湿法烟气脱硫取消旁路烟道的技术可行性分析

李忠华,薛建明,王小明,柏源,王振宇

(国电环境保护研究院,江苏南京 210031)

湿法烟气脱硫取消旁路烟道的技术可行性分析

Feasibility analysis on canceling bypass duct in FGD system

李忠华,薛建明,王小明,柏源,王振宇

(国电环境保护研究院,江苏南京 210031)

结合近几年国内烟气脱硫工程的建设和投运情况,从旁路烟道的作用、国内外的设置情况和要求、取消烟气旁路的技术特点以及取消旁路烟道的技术可行性等方面进行分析研究,提出取消旁路烟道的建议和采取的措施。

湿法脱硫;旁路烟道;技术分析

1 旁路烟道的作用[1-2]

在石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺中,旁路烟道是指烟气不经过脱硫装置,直接通往烟囱排入大气的通道(见图1)。旁路烟道是引风机出口至烟囱的一段烟气通道,脱硫装置进、出口烟道均开口在旁路烟道上,旁路挡板门也安装在旁路烟道上,并通过旁路挡板来实现100%烟气脱硫或部分烟气脱硫甚至停运。旁路挡板门的开关状态是判断脱硫装置是否正常投运的关键标志。

图1 典型湿法脱硫烟气系统

旁路烟道的作用是在机组冷启动投油时、脱硫设施发生故障或临时检修以及烟气参数超出FGD系统的运行能力时,打开旁路挡板门让烟气不经过脱硫装置直接从旁路烟道经烟囱排入大气,不影响发电主机正常运行,同时确保FGD系统设备的安全。机组冷态启动时,锅炉投油点火,电除尘器解列开,烟气中含有大量的油烟和粉尘,为避免烟气进入脱硫装置造成脱硫系统设备堵塞和介质污染,降低脱硫系统的性能,烟气直接经过旁路烟道进入烟囱。FGD或机组故障时,快速开启旁路挡板,关闭FGD进、出口挡板,烟气经旁路烟道直接经烟囱排入大气,以便对脱硫装置进行检修,不对主机运行产生影响。并保护脱硫系统设备不受损坏。

2 国内外旁路烟道设置

2.1 国外旁路烟道设置

国外发达国家FGD装置旁路烟道设置情况不尽相同,不同国家有不同的做法[3]。日本部分电厂设置旁路烟道,主要基于在突发事故情况下进一步保护脱硫装置安全。欧洲电力行业尚无不设置旁路烟道的规定,德国和日本一样,燃煤机组过去一般均设旁路烟道。近期新建脱硫装置大多不设旁路烟道。美国对旁路烟道设置无硬性要求,以前FGD一般考虑设置旁路烟道。主要考虑在FGD故障工况下能通过旁路保证机组的正常运行。

在发达国家,取消旁路烟道已成为一种趋势,但并无必须取消旁路烟道的相关规定。主要有二方面:一是发达国家脱硫装置脱硫设备质量较好、运行可靠性较高,FGD基本不会影响主机的安全运行;二是环保法规相对健全,排放标准比较严格,颁布了一系列严厉的环保处罚措施。

2.2 国内旁路烟道设置

国内火电厂已投运或正在建的湿法烟气脱硫装置一般设100%旁路烟道,并安装具有快速开启功能的旁路挡板门;少数电厂取消了旁路烟道,如福建后石电厂和国华三河电厂等。近来国内脱硫装置的投运效果不理想,导致SO2排放量不仅没有减少反而增加了很多,这引起了国家发改委、国家环保部的高度重视,提出了取消旁路烟道的设想。2009年1月,国家环保部以环办[2009]8号文的形式,对旁路挡板门提出了明确的要求,“切实加强脱硫设施的运行、维护和管理,确保脱硫设施的正常运行,严禁开启烟道旁路运行和严禁脱硫设施无故停运。”

为了进一步改善生态环境,提高脱硫装置的综合脱硫效率和系统投运率,环保部门加强了对旁路挡板门的管理。目前,已建或在建的电厂石灰石/石膏湿法FGD系统中绝大部分都设置了烟气旁路,但普遍存在脱硫装置旁路挡板门开启运行的现象,主要原因有如下[4]:

(1)前一段时间,国内存在电煤供应紧张,发电企业为了维持生产,入炉煤硫分明显高于设计值(个别电厂实际燃煤硫分为设计值的242%),设计燃煤硫分根本得不到保证,脱硫设施无法正常运行;

(2)部分脱硫公司技术水平落后,导致其建设的脱硫装置存在问题,达不到设计要求,装置经常需要停机检修,可用率较低;

(3)部分电厂环保意识不强,设备运行缺乏维护管理,脱硫装置不能正常投运;有的电厂脱硫装置甚至处于“热备投”状态。

3 取消旁路烟道FGD的技术特点[5]

3.1 取消旁路烟道的工艺流程

取消旁路烟道工艺流程是:烟气→引风机→吸收塔→烟囱(凉水塔)。烟气从锅炉、电除尘器出口引出,经引风机升压后,进入吸收塔,在吸收塔内吸收SO2,净烟气经除雾器除去雾滴后,再进入烟道经烟囱(冷却塔)排放。因原烟道上没有设置有旁路挡板,在脱硫系统故障停运和检修时,需要机组停运,从而保证机组安全稳定运行。

3.2 取消旁路烟道的技术特点

(1)没有旁路烟道。烟气出引风机后直接进入脱硫吸收塔,处理过的干净烟气直接经烟道进入烟囱,排入大气。没有传统的旁路烟道,这是取消旁路烟道的FGD技术最基本的技术特点。

(2)脱硫增压风机和锅炉引风机合并设置。锅炉引风机出力克服锅炉平衡通风点至烟囱的全部通风阻力,使得烟气顺利进入烟囱;取消脱硫增压风机后可节省工程建设一次性投资较费用、节省厂用电以及运行维护费用等,同时也增加了系统可靠性性等。因此,对于采用无旁路FGD技术的新建机组,将增压风机和引风机合二为一是最佳选择。

(3)取消GGH。设置GGH的目的主要是防止出口烟道和烟囱等设备腐蚀。如果烟道和烟囱没有防腐涂层,当脱硫系统烟气出口温度低于露点温度时,就会对这些设备造成严重的腐蚀。这种情况下,烟气必须利用GGH加热后才可以进入没有防腐措施的烟道和烟塔。对于新建机组,取消旁路烟道后,在脱硫吸收塔出口烟道采用玻璃钢烟道,烟囱内附防腐涂层,避免了被湿烟气腐蚀的危险,从而具备了取消GGH的条件。

4 取消旁路烟道可行性分析

取消烟气旁路烟道后,锅炉、电除尘器、引风机和脱硫装置成为串联的系统。脱硫装置必须与主机设备按照同样的标准和要求进行运行和维护,才能保证全厂生产设备的利用率和发电小时数。

4.1 在建和已投运的FGD装置[3,5]

4.1.1 工艺设计和设备配置

(1)工艺设计。由于承包商水平不等,FGD系统脱硫率的参数选择不当,影响了系统的正常运行,使脱硫效率达不到设计要求、石膏品质不能满足设计要求。取消旁路烟道,需要进一步核算脱硫装置的设计参数,对不能满足系统要求或设计不合理的进行修正;进一步完善设备的配置保证足够的余量,同时设备的质量要得到保证,以保证设备的投运率,进而保证脱硫装置的投运率。

(2)设备配置。部分系统设备配置没有足够的余量,不能满足燃煤硫分和机组负荷的变化;设备选型不能满足设计要求,达不到系统的处理能力,影响脱硫装置正常运行;由于FGD市场存在严重的低价竞争,脱硫设备质量普遍较差,影响了其可靠性。

工艺设计和设备配置方面,取消旁路烟道,除了需要增加相应的改造费用外,存在一个突出的问题就是按规范要求需要增加设备,而场地有限,导致设备无法按规范配置,出现脱硫装置的利用率不能与主机同步,取消旁路存在一定的风险。

4.1.2 运行和管理方面

从运行管理来看,取消旁路烟道将脱硫装置和主机锅炉、除尘器形成串联的系统,简化环境监控的难度,同时也强制电厂将脱硫装置的运行水平提升到和主机组同样的水平。

对在建和已投运的FGD系统,取消旁路烟道是可行的,但需要进行改造。从运行和管理角度,取消旁路可以提高系统的运行和管理水平。

4.2 新、扩建机组的FGD装置

4.2.1 工艺设计和设备配置

取消旁路烟道,在设计方面带来更多的灵活性,可优化工艺系统、可节省设备[6]。烟气从除尘器出口经引风机直接到吸收塔然后至烟囱排放,工艺流程顺畅,系统中可取消FGD进口挡板、旁路挡板、旁路烟道、取消GGH、增压风机与引风机合并布置等。

在设计时,充分考虑吸收塔入口烟尘浓度高、烟温高等特点,适当增大设备和系统的设计冗余量,简化系统、减少故障点,以确保FGD连续可靠运行; FGD布置可于烟囱(冷却塔)前,节省场地。

4.2.2 工程建设

目前,脱硫工程的建设采用EPC模式,这是交钥匙的模式。EPC是一种先进的工程建设模式,但是从实际工程实施情况看,出现很多问题,并不完全适合中国脱硫市场的现状;取消旁路烟道后,建议新(扩)建机组的FGD建设采用E+PC模式[7](设计单位设计、业主直接采购建设)。

该模式建设的脱硫工程的质量会有大幅度提高,可靠性也随之提高。这对于取消旁路的FGD系统安全性无疑是十分有利的。

4.2.3 运行管理

取消旁路烟道,脱硫系统的运行管理与有旁路的运行管理方式完全不同。在管理方面,将脱硫装置纳入主设备的管理范畴,使脱硫系统的管理水平与和主机一致;在运行方面,有旁路烟道,机组冷启动时,电除尘系统、脱硫系统不投运、烟气走旁路;取消旁路后,电除尘系统和脱硫系统必须在机组启动前启动运行。等离子点火技术的应用可以提前投入电除尘系统和干除灰系统,从根本上保证无旁路脱硫系统的安全运行。

5 结语

(1)对在建和投运FGD机组,取消旁路烟道可以提高FGD系统的运行和管理水平。从技术角度来看,通过采取相应技改措施,取消旁路烟道是可行的。建议对在建和投运FGD机组的石灰石/石膏湿法FGD系统不宜取消旁路。

(2)对于新/扩建机组,取消旁路烟道可优化工艺系统、可节省设备投资。工程建设建议采用E+ PC模式,保证脱硫装置的可靠性,从而确保脱硫装置和主机具有同样的运行水平;在管理方面,将脱硫装置纳入主设备的管理范畴,使脱硫系统的管理水平与和主机一致;等离子点火技术的应用可以提前投入电除尘系统和干除灰系统,从根本上保证无旁路脱硫系统的安全运行。对新/扩建机组,从设计、工程建设和运行管理等方面均具备取消旁路烟道的条件,建议对新/扩建机组鼓励不设旁路烟道。

(3)电厂燃料部门加强燃煤硫分的控制,使入炉煤硫分在设计范围之内,确保脱硫装置的安全、可靠、稳定运行。

[1]杨柳,王世和,王小明,等.火电厂烟气脱硫工程总承包的造价控制[J].电力环境保护,2006,22(1):3-5.

[2]白云峰,许正涛,吴树志,等.脱硫机组取消旁路烟道的技术经济分析[J].中国电力,2008,41(1):73-75.

[3]赵生光.火电厂湿法烟气脱硫取消旁路烟道可行性分析与探讨[J].中国电力,2007,40(6):8l-85.

[4]钱小文,李天晓.湿法脱硫改造下烟囱防腐的若干技术问题[J].电力环境保护,2007,23(1):39-41.

[5]毛永清,宿旭,毕春海,等.烟塔合一无烟气旁路湿法脱硫技术在新建火电机组中应用研究[J].华北电力技术,2009,(2):1-5.

[6]周至祥,段建中,薛建明.火电厂湿法烟气脱硫技术手册[M].北京:中国电力出版社,2006.

[7]曾庭华.FGD系统不宜取消旁路的分析[J].中国电力,2008,41 (2):60-64.

X701.3

B

1674-8069(2010)05-037-03

2010-06-11;

2010-09-03

李忠华(1972-),男,江苏姜堰人,硕士,高级工程师,从事烟气脱硫、脱硝的技术研发、工程咨询以及脱硫工程的建设等工作。E-mail:lizhonghua@vip.sina.com

中国国电集团公司科研项目(Z200703)

Abstract:Based on the construct ion and operation condition of flue gas desulfurization projects at home and abroad,the function and technical characteristics of bypass ductwere analyzed.The feasibility analysis on canceling bypass ductwas studied according to the actualapplication and process requestof FGD system.Some suggest ions on canceling bypass ductwere put fo r ward.

Key words:flue gas desulfurization;bypass duct;techno logy analysis