陈阳：某电厂脱硫系统优化的可行性分析 |
| 2012-10-30 10:49 作者：陈阳 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网10月30日讯】据《硅谷》杂志2012年第16期刊文称，从脱硫岛的传统设计中取消GGH、增压风机和旁路烟道，将增压风机、引风机合二为一的优化理念出发，通过装置效率、节能、系统优化前后各项污染物排放情况以及经济指标对比分析，阐述该优化方案是可行的、安全的。
1脱硫系统优化前言
“温室效应”、“节能减排”是当今最敏感的话题，本脱硫系统优化是针对某发电厂的地理位置，根据现场的实际情况，结合国内环保要求，脱硫未来的发展趋势，综合各大流派的优点，针对脱硫技术，对最初的设计进行优化改进、对操作调整进行优化组合。
某电厂工程为2×660MW级国产超临界表面式间接空冷燃煤机组，脱硫岛采用石灰石----石膏湿法脱硫工艺，两台锅炉各配套一个吸收塔，共用一个烟囱，将最初设计的GGH、增压风机、旁路烟道取消，和将增压风机、引风机合二为一，脱硫岛自初步设计至后期设计优化、制造过程中，进行了多次调整，布置形式发生了很大变化，对脱硫岛的可靠性也提出了更高的要求。
2项目优化背景
石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺是目前技术最成熟、运行可靠、应用最广泛的一种湿法脱硫技术。我国初期建设的火电厂石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置均安装了GGH。从国内目前运行的脱硫装置来看，GGH已成为石灰石一石膏湿法烟气脱硫系统的主要故障源之一。运行实践中发现，GGH常见的问题主要集中在结垢、堵塞和腐蚀，GGH腐蚀和结垢使得净烟气排放温度达不到设计要求，并对下游设施造成腐蚀，同时，使系统水耗和电耗增加，甚至可能造成风机喘振，影响主机的安全运行。所以随着GGH带来的诸多问题和不安装GGH对环境影响程度认识的深入，再加上国家环保政策力度的逐渐加大，新上火电机组已开始不安装GGH，将增压风机与引风机合二为一，同时取消旁路烟道。
取消旁路系统，能使整个脱硫装置占地小、耗电量少，系统简单，维护方便，且大大降低整个工程的投资及运行费用，优势明显。此外，采取不设旁路的脱硫系统，能做到真正意义上的脱硫，同时也满足了国家环保部门的要求，也是在节能减排、倡导低碳经济与绿色能源的背景下，提高机组的环保水平而采取的措施。
3优化方案的编制
3.1脱硫系统优化的基本原则
结合同类型机组脱硫普遍存在的诸如GGH结垢、堵塞、腐蚀及脱硫系统厂用电率较高，以及有旁路存在偷排现象，挡板门密封不严存在漏烟现象，脱硫效率达不到要求等问题，吸收同类型机组脱硫系统的先进技术和完善改进的成功经验，针对某电厂工程对脱硫预留空间狭小的实际情况，为改进完善脱硫系统、节约厂用电、节省投资、提高厂用电效率、最大限度的满足环保要求等，提出系统完善改进方案。
3.2脱硫系统优化的基本思路
1）按照国家环保的节能减排思路，树立典范脱硫工程创造空间。
2）目前GGH仍是脱硫系统运行的主要故障源之一，在广泛调研、充分论证的基础上将其取消，继而将增压风机与引风机合并，并且取消了100%容量的旁路烟道，同时在系统方面进行了一系列的优化调整。
3）在设备选型、采购、质量验收等方面严格把关，提高可靠性，为后期运行奠定坚实基础。
3.3脱硫系统优化的可行性分析
3.3.1取消GGH
原因一：安装GGH使得脱硫岛可用率降低
国内已投运电厂的运行实距证明，GGH是整个烟气脱硫系统中的故障点，由频繁发生缺陷，影响了脱硫岛的可用率，严重制约了机组的稳定运行。由于安装了GGH，原烟气温度在GGH中由120℃的水平降低到酸露点以下的80℃水平，因此在GGH中产生大量粘稠的浓酸液，这些酸液不仅对GGH的换热元件和壳体有很强的腐蚀作用，而且粘附大量烟气中的飞灰，飞灰与水及酸液作用后发生硬结，将大部换热元件堵塞。在电除尘器的除尘效率得不到保证的情况下，这种问题尤为突出。换热器堵塞后，阻力急剧上升，导致脱硫岛被迫停运。目前我国设置GGH的脱硫岛大部分都难以维持长期可靠运行，主要原因就在于GGH堵塞。
原因二：安装GGH不利于脱硫岛总体脱硫效率的提高
GGH的运行实距证明，GGH在转动、换热过程中，密封片易磨损，易造成原烟气向净烟气侧泄漏；有的电厂在处理GGH故障时，迫不得已进行换热元件的拆卸，更加剧了烟气泄漏，降低了总体脱硫效率。
原因三：安装GGH使得厂用电负荷增加
安装GGH后，为克服GGH的阻力必须安装增压风机或提高引风机的压头，与取消GGH相比增加功率1650kW，此外GGH低压电气负荷每台增加约250kW，每台机总计增加厂用电负荷约1900kW。
此外，由于电除尘器为静电除尘器，与布袋除尘器相比效率较低，烟气中仍含有相当数量的粉尘，容易引起GGH堵塞。
基于以上原因，脱硫岛取消了GGH，脱硫岛系统阻力大大减小，同时取消了增压风机，将增压风机与主机的引风机合二为一。
3.3.2取消旁路烟道
取消旁路烟道后，脱硫岛成为锅炉风烟系统的一部分，机组启动、稳定运行的先决条件是脱硫岛首先投入并维持稳定运行，这使得脱硫岛的功能性与重要性发生显著变化，必须最大程度的提高设备运行的可靠性。
1）取消旁路系统方案的技术特点
①系统简单、流畅，烟道布置简洁紧凑，占地面积最少；
②设备及配套设施少，减少了设备事故率，增加机组可靠性，同时运行维护简单，检修工作量小；
③基建投资少，运行成本低，是将来火电厂烟气净化的发展方向；
④因为取消旁路，因此对脱硫装置的可靠性要求较高，否则会造成机组停机。
2）取消旁路烟道的安全性分析
①FGD系统运行的安全性：定义为FGD系统对发电厂机组安全性的影响程度及FGD系统本身的安全程度。它包含两个含义：一是对机组的安全影响，如对锅炉运行影响等；二是FGD系统本身的安全程度，如系统各设备的安全性、防腐性等，它直接影响系统的运行可靠性和投运率。
②FGD系统取消旁路系统，则脱硫装置是直接与电厂主机系统连接，对脱硫系统自身的安全性及设备可用率要求很高，甚至应高于电厂机组的可用率。否则一旦脱硫装置出现故障，则会造成电厂机组停机。不过近年来石灰石一石膏湿法脱硫技术已经越来越成熟，通过合理的系统设计、设备选材及防腐等措施，加之正确的运行方式，完全可以实现100％的系统和设备可用率．保证电厂主机和脱硫装置的安全。而脱硫装置设置旁路系统时，FGD系统与锅炉的联系是通过FGD进口、出口烟气挡板及旁路挡板进行烟气的切换。FGD系统在正常运行时，不会对锅炉产生影响。只有在FGD系统故障解列时，以及FGD系统启动时，才会对锅炉产生影响。因为FGD系统启停或解列时，烟气的切换是由旁路和主路来实现的，由于两路烟道的阻力不一样，此时会对锅炉的炉膛负压产生明显的影响，若操作不当，将使锅炉MFT，甚至危急锅炉炉膛的安全，但有了旁路后，脱硫装置若不运行，主机仍在运行的情况下，会对大气环境造成严重影响。
3.3.3脱硫系统优化前后各项污染物排放情况对比分析
本工程后期设计中综合比较干烟囱排放和湿烟囱排放两种排烟方式的优缺点，结合工程建设条件，取消GGH，为降低取消GGH对环境带来的不利影响，本工程又采取了一系列辅助污染防治措施，如同步建设SCR脱硝设施、提高除尘器的除尘效率以减小各污染物的排放，降低污染物落地浓度。
1）优化前后污染物总量变化情况
在2010年3月份设计院编制的某发电厂2×660MW级机组环境影响补充报告污染物总量变化情况表，以及2011年3月28日第一台脱硫装置168试运至今以及第二台脱硫装置168试运至今，在工程设计方案变更后，以设计煤种为例，SO2年排放总量将减少899t/a，减少幅度为35.08%；NOX年排放总量将减少5943.5t/a，减少幅度为59.08%；烟尘年排放总量将减少224.5t/a，减少幅度为32.65%。灰渣年排放总量将减少2.97万t/a，减少幅度为7.83%；脱硫石膏年排放总量将减少0.309万t/a，减少幅度为4.04%。详见表2。另外，脱硫效率由90%提高至93%（脱硫装置的脱硫效率≥95%，脱硫系统可用率96%）。
表1国家环保部门大气污染物排放标准限值
标准名称 级别 项目 单位 标准限值
《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003） 第Ⅲ时段 SO2 mg/m3 1200
NOX mg/m3 450
烟尘 mg/m3 100
《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）新污染源 颗粒物 mg/m3 无组织排放监控浓度限值：1.0
表2优化前后污染物总量变化情况
项目 单位 设计方案 设计方案变更前后增减值
原设计方案 设计变更后
SO2 设计煤种 kg/h 466 303 -163
t/a 2563.0 1664 -899
校核煤种 kg/h 483 313 -170
t/a 2656.5 1722 -934.5
烟尘 设计煤种 kg/h 125 84 -41
t/a 687.5 463 -224.5
校核煤种 kg/h 162 110 -52
t/a 891 604 -287
NOX 设计煤种 kg/h 1829 748 -1081
t/a 10059.5 4116 -5943.5
校核煤种 kg/h 1788 732 -1056
t/a 9834 4024 -5810
灰渣 设计煤种 t/h 68.94 63.54 -5.40
104t/a 37.92 34.95 -2.97
校核煤种 t/h 89.62 82.60 -7.02
104t/a 49.29 45.43 -3.86
脱硫石膏 设计煤种 t/h 13.92 13.36 -0.56
104t/a 7.656 7.347 -0.309
校核煤种 t/h 14.46 13.83 -0.63
104t/a 7.953 7.607 -0.346
以设计煤种为例，SO2的排放浓度由118mg/m3下降为75mg/m3，下降幅度为40%；排放速率由466kg/h下降为303kg/h，下降幅度为35%。NOX的排放浓度由450mg/m3下降为175mg/m3，下降幅度达到了61%；排放速率由1778kg/h下降为748kg/h，下降幅度达到了58%。PM10的排放浓度32mg/m3下降为20mg/m3，下降幅度为38%；排放速率由125kg/h下降为84kg/h，下降幅度为33%。由此可见，本工程取消GGH，同步建设SCR脱硝设施、提高除尘器效率及脱硫效率可以从污染物源上降低污染物排放浓度及排放速率。同时，完全符合国家环保部门大气污染物排放标准限值，见表1。
2）某发电厂污染物总量控制情况
污染物
项目 名称 废气 固体废物
SO2 烟尘 NOX 工业废渣
单位 t/a 104t/a
设计方案 原设计方案 设计煤种 2563 687.5 10059.5 45.576
校核煤种 2656.5 891 9834 57.243
设计变更后 设计煤种 1664 463 4116 42.297
校核煤种 1722 604 4024 53.037
增减值 设计煤种 -899 -224.5 -5943.5 -3.279
校核煤种 -934.5 -287 -5810 -4.206
总量控制指标 原当地环保要求 2653 / / /
是否符合总量控制要求 是 / / /
由上表可知，本工程设计变更后SO2年排放量为1664t/a，满足原当地环保单位给定的SO2排放总量控制指标2563t/a要求。其环保效益、社会效益可见一斑。
3.3.4脱硫系统优化前后经济性对比分析
1）投资及运行费用分析
本投资及运行费用分析是针对两台660MW机组FGD系统设置旁路和取消旁路两个方案进行的，具体对比指标见表3。
表3两台660MW机组FGD系统设置旁路和取消旁路经济指标对比万元
序号 项目 取消旁路系统 设置旁路系统
1 设备投资费用 约100 约4535
1.1 旁路烟道及支架 无 约160
1.2 增压风机及其辅助系统 无 约1500
1.3 GGH 无 有，约2400（含安装、土建等）
1.4 FGD进、出口及旁路挡板门
（含密封风机等辅助系统） 有出口挡板约100 约440
1.5 事故冷却水系统 约100（含安装费用） 无
1.6 旁路烟道防腐处理 无 约35
2 土建费用 0 约1000
3 安装费用 0 约190
4 年运行维护费用 约300
4.1 电耗 无 约300
4.2 水耗 仅在事故高温情况时才启动，平时运行不需要 无
4.3 维护费用 无 较多
注：1.上表中所列费用为两台660MW组总额。2.机组年运行费用按5500h计算
从表3可见，取消旁路系统在总投资和运行费用都远远优于设置旁路系统方案，主要分析见下。
①投资费用：由于取消设置旁路和增压风机，设备投资费用很少，仅需要增设2套事故冷却水系统，约100万元。而设置旁路系统，则需增加增压风机和旁路挡板等一系列设施，仅设备投资费用就达2135万，比不设置旁路方案高2035万元。此外还需增加1190万元的土建及安装费用。两项相加，设置旁路系统总投资比不设旁路系统方案高出5525万元。
②运行费用：取消旁路系统，仅考虑电费，每年可节省运行费用约300万元。此外，由于取消设置增压风机和烟道挡板门，简化了系统，节省了大量设备维护工作量和费用。
2）施工工期
不设置旁路系统方案是安装在机组引风机之后和烟囱之前，与主体机组连成一体，为了不影响电厂机组投产发电，脱硫系统必须在主机之前或与主机同步投产建成。
设置旁路系统的建设工期则比较灵活，脱硫装置既可与电厂工程同步建设，也可滞后于主体工程。
常规石灰石-石膏湿法脱硫工程的建设工期一般为22-24个月，即从签定合同开始算起到脱硫装置通过168ｈ试运行。按目前国内电厂的建设施工周期计算，脱硫工程的建设工期一般都低于电厂机组的建设投产时间。因此，电厂只要合理的安排施工进度，保证设计质量和供货周期，不设置旁路系统的脱硫工程的建设工期完全能满足电厂要求。从现场的施工工期和与主机的同步投运来看，完全满足了要求，脱硫电价同时得以批准，脱硫工期提前5个月完成，两台机组电价补助得到7000多万元。
3）布置比较
本布置比较是针对两台660MW机组FGD系统设置旁路和取消旁路两个方案进行的。取消旁路系统后整个脱硫装置占地面积较设置旁路系统方案占地面积大为减小。由于取消旁路烟道和增压风机，大大减少了脱硫系统的占地面积，使得循环泵房、脱水及制浆车间和所有箱罐等设施都可以布置在烟囱和引风机之间的空地上，使整个系统的布置更为紧凑、合理，既节省了占地面积，也便于日后脱硫设备的安装和检修。
4）技术经济性比较
针对两台660MW机组FGD系统，取消旁路系统和设置旁路系统的技术经济比较见表5。
表5取消旁路系统和设置旁路系统的技术经济比较
序号 项目 取消旁路系统 设置旁路系统
1 机组容量 2×660MW 2×660MW
2 脱硫工艺 石灰石—石膏湿法 石灰石—石膏湿法
3 技术成熟程度 成熟 成熟
4 工艺系统复杂程度 简单 复杂
5 电厂运行经验 国外很多，国内较少 国内较多
6 GGH配置 无 有
7 增压风机/台 无 有
8 烟气旁路 无 有
9 可靠性 高 高
10 安全性 高 高
11 建设工期 满足 满足
12 设备投资/万元 约100万 4535
13 土建费用/万元 0 1000
14 安装费用/万元 0（含在设备费内） 190
15 运行费用/万元/年） 0 约300
4结论
综上所述，某发电厂脱硫岛取消GGH、增压风机与引风机合并，取消旁路烟道后减少投资约5000万元，且具有一定的环保效益和社会效益，该优化方案是可行的、安全的。
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