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脱硫除尘一体化管理经验
作者: 赵旭东 项光明 发表时间:2007-06-11 14:42:14 点击数:4976
关键词: 脱硫除尘|除尘技术

摘要:在银川热电厂150t/h燃煤锅炉烟气脱硫工程上,清华大学和清华同方结合多年来对循环流化床烟气脱硫系统的研究,率先采用了国内领先的袋式除尘器与循环流化床组合工艺,对锅炉炉后的烟气进行净化处理。通过日常的实际运行操作和对出现问题的技术攻关,得到一系列的设计运行、管理经验,如各种重要参数、日常运行控制对整个系统的影响,以及合理的运行人员管理等。这些经验有助于今后循环流化床烟气脱硫除尘一体化装置更稳定、最优化的运行。

关键词:干法 循环流化床烟气脱硫 运行管理


1 引言

循环流化床干法烟气脱硫技术具有结构简单、占地面积小脱硫产物为干粉状和耗水率低等优点,尤其适用于已建老燃煤机组的脱硫改造。是一项适合我国国情的烟气脱硫技术,循环流化床烟气脱硫系统要和电除尘器或者袋式除尘器配套使用。

针对我国绝大多数城市大气首要污染物为可吸入颗粒物的状况,国家环境保护局发布了新的火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2003),规定新建燃煤锅炉烟尘排放浓度要求小于50 mg/Nm3。袋式除尘器的过滤除尘机理使得它具有非常高的除尘效率,一般可保证出口浓度在30 mg/Nm3以下,为其在燃煤电厂除尘上的应用提供了可行性。随着袋式除尘器技术的不断改进,滤袋寿命的延长和新型滤料的开发,袋式除尘器的设备可用率已能满足电力行业的要求,其运行费用也在不断降低。在环保标准日益严格的今天,燃煤电厂污染治理,CFB-FGD和袋式除尘器配套使用无疑是一个很好的选择。

清华大学和清华同方结合多年来对于循环流化床烟气脱硫系统的研究,在银川热电厂150t/h燃煤锅炉烟气脱硫工程中,率先采用了国内领先的袋式除尘器与循环流化床组合工艺,对锅炉炉后烟气进行净化处理,同时结合粉煤灰再利用技术,使最终的烟气达标排放。

2 项目简介

银川热电厂二期扩建工程建设二台25MW汽轮发电机组,配置3台150t/h高温高压煤粉锅炉。本脱硫系统置于其中一台高温煤粉炉之后。锅炉耗煤量21.08t/h(锅炉最大连续出力工况),空气预热器出口烟气温度设计值≤138℃。烟气参数见表1、2和3:

表1 锅炉燃用设计煤种时的烟气参数 最大连续出力ECR工况50%BMCR 锅炉出口烟气量m3/h267600241000118000 锅炉出口烟气温度(℃)138134112.5 锅炉出口烟尘浓度g/Nm317.217.217.2 表2 锅炉燃用设计煤种时的锅炉最大连续工况锅炉出口烟气成份组成(湿态) CO221230 Nm3/h H2O13744 Nm3/h O29014 Nm3/h N2120957 Nm3/h SOX134 Nm3/h 表3 锅炉燃用设计煤种时的锅炉最大连续工况锅炉出口SOX浓度(湿态)2323 mg/ Nm3 锅炉出口NOX浓度(湿态)950 mg/ Nm3

脱硫系统主要设计技术指标
脱硫效率: ≥ 85 %
预除尘效率: ≥ 80 %
烟气排放温度: ≥ 75 ℃
烟气排放浓度 < 50 mg/Nm3

脱硫剂采用银川当地生产的消石灰粉,其粒度为200目,纯度80%。另外含有极少量的CaCO3和CaO。

3 系统工艺流程

干法循环流化床烟气脱硫除尘一体化系统(DSDFP)的工艺流程如图1所示,现场实物照片如图2所示。在循环流化床脱硫塔的前后分别设置一电场静电除尘器和气箱式脉冲袋式除尘器。干法循环流化床烟气脱硫系统主要包括:一级分离器、脱硫塔系统、脱硫剂的供给和储存系统、二级分离器、循环灰输送系统、控制系统、喷嘴及工艺水系统等组成。

由一电场静电除尘器预先收集锅炉出口烟尘,使得约85%以上的粉煤灰得以回收和进行综合利用;经过预除尘后含有二氧化硫的烟气在循环流化床脱硫塔中得以脱硫净化;循环流化床脱硫塔出口的高含尘烟气再经过一个脉冲袋式除尘器对烟气进行收尘,以满足火电厂锅炉烟尘排放标准,达标排放。

从一级分离器出口来的锅炉热烟气,经循环流化床底部的文丘里喷嘴进入循环流化床反应塔。由脱硫剂供给系统来的Ca(OH)2原料通过专门设计的喷管送入反应塔,流态化的物料和烟气中的二氧化硫等酸性气体在反应塔中发生化学反应,脱除掉大部分的二氧化硫等酸性气体,然后烟气由反应塔顶部排出经过脉冲袋式除尘器。由除尘器除下的固体颗粒物通过循环灰输送系统返回脱硫塔,多余的循环灰从灰仓底部的除灰系统定期外排至脱硫灰库。最后,处理过的烟气经过引风机排入烟囱。

4 系统运行管理经验

银川热电厂循环流化床烟气脱硫除尘一体化装置脱硫系统2004年3月投入热态运行,到2004年9月运行较好,并且通过了夏季168小时验收。但在进入冬季后,袋式除尘器压差就有了较大的增加,虽然整个系统在锅炉停机检修前还运行较好(引风机裕度较大),但一系列的隐患已经存在。2004年12月30日系统停止运行,针对出现的问题进行了全面整改,削缺。目前系统运行良好,并通过了业主的满负荷168验收。2005年8月通过了环保部门测试。通过实际运行和对出现问题的技术攻关,积累了大量的设计运行管理经验。

4.1 参数影响

4.1.1 烟气湿度

脱硫装置投入运行后,烟气相对湿度很高,对袋式除尘器的稳定运行非常不利,容易造成糊袋现象。对滤料的分析还可以看出,以消石灰为主的脱硫灰粉料存在一定量的水分时,显示出一定的粘附性,且本身消石灰的吸水性就较高,这样很容易造成糊袋现象。因此要控制进入袋式除尘器内的水分,关注湿度这一参数,同时要注意滤料的选择。

4.1.2 近绝热饱和温度(ΔT)

近绝热饱和温度(ΔT)对脱硫装置的脱硫效率和稳定运行起着重要作用,是系统重要的控制参数,一方面为取得较高的脱硫效率,ΔT越小越好,另一方面ΔT小,意味着脱硫塔内喷水量大,烟气湿度高,如果烟气的近绝热饱和温度降到更低的值,脱硫塔内的烟气湿度必然增大,容易造成颗粒团聚,直至粘结成块,将引起系统粘壁阻塞和糊袋现象。脱硫系统要保证近绝热饱和温度(ΔT)15度以上条件下运行。

4.1.3 脱硫塔内流速

塔内流场的合理组织和喷嘴的合理布置与设计是防止结垢的重要措施。循环流化床烟气脱硫装置的脱硫塔内涉及到气固液三相的流动和化学反应,塔内的流场十分复杂,这就需要进一步研究反应器内部流场组织、气固液多相流动特性、混合扰动特性,了解石灰浆液滴的团聚特性,通过这些研究,合理组织塔内流场,增加脉动速度,使二氧化硫同吸收剂的接触几率增大,减少塔内结垢的发生,实现脱硫塔内最优的流化方式及分离方式。

现场经验表明:当锅炉工况发生变化时,烟气流量发生变化,导致脱硫塔内烟气流速发生变化。当脱硫塔内烟气流速较小时,塔内易于结垢阻塞;而当烟气流速高时,塔内则不易结垢阻塞现象。所以选择合适的脱硫塔内烟气流速和文丘里喉部烟气流速是减少脱硫塔内结垢阻塞关键之一

4.1.4 喷水点与喷水量

喷水点和喷水量也会对塔内的结垢造成较大的影响。这是由于喷水点直接决定了气固液三相流的流场状态,喷水量则直接决定了含尘烟气的湿度,以及气固液三相流的混合程度,因而假如控制不当会造成结垢堵塞问题。

银川脱硫工程在前期运行中曾发生过脱硫塔内下部锥体有积灰并且灰质硬化和以喷嘴为中心的塔壁积灰等问题,现场出现问题的典型照片如图3,4所示。针对所出现的结垢堵塞问题,在保证合适的塔内烟气流速的同时,对喷嘴进行了更换,将喷水点和喷水量等参数进行了重新设定,大大减轻了了结垢的产生和塔内积灰现象,保证了系统的稳定运行。

4.1.5 脱硫塔内浓度

通过现场运行,综合脱硫塔内阻力和运行稳定性来考虑,脱硫塔内消石灰浓度最佳值宜控制在600~1000 g/m3左右。

4.2 运行控制

4.2.1 袋式除尘器的稳定运行

实测表明,循环流化床烟气脱硫装置与袋式除尘器配套使用时,袋式除尘器的脱硫作用明显。在近绝热饱和温度15℃的情况下,袋式除尘器有20%左右的脱硫效率,对整个系统脱硫效率的贡献率约为5%,烟尘排放浓度控制在30 mg/m3以下。脱硫装置投运后,系统在正常运行条件下,袋式除尘器阻力增加,由1500Pa增大到2200Pa。

4.2.2 袋式除尘器起停频率控制

在整个运行期间,几次频繁的起停对袋式除尘器影响较大,造成整改前袋式除尘器阻力较大,两次起停原因如下:

(1) 2004年10月7日系统正常运行,锅炉突然熄火,导致系统停运。

(2) 2004年11月10日银川天气骤冷,喷水管结冰(未保温),系统停机。

袋式除尘器对工作条件要求严格,整个系统尤其不能够频繁的起停。如果起动和停机的次数较多,很容易产生结露现象,致使粉尘粘在滤袋表面,引起压差上升,这是引起除尘器阻力上升的原因之一。另外对布袋除尘器采取良好而合理的保温措施,减少外界天气条件对滤袋工作环境的影响,也是对滤袋进行保护的重要条件。这一点对寒冷地区尤为重要。

4.2.3 控制、测量、反馈信号的精度控制

由于脱硫塔内高浓度的灰循环,脱硫塔出口灰量大,具有一定的粘附性,与控制系统相连的参数测量传感器的工作环境十分恶劣,SO2、温度、露点测量装置、压力探头等容易受到灰尘、湿烟气的侵袭,致使数据失真,在控制系统设计选型时,应充分考虑到这一点,否则测量装置无法正常工作,自动控制就无法最优化的实现。

4.2.4 锅炉工况的控制

在改进控制系统的同时,也应对锅炉的工况进行监控,控制锅炉燃烧温度和烟气量不在短时期内突变,也能为脱硫塔内的喷水控制提供很好的适宜条件,脱硫系统的控制才能更加适合脱硫反应的进行。

控制系统相对于锅炉的工况变化总是存在一段时间的延迟,锅炉工况的良好组织,不但是实现合理优化燃烧的重要保证,产生最大的热效率,同时稳定的燃烧状况可以使得脱硫塔内喷水、喷粉等关键因素的控制得到充足的保证。

对于负荷波动大的锅炉(如调峰电站锅炉)。加装循环流化床烟气脱流装置,要专门设计。同时控制系统的程序设计和编写,应该综合考虑多种运行因素的相互制约,对影响系统稳定运行的参数设置合理的变化范围,注重控制细节的量化。

4.3 人员管理

4.3.1 人员定岗

由于设备的可靠性、操作的规范性达不到国际标准,因此,需要有相对专职的运行人员。

4.3.2 人员培训

由于系统运行条件要求苛刻,人员培训非常重要,人员培训主要包括理论基础培训与实际操作培训。理论基础培训除了培训一般的系统理论基础外还要由供应商的技术人员对提供技术专业培训。实际操作培训则主要是到已经投运的采用同样技术的电厂进行。

4.3.3 操作制度规范化

必须对整套系统的运行情况作记录,在按照电厂的相关规定记录外,还要对以下数据进行全面记录:系统的启动、停止时间;除尘器运行参数;脱硫岛出、入口烟气的温度、烟气流量、烟气压力、吸收塔压差、SO2浓度、粉尘浓度、喷水量等。

5 几点建议

5.1 技术及管理层面上

与袋式除尘器配套的干法循环流化床烟气脱硫除尘一体化工艺,对设备的自动化、成套化、机电一体化、工程化以及稳定性要求较高。如何保证工业化装置稳定、高效的运行,是烟气脱硫技术研究的一个重要课题。从先进的工艺到实际装置的工业化应用,还有一定的工作要做。

(1) 对用户要有正确的技术导向,并不是脱硫效率要求越高越好,稳定运行是第一位的。要求干法脱硫系统脱硫效率大于85%就比较合理,同样不要片面追求低钙硫比。

(2) 循环流化床烟气脱硫装置结构简单,但是运行条件要求苛刻,尤其是和袋式除尘器配套使用后,因此对系统控制要求严格。只要有一次糊袋,袋式除尘器就无法正常工作。系统也不适合负荷频繁波动,有的电厂要求设计考虑40%BMCR锅炉工况,是不符合实际的。此外要确保脱硫装置的稳定高效运行,必须从以下两方面注意:

加强对操作人员的培训;

选用可靠的控制系统(包括数据采集系统);

(3)重视对布袋除尘器滤料的选择,建议选择进口滤料。

(4)加强对袋式除尘器的保护。以目前的技术水平,建议袋式除尘器还是要设置烟道旁路来保护布袋除尘器,或增加加热升温装置。

5.2宏观政策层面上,对于中国发展的CFBFGD建议:

(1) 关键设备国产化是减少CFBFGD投资的重要手段,需要队对国内从事CFBFGD技术开发与技术合作的项目提供必要的政策和资金支持,加快引进技术的国产化进程,集中对关键设备进行立项,避免重复性研究开发;研究开发坚持走国际上通用的成熟路线,同时进行适应中国煤种与炉型的适应研究;鼓励突破与创新;

(2) 应该加强示范工程的建设、监管和标准的改进,避免盲目建设和低水平建设;加强脱硫工程的后评估工作。

(3) 采取市场开放与技术引进、技术国产化必须同步进行的政策;采用市场许可准入制度,鼓励引进工程经验成熟的技术;

(4) 设备制造必须由国内厂家生产;喷嘴,消和等设备生产的标准化和规模化,便于降低成本;工程工作由国内的工程公司进行。

结束语

由于篇幅限制,本文只是将我们的运行经验作了一个概括性的总结,总之,将袋式除尘器应用于循环流化床干法脱硫系统,虽然在目前存在着一些问题,但经过如上的分析,只要在关键设备上加强控制与选型,在控制点上进行细化控制和监测,总体工艺是可行的,将袋式除尘器应用于循环流化床干法烟气脱硫系统,不但能节省了大量的投资,而且能够达到很好的环境效益和标准,应用前景广阔。

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