“烟塔合一”脱硫技术应用中应注意的问题

2011-11-20丁后亮

中国环保产业 2011年10期

关键词：增压风机塔内吸收塔

丁后亮

（武汉凯迪电力环保有限公司，武汉 430223）

“烟塔合一”脱硫技术应用中应注意的问题

丁后亮

（武汉凯迪电力环保有限公司，武汉 430223）

以山阴电厂2×300MW机组烟气排放系统采用的烟囱、间冷塔、吸收塔“三塔合一”项目为例，分析了湿法脱硫技术运用在烟塔合一项目中的特点及所需要注意的问题。

烟塔合一;湿法脱硫;高温环境;保护系统;运行维护

1 “烟塔合一”技术简介

采用间接空冷干式自然通风冷却塔技术的主要目的是节约用水，适用于缺水地区，如我国的山西、陕西等北方缺水省份。

间接空冷干式自然通风冷却塔（下称间冷塔）的冷却原理是将需要冷却的热水在散热翅管内流动，依靠其与管外空气的温差，形成接触传热而冷却。间冷塔的外形与常规双曲线湿式冷却塔相似，但间冷塔的下部环塔一周均布置翅片式散热器，如山西山阴电厂项目的2台300MW机组共用一座间冷塔，散热器的高度约为28m，工作时利用间冷塔本身的抽吸作用，将间冷塔外部的大气抽吸到间冷塔内，利用大气与翅片式散热器进行接触传热，将热水冷却，同时将进入间冷塔内的空气加热，加热后的空气温度比环境温度高15℃～25℃。

散热器用翅片管或螺纹管，材质为钢或铝，管断面为椭圆形或圆形。因散热器需要大量的金属管（铝管或钢管），因此造价为同容量湿式塔的4～6倍，再加上国外技术引进及关键设备进口等费用，间冷塔比常规湿式冷却塔一次性投资要高出很多。

间冷塔的主要特点有：1）没有水的蒸发损失，也无风吹和排污损失，所以水量损耗小；2）水的冷却靠接触传热，冷却极限为空气的干球温度，效率低，冷却水温较高。

间冷塔在我国还未大规模使用，目前有山西阳城二期8号机组、陕西宝鸡5、6号机组2×300MW、山西山阴电厂1、2号机组2×300MW、宁夏水洞沟电厂一期2×660MW等项目采用了此种冷却塔的方式，其中宝鸡电厂、山阴电厂是将脱硫吸收塔放置在间冷塔中心，省略了常规的混凝土烟囱，利用间冷塔排烟。

但到目前为止，“烟塔合一”的脱硫项目还处于建设当中，尚没有实际投运的经验。本文结合山阴电厂烟气排放系统工程项目简述了该项目与常规湿法脱硫不同的地方。

2 项目概况

山阴电厂2×300MW机组烟气排放系统采用的是烟囱、间冷塔、吸收塔“三塔合一”设计方案，两座吸收塔及相关设备（浆液循环泵、氧化风机、石膏排出泵、工艺水箱及水泵等）布置在间冷塔中。脱硫后的烟气经布置在间冷塔内的吸收塔顶部垂直烟道对空排放；脱硫系统停运时，关闭吸收塔进、出口挡板门，打开旁路烟气挡板门，原烟气就经旁路烟道即也从此垂直烟道对空排放。烟气系统的压降通过脱硫装置的增压风机克服。

该项目的间冷塔直径为160m，高度165m；2×300MW机组共用一座间冷塔。两台机组正常运行时，塔内的温度比外部环境温度高约20℃～25℃。山阴电厂地处山西省山阴县城西北约9km处，当地的极端最高气温为38℃，即机组正常运行时，间冷塔内的温度最高在58℃～63℃之间。

脱硫岛采用一炉一塔布置，采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，配置二级石膏脱水系统。公用系统包括吸收塔区工艺水系统、脱水区工艺水系统、石灰石湿磨制浆系统、石膏脱水系统，废水处理系统等。

其简易流程如图。

项目流程示意图

3 项目特点

3.1 间冷塔内环境温度高

山阴电厂采用烟囱、间冷塔、吸收塔“三塔合一”设计方案，整个电厂为节约用水基本都是采用空冷的方案，以减少水耗。间冷塔采用的是GEA EGI Contracting/Engineering Co.,Ltd.公司的技术。在机组正常运行时，间冷塔内的气温较环境温度高20℃～25℃，尤其在夏季气温较高时，间冷塔内的脱硫系统最高将承受58℃～63℃的环境温度，这比常规布置在大气环境中的湿法脱硫装置的运行温度要高20℃～25℃。

由于脱硫系统设备通常都是按照常温设计选型，并没有考虑最高能承受58℃～63℃的温度。因此，在高温环境条件下，要综合考虑脱硫系统设备、仪器仪表、电动执行机构的安全运行，布置在间冷塔内的脱硫系统设备（浆液循环泵、氧化风机、石膏排出泵、吸收塔排水坑泵、工艺水泵、除雾器冲洗水泵、挡板门密封风机、电动阀门等）本体、电机等都必须要考虑间断高温的环境工况，以保证整个脱硫系统的正常运行，从而保证机组的正常运行。

设备耐温问题需从设备本体和电机两个方面来考虑。

（1）氧化风机

目前脱硫系统的氧化风机普遍采用高效率容积式罗茨风机，风机在不大于40℃的环境温度下可长期使用，超过40℃时，就应采取相应的降温措施，以提高风机使用寿命和降低故障率。实际运行项目中，在超过40℃环境下运行的风机，经常会出现叶轮与壳体卡死的故障。

鼓风机在额定工况下运行时，一般要求各滚动轴承的表面温度不超过95℃。如整个环境温度达到58℃～63℃，即轴承的温升在32℃～37℃。要保持这个温升则必须要有相应的冷却系统，冷却方式可以选择水冷或风冷。

（2）电动机

电机大致可分成两大类，一是80V以下的低压电机，二是6kV的高压电机。针对此两种类型的电机，解决的方案如下：

低压电机：1）将电机的绝缘等级由F级升到H级；2）电机功率在原有选型基础上增加一级，电机润滑油采用高温润滑油脂。

高压电机：将电机由空空冷调整成空水冷，即采用水冷电机。

3.2 烟道、管道布置长

为防止周边建筑、构筑物对间冷塔底面周边的进风流场产生影响，所以周边建筑、构筑距间冷塔布置较远。脱水综合楼、增压风机与布置在间冷塔内的吸收塔最长距离达到230m。石灰石供浆管、石膏排出泵、滤液水等管道都达到200m以上。

整个脱硫系统烟道用钢量约700t，烟道长度达到450m，最大跨度达到15.5m（规程上烟道跨度规定为6～9m），在国内湿法脱硫项目中此烟道也是最长、吨位最重、跨度最大的，大部分使用圆截面（直径为φ6.2m）的烟道。

较长的浆液管道在实际运行过程中，会增大管道内浆液沉积、堵塞的机率，加上本项目地处北方地区，间冷塔以外的管道均采用保温、伴热的方式，如运行中有堵塞的情况出现，会增加相应的检修维护工作量。

3.3 增压风机适应负荷变化的范围较大

根据该工程的布置情况，整个脱硫系统的旁路放置在吸收塔入口烟道上，只要主机投运，不论脱硫是否运行，增压风机都需运行，即增压风机充当二级引风机的作用。因此，在锅炉点火、起动、从低负荷逐步稳定到BMCR工况过程中，增压风机都要运行，所以增压风机不可避免也需要在机组低负荷的工况下运行。这就对增压风机适应工况的范围提出了较高的要求，这也是区别于常规湿法脱硫增压风机的设计选型。

常规湿法脱硫是在机组运行稳定后，才开始启动增压风机及脱硫系统。通常脱硫工艺条件及控制逻辑上，在机组负荷低于30%～40%BMCR工况时，脱硫系统便退出运行，其目的一是保护脱硫浆池中的浆液不受主机稳燃时所带油枪污染；二是避免增压风机与锅炉引风机联调时产生较大的波动影响主机的稳定运行。

但该项目要求对增压风机运行的工况范围较大，因此必须适应锅炉的运行工况，远离喘振点。

在该项目的风机选型问题上，考虑到主机可能存在低负荷运行、锅炉点火等不利工况，对增压风机加装了防喘振装置（即KSE），使增压风机在低负荷运行时可远离喘振区域，并在原有的选型基础上，加大了一号风机叶轮，从而保证了机组的正常、稳定运行。

3.4 冷却水系统

由于间冷塔内布置的浆液循环泵、氧化风机等的高压电机采用了水冷，因此，整个系统需要约70m3/h冷却水，最高冷却水温不超过33℃。如冷却水不能采用电厂的闭式循环冷却水，则经设备冷却过后的水要回到工艺水箱继续到系统回用，此时存在工艺水与冷却水量平衡的问题。因此，如采用间冷塔的设计方案，主体设计需要提前考虑高温间冷塔内脱硫设备的冷却水用量。