火电厂脱硫改造及增压风机RB试验

于庆彬，庞向坤，王蒙，张香春

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250002；2.华能沾化热电有限公司，山东滨州256800）

·经验交流·

火电厂脱硫改造及增压风机RB试验

于庆彬1，庞向坤1，王蒙1，张香春2

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250002；2.华能沾化热电有限公司，山东滨州256800）

对比研究脱硫系统分设模式和合一模式，以某300 MW机组为例，介绍了脱硫系统合一模式改造后引风机的选型及方案实施过程。对于分设模式，在某335 MW机组上尝试性地进行了脱硫增压风机减负荷（RB）试验，为增压风机跳闸控制策略的选择提供了有效依据。

脱硫系统；增压风机；引风机；减负荷试验

0 引言

火电机组煤粉在炉膛内燃烧，换热后的烟气经除尘后由引风机送烟囱排出。废气若不经任何处理，会排放大量SO2，造成酸雨污染。国家最新颁布实施的GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》对火电厂SO2的排放提出了更加严格的限制，环保部门也加大了对火电机组烟气排放质量的考核力度，因此采用先进的脱硫控制方案及脱硫工艺是极其重要的。同时国家严格要求新建机组和已投产机组的脱硫系统取消100%烟气旁路。

1 脱硫系统方案

对于新建电厂，脱硫系统与主体发电工程同步施工，从工艺流程角度来说，不必将烟气脱硫部分划分为单独的烟气系统，可以从整体考虑引风机的出力和扬程，克服从炉膛到脱硫系统到烟囱的全部阻力，不必单独设置脱硫增压风机。

对于投产时间较早的电厂，无脱硫装置，则要单独设计并建造烟气脱硫系统，原有的引风机出力一般未考虑脱硫系统的阻力，若引风机功率较小，则需要在脱硫系统中安装脱硫增压风机，其压头用来克服脱硫系统的阻力，包括脱硫烟道的阻力、脱硫吸收塔的阻力和烟囱内的排烟阻力，若系统设置有GGH（气—气换热器），还包括GGH的阻力。

因此，脱硫控制系统引风机和增压风机的设置有两种方案：一是将引风机和脱硫增压风机合二为一，简称合一模式；二是分别设置引风机和脱硫增压风机，简称分设模式。

脱硫工艺一般采用就地强制氧化方式的石灰石—石膏湿法，具有成本低、技术成熟、脱硫效率高、脱硫剂利用率高、系统稳定和可靠性强等特点而得到广泛应用［1］。

2 合一模式技术改造

除新电厂外，已投产电厂进行脱硫系统建设也可选择合一模式进行：不配置增压风机，拆除原引风机，根据引风机裕量重新选型安装。这种合一方案完成后，风烟系统不增加新设备，具有运行维护简单、能耗低、可靠性高的优点。从控制角度来说，分设模式在机组负荷变化时，需要同时协调控制两种风机，控制方案比较复杂。而采用合一模式，控制对象仅为引风机，风量指令响应准确迅速，逻辑较简单。另外在老电厂中随着增加脱硝系统、电除尘改造、变频改造、低压省煤器改造等项目的实施，烟道阻力增大，有的也将原分设模式改为合一模式，一次性地解决了引风机裕量不足的缺点，拆除增压风机后不必再考虑增压风机跳闸的处理问题。

国内某300 MW亚临界机组，原脱硫系统采用分设模式，根据国家要求，计划新增脱硝系统，厂家提供试验数据，烟道阻力增加约500 Pa。另外，旧引风机裕量不大，且有过增压风机跳闸触发MFT，影响机组安全性和经济性。在此情况下，将脱硝系统建设与脱硫系统改造同时进行，取消增压风机及烟气旁路，对引风机重新选型，进行合一模式技术改造。

2.1 风机选型

引风机选型应按照DL 5000—2000《火力发电厂设计技术规程》的规定：“锅炉引风机的基本风量按锅炉燃用设计煤种和锅炉在最大连续蒸发量时的烟气量及制造厂保证的空气预热器运行一年后烟气侧漏风量及锅炉烟气系统漏风量之和考虑；风量裕量不低于10%，另加不低于10℃的温度裕量；风机的压头裕量不低于20%。”合一模式改造后的引风机出力应考虑克服炉膛至烟囱的全部烟道阻力、除尘器等设备阻力、烟囱阻力、脱硫装置及管道阻力、脱硝阻力（400 Pa）、各种压头损失之和。因此需要合理选择风机运行参数，且风机控制必须具有良好的性能曲线，保证风机处在高效区工作，提高设备运行效率［2］，以适应锅炉负荷的大范围波动，以及脱硫及脱硝系统有可能发生的解列情况造成对炉膛及烟道造成的正压冲击。

表1为该机组原分设方案引风机和增压风机参数。风机选型前，在220 MW和300 MW工况下对甲乙引风机及增压风机进行热态性能试验。将两种工况下的参数按照流量与蒸发量、压力的关系，换算到TB工况和BMCR工况，考虑到脱硝系统阻力增加500Pa、煤质变化及其他系统改造带来的阻力改变等因素，且风机流量裕量和压力裕量均为20%左右，由此确定新引风机参数如表2所示。

表1 原引风机、增压风机参数

表2 新引风机参数

2.2 方案实施

新引风机参数确定后，按照DL／T 468—2004《电站锅炉风机选型和使用导则》的要求，对新风机稳定性、可靠性、经济性及整套改造项目的可行性进行详细分析、试验和论证，制定最合适的改造方案，最终该300 MW机组选择双级动叶可调风机作为新的引风机。方案实施过程简述如下。

1）拆除原引风机，安装新风机，并根据新风机及配套电机要求对原有油站、仪表箱、管道等设备进行改造和重新安装。

2）拆除增压风机、100%烟气旁路及相关挡板设备，对原有烟道、连接部件等进行重新设计安装。

3）对新风机性能曲线和DCS逻辑组态进行优化调整，满足送风量对引风量的协调要求、炉膛负压及脱硝系统的要求，保证新风机运行安全、稳定、节能，避免恶劣工况下发生喘振、失速等现象。

4）采用合一模式后，引风机压头较高，为防止炉膛内爆，需要对炉膛抗压能力进行全面评估，对薄弱部位及承压设备进行加固处理，提高运行安全性。

3 分设模式

采用合一模式，具有技术可靠、经济性较好、运行维护量少、占地面积少的优点，新建火电厂宜优先采取该方案。但该方案也存在前期论证、热态试验、方案设计及施工周期较长的缺点，且存在炉膛及承压部件内爆的隐患，风机更换一次性投资较大，因此很多老机组依然采用分设模式，即配置增压风机。

很多老机组在初始建设脱硫系统时，设置了100%旁路烟道。但当脱硫系统解列时，锅炉尾部烟气可不经脱硫系统而直接排入大气，造成环境污染。根据新的国家环保要求，需取消烟气旁路，即尾部烟气必须经脱硫系统处理，达标后方可排放。

国内某电厂一期335 MW机组采用石灰石—石膏湿法脱硫系统FGD，设计脱硫效率95%。每台炉设1台吸收塔和1套烟气系统，1台增压风机设计在FGD装置进口原烟气侧（高温烟气侧）运行，吸收塔采用喷淋塔，内衬橡胶防腐。脱硫系统改造前原设计有烟气大旁路，如图1所示，4为原烟气大挡板，7为大旁路。4打开后，烟气不经脱硫系统直接排入大气。改造后，大旁路取消，改造为烟气小旁路，即增压风机旁路烟道，出口设计在增压风机5的出口处，原大烟气挡板此时变为烟气小挡板，作用只是旁路增压风机，当增压风机跳闸后联锁打开挡板，全开时间约为5s。增压风机跳闸后，吸收塔正常工作，石灰浆液循环泵保留两台运行，不会造成排烟温度高于设计烟温，影响防腐材料和非金属部件。

图1 改造前后脱硫系统流程

4 增压风机RB

增压风机跳闸后，联锁打开小旁路挡板，风机出口正压瞬间加到烟道和炉膛内，烟气量的剧增会引起引风机负荷的瞬间增大，此时脱硫系统中的石膏浆液循环泵的运行也会对烟气的排出带来一定的阻力，引风机出力不足易造成喘振，对设备安全带来巨大隐患；烟气若不能及时排出，烟气量的瞬间增大也会对烟道内承压部件造成冲击。同时旁路挡板打开后容易形成烟道回流，可能引起增压风机倒转，也会对风机动调造成破坏。因此基本所有电厂都将增压风机跳闸作为触发MFT的信号之一［3－4］。

MFT作为机组最重要的保护信号，提高了机组运行的安全性，但也牺牲了启停机的经济性。2012年对335 MW机组进行脱硫旁路改造，经过详细地分析、热态试验及多次研究、讨论和论证后，尝试性地将增压风机跳闸作为RB信号之一，不触发MFT。在进行增压风机RB试验前，主要进行了如下工作。

1）引风机裕量分析。增压风机跳闸对机组最大的影响是对烟道、引风机入口、炉膛压力的冲击。增压风机跳闸后，仅有引风机一种设备将烟气及回流大气排出锅炉，同时还要克服脱硫系统、脱硝系统、烟道等设备的阻力，因此引风机具有足够的压头是保证RB成功的基础。该机组在投产时，选用的两台引风机功率较大，流量、压力裕量在25%左右，配套电机过流保护定值也较高，保证了一定的安全裕量。

2）热态试验。机组大修时对增压风机进行跳闸试验，确定增压风机入口压力的阶跃值。根据增压风机热态试验数据分析烟道、承压部件等设备的抗压性，对相应薄弱部分进行加固处理。

3）增加锅炉MFT跳闸条件。FGD入口原烟气温度大于170℃，延时3 s触发MFT。同时浆液循环泵全开，达到快速降温的目的。FGD入口原烟气压力大于2 600 Pa或小于－2 600 Pa，延时3 s触发MFT。浆液循环泵全停，且吸收塔出口烟气温度高于75℃，延时2 s触发MFT。因为浆液循环泵全停后，无法对锅炉送出的高温烟气降温，会对吸收塔内除雾器、防腐内衬塔等设施造成破坏，因此浆液循环泵全停，锅炉触发MFT。

4）增压风机RB时，只保留两台浆液循环泵运行以降低排烟阻力。机组主控降负荷至181 MW，不设置降负荷速率，调整滑压曲线，且保持两台引风机自动运行，根据负荷及炉膛负压调节风量，同时增加增压风机跳闸后的引风前馈，以起到快速克服压力扰动的目的，但前馈作用不能太强，防止炉膛负压产生大幅波动，且前馈作用应逐渐释放。

由于增压风机RB试验没有经验可以参考，且危险性较大，所以首次试验是在低负荷下进行的。某日18∶54∶30，运行人员手动打掉增压风机，跳闸时增压风机入口原烟气压力为－173.11 Pa，18∶55∶10原烟气压力增至1 132.14 Pa，出口烟气压力由1 000.2 Pa降为869.4 Pa。由于引风机功率较大，引风机开度由45%逐渐降至40%，电流变化不大，动调风压逐渐增加，风机未出现喘振，炉膛压力最高达-4.8Pa，最低-250.0 Pa。负荷由233.6 MW降至201.8 MW，同步联开旁路挡板，自动投油，保留两台浆液循环泵运行，汽包水位、主汽温等主要参数变化正常。安全起见，待主要参数稳定后，负荷未降至RB复位值，18∶56∶52运行人员手动结束RB试验。主要参数的变化趋势如图2所示，试验的完成也验证了增压风机RB的可行性。

图2 增压风机RB各参数变化趋势

5 结语

对于新机组来说，选择合一模式设置脱硫系统是比较合适的，该方案运行维护简单、安全性强、能耗低、经济性好，且锅炉尾部烟气排放系统与烟气脱硫系统形成一个紧密相关的整体，调节对象单一，烟气系统响应负荷变化较分设方案迅速、准确［5］。对于老机组来说，由分设模式改造为合一模式虽有较多优点，但存在施工周期较长影响发电量、风机选型及烟道改造较困难、风机一次性更换投资较大的缺点，可采用分设方案。对于分设方案，取消脱硫旁路后，增压风机跳闸需要在充分考虑风机出力、对烟道及炉膛的压力冲击、烟气超温等危险因素的基础上，选择触发MFT还是RB。机组成功进行的RB试验取得的各项数据为增压风机跳闸的处理方式提供了新的参考依据。脱硫增压风机RB控制策略的实现可在保障脱硫电价的长期收益和减少机组非停损失两方面带来可观的经济效益。

［1］徐耀鹏，吕宏俊.强制氧化风量对湿法脱硫系统的影响分析［J］.电站系统工程，2011，27（3）：35-37.

［2］杨俊波，侯庆伟，祁金胜，等.引风机前烟道阻力特性分析［J］.电站系统工程，2011，27（1）：69-70.

［3］陈华桂，戴兴干.现役燃煤机组脱硫旁路拆除的影响及对策［J］.江苏电机工程，2012，31（4）：68-71.

［4］李勇，杨杰，计文君..660 MW空冷机组取消脱硫旁路运行方案分析与实施［J］.河北电力技术，2011，30（5）：48-52.

［5］孙灏，李奕，蒋丛进.锅炉引风机和脱硫增压风机合并研究［J］.华北电力技术，2012，（5）：12-16.

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

于庆彬（1982），男，工程师，主要从事火电厂热工自动优化及试验工作等。