石灰石—石膏湿法脱硫取消烟气旁路改造浅析及应用

摘要：以神华宁煤煤基烯烃动力站脱硫岛取消烟气旁路的改造为案例，对此改造项目的计算、设计布局、程控、施工等方面进行了分析说明，可为电厂及中大型锅炉石灰石—石膏湿法脱硫取消烟气旁路改造提供参考。

关键字：脱硫；烟气旁路；控制；施工

Abstract: to cancel the transformation of the flue gas bypass to the Shenhua Ningxia Coal coal-based olefin power station desulphurization Island case, this transformation of the calculation of the project, design layout, program control, construction and other aspects of the analysis shows that, for power plants and in largeboiler limestone - gypsum wet FGD to cancel the transformation of flue gas bypass to provide a reference.

Keywords: desulfurization; flue gas bypass; control; construction.

中图分类号：TM62文献标识码：A 文章编号：

1 引言

火力发电企业是我国主要的能源企业，随着国家“十二五”规划对于大气污染物排放标准越来越严格，火力发电厂湿法烟气脱硫系统（FGD）取消烟气旁路，使烟气必须经过FGD系统脱硫后达标后方能排放。就神华宁煤煤基烯烃动力站脱硫岛（以下简称宁煤项目）取消烟气旁路改造的措施和建议，对于类似火力发电厂及中大型工业锅炉FGD系统取消烟气旁路具有参考意义。

宁煤项目建于宁夏回族自治区银川市灵武市宁东能源化工基地。整个项目包括167万吨/年甲醇，50万吨/年MTP，50万吨/年PP等3套装置，新建1座产汽约2300t/h，发电150MW的自备燃煤动力站。

宁煤项目#1、#2吸收塔脱硫系统原采用有旁路的运行方式，当脱硫系统主循环泵全部停运的状态下或吸收塔入口烟温超过150℃时，脱硫系统切旁路运行。此时脱硫系统旁路挡板门打开，烟气通过旁路进入烟囱排放，脱硫系统退出运行。

2 改造内容

拆除旁路烟道挡板门，并用钢板对旁路烟道进行封堵，封堵后净烟侧要求采用2mm厚玻璃鳞片防腐处理。改造后脱硫装置将与电厂主机串联运行，对运行安全性提出更高要求。为在锅炉排烟温度升高时保护脱硫装置，在封堵旁路的同时考虑在原有#1、#2吸收塔入口烟道内增设一套事故烟气喷淋系统，以避免在可能发生的事故状态下，高温烟气灼伤脱硫吸收塔玻璃鳞片防腐内衬及吸收塔内部除雾器等部件。事故喷淋系统满足在锅炉BMCR工况下，将吸收塔入口烟气温度由150℃降至80℃以下，此时对应的吸收塔入口烟气量约160.5万Nm3/h。设计事故喷淋系统，不设储水箱，分别由消防水和除雾器冲洗水作为主、辅水源。

2.1 事故喷淋水量计算书

根据热量公式Q=Cmt，计算得事故喷淋降温水需260 Nm3/h。具体计算书见表2。

表2 事故喷淋水量计算书

2.2 改造说明

此改造考虑神宁煤项目#1和#2吸收塔脱硫循环泵全部停运时，使烟气降温以保护吸收塔的防腐内衬和除雾器。同时考虑宁煤项目#1和#2吸收塔系统故障停运时，脱硫系统入口最高烟气温度150℃，烟气流量为单炉满负荷流量，吸收塔入口烟气温度不大于80℃设计；事故喷淋系统设计连续运行30~60分钟，在这段时间内供脱硫装置排除故障或主机调整运行负荷。

2.2.1 系统构成

事故喷淋系统作为事故状态下的应急保护措施，其设计为在事故状态下短期运行，正常运行状态下并不考虑事故喷淋系统的投运，即使烟温上升至最高烟温附近。所以，此系统只设计一级喷淋，在事故状态下通过28个喷嘴将大约255Nm3/h流量的消防水充分雾化后喷入吸收塔入口烟道内，使烟气温度得到降低，从而起到保护吸收塔的作用。具体布置图见图1。

图1 事故喷淋系统布置图

在#1和#2吸收塔入口烟道下方设置一根DN200的事故喷淋母管；沿烟道宽度方向安装，事故喷淋水源为消防水和除雾器冲洗水两路，两路水源接口处均装设手动闸阀。在吸收塔入口烟道事故喷淋接入管道两路水源上分别设电动蝶阀一只。事故喷淋支管应垂直烟道的断面上均布喷嘴，喷嘴安装方向同烟气流向，当该喷淋装置动作时喷出减温水流入吸收塔内回收。同时，此改造说明只考虑#1、#2吸收塔脱硫系统停运时DCS控制系统不失电的状态下设计；并且要保证除雾器水泵供电正常和消防水供水压力正常。

2.2.2 事故喷淋水源要求

消防水：供水量260Nm3/h，接口处压力正常0.85MPa，至事故喷淋母管处压力约为0.4MPa；，此水源作为主用水源；

除雾器冲洗水：供水量160Nm3/h，接口处压力按0.49MPa，至事故喷淋母管处压力约为0.4MPa；

水源接口在脱硫装置内就近引接。建议将引入此两路水源的两个手动闸阀安装于吸收塔入口烟道下方距地面高度约500mm附近，便于检修和日常维护。现场也可根据实际情况将此阀门设置在便于操作的平台附近。

2.2.3 事故喷淋接管材质要求

事故喷淋系统安装于吸收塔入口干湿界面处，具有较强的腐蚀性，因此不同管段需选用不同的材料（见表1）。

表1 事故喷淋系统不同管段材料表

2.3 控制说明

事故喷淋系统通过脱硫原有的DCS控制系统控制。在烟气超温或脱硫系统故障停运信号来时，自动开启出口电动阀喷水减温，运行人员就地检查确认后，通过控制室远程关闭电动阀。该装置所用电源应从另一炉的电源上接出使用或直接接入保安负荷，以确保该吸收塔脱硫系统故障时的正确动作。

取消原有旁路挡板门中的连锁部分，即在主保护中只要脱硫出现故障就会打开旁路挡板门，使原烟气经旁路到烟囱，从而保护吸收塔。

现改造后分为几个部分：

（1）如脱硫系统吸收塔循环泵系统本身出现故障无法喷淋浆液且在短时间内（一般20~30分钟）可以排除，烟气照常经过吸收塔，但是此时本次改造后增加的事故喷淋系统运行。若上述故障不能在短时间排除，需在主机侧采取保护措施，直至停机。

（2）如主机发生故障造成吸收塔入口温度过高，须启动事故喷淋系统，若超过30分钟，主机侧需采取一定措施，直至停机。

（3）在吸收塔顺控系统中取消旁路挡板门的顺控启动和停止的程序。

（4）取消与锅炉跳闸的信号与连锁。

（5）若原烟气压力过高，系统报警并请主机侧采取相应措施，如降低负荷等手段，使之正常。

2.4 施工说明

旁路烟道的改造目的是将原有烟气旁路完全封闭。根据宁煤项目的实际情况，#1和#2吸收塔的旁路烟道封堵点设有两处，一处在旁路挡板门靠净烟气侧，封堵的烟道壁板应与原净烟道接入主烟道的壁板齐平；另一处在旁路挡板门前的膨胀节处。

具体施工时，可在水平主烟道顶部开天窗，将钢板吊入烟道内，在烟道内进行组焊拼接和封堵，其封堵后的钢板相应的加固勒的设置参照原有烟道的加固勒即可。根据核算，#1和#2旁路烟道采用6mm钢板进行封堵，封堵后的加固勒设置在烟道外侧，加固勒间距按900~1000mm设置，加固勒规格为20a槽钢。

此次改造可将吸收塔入口烟道增设事故喷淋系统的施工安排与旁路烟道封堵的工作同步进行。入口烟道内的喷淋管网可以预先组装好；待主机停运期间，在吸收塔入口烟道上增开接口工作，将已组装好的入口烟道内的事故喷淋管网安装完毕后，再修补入口烟道的防腐工作。从电厂提供的工业水过来的事故喷淋水源仅在接口连接时短时停止相应泵的运行即可；对于消防管道的接口，只需在接口连接时暂时关闭主管上的手动闸阀即可。

施工前，应至少将距焊缝200mm左右先行清理原有烟道的鳞片防腐层，并对碳钢基体表面进行喷砂除锈，除锈等级应达到Sa2.5。焊接完成后，按原有的防腐设计要求进行防腐修补，防腐层的厚度不小于2mm。

由于本次改造增加的烟道封堵板和事故喷淋管网重量均很小，原有结构已能满足其荷载，改造后可不对原有结构进行特别加固处理。

3 运行效果

宁煤项目#1、#2吸收塔旁路烟道改造顺利完成后，随主机运行情况良好。至今，没有出现吸收塔脱硫循环泵全部停运的情况。锅炉停运时，尾部高温烟气进入吸收塔，通过开启事故喷淋降温水均能使烟气降到80℃以下。

4 结语

随着国家“十二五”规划对环保要求趋于严格和人民群众对于改善空气质量愈加重视，多省已宣布必须取消烟气旁路。火力发电厂和中大型工业锅炉FGD湿法脱硫旁路烟道改造市场非常广阔。宁煤项目#1、#2吸收塔旁路烟道改造顺利实施，简化了FGD工艺，降低了故障点，对于同等及相近机组改造具有参考意义。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。