海水脱硫热控设计特点.pdf

2 0 0 8 年第6 期华中电力第2 l 卷海水脱硫热控设计特点周成虎刘川燕(中南电力设计院热工室，湖北武汉4 3 0 0 7 1)摘要：详细介绍了海水脱硫系统的工艺流程及相应热工控制要求，为海水脱硫系统的运行和设计提供参考。关键词：海水脱硫；系统；控制中国分类号：X 7 0 1 3；T K 3文献标识码：B文章编号：1 0 0 6-6 5 1 9(2 0 0 8)0 6 0 0 4 4 0 4D i s c u s s i o no nT h e r m a lP r o c e s sC o n t r o lD e s i g no fS e aW a t e rD e s u l f u r i z a t i o nZ H O UC h e n g-h u，L I UC h u a n-y a n随着国家能源政策的变化和对环境保护的日益重视，环保型机组不断增多。目前新建的电厂项目除了对机组的排放监测作为考核依据外更多的机组要求设置脱硫系统。目前国内有成功业绩的脱硫方法有湿法脱硫、干法脱硫和半干法脱硫。湿法脱硫主要有石灰石石灰一石膏、氨洗涤脱硫和海水洗涤脱硫等。海水烟气脱硫丁艺是利用天然海水所固有的碱度来作为S O：的吸收剂，达到脱除烟气中S O：的一种湿式脱硫方法。1系统描述F G D 系统为单元制，用于除去电厂烟气中的S O：。如果I D 风机运行良好，F G D 系统是否投运，都不会影响机组的运行。F G D 系统包括一个烟气处理系统和相关的海水处理系统。烟气中的S O：在吸收塔内，通过海水和烟气的反向流动接触，被海水吸收。海水处理系统向海水中吹入空气使海水中的S O：氧化成无害的硫化物，海水p H 值提高到符合排放标准，最终排人大海。1 1 设备和回路描述1 1 1气侧两台I D 风机的出口烟气管合并到一根风管称之为主管道。F G D 增压风机将气体送至F G D 人口风门。F G D 增压风机将烟气增压以补偿通过F G D 系统的压降。采用可调间距叶片控制风机抽气流量并将气体送入下游的气一气热交换器(G G H)。未处理气体从顶部进入并向下流出G G H后，进入吸收塔底部。吸收塔为一填充塔。海水从吸收塔上部的填充柱的上面引入。烟气首先流经气体净化器处理后从吸收塔上部流出并流入G G H 的下部。在G G H中，未处理的热烟气将加热从吸收塔出来的低温气体。加热后的烟气则通过F G D 出口风门进入主烟道，最后由烟囱排出。主烟道被F G D 旁路风门分成二部分。第一部分即前述“主烟道”。旁路风门能防止未处理气体流人或漏人烟囱，或防止处理后的气体漏人未处理气体中去。为了区分这二部分将处理后气体导人烟囱的部分称为“旁路管道”。在需要停机的紧急工况下。F G D 可将锅炉的烟气1 0 0 旁路。旁路风门打开，未处理气体经由主烟道、旁路风门、旁路管道进入烟囱。这意味着通过关闭F G D 入口、出口风门，使F G D 增压风机跳闸。(1)F G D 入口风门、出口风门)和旁路风门F G D 人口、出口、旁路风门只能由F G D 风门顺序系统自动控制。这样可以防止操作员误操作关闭烟气通道或在不适合的工况下操作F G D。人口、出口风门有二组叶片，并包括气密系统，用于F G D 停运时确保0 的未处理气体漏入F G D系统。每一组风门叶片由一个气动执行机构驱动。入口、出口风门每组叶片开、关装置分别装有j 个限位开关，因此开、关位置共有6 个限位开关指示开、关状态。如果有的指示出现偏离，将会触发报警，显示限位开关有故障。旁路风门为单百叶窗型。下叶片由一调节器控制(I P 一转换器，定位器)，而上叶片由一个气动执行机构控制。上叶片有3 个限位开关指示开关状态，收稿日期：2 0 0 8 一l l 1 4作者简介：周成虎(1 9 7 0 一)，男，湖北人，高级工程师，主要研究方向为火电厂热工自动化设计4 4 万方数据第2 1 卷海水脱硫热控设计特点2 0 0 8 年第6 期当三个中有2 个开关显示“开”。则可认为是“开”状态。(对“关”也同样理解)所有控制烟气风门的气动执行机构均由2 x 1 0 0电磁阀供气。当关闭入口或出口风门时，气密系统自动投运。首先启动密封空气风机，1 5s 后密封空气风门打开。密封气体风门装有一个限位开关用于指示开、关状态。当密封空气风门限位开关或风机电机未能按要求启动，则发出报警。当信号和或供气发生故障时F G D 人口和出口风门保持故障前位置。发生信号和，或供气故障时。F G D 旁路风门将移动到开启位置。(2)F G D 增压风机F G D 风机位于主烟道下游独立于I D 风机运行，用于补偿通过F G D 系统内的压降。F G D 增压风机从主烟道抽烟并送入F G D 系统。I D 风机由锅炉压力控制，F G D 增压风机流量与锅炉功率相对应。F G D 风机为轴流式，动叶可调。控制动叶以调节F G D 增压风机流量使之与设计范围内的任意锅炉负荷工况对应。烟气1 0 0 通过风机而不会影响I D 风机运行。(3)气一气热交换器(a)概述当烟气在吸收塔中脱硫后。温度下降至与进入吸收塔的海水温度相同。需要在排放前提高温度。G G H 则通过将热烟气的热量传给已处理的烟气来提高烟气温度，而来自G G H 增压风机的未处理的烟气在进入吸收塔前温度也相应降低。根据要求。在设计T 况下的任意锅炉负荷范围内，F G D 出口气体温度应不低于7 0。G G H 则使脱硫气体温度升到这一水平。驱动装置G G H 备有二套驱动装置正常工况下均应供电。任一套驱动装置可以使G G H 运行，但会导致未使用的那套装置产生过度疲损，因而不推荐采用。(C)密封空气系统G G H 内不可避免地会使用一些贯穿件，从这些地方烟气会泄漏到大气并引起腐蚀。为避免这种泄漏，空气密封系统向贯穿件密封提供带压空气，从而建立一道屏障。当G G H 启动时，气密系统将自动启动。空气密封系统有二台密封空气风机。其中一台备用。止回阀和电动风门使得备用风机可以自动启动。(d)清洁系统除灰运行中会产生一些煤灰沉积。通常用喷枪吹发热元件上的灰尘。用在转子表面上横向排列的喷枪用0 5M P a 的压缩空气吹灰除尘。除灰从上部喷枪开始待其完成后再由下部喷枪继续进行。高压水冲洗当压降超过一定水平后，高压冲洗启动。冲洗水为少量8 5 M P a 新鲜水，转子上下侧的二个喷枪同时运行。(e 1G G H 保养如果F G D 和G G H 计划要停运2h 以上，则要进行G G H 保养。由停机干燥系统完成G G H 保养。(4)吸收塔吸收塔是一个填充塔。烟气从吸收塔底部进入与逆流的海水接触后，S O：从烟气中经吸收转移到海水。随后烟气经过气体净化器净化后从吸收塔顶部流出。酸性海水收集在吸收塔底部集水坑内，通过重力由管道排放到海水处理站(S W T P)。1 1 2海水侧冷凝器的冷却水在大气工况下通过虹吸井排放。部分海水则流向海水升压泵站，其余的则流向海水处理系统(S W r P)。海水升压泵入口坑与虹吸井为一体。海水流经海水升压泵后送到吸收塔顶部，吸收S O：后酸性海水通过重力排放到S W T P 等待处理。S W T P 有三个并列运行的曝气池。海水与吸收塔排放的酸性污水在曝气池的入口处混合。曝气池人口壁上的分流槽将海水平均分配到每个曝气池。在曝气池中空气被吹到海水中来氧化海水中的S O：。二台风机则提供了所需要的空气量。所有风机都应连续运行。在曝气池的末端，溢流同堰可保持池中的海水水位。处理过的海水与新鲜海水混合后最后从冷却水出口排放系统排放。2 控制方式及控制水平2 1 控制方式海水脱硫T 程F G D 的控制系统采用和机组D C S 相同的硬件设备并作为机组D C S 的一个远程控制站。在吸收塔附近设置脱硫系统的就地电子设备间，控制系统的主控制器及I O 模件等的机柜安装在就地电子设备间内。不单独设置F G D 的操作员站和T 程师站F G D 系统所有启停控制、事故处理、-T 况监视均在机组单元控制室机组D C S 的C R T 上完成。2 2F G D 的控制系统2 2 1总则(1)控制系统包括模拟量控制、顺序控制、数据一4 5 万方数据2 0 0 8 年第6 期华中电力第2 l 卷采集功能，能满足各种运行工况的要求，确保F G D系统安全、高效运行。(2)控制系统由控制站，过程I O，数据通讯(包括远程)总线组成。(3)控制系统的设计采用合理的冗余配置和自诊断功能，使其具有高度的可靠性。系统内任一组件发生故障均不应影响整个系统的工作。(4)控制系统采取有效措施，以防止各类计算机病毒侵害。2 2 2 数据采集系统数据采集系统连续采集和处理所有与F G D 有关的工艺参数测点信号及设备状态信号，及时向操作人员提供有关的运行信息，实现F G D 安全经济运行。2 2 3 模拟量控制系统F G D 系统的模拟量被控对象有两个，即烟气旁路挡板和增压风机动叶。F G D 系统设有一台增压风机，在气一气热交换器(G G H)热烟气入口。与引风机串联运行。增压风机为动叶可调；轴流式风机。F G D 入口挡板和出口挡板之间设有1 0 0 旁路烟道。F G D 正常运行期间，人口挡板和出口挡板打开，旁路挡板关闭，当F G D 停止运行或故障时，旁路挡板将打开，入口挡板和出口挡板关闭。旁路挡板是单层百叶窗型，上、下叶片可单独操作，上叶片占烟道截面积的4 5，为全开全关挡板，下叶片为调节挡板。整个F G D 系统的运行要保证下列的设计值：T E C R 工况，低硫煤，海水质量在设计值，总脱硫效率为9 0；T E C R 工况、高硫煤煤，海水质量差，总脱硫效率为7 0：海水处理系统排水的p H 值总大于6 5。即单元机组的T E C R 工况。为了达到上述的保证值。F G D 系统只考虑处理T E C R 工况所对应的烟气量，超过T-E C R 工况的烟气量将被F G D 旁路掉，同时为了保证海水处理系统排水的p H 值大于6 5，当煤的含硫量大于设计值时，F G D 系统将自动地旁路部分烟气。增压风机控制器接受四个控制信号即锅炉负荷信号、引风机出口压力信号、F G D 入口S O：浓度信号和海水处理系统排水p H 信号。这四个信号综合作用的结果，是使得增压风机控制器的设定值是一个计算值。并且F G D 将有以下两种运行工况：(1)烟气量小于或等于F G D 设计烟气量时旁4 6 路挡板全关。风机在低于正常运行设定值的工况运行，由锅炉负荷控制增压风机。(2)烟气量大于F G D 设计烟气量时旁路挡板打开，风机在正常运行设定点运行。2 2 4 顺序控制系统(1)顺序控制系统用于启动停止子组项及功能组项。一个子组项被定义为F G D 系统的某个设备组。如一台升压风机及其所有相关的设备(包括风机油泵、挡板等)。一个功能组项被定义为F G D系统的某(几个)工艺系统的设备组，如烟气系统设备、海水提升泵及其所有相关的设备(包括相应油泵、挡板等)。(2 1 所设计的子组级及功能组级程控进行自动顺序操作，目的是为了在系统启、停时减少操作人员的常规操作。在可能的情况下。各单个设备、子组项及功能组项的启、停需能独立进行。(3)保护和闭锁功能应总是有效的，设计成无法由控制室人工切除。(4 1 通过联锁、联跳和保护跳闸功能来保证被对象的安全。(5)顺序控制系统。F G D 的顺序控制系统包括以下几个子系统。具有简单的顺序控制和单操功能。(a)F G D 电气系统主要控制对象有：6k V 开关柜进出线断路器、3 8 0 V 开关柜进出线断路器等。烟气挡板系统控制对象包括：F G D 入口挡板及密封风机、出口挡板及密封风机、旁路挡板等。为了防止操作员因误操作闭锁了烟气通道或在运行工况不满足要求时将F G D 投入运行，F G D采用顺序控制自动投入和退出。F G D 正常运行期间。人口挡板和出I=I 挡板是打开的，旁路挡板是关闭的。当F G D 停止运行或故障时，旁路挡板将自动打开。入口挡板和出V I 挡板关闭。一旦人口挡板和出口挡板关闭，相应的密封风机自动投入运行。(c)气一气热交换器(G G H)控制对象包括：G G H 电动机A B、G G H 密封风机A B、G G H 空气吹扫系统、高低压清洗系统及停机干燥单元等。其中G G H 电动机和密封风机、空气吹扫系统、高压清洗系统南D C S 进行控制，低压清洗系统及停机干燥单元在就地控制盘进行控制。(d)增压风机控制对象包括：增压风机及轴承冷却风机、叶万方数据第2 1 卷海水脱硫热控设计特点2 0 0 8 年第6 期片冷却风机、液压单元等。增压风机被安装在G G H 热侧的烟道。它与引风机串行运行。增压风机主要是维持锅炉负荷对应的烟气流量。增压风机为轴流式动叶可调风机，润滑油为其自身的润滑油系统，增压风机配有两台冷却风机。增压风机具有保护、连锁和报警。增压风机系统的控制具有顺序启停功能。(e 1 曝气系统曝气系统由两台5 0 容量的曝气离心式风机和两个出口挡板组成。曝气风机为曝气池提供空气。从凝汽器排出的略显碱性的循环水与从吸收塔排出的变酸的海水在曝气池内完全混合。当海水达到一定水位时，海水处理厂水位将开始升高，并且流过曝气风机的风量将被减少，这是因为静压头增加了。当曝气风机的风量低于设计值时，海水处理厂排出海水的p H 值将低于设计值在曝气部分增加的空气压力将引起报警。由于曝气系统由两台风机和挡板组成。风机通过母管向曝气池吹入空气。为了防止误操作和风机的安全在设计上风机有保护和连锁：风机停或跳后，自动关闭挡板门。当马达线圈温度高或马达轴承温度高时将跳风机。风机轴承温度高时，跳风机。曝气系统控制具有顺序启停功能。f D 吸收系统吸收系统由两台5 0 容量的海水增压泵组成每台泵分别有出入口两个隔离阀。每台吸收泵都有防止误操作的联锁和保护，对吸收泵的主要保护为：泵停止运行或跳闸后，关闭相应的阀门。任何一个温度探头(马达线圈温度和轴温)高时，跳泵。吸收系统控制具有顺序启停功能。2 2 5 保护联锁系统F G D 保护联锁系统用于处理机械故障和干扰工况使F G D 控制系统能够保证合适的控制作用并且避免对人员和设备的危害。F G D 系统由气侧和水侧两个系统组成当两个系统中任一系统故障。则F G D 系统进行跳闸切换。通常F G D 跳闸条件都是由某条件高高或低低引起，这时应开旁路挡板，直接将烟气送到烟囱。当旁路挡板开启后，入口和出口挡板才允许关闭。当F G D 跳闸时向运行人员发出报警，以使运行人员警觉并作出相应的处理。在锅炉停止运行时，将屏蔽某些F G D 跳闸功能，这样便于试验和调试，当锅炉不在运行时、以下信号将被屏蔽：电除尘器在运行。吸收海水流量低低。冷却后海水流量低低。挡板空气压力低低。2 2 6F G D 控制系统与单元机组控制系统的关系F G D 系统的投运与切除对单元机组的正常运行影响不大。但是，由于F G D 的旁路挡板设在锅炉主烟道上与单元机组的正常运行关系较密切，因此，对旁路挡板的控制采取了一些特殊措施。(1)首先，由于机组启动时，要保证锅炉烟风道的通畅。就要确保F G D 旁路挡板在打开位置。因此，在单元机组锅炉顺序控制系统(S C S)的逻辑中，增加锅炉启动建立烟风通道时。自动打开F G D 旁路挡板逻辑：确认烟风通道已建立的信号包括F G D 旁路挡板已打开的信号。(2)在机组正常运行过程中，如果F G D 出现故障需要切除，或者单元机组紧急停止时，都要求旁路挡板及时打开否则将对锅炉的安全运行带来严重危害。因此，F G D 停止运行联锁打开旁路挡板逻辑，锅炉M l Z q 联锁打开旁路挡板。(3)为了确保旁路挡板的正确动作，旁路挡板选用气动形式，其控制电磁阀为带电关闭单线圈电磁阀，当电源消失、气源消失或电磁阀故障时，旁路挡板处于打开位置；同时，由单元机组D C S 控制柜至旁路挡板的控制和返回信号均采用硬接线直接连接到旁路挡板。(4)F G D 挡板故障，主D C S 控制系统M l Z r。3F G D 的投运情况F G D 控制系统经过调试修改增加了设备的保护信号，特别是完善了F G D 的设备概念。F G D 控制系统主要实现了以下几点：为了使F G D 系统对运行机组影响最小选择了以引风机出口压力作为主调量(设置一定死区以免增压风机频繁波动)，以锅炉负荷作前馈，烟气S O：含量及排放海水的p H 值作为限制条件进行调节。在运行当中由于排放海水的p H 值远大于设计考核值(6 5)，而增压风机又有足够大的出力，为(下转第5 0 页)4 7 万方数据2 0 0 8 年第6 期华中电力第2 l 卷庆负荷需求：供电方案二：合理增加川电送渝容量并适当补充核电、抽水蓄能电站和其他煤(气)电。4 1 供电方案一供电方案一的电力电量平衡结果见表2。从其结果可以看出。当其丰水期多接受四川水电而满足负荷需求之后。由于四川水电丰枯特性的差异，其枯水期仍大量缺电。不能满足枯期负荷需求。同时。送入部分水电的弃水电量较多。其容量及电量的利用率均较低(2 0 2 0 年)，系统运行经济性差。其主要原因是：四川水电丰、枯期出力特性与重庆电网年电力空间特性不一致。其丰期出力约为枯期出力的2 倍左右而重庆电力缺额需求丰、枯期基本一样。故重庆电网按满足丰期电力缺额接受四川水电后。枯期仍然会存在较大电力缺额。同时由于重庆丰期主要缺基荷按满足丰期电力缺额接受四川水电后。送入水电的容量不能全部利用，容量效益较差。而四川水电平水年出力大于枯水年，故按枯水年电力缺额接受四川水电后。平水年必然出现大量弃水电量，水电电量利用率较低。表2 重庆电网电力电量平衡结果(方案一)M W、亿k W h年份2 0 1 52 0 2 02 0 1 52 0 2 0项目丰期枯期丰期枯期丰期枯期丰期枯期薪增四川水电电力2 5 0 0l1 3 31 2 2 1 66 1 2 6 3 0 0 01 3 4 41 5 4 7 37 7 9 2重庆电网电力盈2 0 5 1 6 9 32 4 7-5 1 3 7 9 7-2 1 4 57 9-5 9 0 5(+)吲-)新增四川水电电量l1 55 2 51 3 98 2 5弃水电量25 311 1 5新誓罢篙挛舻1 0 08 11 0 07 8新霎翥篇毓电1 0 09 11 0 08 8源装机及类型见表3。新增相应装机容量后，重庆电网可以满足其负荷需求，且2 0 2 0 年弃水电量相比供电方案一显著减少，送入的四川水电容量和电量利用率都得到改善。中负荷水平，2 0 2 0 年重庆电网弃水电量减少至4 4 亿k W h，川电容量利用率提高至1 0 0，电量利用率提高至9 7；高负荷水平，2 0 2 0 年重庆电网弃水电量减少至1 5 7 亿k W h 川电容量利用率提高至8 4，电量利用率提高至9 2。表3 重庆电网新增电源装机表M W5结束语由于重庆电网自身电源资源有限，随着其负荷的快速增长，重庆电网在“十二五”末期开始出现缺电以后逐年增大至2 0 2 0 年缺电1 00 0 0M W 以上。电力空间巨大。尽管重庆电网临近四川电网。可以接受四川水电解决其部分电力缺额。但由于重庆电网缺电特性与四川水电出力特性不一致。仅依靠增大四川送渝容量，重庆电网丰水期可以满足负荷需求，但枯水期仍然缺电比较严重，且丰水期送人重庆水电容量和电量利用率较低，电网弃水电量较多，经济性差。合理增力t 1JJ I 电送渝容量，并适当配置相应其他类型电站(如核电、抽水蓄能、煤(气)电等)，可以满足重4 2 供电方案二庆电网丰枯期负荷需求，并减少电网弃水电量，提该方案在川电外送规划送重庆容量的基础上。高送入水电的容量和电量利用率，是解决重庆电网增加川电送渝容量，其新增送电容量以重庆电网水中长期缺电问题的有效措施之一。电弃水电量最少为原则，为满足重庆电网丰枯期负为解决好重庆电网中长期缺电问题，需进一步荷需求，适当配置核电、抽水蓄能及煤(气)电。对重庆电网的电力资源和送电通道进行研究，优化满足不同负荷水平条件下，重庆电网需新增电其电源结构，为重庆市经济发展提供保障。(上接第4 7 页)了达到更高脱硫效果，旁路挡板不进行自动调节(仅参加保护和手动调节)，而使锅炉排出的烟气全部通过脱硫系统，实际脱硫效率在9 5 以上。F G D 系统自动投入和切除使F G D 作为一个设备运行。完善G G H 就地控制与D C S 控制系统的接口，使G G H 完全作为一个设备，而不是作为系统运行。一5 0 4 结束语烟气海水脱硫T 艺系统以其工艺简单、运行维护方便、投资省只需要海水和空气不需要其它添加剂、节省淡水，无废弃物排放、减少污染、节省占地等优点在沿海地区烟气脱硫系统有较好的发展前景是今后沿海地区烟气脱硫系统新建、扩建电厂及老厂改造环保项目优先考虑的系统。万方数据