拆除脱硫旁路挡板的分析及改造措施

叶颖俊

（上海外高桥发电有限责任公司，上海 200137）

0 引言

为了满足国家对环保的要求，我国大型火力发电厂目前均设置了烟气脱硫系统。早期投产的脱硫系统，为了保证锅炉系统运行的安全，均设置了烟道旁路挡板，当脱硫系统出现故障时，烟气可通过旁路直接进入烟囱进行排放，保证主机系统稳定运行。

近年来，面对日益严峻的节能减排任务，上海外高桥发电有限责任公司严格执行国家节能减排政策，按照环保部要求，致力于改进和提升脱硫环保设施运行效率，在增设脱硝系统的同时，完成了3、4号机组脱硫旁路系统取消的相关工作。脱硫旁路挡板拆除后，脱硫系统的安全运行，直接影响到主机的安全运行。通过对脱硫控制系统的优化设计以及保护逻辑的优化，确保了主机与脱硫系统的安全稳定和可靠运行。

1 设备状况

上海外高桥发电有限责任公司3、4号机组为320MW亚临界燃煤机组，锅炉采用上海锅炉厂生产的亚临界一次中间再热控制循环汽包炉，型号为SG1038／18.3-M831。锅炉采用正压直吹HP中速磨制粉系统，四角同心反切燃烧方式。脱硫装置采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺，结构为单炉单塔，配有烟气换热器（GGH）和1台增压风机。吸收塔采用喷淋塔，脱硫效率高于95%。脱硫控制系统采用北京ABB贝利控制有限公司提供的Symphony分散控制系统。3、4号机组脱硫控制系统各配置1套独立的控制机柜，但上位监控系统则两台机组共用1套。

2 设备改造

2.1 设置脱硫增压风机旁路烟道

从全年运行状况考虑，3号机组经常处于低负荷运行。当机组处于低负荷状态时，引风机和增压风机耗能较大，并且在较低负荷时运行效率较低。

考虑到以上因素，本次改造考虑设置脱硫增压风机旁路烟道，用以提高脱硫系统的可靠性，如图1所示。

图1 增设脱硫增压风机旁路烟道

当机组处于低负荷时，停运增压风机，烟气直接通过脱硫增压风机旁路烟道，起到节能的效果。增压风机旁路挡板门采用电动挡板门（开关时间为25s），增压风机进出口挡板门同样采用电动挡板门。根据引风机性能曲线，在脱硫增压风机停运进行旁路运行时，引风机可以带60%机组负荷运行。

2.2 设置事故喷淋系统

拆除旁路挡板后，一旦锅炉发生异常导致排烟温度升高时，高温烟气将直接进入脱硫系统，对脱硫塔的内衬材料、除雾器等部件都会造成较大损伤。

图2 增设事故喷淋系统

为了防止此类事件发生，脱硫系统必须装设事故喷淋系统，用于事故状态下自动开启喷淋装置降低烟气温度，防止烟气温度超过吸收塔等防腐材料所能承受的温度，如图2所示。

为了保证事故喷淋系统的可靠供水，采用了消防水和工业水二路水源，一旦工业水压力不足时及时开启消防水，确保吸收塔出口温度低于70℃。

3 脱硫控制系统设计及优化

脱硫旁路挡板拆除后，脱硫系统的日常运行，直接影响到机组的安全运行，甚至可能造成停机。因此，在无旁路烟道的脱硫项目设计中，必须充分考虑脱硫设备的稳定性、安全性和风险分散性，必须控制烟气脱硫系统内设备故障造成降负荷运行或停机的概率。

3.1 硬件改造

1）优化设计一 为了确保脱硫控制系统的可靠，首要任务是确保控制系统及相关重要设备的可靠供电。必须提供二路可靠的不间断供电电源，避免因一路供电电源故障导致控制系统故障，造成机组停运事件。日常维护时加强区域设备如控制系统相应的电源模块等的隐患排查。系统、全面地排查所管辖区域设备的隐患，从管理到维护，不留死角，将隐患消除在萌芽状态，使重点区域的设备得到有效监控。

2）优化设计二 早期的脱硫控制系统设计理念简单，往往两台机组的脱硫控制系统上位监控系统共用1套，特别是两台机组共用1台工程师站。由于旁路挡板的拆除，脱硫系统的安全等级大大提高。因此，从安全角度考虑，可增设1台工程师站，便于两台机组分开，以利于今后的调试及设备维护工作，提升控制系统的安全等级。

3）优化设计三 针对脱硫控制系统的重要输入／输出信号，如烟气脱硫（FGD）入口温度、FGD入口压力、吸收塔出口温度、3台浆液循环泵的控制指令、GGH主、辅电机控制指令、FGD触发锅炉主燃料跳闸（MFT）、增压风机跳闸等类似信号，进行冗余设置，并分别配置在不同的通道板上。必要时，应分别配置在不同控制器的不同通道板上，避免卡件发生故障，引起控制系统误发信号的事件发生。

4）优化设计四 为了确保脱硫控制系统保护信号的可靠性，重要保护信号均采取“三取二”方式。针对一些原先设计的单点保护测点，逐一进行排查梳理，取消单点保护状况。在设计初期，倘若遇到单点保护设计情况，可在设备允许的条件下，增设测点，如无可能增设测点，则进一步通过软件的逻辑设计来弥补现有硬件条件的不足，将风险降至最低，通过优化设计来确保设备的稳定、安全、经济运行。例如：针对浆液循环泵的单点温度保护信号（轴承温度、电机线圈温度等），需增设温度速率判断，一旦温度变化超过每秒8℃，即判断为该点温度测点故障，而不会引起浆液循环泵跳闸保护动作。

3.2 软件修改及控制策略

1）脱硫系统跳闸加入锅炉主保护 触发条件：①当3台浆液循环泵跳闸，且吸收塔出口温度大于78℃，延时10s，发5min脉冲；②GGH主辅电机均未运行，且任1台引风机运行，延时1min。只要任一条件满足脱硫系统跳闸，就去触发机组MFT。

2）增压风机跳闸后实现机组RB功能 触发条件：增压风机停运且负荷大于180MW。动作回路：在大于3台磨煤机的状况下，跳最高层磨煤机，5s后条件继续满足，跳第二台磨煤机（最高层），直至维持3台磨煤机运行；自动减负荷、煤量、风量，有可能的话，建议跳1台送风机，维持机组50%额定负荷。试验证实：只要FGD闭环逻辑设计合理，增压风机旁路挡板动作正确，就能为机组的安全运行提供保证。

3）优化增压风机跳闸保护条件 将锅炉MFT跳闸条件修改为2台引风机全跳闸；FGD跳闸条件修改为GGH主辅电机均跳闸；增压风机电机轴承温度跳闸则由原来的“四取一”方式，改为“二取二”方式等。

4）增设联锁保护功能 增压风机跳闸后，增压风机旁路挡板自动打开。此时，增压风机动叶全开，增压风机进、出口挡板全开，增设联锁保护功能。

5）整体重新调试 旁路挡板拆除后，增压风机与引风机作为锅炉风烟系统的一个整体，脱硫系统与主机系统的调试密不可分，必须进行联合调试。引风机与增压风机的协调、主机与脱硫系统的协调等问题都必须综合考虑。尤其是引风机动叶与增压风机动叶的自动调节回路，更应进行综合调试，目的是确保烟道压力控制在合理范围内。同时，增设烟道超压的联锁保护功能。一旦烟道压力大于或等于1.5kPa，立即报警显示；继续超压至大于或等于1.8kPa，自动开启增压风机旁路挡板。

6）更新机组脱硫画面背景 原先3、4号机组脱硫控制系统共用1套上位监控系统，操作画面容易混淆，不够清晰。此次改造，更新了3、4号机组脱硫画面背景，每1副画面具有明显的机组名称，便于操作人员识别。有条件的话，也可以考虑增设操作员站，便于区分不同的机组，用以提升控制系统的安全等级。

4 拆除旁路烟道后对运行的要求

4.1 冷态启动注意事项

脱硫旁路挡板取消后，锅炉在冷态点火启动过程中，必须防止大量油污和粉尘进入吸收塔，从而避免浆液品质恶化，导致脱水系统故障、脱硫效率下降等问题。为此，拟定了简而有效的启动方案，首次将布袋除尘器及脱硫系统在冷态点火时随炉投用。技术措施如下：

1）布袋首次涂灰，采用熟石灰粉预涂，减少点火阶段油气对滤袋的侵蚀。

2）确保涂灰前后的滤袋差压提升0.5kPa，以形成有效的过滤层。清灰控制方式切至手动，保持滤袋差压大于0.7kPa。

3）确认布袋除尘器旁路挡板关闭严密，避免烟尘逃逸至吸收塔。

4）加强锅炉油枪的维护或更换。确保油枪雾化质量，减少未完全燃烧生成的油气量。同时，确保微油系统可用，尽可能不用或少用大油枪。

5）A仓加低硫神木煤，尽可能利用微油系统升温升压。

6）合理控制除氧器加热温度，保证给水温度与炉水温差小于50℃。

7）根据炉膛负压及引风机出力，适时启动增压风机。

4.2 热态启动注意事项

锅炉热态启动过程耗时较短，除尘器无法投运的时间约为0.5h。这段时间内进入塔内的粉尘量占总浆液质量的0.5%，占总固体物质量的2.5%。这样的比例，理论上不会对石膏浆液质量产生严重影响。脱硫系统的运行，包括石膏脱水系统应该可以正常运行。

但是，由于粉尘中含有大量的氯化物和氟化物，会引起浆液中Cl-、F-浓度升高，影响SO2吸收以及石灰石的溶解。尤其是浆液中F-如果过高，容易与烟尘中逐渐溶出的Al+3生成氟化铝络合物，形成包膜覆盖在石灰石颗粒表面，出现“脱硫盲区”现象。这就要求运行人员必须及时对吸收塔内浆液取样化验，及时反映出浆液中F-浓度的增加趋势。一旦浓度超过150μL／L，则要向塔内投加氢氧化钠，除去F-，保证脱硫系统的正常运行。

4.3 低负荷运行节能措施

从实际运行分析可知，在低负荷阶段，由于锅炉引风机出力有较大的余量，如果将增压风机旁路挡板开启后停用增压风机，则不会影响机组的正常运行，反而节约了厂用电。以2013年11月份3号机组运行21天为例，在低负荷期间增压风机停用时间为146h，平均每天停用时间为6.95h，接近运行时间的30%。3号机组11月份节电量为148MWh。

正常运行时，低负荷阶段增压风机电流为130A，停用增压风机后，按2台引风机电流增加16A计算，停用增压风机后1台机组每天节电为7.049MWh；若按上网电价0.33元／kWh计算，1台机组每天节约2326元；按全年低负荷运行285天计算，2台机组每年可节约132.58万元。以上计算不包括机组启停阶段。

5 结语

烟气脱硫旁路挡板拆除后，脱硫系统融入机组整体控制范围，其原有设备级安全保护上升为机组级，大大提高了脱硫系统设备的重要性，同时对脱硫系统设备的质量、安全等方面提出了更高要求。

主机逻辑的设计要把脱硫系统的设备考虑进去，脱硫系统作为主机的一部分，即要考虑到脱硫系统故障情况下保证机组的安全稳定运行，同时要尽量做到设备的冗余配置，提升设备的安全等级。因此，完善和优化脱硫系统设备的运行状况，是提高机组安全可靠运行的重要保障。