸收塔浆液排出及石膏脱水系统：这个系统如果不能运行，吸收塔浆液密度将持续上涨，加剧所有带浆系统的磨损，密度上涨到一定程度必须停运。石膏排出泵为2用1备，皮带脱水机与4号机组公用，为2用1备。2台排出泵至脱水系统的管路为1根，如果发生损坏或堵塞，必须尽快检修。试运过程中曾经发生石膏排出泵排出管母管弯头磨损穿透问题，经紧急更换后没有影响机组运行。

工艺水系统：工艺水是脱硫系统的生命线，初始设计工艺水箱来水为单路，为提高可靠性，后改为双路。

另外，脱硫区域的吸收塔地坑搅拌器和地坑泵、制浆区的地坑搅拌器和地坑泵、脱水区的地坑搅拌器和地坑泵、滤液水箱的搅拌器等均为单台无备用，一旦发生故障将导致该区域物料不平衡，不能满足长时间运行的要求。