連州電廠濕法脫硫煙氣系統(tǒng)的設計和運行分析

1、連州電廠濕法脫硫煙氣系統(tǒng)的設計和運行分析Design and Operation of Wet Flue G as System in Lianzhou FG D Plant廣東省電力試驗研究所(廣東廣州510600曾庭華摘要:介紹了廣東省連州電廠石灰石P 石膏濕法FG D 裝置煙氣系統(tǒng)的設計情況,重點對FG D 系統(tǒng)對鍋爐負壓和尾部煙道的影響進行了試驗研究。結(jié)果表明FG D 系統(tǒng)啟停時會引起鍋爐負壓較大的波動,脫硫后煙氣會對尾部煙道造成強烈的腐蝕。關鍵詞:濕法煙氣脫硫;煙氣系統(tǒng);設計;腐蝕。中圖分類號:T M628文獻標識碼:B文章編號:100329171(20030920003205FG

2、D 裝置煙氣系統(tǒng)是連接鍋爐與系統(tǒng)的橋梁,它對鍋爐的穩(wěn)定運行和FG D 系統(tǒng)的壽命都有很大影響。本文將詳細剖析廣東省第一套濕法石灰石P 石膏FG D 裝置煙氣系統(tǒng)的流程、設備、防腐措施等設計情況,同時對系統(tǒng)的運行狀況進行分析。重點分析了FG D 系統(tǒng)的運行對鍋爐爐膛負壓的影響及尾部煙道腐蝕情況,取得了許多重要的結(jié)果,希望能更好地消化吸收國外FG D 技術(shù),為同類系統(tǒng)的國產(chǎn)化設計和運行提供借鑒。FG D 的系統(tǒng)流程及其主要設計參數(shù)詳見參考文獻1、2。1煙氣系統(tǒng)的設計111系統(tǒng)流程FG D 的系統(tǒng)流程如圖1所示,其主要設計參數(shù)見表1。從鍋爐電除塵器出來的煙氣經(jīng)FG D 入口檔板進入吸收塔,向上流動且

3、被通過噴嘴霧化后向下噴淋的2層石灰石漿液以逆流方式所洗滌。凈化后的煙氣流經(jīng)2個臥式除霧器除去漿液微滴。脫硫后的煙氣被蒸汽再熱器加熱到80以上,經(jīng)出口煙氣擋板進入煙囪。FG D 系統(tǒng)設有旁路煙道,有2個旁路擋板。由于擋板處可能出現(xiàn)的泄漏,所以擋板設有2臺密封風機。該系統(tǒng)未設脫硫增壓風機,系統(tǒng)的阻力由鍋爐的引風機來克服。表1煙氣系統(tǒng)的主要設計參數(shù)項目數(shù)值進吸收塔煙氣量(溫,717%O 2/(Nm 3h -12×545000FG D 入口S O 2濃度(干,6%O 2/(mg Nm -35805FG D 入口含塵量(干,6%O 2/(mg Nm -3339FG D 入口溫度/1353FG

4、D 出口S O 2濃度(干,6%O 2/(mg Nm -31100FG D 出口含塵量(干,6%O 2/(mg Nm -398除霧器出口液滴/(mg Nm -3100加熱后煙氣溫度/80FG D 系統(tǒng)壓降/kPa115脫硫效率(Ca P S =1105/%813FG D 入口溫度超過190,煙氣走旁路;鍋爐煙氣最高溫度250。112主要設備煙氣系統(tǒng)的主要設備見表2,另外有2套煙氣分析儀及一些溫度、壓力等測點。 P 、T 壓力、溫度測點;S O 2、O 2二氧化硫、氧量測點;Q 煙氣流量測點;Dust 粉塵濃度測點圖1FG D 煙氣系統(tǒng)及測點布置圖表2煙氣系統(tǒng)的主要設備設備名稱數(shù)量特征煙氣擋板4

5、個EFFOX UKLT D ,英國;材料Inconel 625密封風機2臺MWE ,德國,1819kW ,380V P 3915A ,4168m 3P s風機電機2臺VE M 德國,Y 250M 22型,380V P 3915A ,2940r/min 再熱器本體4組S teinm üller ,管式,設計390,運行壓力500kPa入口煙氣分析儀的儀器型號為西門子的OXY M AT6和U LTRAM AT 6,監(jiān)視煙氣的氧量和二氧化硫。輸出信號為420mA ,O 2的測量范圍為0%25%、S O 2的測量范圍為06000mg P Nm 3。分析儀設為每72h 自動用標準氣體校驗一次。

6、校驗期間分析儀的輸出不變,輸出一開關量送到DCS 畫面顯示。出口煙氣分析儀為西門子的U LTRAM AT 23,監(jiān)視煙氣的氧量、二氧化硫和氮氧化物。輸出信號為420mA ,O 2的測量范圍為0%25%,S O 2的測量范圍為02000mg P Nm 3。氮氧化物只能在就地指示,不送到DCS 。分析儀設為每24h 自動用大氣校驗零點1次。校驗期間分析儀的輸出不變。分析儀單獨配有1套DAS 系統(tǒng),系統(tǒng)由1臺西門子的P LC 和1臺PC 機組成。DAS 系統(tǒng)能自動生成日報表,主要參數(shù)有O 2、S O 2、煙氣溫度、粉塵濃度。粉塵濃度測量儀型號為SICK 公司的OM D41。測量范圍為0500mg P

7、 Nm 3,粉塵濃度測量儀輸出420mA 的電流到DCS 。煙氣擋板是脫硫裝置進入和退出運行的重要設備,分為FG D 主煙道煙氣擋板和旁路煙氣擋板。前者安裝在FG D 系統(tǒng)的進出口,它是由雙層煙氣擋板組成,當關閉主煙道時,雙層煙氣擋板之間連接密封空氣,以保證FG D 系統(tǒng)內(nèi)的防腐襯膠等不受破壞。旁路擋板安裝在原鍋爐煙道的進出口,單層設計,當FG D 系統(tǒng)運行時,旁路煙道關閉,這時煙道內(nèi)連接密封空氣。旁路煙氣擋板設有彈簧快開機構(gòu),保證在FG D 系統(tǒng)故障時2s 內(nèi)迅速打開旁路煙道,確保鍋爐的正常運行。擋板全開、全關時間為46s 左右。吸收塔入口煙道及出口至擋板的煙道涂有武漢K CH 公司的K O

8、ROP LAST VE310涂料112115mm 。113系統(tǒng)的啟停與保護正常情況下,煙氣系統(tǒng)的啟停由程控操作,當滿足FG D 系統(tǒng)啟停條件時,運行人員在控制屏上設定“功能組煙氣系統(tǒng)自動”,點按鍵盤后,系統(tǒng)便按表3的程序一步步地執(zhí)行下去。擋板也可手操,或就地操作。表3煙氣系統(tǒng)程控操作啟動程序1進口煙氣檔板自動開2出口煙氣檔板自動開3吸收塔頂通風口自動關4旁路進口檔板旁路出口檔板自動關40%自動關40%等待共80s 5旁路進口檔板旁路出口檔板自動關40%自動關40%等待共80s 6旁路進口檔板旁路出口檔板自動關20%自動關20%7啟動程序結(jié)束共約5min 停止程序1旁路進口檔板自動全開2旁路出口

9、檔板自動全開3吸收塔頂通風口自動開4入口煙氣檔板出口煙氣檔板自動關自動關5停止程序結(jié)束共約150sFG D 發(fā)生保護時,2個旁路擋板通過預拉彈簧在2s 之內(nèi)打開,保護條件共6條:(12臺循環(huán)泵都故障停運;(2FG D 入口煙氣溫度超過190;(3正常運行時,FG D 入口煙氣擋板關閉;(4正常運行時,FG D 出口煙氣擋板關閉;(5FG D 系統(tǒng)失電。系統(tǒng)須至安全狀態(tài),同時柴油發(fā)電機啟動供緊急電源;(6蒸汽再熱器發(fā)生故障,1h 后FG D 系統(tǒng)自動關閉。保護響應如下:(1煙氣系統(tǒng)保護停(開所有旁路擋板及吸收塔通風擋板,延時5s 關FG D 入口煙氣擋板和出口煙氣擋板;(2再熱器系統(tǒng)保護停(關所

10、有蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥及凝結(jié)水泵出口調(diào)節(jié)門,并置于手動位置,停所有凝結(jié)水泵。另外,在下列情況下,FG D 系統(tǒng)將向鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)出請求鍋爐MFT 的申請:(12臺循環(huán)泵停運,并且FG D 入口煙氣擋板和出口煙氣擋板都未關閉;(2FG D 入口煙溫高過190(3取2,且FG D 入口煙氣擋板和出口擋板都未關閉;(3FG D 主路和旁路都出現(xiàn)關狀態(tài)(原設計有,后取消。2煙氣系統(tǒng)的運行分析211對爐膛負壓的影響21111冷態(tài)試驗為初步得到FG D 擋板開關時鍋爐負壓的變化規(guī)律,為熱態(tài)FG D 系統(tǒng)的啟停提供指導,首先進行了雙爐運行的冷態(tài)試驗,鍋爐參數(shù)基本上按熱態(tài)滿負荷運行時設定,試驗結(jié)果見圖2、3。 圖2

11、冷態(tài)時FG D 主路正常切換至旁路爐膛負壓的變化 圖3冷態(tài)時FG D 主路快速切換至旁路爐膛負壓的變化FG D 系統(tǒng)啟動時,鍋爐爐膛負壓將變小(數(shù)值變大,系統(tǒng)停運時負壓變化正好相反,特別是當煙氣從FG D 主路通過予拉彈簧在2s 內(nèi)打開旁路時負壓的變化明顯變大,且變化的時間很短,可預見在熱態(tài)運行時,鍋爐負壓波動將會更大,對鍋爐的影響更大,運行人員必須給以足夠重視。21112熱態(tài)試驗圖4為單臺鍋爐運行時,FG D 系統(tǒng)停運時爐膛負壓的變化曲線(19582102,試驗時人為將負壓調(diào)正,由圖可知,FG D 停運時爐膛負壓由于煙道阻力的減少而變大,波動在300Pa 左右。當FG D 啟動時負壓變化剛好

12、相反,負壓變正。從鍋爐空預器出口到FG D 進口擋板的煙道上,在電除塵器入口、引風機入口有葉片式檔板風門,在引風機出口有1閘板式風門,試驗發(fā)現(xiàn),當FG D 運行時,高濃度的S O 2煙氣倒灌進入停運鍋爐而使爐膛負壓變正,如圖5所示。這不僅將對停運鍋爐造成很大的腐蝕,而且使得鍋爐檢修工作無法進行,不得不開啟1臺引風機。圖4單爐運行FG D爐停運時負壓變化曲線圖5停運鍋爐在FG D 運行時煙氣倒灌進爐使爐膛負壓變正圖6為2臺鍋爐滿負荷運行FG D 順停時負壓變化曲線,由圖可知,爐膛負壓波動在500Pa 左右,比單爐運行要大。鍋爐的正常運行負壓為±50Pa ,但在FG D 的啟、停過程中遠

13、超過此值,圖7就反映了這種差別,圖中的突出部分即是單爐運行FG D 系統(tǒng)啟、停時爐膛負壓波動情況。特別是當FG D 發(fā)生保護時,FG D 旁路擋板通過預拉彈簧在2s 之內(nèi)打開,造成爐膛負壓波動更大,若燃燒的無煙煤煤質(zhì)差,在這么短的時間內(nèi)運行人員無法將負壓調(diào)整過來,極可能造成鍋爐滅火(實際運行中,因煤質(zhì)差而造成鍋爐滅火。212對尾部煙道及煙囪的影響脫硫后吸收塔出口煙氣溫度只有46左右,若不再加熱,必然會對尾部煙道產(chǎn)生腐蝕。 圖6雙爐運行FG D 順停時負壓變化曲線圖7FG D啟停時負壓變化與鍋爐正常運行負壓變化的比較計算結(jié)果表明3脫硫前煙氣溫度和煙囪內(nèi)壁溫度基本上大于酸露點溫度,故煙氣不會在尾部

14、煙道和煙囪內(nèi)壁結(jié)露,且在負壓區(qū)不會出現(xiàn)酸腐蝕問題。而脫硫后煙氣溫度已低于酸露點溫度, S O3將全溶于水中,煙氣會在尾部煙道和煙囪內(nèi)壁結(jié)露,盡管煙氣中S O2等酸性氣體減少了,但煙氣的腐蝕性比未脫硫前并末減小,加上脫硫后將引起煙囪正壓區(qū)的增大,會使煙囪的腐蝕加大,因此須定期對煙囪進行檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時處理。上述結(jié)論在現(xiàn)場得到證實,在FG D裝置進行性能試驗期間發(fā)現(xiàn),吸收塔入口煙氣為正壓,溫度136150,取樣管法蘭上未發(fā)現(xiàn)有結(jié)露現(xiàn)象;而在吸收塔出口、蒸汽再熱器前以及再熱器后的取樣管和法蘭在短短幾天便已遭到強烈的腐蝕。2002年8月檢查發(fā)現(xiàn),在再熱器出口的煙道上,既使已涂有玻璃鱗片涂層,煙道也遭

15、到了腐蝕。2003年7月初,電廠2臺機組停運,對FG D再熱器后的煙道和煙囪進行了全面檢查,結(jié)果發(fā)現(xiàn),煙囪入口約20m的原煙道遭到了嚴重腐蝕。煙道厚度原為6mm,現(xiàn)為418512mm,即腐蝕了1mm左右,而FG D系統(tǒng)累計的運行時間不到1年,并且運行含硫量(約018%大大低于設計值(215%。圖8是煙道腐蝕情況,用手可以剝下3 4層銹片,目前電廠已對尾部煙道進行了防腐保護,煙囪暫未發(fā)現(xiàn)有腐蝕現(xiàn)象。脫硫后的煙氣更具有腐蝕性,這在珞璜電廠濕式FG D系統(tǒng)、太原一熱水平流FG D進一步得到印證。2001年珞璜電廠FG D系統(tǒng)停運,檢查FG D后的尾部煙道時發(fā)現(xiàn),一些邊角位置的鋼板被腐蝕得如薄紙,有些

16、部位甚至已腐蝕光了4;太原一熱FG D運行3年后,尾部干、濕煙氣混合處的磚砌煙道底部、兩側(cè)開始流出酸液了,FG D出口膨脹節(jié)也已損壞,這充分表明脫硫后煙氣的腐蝕性更強了。因此對脫硫后煙溫降低引起的尾部煙道和煙囪的腐蝕問題必須予以足夠的重視 。圖8煙道嚴重腐蝕213擋板密封風機的布置FG D的3個擋板(旁路入口擋板無密封風集中設有2臺密封風機,當FG D停運時,由于擋板的葉片有間隙存在,加上FG D進口處的密封效果不如出口,嚴重時會讓熱煙氣漏入FG D系統(tǒng)中,造成系統(tǒng)內(nèi)的腐蝕。因此除了提高煙道擋板的嚴密性外,密封風機采用各擋板自帶風機會更好些。與集中布置相比,密封風機分散布置有如下優(yōu)點:(1擋板

17、的密封效果更好。(2由于擋板自帶風機,彼此獨立,每個擋板有備用風機,因此對風機本身的可靠性要求不需太嚴,而密封的可靠性更好。(3風機只在需要時啟動運行,且功率小于集中布置的較大風機,因此可節(jié)省電力消耗。(4無需大的管道,可就地布置,系統(tǒng)簡單。(5維修方便,且對其它系統(tǒng)無影響。214吸收塔除霧器的損壞按設計FG D 系統(tǒng)失電后,旁路檔板應快速打開。但運行表明彈簧動作不正常,當FG D 系統(tǒng)失電后不能及時打開旁路,這樣鍋爐熱煙氣(140左右進入FG D 系統(tǒng)造成除霧器嚴重損壞,如圖9所示。這說明該系統(tǒng)的原設計存在缺陷。如果將煙氣檔板的電源由FG D 系統(tǒng)380V 開關柜改在主廠房380V 工作段或

18、公用段,這樣即使FG D 系統(tǒng)全部失電,檔板仍可正常操作,可起到保護FG D 系統(tǒng)設備的作用。 圖9除霧器嚴重損壞3結(jié)語(1當FG D 系統(tǒng)啟、停時,對煙氣進行旁路和主路的切換,由于兩路煙道阻力不同,會對爐膛負壓產(chǎn)生明顯的影響。特別是當FG D 保護動作時將造成爐膛負壓波動更大,極有可能造成鍋爐MFT ,因此在FG D 系統(tǒng)設計中應考慮充分。對無增壓風機的系統(tǒng),緊急快開裝置的彈簧可以取消。當只有1臺鍋爐運行時,FG D 系統(tǒng)投運后其入口處由負壓變?yōu)檎龎?。由于停運鍋爐煙道上的檔板關不嚴,造成煙氣倒灌入停運鍋爐爐膛及煙道中,會造成停運鍋爐系統(tǒng)的腐蝕和檢修困難,因此在FG D 系統(tǒng)設計時必須避免這一點。(2脫硫后煙氣盡管得到加熱,但煙氣溫度已低于酸露點溫度,煙氣會在尾部煙道和煙囪內(nèi)壁結(jié)露,腐蝕煙道和煙囪,加上脫硫后煙囪正壓區(qū)的增大,會使煙囪的腐蝕加大,因此在尾部煙道和煙囪設計時就應當考慮防腐問題。(3煙氣檔板密封風機分散布置優(yōu)于集中布置。(4當FG D 系統(tǒng)循環(huán)泵因故障停時若不能及時打開旁路檔板,鍋爐熱煙氣便會進入FG D 系統(tǒng),造