NID脫硫技術(shù)在焦作電廠的應用
焦作電廠#2鍋爐于1980年1月投產(chǎn),，為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG670/13.7—5型超高壓,、一次中間再熱單汽包自然循環(huán)固態(tài)排渣無煙煤鍋爐。一,、二次風各為四層,，一次風噴口為水平濃縮直流煤粉燃燒器，四角切圓燃燒,，設(shè)計排煙溫度130℃,。設(shè)計煤種為焦作王封礦無煙煤，收到基硫份2.13%,。
由于燃煤供應緊張，原煤含硫量也不斷攀升,，河南電力用煤含硫量從2004年的0.5%升高到2007年的2.0%,。焦作電廠#2爐SO2排放濃度平均達到2000mg/m3以上，遠遠高于國家環(huán)?？己藰藴?。隨著國家環(huán)保要求的日益嚴格，加之我廠位于焦作市郊,，我廠提出脫硫改造,。在2005年10月至2006年11月#2機組進行的第六次大修中，采用美國ALSTOM公司的NID脫硫工藝,，由浙江菲達環(huán)保公司負責施工,，機組進行了脫硫除塵干除灰一體化改造。
一,、焦作電廠NID脫硫系統(tǒng)主要構(gòu)造
鍋爐空氣預熱器出口的煙氣被均勻地分成4股,每股煙氣煙道上設(shè)置1條NID工藝煙氣脫硫裝置,即整套脫硫系統(tǒng)有4條NID工藝線,每條工藝線路能獨立啟閉(見圖20),。整套脫硫系統(tǒng)由以下幾部分組成:4條NID工藝煙氣脫硫裝置;2個生石灰料倉;3臺流化風機;1個工藝水箱及2臺工藝水泵;1個空壓機站;1個灰?guī)旒跋禄以O(shè)備等;氣力輸送系統(tǒng);2臺引風機;其他輔助設(shè)備。
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圖20 |
每條NID煙氣脫硫裝置由以下主要設(shè)備組成1只反應器入口關(guān)斷風門;1個NID反應器及沉降室;1列布袋除塵器;出口關(guān)斷風門;1個在布袋除塵器下為輸送終產(chǎn)物的船形灰斗和流化槽;1套NID設(shè)備(消化器,、混合器,、循環(huán)灰給料閥)。
1,、反應器
NID反應器是一種經(jīng)特殊設(shè)計的集內(nèi)循環(huán)流化床和輸送床雙功能的矩形反應器,是整套脫硫裝置中的關(guān)鍵設(shè)備,采用ALSTOM公司的專利技術(shù),。在反應器內(nèi),一方面,通過煙氣與反應劑顆粒之間的充分混合,即物料通過切向應力和紊流作用在一個混合區(qū)里被充分分散到煙氣流中;另一方面,循環(huán)物料中的氫氧化鈣與煙氣中的二氧化硫發(fā)生反應時,通過物料表面的水分蒸發(fā),使煙氣冷卻到一個適合二氧化硫吸收(脫硫)的溫度,來進一步提高二氧化硫的吸收效率,。
2、沉降室
沉降室位于NID反應器和布袋除塵器之間,是這2個設(shè)備的連接部件,設(shè)計成灰斗形式,。煙氣在反應器頂部導流板的作用下,煙氣降低流速進入沉降室后,使顆粒較大的粉塵能通過重力沉降直接進入沉降室下方的流化底倉中,大大降低了對布袋除塵器布袋的磨損,提高了布袋的使用壽命,。
3、消化器
消化器采用ALSTOM公司的專利技術(shù)產(chǎn)品,是NID脫硫技術(shù)的核心設(shè)備之一(見圖21),其主要作用是將CaO消化成Ca(OH)2,。CaO來自石灰料倉,通過螺旋輸送機送至消化器,在消化器中加水消化成Ca(OH)2,再輸送至混合器,在混合器中與循環(huán)灰,、水混合。消化器分2級,可使石灰的駐留時間達到10 min左右,。在第1級中,石灰從螺旋輸送機過來進入消化器,同時工藝水由噴槍噴灑到生石灰的表面,通過葉片的攪拌被充分混合,同時將消化器溫度沿軸向控制在85～95℃,消化生成的消石灰比重比生石灰輕很多,消石灰飄浮在上面并自動溢入第2級消化器,水和石灰反應產(chǎn)生大量熱量,形成的蒸汽通過混合器進入煙氣中,。在第2級中,幾乎100%的CaO轉(zhuǎn)化為Ca(OH)2,氫氧化鈣非常松軟呈現(xiàn)出似流體一樣的輸送特性,在消化器的整個寬度上形成均勻的分布,在這一級裝配了較寬的葉片使塊狀物保留下來其他物料則溢流進入混合器中。通過調(diào)節(jié)消化水量和石灰之間的比率,消石灰的含水質(zhì)量分數(shù)可達10%～20%,其表面積接近于商用標準干消石灰的2倍,非常利于對煙氣中SO2等酸性物質(zhì)的吸收,單臺生石灰最大流量為1019.2kg/h,。
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圖21 |
4,、混合器
圖22為NID混合器,包括一個霧化增濕區(qū)和一個混合區(qū)。在混合區(qū),根據(jù)系統(tǒng)溫度控制的循環(huán)灰量,通過SO2排放量控制從消化器送來的消石灰量,將循環(huán)灰和消石灰在混合器內(nèi)混合,混合動力是20kPa的流化風,使二者充分流化,增加空隙率及混合機會,然后由機械攪拌器完成二者的混合,不僅動力消耗低,、磨損小,而且混合均勻,。在與混合區(qū)相連的霧化增濕區(qū),被霧化的工藝水噴灑在混合灰的表面,使灰的水分由原來的1.5%～2%增加到5%左右,此時的灰仍具有良好的流動性,再經(jīng)反應器的導向板溢流進入反應器。
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圖22 |
二,、焦作電廠NID脫硫系統(tǒng)的運行情況與主要問題
1,、運行情況
含塵的煙氣由反應器進入到布袋除塵器中,煙氣中的灰塵被布袋過濾掉,附著在布袋上的灰塵被壓縮空氣噴吹后脫離布袋,在重力作用下落入除塵器下面的流化槽中,流化風從流化槽下部通入,使流化槽中的灰呈流動狀態(tài),由于循環(huán)給料機不斷將灰加入到混合器內(nèi),所以流化槽內(nèi)的灰也會從流化槽的后部循環(huán)不斷地流向前部。同時,加入到消化器中的生石灰和水反應生成消石灰,生成的消石灰從消化器中溢入到混合器中,在混合器內(nèi),循環(huán)灰與消石灰充分混合加濕后進入反應器,在反應器豎直煙道內(nèi)保持一定的質(zhì)量濃度,使得富含脫硫劑的循環(huán)灰與含有SO2的鍋爐煙氣充分接觸,從混合器內(nèi)加入到循環(huán)灰中的水分在反應器中蒸發(fā)后使煙氣溫度降低到70℃左右,使反應器內(nèi)保持潮濕的環(huán)境,這更有利于煙氣中SO2與循環(huán)灰內(nèi)的Ca(OH)2充分反應,所以,當鍋爐煙氣從尾部煙道進入到脫硫反應器時,其中的SO2在反應器中被脫除掉,脫硫反應后的煙氣由反應器進入布袋除塵器,過濾后的潔凈煙氣排入到大氣中,除下的灰一部分參與循環(huán),另一部分由倉泵排出,。
2,、主要問題與解決
2.1 煙塵排放超標
在整個系統(tǒng)開始試運以后，從實地觀察和監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)反應,，煙塵排放超標,。尤其在脫硫系統(tǒng)投入運行以后，煙塵超標現(xiàn)象更為嚴重,，數(shù)據(jù)顯示煙塵排放濃度達到300mg/Nm3以上,。
經(jīng)過分析，煙塵排放超標的主要原因是布袋除塵器的內(nèi)置式旁通煙道的提升閥門不嚴密,，造成煙塵短路,，不經(jīng)過布袋除塵器而直接從中間煙道排走。在菲達公司的設(shè)計安裝中,，為了保證布袋除塵器的濾袋安全,，布袋除塵器設(shè)置有內(nèi)置式旁通煙道。當鍋爐空預器出口煙溫超過170℃,，立即啟動報警系統(tǒng),；若鍋爐空預器出口煙溫超過180℃，打開旁通風門,，關(guān)閉濾室的出口閥門,，隔絕高溫煙氣,，保護濾布免受高溫損壞。煙氣溫度降低到正常范圍后,，旁通煙道自動關(guān)閉,，布袋除塵器進入正常工作狀態(tài)。
焦作電廠鍋爐燃煤揮發(fā)份在8.5％左右,，發(fā)生鍋爐尾部煙道二次燃燒的可能很小,，因此，利用旁通煙道保護濾袋的意義不大,。根據(jù)焦作電廠#3,、4機組布袋除塵器運行經(jīng)驗，在機組啟停和事故狀況下,，對布袋進行噴粉,，足以保護濾袋避免其被污染，也不需要煙氣經(jīng)過旁通煙道,。而煙氣經(jīng)過旁通煙道排放,，也不符合國家的環(huán)保要求。根據(jù)分析結(jié)果,，在機組停運期間,，由菲達公司安裝人員將所有旁通煙道焊死。
機組再次啟動,，發(fā)現(xiàn)煙塵排放情況有了較大好轉(zhuǎn),，但是距離50mg/Nm3的排放要求還是有差距。菲達公司的高層技術(shù)人員經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查,，在和焦作電廠技術(shù)人員協(xié)商后，決定采用熒光粉對布袋除塵器煙道部分進行查漏,。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)幾十個漏點,，其中較大的有十多處，均為安裝過程中焊接質(zhì)量問題,，分布在布袋除塵器的中間煙道的側(cè)壁及斜板上,。經(jīng)過對這些漏點的補焊，徹底解決了煙塵排放超標的問題,，排放濃度始終低于50 mg/Nm3,，完全滿足環(huán)保要求。
2.2 四條工藝線溫度和煙氣流量嚴重不均
在試運行中發(fā)現(xiàn),，脫硫系統(tǒng)四條工藝線入口煙氣的溫度和流量存在一定的偏差,，尤其在鍋爐低負荷下，按設(shè)計要求退出四條工藝線中的一條時,，溫度偏差大大增加,，最大可達60℃,，其中最高的溫度達到175℃，嚴重影響布袋除塵器的安全運行,，也將使濾袋的壽命大大減少,。而排煙溫度的偏差增大，會使脫硫系統(tǒng)在低負荷時無法正常投運,，或運行中因聯(lián)鎖保護動作跳閘,，同時嚴重威脅鍋爐主系統(tǒng)的安全運行。
經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查分析,，引起排煙溫度偏差的主要原因為煙氣流量的偏差,，鍋爐自二級空氣預熱器出口至脫硫反應器這段煙氣流程中，左右煙道為獨立布置,，互相之間沒有連通,，而左右煙道內(nèi)布置的受熱面又基本相同，這就導致流量發(fā)生變化時左右兩側(cè)煙溫發(fā)生變化,。
為了解決溫度偏差問題,，在空氣預熱器出口至脫硫反應器的左右煙道間加裝一個邊長2米的矩形截面的連通煙道，使煙氣重新混合,，煙氣溫度,、流量得以重新平衡，在機組低負荷運行需要退出一條工藝線時,，余下的三條工藝線煙氣之間可以根據(jù)煙道阻力自行平衡煙氣流量,，從而使煙氣溫度、流量的偏差控制在正常允許范圍之內(nèi),。
2.3 流化槽積灰問題
布袋除塵器下方的流化槽作為脫硫系統(tǒng)中循環(huán)灰流化和輸送的重要部件,，在保證脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運行中有著至關(guān)重要的作用。2006年2月,，脫硫系統(tǒng)試運過程中連續(xù)30天出現(xiàn)流化槽高高料位現(xiàn)象,，當時氣力輸灰系統(tǒng)尚未投入，從緊急泄灰口進行出料,，但是拉灰的灰罐車內(nèi)一直無灰,。3月15日開始，流化槽料位超過流化底倉觀察孔玻璃最上端,，料位計顯示料位已經(jīng)達到沉降室上方,。3月16日，采取在流化槽尾部增加噴吹裝置,，利用壓縮空氣來進行擾動,，但是效果不明顯。緊急泄灰口出料時有時無,，灰罐車內(nèi)無灰的現(xiàn)象仍然出現(xiàn),。3月20日,，停機后焦作電廠和菲達公司的技術(shù)人員打開流化槽人孔門，進入流化槽進行檢查,，發(fā)現(xiàn)流化布因為尺寸偏小,，循環(huán)灰壓上后產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象，漏下的灰進入流化風管內(nèi),，嚴重影響了流化風對循環(huán)灰的流化和正常輸送,。
經(jīng)過技術(shù)分析，決定更換流化布,，尺寸增加到1480mm,，并將流化布壓板進行了緊固。經(jīng)過對流化布的處理后,，脫硫系統(tǒng)四條工藝線的流化槽通過一段時間的運行,，發(fā)現(xiàn)運行效果良好，從根本上解決了流化槽存在的循環(huán)灰不流化,，流化風管堵塞的問題,。機組在220MW負荷下流化槽也能夠正常的工作。自實施改造以來,，整套脫硫系統(tǒng)沒有再因為流化槽的積灰問題而造成過系統(tǒng)停運,。
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