宁海电厂 600 MW机组湿法烟气脱硫系统的优化研究

邱振波

(神华国华北京热电分公司 宁海项目部,北京 100025)

宁海电厂 600 MW机组湿法烟气脱硫系统的优化研究

邱振波

(神华国华北京热电分公司 宁海项目部,北京 100025)

通过对宁海电厂 4×600 MW机组脱硫系统的研究分析,提出了烟气脱硫系统的优化方案,包括工艺的设备优化、系统的运行优化、系统的国产化等内容。期望通过此优化方案,可使 FGD系统简化,投资、运行费用大大减低,并增强机组和FGD系统本身的安全可靠性。

烟气脱硫;优化;运行

0 引 言

燃煤发电厂节能减排工作的重要任务之一就是确保烟气脱硫系统的可靠、稳定运行。由于脱硫技术主要依靠引进,有关脱硫系统的设计、设备建造、施工、调试、性能试验、运行等技术规范不够完善,不少脱硫工程为了抢时间而仓促上马,系统在调试、运行中暴露出来的问题较多,集中表现为设备性能差、运行不稳定、经济性低下等[1]。

宁海电厂一期工程石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统,自 2005年年底第一台机组脱硫系统投运以来,到 2006年 11月,1～4号机组脱硫系统都已与主机同步投入运行。脱硫系统运行后存在很多问题和隐患,根据运行的情况,提出脱硫系统的优化方案。

1 运行过程中主要问题及优化方案

1.1 吸收塔腐蚀问题及优化

宁海电厂一期工程吸收塔系统取消了一般脱硫工程中使用的气 -气加热器 (GGH)系统,虽减少了系统运行以后的维护工作量,提高了系统的可靠性,但同时也因为没有 GGH,使脱硫后的烟气温度较低 (一般在 50℃左右),而且烟气含水较重,对管道的腐蚀也相应增加。宁海电厂4×600 MW机组吸收塔出入口烟道采用玻璃鳞片防腐,如今烟道的腐蚀问题比较严重,经常出现后烟道泄漏现象 (如图 1)。同样,吸收塔壁面也经常出现因腐蚀而泄露的问题,造成这种现象的主要原因就是内壁起防腐作用的玻璃鳞片被破坏(如图 2)。

此问题的优化方案是：

(1)选用质量好的防腐材料是关键。二十多年的应用实践表明,鳞片涂料衬里是湿法烟气脱硫系统 (FGD)设备防护最为经济有效和可靠的方法。高性能防腐蚀涂料按所采用的树脂可分为环氧树脂、不饱和树脂和聚脂树脂、乙烯基酯树脂、聚氨脂树脂等品种。所采用的耐蚀鳞片有玻璃鳞片、不锈钢鳞片、云母鳞片和石墨鳞片等。按涂料黏度可分为鳞片涂料、鳞片厚浆涂料和鳞片胶泥 3种。可以根据烟气流动情况进行研究分析选择合适的防腐材料。

(2)对烟道的改进：在 FGD入口烟道上预设喷水。运行表明,FGD吸收塔入口烟道上积灰严重,同时过多的飞灰对 FGD系统有不利影响。预设喷水不仅可以保证 FGD系统的运行,提高脱硫效率,而且可以提高副产品石膏的品位[2](对石膏回收工艺来说十分重要),同时在紧急状态下,可保护系统内设备和防腐不受高温烟气的损坏。

1.2 浆液循环泵的问题及优化

宁海电厂 4台机组的脱硫吸收塔,均配有 3台循环泵,且机组正常运行时 3台循环泵均投运,无备用设备,如果循环泵出现问题停运,就会影响到脱硫系统的运行。此问题在通过对循环泵基础、电机的初步改造,并加入脱硫添加剂,尝试二运一备,可效果不理想,大部分时间为 3台循环泵同时运行才能保证脱硫效率,并易造成循环泵出口管路堵塞。

优化方案如下：(1)在机组调停时彻底清理管路堵塞问题;在保证吸收塔管路畅通的情况下,加强对脱硫添加剂的效果实验,提高设备的节能指标。(2)优化浆液循环泵的运行方式。浆液再循环泵是 SO2吸收系统最主要的耗电设备,增加循环泵投运台数即提高液气比,可以提高脱硫率,使浆液 pH值降低,石灰石利用率也随之提高;反之,则必须提升浆液 pH值,对系统运行有诸多不利。在实践中应充分利用这些工艺参数之间的逻辑关系,根据入口烟气 SO2的浓度对循环泵运行方式进行调整优化,在保持脱硫率稳定的前提下,总结出循环泵最佳运行方式,运行人员按照最佳方式对循环泵的切换、组合投运方式进行控制,可以使系统运行稳定,而且节电效果显著。另外可以通过在吸收塔内增加托盘,提高液气接触面积的方式,投入 2台循环泵就可达到 95%的脱硫率。当机组负荷或原烟气 SO2浓度短期内较高时,运行人员可充分运用浆液 pH值对脱硫率的调控作用,即适当提高浆液 pH值,无需增开第 3台循环泵,也能达到考核的脱硫效率,实现设备的节能运行。

1.3 地坑系统存在问题及优化方案

在 FGD停运时要进行冲洗,冲洗水收集在各自的排水坑内,吸收塔区域、石膏脱水区共设置5个排水坑。

(1)脱硫系统各种泵的排污门及罐体的排污都要排入地沟,造成地沟经常性的堵塞。优化方案：在脱水区域的地沟处加装喷嘴,使进入地沟的石膏浆液自动进入地坑。地沟保持畅通,各种泵及罐体的排污能够正常进行,能够提高检修工作效率,保证了设备系统的正常运行。

(2)每台机组均设置了一台地坑泵,没有备用泵,如果地坑泵需要长时间检修,地坑内浆液外溢,造成环境污染。另外,地坑泵的出力不足,且排水管路太细窄,遇雨天,液位较难控制,虽然有潜水泵,但不是运行长久之计。优化此问题的方案：一是更换地坑泵且出力至少要超过40m3/h,同时更换相应直径的管路;二是每台机组增设一台排水坑泵,做到一备一用。

(3)取消脱硫区域地坑自吸箱液位 W报警。该报警频繁出现,而实际报警的意义并不大,影响监盘人员对其它报警的确认及判断。

(4)地坑泵由于自吸罐液位的变化经常出现跳闸现象,严重影响了泵的使用寿命。优化方案是：更换控制逻辑,采用液位高低控制,延长地坑泵使用寿命。

1.4 石膏脱水系统存在问题及优化

石膏浆液缓冲箱泵经常出现堵塞和管道、阀门、机械密封泄露现象,石膏旋流站和废水旋流站旋流子经常堵塞和泄漏,严重时使石膏浆液不能及时脱水,影响了 FGD的投用率。原因主要是该泵运行工况较为恶劣,流体介质石膏浆液浓度高、黏度大,浆液中存在的大量沙子,对泵体及管道的冲刷力大,磨损严重。针对此问题,特提出以下优化方案。

现在的石膏脱水工艺流程,由 4台吸收塔石膏排出泵,将 25%浓度的石膏浆液从吸收塔打入石膏浆液缓冲箱,再用石膏浆液缓冲箱泵输送到安装在石膏脱水车间顶部的石膏旋流站进行一级脱水。浆液浓缩到浓度约 55%的底流浆液自流到真空皮带脱水机进行二级脱水,经二级脱水后,石膏浆液被脱水到含 90%固形物和 10%水分。

以上脱水系统可以进行如下优化：将吸收塔内生成的固体含量 25%的低浓度石膏浆液,经石膏浆液排出泵直接打入位于真空脱水皮带机上方的石膏旋流器,使石膏的水份脱至 55%。55%浓度的石膏浆液通过重力自流到真空皮带机进行二级脱水,石膏的含水量降至 10%以内,随后进入石膏仓。优化后石膏脱水工艺流程主要是去除了中间高浓度石膏浆液缓冲箱储运环节。

去掉石膏浆液缓冲箱后需要进行各方面的重新设计,包括排出泵功率的计算、管材的选取、控制系统的修改等。但从长远来看,此种运行方式较大幅度地降低了生产运行、维护成本,由于简化流程和减少设备而节约厂用电,避免因石膏浆液泵故障而启用事故浆液运行系统,从而节约事故启动用电量,有一定的经济性。

1.5 共性问题

(1)管道磨损、堵塞、泄漏问题及优化。管道长期运行在恶劣的流动介质中,受到冲刷和腐蚀,经常出现泄漏、磨损、堵塞问题。对于衬胶管道,在一定程度上起到了防腐、防磨的效果,但是一旦衬胶破裂、脱落,衬胶会堵在管道内阻止浆液的流动,造成管道堵塞,又给检修带来困难。针对此问题,从脱硫系统的实际介质状况出发,经过反复比较目前工业管材的优劣,从防腐、防磨、防垢等多方面考虑,建议选用孔网钢塑复合管。此品种管道不仅具有防腐、防磨、防垢的特性,主要是管道内壁较光滑,内磨擦阻力小于金属管和金属衬胶管,加上已有孔网钢塑复合管在 FGD系统排污管道使用的经验,经综合考虑和论证,确认孔网钢塑复合管也同样适用于石膏浆液管道。

(2)机械密封泄漏问题及优化。脱硫系统中各种泵的机封均存在不同程度的泄漏问题,尤其是吸收塔搅拌器的机封更是经常性的泄漏,有的机封使用不到一个月就出现泄漏现象,浪费了大量的人力物力,严重时甚至造成脱硫效率降低。另外,石膏浆液缓冲箱泵机封、排出泵机封、废水缓冲箱泵机封、地坑泵机封等均存在泄漏问题。究其原因,主要是机械密封的制造质量及工艺存在问题,同时,检修人员的安装水平也存在问题。对此,特提出优化方案：a.选择名牌产品,更换质量好的机械密封。同时,对检修人员进行检修工艺的培训,因为机械密封的安装技术水平要求较高,需要进行专门培训后方可进行工作。目前,宁海电厂一期维护班组中能够独立进行此项工作的员工数量有限。b.因为进口机械密封的价格昂贵,国产设备又存在质量问题,可以和研究院或者大专院校进行合作交流,找出解决此问题的办法。c.阀门内漏问题及优化。脱硫系统由于其大部分管路中传输的都是二相介质石灰石浆液和石膏浆液,对管路和系统内的阀门腐蚀和冲刷作用较大,致使系统内的阀门经常发生内漏现象。根据国内脱硫系统运行状况,主要系统如浆液循环系统、浆液供应系统、浆液排放系统等阀门均应采用进口阀门或质量相对较好的国产阀门。

2 工艺参数的合理调整

浆液 pH值、密度、液气比、浆液停留时间等是脱硫系统运行的关键工艺控制参数,不但影响脱硫性能,与经济性的关系也非常密切。通过脱硫调试和运行实践,总结出主要运行参数与脱硫性能、经济性的关系见表 1。运行人员可根据这一规律,综合考虑脱硫性能和电耗、粉耗等经济性因素,适时调整运行参数。

表 1 湿法脱硫的主要运行参数与脱硫性能的关系表Tab.1 Relationshipbetween themain operating param eters of FGD and desulphurization perform ance

运行实践证明,液气比、浆液 pH值和钙硫比控制在一定的范围内时可以起到最佳效果。宁海电厂 600 MW机组额定负荷时入口烟气 SO2的浓度约为 1 710 mg/m3,当进料石灰石粒径为 40 mm、气液比为 12.89、钙硫比为 1.03时,石灰石粉耗为 23.96 t/h,电耗为 19 195 kW/h,此时的系统运行稳定,脱硫效率在 95%以上,而且节电效果显著。

3 国产化研究

因系统设备进口率高达 80%,采购周期长、设计缺陷等因素,严重制约着除灰脱硫系统的正常运行,同时高额的进口配件费用使生产成本剧增。为降低运行成本,防止因进口设备备件影响设备的正常运行,要做好设备的国产化。从设备运行和劣化分析入手,提出需国产化设备清单,编制相应计划,利用国内先进设备和技术,促进脱硫设备的国产化率。

(1)石膏浆液循环泵国产化。利用 FGD停役的机会,拆卸石膏浆液循环泵进口短管,对其过流部件进行检查,拍照存档并录入劣化跟踪。由于脱硫石膏浆液循环泵一直处于满负荷运行,加上石灰石粉品质、进口滤网堵塞等因素,造成脱硫石膏浆液循环泵叶轮严重磨损和气蚀,已影响到 FGD正常运行和脱硫效率。根据石膏浆液循环泵的使用工况,积极寻求国内专业制泵厂商,通过技术上的论证以及制造商的业绩,以最可靠的设备、最优产品质量、最佳经济性为标准,各项主要参数不得低于进口设备为宗旨,进行综合评定。目前已完成浆液循环泵叶轮的国产化,运行效果良好。

(2)机械密封的国产化。FGD系统转动设备较多,动静部分的密封均采用机械密封,各种规格和型号有二十余种,使用的工况和介质又有所不同,密封形式各异。针对上述特点,精心选用,确定有关厂商的产品,主要应用于石膏浆液循环泵、工艺水泵、吸收塔搅拌器、废水旋流泵、废水泵、石灰浆液循环泵、排出泵等。目前已完成对脱硫系统各浆液泵和吸收塔搅拌器的机械密封的国产化,但是效果不太理想,尤其是吸收塔搅拌器机械密封,更换不到一个月就出现泄漏现象。对此,应当通过综合分析确定机械密封的选择。

(3)其他部件的国产化。在日常维护中,也对其他设备出现的缺陷寻求国产化对策。石膏漩流站及废水漩流站漩备件、吸收塔搅拌器桨叶、桨叶调节阀、除雾器和吸收塔喷嘴等设备均已完成了国产化。但是在国产化的过程中,需要严格按照工艺要求进行选择。

4 总 结

火电厂 SO2的控制势在必行,FGD技术将大规模地得到应用。然而 FGD系统的投资大,一定程度上制约了 FGD系统的应用。加快对已有技术的消化吸收,实现脱硫技术和设备的国产化,并开发出具有自主知识产权的 FGD技术。同时可以通过本文提出的 FGD系统优化的思想,进行 FGD系统的设计和运行优化,将使 FGD系统投资运行费用大大减低,增强机组和 FGD系统本身的安全可靠性。

[1]舒惠芬.脱硫工程后评估的必要性及对后评估工作的建议 [J].中国电力,2005,38(11)：66-68.

Shu Huifen.Necessity of post-FGD engineering evaluation and suggestions for evaluating measures[J].Electric Power,2005,38(11)：66-68.

[2]周至祥.湿式石灰石—石膏法排烟脱硫装置的问题和对策 [J].四川电力技术,2001(1)：19-25.

Zhou Zhixiang. Major Prob lem and countermeasure on flu gas desulphurization equipmentwith wet limestone gypsum method.SICHUAN Electric Power Technology,2001(1)：19-25.

Research on Optim ization ofWet FGD System in Ninghai Power Plant

Qiu Zhenbo
(Ninghai Project Department,ShenHua GuoHua Beijing Power Plant,Beijing 100025,China)

The current problem s in the processes of the FGD system in Ninghai 4×600 MWpower plant are analyzed.The optim ization programs of the FGD system are proposed.Including the equipmentoptimization,operation optimization and localization of the system.With this optimization solutions,the FGD systems can be simplified.Investment and operating costs can be reduced greatly.The safety and reliability of the Units and FGD system also be enhanced.

flue gas desulphurization;optimization;optimum

X701.3

A

2009-12-04。

邱振波 (1979-),男,工程师,从事脱硫系统维护工作,E-mail：zb_qiu@163.com。