取消脱硫旁路对机组的影响及优化措施分析

刘文丰，刘武林，刘陆军，曾爱平，刘林权

(1． 湖南省电力公司科学研究院，湖南 长沙410007;2． 大唐华银株洲发电有限公司，湖南 株洲412000;3． 湖南华电长沙发电有限公司，湖南 长沙410203)

随着国民经济的快速发展和电力需求的持续增长，新的火电机组大量建设投产，这些电厂大都按照国家环保要求同步建设或扩建了烟气脱硫装置。国家对电力生产环保工作逐渐重视，火电厂脱硫设施的建设、管理和监控已经逐步进入正轨，特别是火电机组取消脱硫旁路后，脱硫系统的正常运行受到了更多的关注，面临着更高的要求。因此，有必要就脱硫系统对机组控制的影响以及增压风机、引风机联调控制的安全可靠性等进行深入的研究分析，对取消旁路后的脱硫系统提出有效的优化控制措施。

以湖南省内主要火电机组为主，特别是有取消脱硫旁路计划的火电机组进行收资调研，全面地比较分析，提出完整的脱硫系统与主机控制的影响分析及优化措施。着力于了解各发电机组脱硫系统运行现状，对于有取消脱硫旁路计划或意向的机组则侧重于改造方式的优化、逻辑优化以及与主机之间的联动控制策略的优化，以便脱硫旁路改造后最大程度降低主机组的非停风险。

1 项目调研

2011年初，主要通过网络和数据库检索等方式，了解外省取消旁路后脱硫系统及主机运行状况，为湖南省内有取消脱硫旁路计划的火电厂，特别是为保留增压风机的脱硫系统的火电厂提供参考;为取消旁路后脱硫系统与主机之间的联动逻辑完善与整改提供借鉴。基本确认主攻方向:以电厂脱硫系统旁路改造为契机，致力于研究脱硫系统对机组控制的影响及脱硫旁路改造后相应的优化措施分析，降低因脱硫旁路改造所带来的主机组的非停风险，为后续各火电厂逐步进行取消脱硫旁路改造提供范本和实用经验，节约改造试验成本，避免烟气脱硫旁路改造给电厂造成不必要的损失。

2011年下半年，主要对省内投产各火电厂以及2 个调试中的驻马店热电厂和宝庆电厂的脱硫系统深入调查，归纳统计各FGD 重要设备常见问题及关联风险试验数据，检查控制逻辑组态。结合电厂取消脱硫旁路改造项目，相关发电机组脱硫系统情况见表1。

表1 各发电机组脱硫系统情况调查汇总表

2 脱硫系统对机组控制的影响分析

2.1 脱硫增压风机故障情况下引风机出力试验

收集某厂600 MW 超临界机组脱硫系统增压风机检修状态下引风机最大出力试验数据，了解锅炉在增压风机零出力情况下，仅用引风机同时支持锅炉烟气负荷及保障脱硫系统正常工作情况下机组的最大出力。

因引风机增压风机故障，2010年该厂曾将#1 机组增压风机动叶拆除，在脱硫旁路全关的情况下，用引风机支持烟道出力，进行机组带负荷试验，机组功率最高可达400 MW 以上，并能维持稳定运行。在增压风机故障情况下，通过对引风机进行最大出力试验，验证了引风机既能保证锅炉稳燃负荷，又能克服脱硫系统在旁路关闭条件下所带来的烟道阻力，保障脱硫系统正常运行。

脱硫系统旁路取消改造中，许多电厂同时在考虑取消增压风机及对引风机扩容改造，因整个烟道上锅炉2 台引风机出口母管仅有1 台增压风机，无论从节能角度还是机组安全因素考虑，保留增压风机运行都不经济。电厂仅取消烟气脱硫旁路，又保留增压风机随机组同步运行，需要重点考虑增压风机故障情况下，及时采取相应的联动措施，如联动主机送、引风机，甚至通过主机组RB 动作快速减负荷，最大程度地保证机组稳定运行，降低主机的非停风险。

2.2 脱硫及其旁路系统对主机影响验证试验

2011年5月7日，某厂#4 亚临界汽包炉(310 MW)脱硫系统在关闭脱硫烟气旁路后，进行在线停运、启动增压风机试验。

锅炉送、引风机正常运行，脱硫增压风机在线停运，当脱硫系统旁路全关后，运行人员逐步关小增压风机动叶开度，计划关至50%开度后再重新启动增压风机。试验过程中，因增压风机前烟气压力过大(实际值达到1.4 kPa 左右，但未达到安全门动作值)，使烟道膨胀节爆开，试验被迫中止。试验表明，在取消脱硫烟气旁路后，若在线启动增压风机(要求关闭或关小风机动叶)，必须充分考虑烟道的耐压情况，并且一定要尽可能减小主机组功率，减小炉膛送引风量，增压风机动叶开度不能过小，启动时间不能太长。

通过该电厂#4 号炉增压风机的在线跳闸风险试验，进一步掌握取消旁路脱硫系统对引风机后烟道压力扰动情况，为后续的研究、分析提供参考。针对电厂4 号机组脱硫系统的实际特点，优化改进了辅机系统、主机侧风机与脱硫增压风机联动逻辑，增加脱硫系统对主机RB 控制策略，对脱硫逻辑提出了优化建议。

2.3 脱硫系统其它扰动试验

通过查看各电厂主机及脱硫系统的历史数据，重点了解机组满负荷运行工况、脱硫增压风机跳闸工况、脱硫吸收塔循环泵启停工况的历史趋势及数据，如通过对单台浆液循环泵进行在线跳闸扰动试验，检查其对脱硫运行的脱硫效率和烟气温度直接影响程度，为旁路改造后的脱硫系统辅助设备故障时，主机组联动或减出力提供数据参考。

另外，针对该厂实际情况分析了取消脱硫烟气旁路后，进一步提高脱硫系统各部件运行的安全可靠性，如何将脱硫系统给主机正常运行带来的非停风险降到最低。在各个电厂逐步推进取消烟气脱硫旁路的进程当中，对于各跳闸FGD 的重要条件(如GGH 故障、烟气超温等情况)，需采取及时的补救措施。如加设脱硫喷淋系统、考虑加设GGH 旁路、增加临时烟囱、烟气超温后发生主机RB 动作等措施，便于及时消缺，同时保证短时间内主机组安全运行。

3 脱硫系统典型改造案例分析

3.1 某亚临界汽包炉脱硫系统旁路改造案例分析

某厂#4 炉于2011年7月完成取消脱硫系统烟气大旁路封堵改造项目。以下主要介绍该改造项目中热工控制逻辑优化内容及其与主机组之间联动优化改造措施。

3.1.1 脱硫系统改造逻辑优化的主要内容

1)增压风机润滑油站，润滑油压力低或者润滑油压力低低均连锁启动备用油泵。

2)2 台润滑油泵均未运行，延时10 s 跳闸增压风机。

3)增加压力开关，实现润滑油压力低低三取二，延时10 s 跳闸增压风机。

4)3 台浆液循环泵运行信号消失后，延时2 s，去主机侧MFT 保护动作停炉不停机。

5)逐一核实电气回路各项跳闸增压风机保护条件及定值，包括综合保护动作、差动保护动作、控制回路断线保护，排除电气误动增压风机的可能性。

6)针对浆液循环泵液位低(＜8.0 m)保护，应将保护逻辑改为液位模拟量三选取中判断后，去跳闸浆液循环泵。

3.1.2 优化增压风机跳闸后主机侧联动逻辑

1)润滑油系统正常情况下，增压风机运行信号三取二消失，连锁MFT 动作(停炉不停机);2 台送风机均运行的情况下，连锁停1 台送风机。

2)润滑油系统异常情况下(2 台油泵运行信号消失10 s，或者润滑油压低低三取二延时10 s)，增压风机跳闸，连锁MFT 动作，且连锁跳闸2 台引风机、2 台送风机。

3.1.3 增加脱硫至主机RB 逻辑

应电厂要求，对该厂4 号机组脱硫系统增加脱硫至主机RB 逻辑，增加脱硫来RB(脱硫入口原烟气温度＞160 ℃)连锁逻辑:在负荷＞210 MW 时，脱硫RB 投入的情况下顺序连锁跳闸A，B，C，D 磨煤机(跳闸已投入RB 的磨煤机，最少保留2 台磨运行)，连锁投入未跳闸磨的油枪或燃气枪(投油模式下最多投4 支油枪，投气模式下最多投4 支气枪，逻辑与给水泵RB 相同)，机组CCS 切为TF 滑压运行(运行方式与给水泵RB 相同)。

3.2 某超临界直流炉脱硫系统旁路改造案例分析

某厂#1 机组(600 MW)直流炉，为了避免因增压风机故障停运使主机组非停、异停，同时保证脱硫系统正常运行，于2012年6月完成增加脱硫增压风机小旁路改造项目。以下主要介绍该改造项目中热工控制逻辑优化改造措施。

3.2.1 脱硫系统优化改造要点

1)增压风机跳闸时，同时连锁开脱硫大旁路和增压风机小旁路，增压风机入口原烟气挡板只有在浆液循环泵全停的情况下才允许关闭，确保增压风机事故情况下烟道畅通及主机安全。

2)FGD 保护先开脱硫大旁路，然后才允许停增压风机。

3)在增压风机停运的情况下，主机引风机达最大出力时，当一台引风机跳闸时，考虑另一台引风机变频器最大出力限制，同时联开脱硫系统大旁路。

3.2.2 增压风机及其小旁路控制逻辑

增压风机停运(发3 s 脉冲后消失)后，连锁打开增压风机小旁路。以下任一条件满足，连锁停止脱硫增压风机:增压风机油站油压低，增压风机轴向振动高，增压风机径向振动高，增压风机运行90 s 后原烟气挡板门未开且关到位，增压风机踹振延时120 s，增压风机任一电机轴承温度高，增压风机任一轴承温度高，增压风机入口温度高(三取二)，增压风机入口压力高(三取二)(＞800 Pa)，增压风机入口压力低(三取二)(＜－1 000 Pa)，增压风机运行10 s 后增压风机电机油站出口压力低，增压风机运行60 s 后净烟气挡板门未开且关到位，1A/1B 冷却风机全停延时5 s，且1C/1D 冷却风机全停延时5 s，增压风机运行且增压风机电机油站重故障，FGD(除3 台浆液循环泵全停)保护动作且旁路挡板门开到位，3 台浆液循环泵全停。

4 项目实施效果

通过对取消旁路后脱硫系统对机组控制的影响及优化措施研究分析，特别是在多个电厂脱硫改造项目中应用实施，目前脱硫改造后的各电厂主机组和脱硫系统均运行正常。经过多次逻辑优化、设备整改后，脱硫系统与主机之间联动更加安全、可靠，大大降低了因脱硫系统故障引起主机非计划停机风险，提高了机组的经济运行水平。机组主要经济及可靠性指标比对如表2 所示。

表2 脱硫系统取消旁路后优化措施情况

5 推广建议

对于取消脱硫旁路的改造，火电厂应提出适合本机组实际运行特点的优化及保障措施，保障脱硫系统长期稳定运行。重点从以下几个方面考虑:

1)防止高温烟气破坏FGD;

2)防止高烟尘对吸收塔的影响;

3)提高关键设备的可靠性;

4)优化FGD 系统控制逻辑;

5)减小FGD 故障对主机组的影响;

6)侧重于降低主机组非停、异停风险。

〔1〕田兴英，刘树立，王卓韬，等． 脱硫旁路烟道封堵及应对措施〔J〕． 北方环境． 2011(4):117-118．

〔2〕周佑等． 浅析脱硫旁路挡板铅封实施后联锁保护逻辑的完善〔J〕． 能源环境保护． 2011，25(6):27-30．

〔3〕许卫宁． 300 MW 火力发电厂脱硫(FGD)旁路烟气档板改造〔J〕． 科教导刊． 2011(24):106-107．