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大型火力發電廠超低排放改造工程工藝改進及設計優化實踐

2020-02-19 | 來源:全熙環保

本文介紹了國內某大型火力發電廠實施大氣污染物超低排放改造工程的技術路線,并對工程實施過程中的設計優化和工藝改進案例進行匯總分析。這些案例解決實際問題的作用非常明顯,很多優化和改善思路具備推廣應用的價值。

關鍵詞:火電廠;超低排放;設計優化;工藝改進

目前,國內大型火力發電廠實施大氣污染物超低排放改造工程的成功案例非常多,技術路線多種多樣,但是工程設計階段并不能做到十全十美,人們需要在施工過程中對其進行優化和完善。在工程實施過程中,有很多設計優化和工藝改進管理案例,這些優化案例可有效解決某些突出問題。本文對國內某大型火力發電廠超低排放改造技術路線進行介紹,同時對設計優化和工藝改進案例進行匯總分析。

1 技術路線

某4×600MW火力發電廠從2015年9月開始逐步實施超低排放改造工程,至2018年2月全部改造完畢,均順利通過環保驗收,大氣污染物排放達到超低排放要求。技術路線為“SCR+電袋除塵器+濕法噴淋單塔脫硫+高效除塵除霧器+賓高德防腐煙囪”。

拆除原有吸收塔、GGH換熱器,新建直徑17.5m、高41.6m的逆流式噴淋塔,利舊原增壓風機。按照入口二氧化硫3840mg/Nm3、出口二氧化硫≤35mg/Nm3 進行設計,塔前煙氣量為2092498.1Nm3/h,塔后煙氣量為2181225.2Nm3/h,漿液循環停留時間為2.18min,煙氣在吸收塔內停留時間為4.12s,煙氣流速為3.79m/s,煙氣阻力為1 035Pa。單塔設置有5臺側進式攪拌器;布置1套湍流器系統(228個湍流子),用于均布煙氣,提高反應效率;設置4臺漿液循環泵,每臺漿液循環泵對應一層噴淋層,共布置864個單雙向噴嘴;配置單層高效管束式除塵除霧器,按照入口20mg/Nm3、出口≤5mg/Nm3設計。每臺爐設置一臺100%容量氧化風機和75%容量高速離心氧化風機(考慮低負荷、低入爐煤硫分時節能),機組之間氧化風系統設置聯絡管用于事故情況下緊急備用。

電袋復合除塵器按照進口含塵濃度33.8g/Nm3、除塵器出口設計濃度20mg/Nm3、保證除塵器排放濃度<15mg/Nm3進行設計。總體上,按前級兩個電區分為雙室四通道二電場、后級四個袋區進行布置設計,在入口喇叭氣流均布板后布置大顆粒捕集裝置,以降低部分比集塵面積,設計電場比集塵面積33.1m2(/ m3 ·s),設計袋區過濾風速0.894m/min。機組低負荷期間,各通道可以隔離,隔離擋板采用一體式翻板式抗磨損高強度材質電動門,每個通道布置煙氣置換和冷卻裝置,人員可以進入通道檢查和更換損壞或脫落布袋,各通道都可實現在線隔離檢修,電袋除塵器為兩電四袋,電區比集塵面積大于33m2(/ m3·s),袋區過濾風速小于0.9m/s。脫硝系統在原有SCR反應區預留區域增加一層催化加,保證入口煙氣NOx濃度400mg/Nm3,脫硝效率不小于75%。控制出口煙氣NOx濃度≤50mg/Nm3。

對于一期煙囪防腐,綜合考慮經濟、技術、工期、施工質量過程控制、成功案例等各方面,對比合金類方案、涂料類、磚類等技術路線等,最終確定美國賓高德防腐方案。

2 脫硝系統設計優化和工藝改善案例

2.1 脫硝催化劑密封工藝優化

各催化劑模塊安裝就位,固定可靠,每包催化劑距離間隔均勻,每包催化劑之間、催化劑與煙道壁之間使用硅酸鋁纖維棉填滿。催化劑模塊之間及模塊與反應器之間的密封條安裝緊密并焊接牢固,每塊密封板之間搭接密封。密封條邊緣緊貼催化劑單元體邊緣,確保煙道流場無飛灰沉積部位。催化劑密封條安裝時,平整統一、坡度一致,無明顯起伏。通過對密封條調整,減少流場阻力,使煙氣更均勻通過催化劑,不會因飛灰沉積而造成流場堵塞、催化劑微孔堵塞,從而減少催化劑磨損。均勻的煙氣流場能使催化劑充分發揮催化作用,提高脫硝效率。密封條安裝完成之后,用密封片對所有密封條間隙進行縫隙覆蓋,確保密封條與催化劑及反應區煙道壁板無縫隙漏風。催化劑密封條安裝時,對安裝過程進行全程監督檢查,確保安裝工序無遺漏,安裝、焊接等施工質量合格,無遺留缺陷。催化劑安裝完畢后,對反應區內部全面清掃,將催化劑上方施工殘留的焊渣、焊條頭、鐵屑等雜物全部清理,嚴禁催化劑表面有任何雜物。

2.2 脫硝流場優化

總體來說,增加的9組導流板,大大降低催化劑磨損速率,同時保護整流格柵。通過計算機模擬SCR裝置流場,進行氨濃度分析,開展系統壓降以及飛灰沉降試驗,通過三維建模對原有導流板和導流裝置進行優化。更換原脫硝入口煙道4組導流板,保留原入口煙道1組導流板,原有噴氨格柵下方新增1組導流板,更換原整流格柵前導流板,取消原出口煙道1組導流板,保留原有出口煙道彎頭空預器上方導流板。原脫硝煙道為常規導流板,水平煙道的氣流傾斜,高速氣流貼附于煙道下壁流動,上壁區域出現回流,水平煙道出現二次流動,煙氣進入第一層催化劑上方,流速不均,長時間運行容易造成催化劑集中穿透。通過流場優化,調整煙氣入射角度,減少了流場亂流現象,使煙氣濃度、速度分布均勻,能平穩、勻速地流過煙道,同時實現煙氣速度和氨濃度在第一層催化劑前的均勻分布,減少反應區的飛灰沉積,保證脫硝流場阻力穩定,降低壓力損失,提高煙氣流場、氨氮混合均勻性,緩解催化劑局部磨損,使催化劑得到均勻磨損,從而提高脫硝效率和催化劑使用壽命,保護整流格柵。

2.3 脫硝噴氨自動優化

實施超低排放標準后對噴氨自動控制策略、調節品質進行更新和優化。控制策略直接以考核指標(煙囪入口NOx)為控制目標,以預測控制為主,對測量數據進行在線評估,實時調整控制權重,智能模擬運行人員日常操作習慣進行綜合調節。優化后,脫硝噴氨自動控制系統可實現長期穩定運行,將機組煙囪入口的NOx濃度與設定值的偏差控制在5mg/Nm3(穩態下)和10mg/Nm3(負荷大幅變化時)之內。控制器采集實時負荷、鍋爐總風量、SCR出入口NOx濃度、氨逃逸量、噴氨流量作為控制器前饋量,每個前饋量所占總前饋量的比重根據實時數據進行判斷和及時調整,在不同負荷、不同工況、診斷到參數突變或死值等異常情況下,前饋系數隨之變化,具有自適應功能。自動調節系統預留脫硝A、B側NOx濃度調節偏置,運行人員可選擇偏重哪一側調節,例如,A空預器壓差高時,運行人員可設置A側噴氨為輔,B側噴氨為主,但是不影響煙囪入口NOx濃度調節值。

3 脫硫系統設計優化和工藝改善案例

3.1 吸收塔入口煙道與吸收塔結合處增加布置兩

層與煙道垂直方向的噴淋層為提升脫硫系統運行靈活性,達到節能降耗的目的,吸收塔入口處增加1臺出力為800m3/min的小循環泵,其噴淋層布置于吸收塔入口煙道與吸收塔結合處,其與入口煙道垂直,并列布置兩層,采用與塔內相同的空心錐形噴嘴,用于對吸收塔進塔煙氣噴淋脫硫和進一步降低煙氣溫度,測算可降低300~500Nm3的二氧化硫。在低負荷運行和燃燒低硫分燃料時,可運行該小循環泵與1臺大循環泵,從而滿足脫硫條件。此種設計可減少設備數量,直接降低改造投資,后期運行方式靈活,亦可達到節能降耗目的。

3.2 吸收塔進出口水平煙道防腐工藝改進處理及煙道冷凝水回收優化

一期吸收塔入口煙道位于干濕交界處,煙氣腐蝕及飛灰對煙道底板防腐鱗片的沖刷損壞性較強,多次出現漏點。為此,對入口煙道底板防腐工藝進行優化,采用賓高德威固板甲進行基層施工,在板甲上方粘貼耐酸磚,效果非常好。脫硫一期吸收塔出口煙道采用賓高德板甲進行防腐施工,自改造后投運以來,未發生明顯磨損和脫落,防腐性能良好。

二期脫硫系統改造期間,針對吸收塔出口水平煙道冷凝水積存與回收問題進行優化設計。出口水平煙道底板順煙氣方向至煙道內集水槽之間呈3°找坡進行制作和防腐,使煙道內冷凝水很快匯集至集水槽,避免長時間積存。煙道集水槽至原有煙道疏水地坑DN300管道改向至吸收塔內,這樣就取消原煙道疏水地坑及地坑泵系統,達到了簡化系統的目的。一期煙囪改造后,煙囪冷凝水通過煙囪底部疏水管排入脫硫吸收塔地溝,回收至1號脫硫集水坑內。吸收塔內易沖刷部位采用玻璃鱗片,結合玻璃絲布和耐磨粉,確保防腐強度。

3.3 優化吸收塔底部排污口設計

脫硫一期吸收塔底部排污口在建設初期充分考慮后期檢修及機組緊急停備消缺的排漿需求,設置大尺寸方形底部排污口,高800mm,寬600mm,排污口低于吸收塔底板50mm。運行期間采用20mm厚防腐堵板封堵。此形式排污口大幅提升吸收塔排漿速度,且塔內余漿及沖洗水更容易自流排出,節省檢修時清理積泥工時和勞力,有效縮短檢修周期,達到了提升檢修工作效率的目的。

3.4 吸收塔出口垂直煙道增加永久支架

脫硫一期吸收塔出口煙道分為水平段和垂直段兩段,水平段與吸收塔出口采用1.4529不銹鋼金屬膨脹節焊接連接,豎直段與煙囪入口預埋件焊接固定,垂直段高度約為30m,水平段橫向跨度約為15m。為了釋放煙道應力,防止運行期間水平方向和垂直方向振動同時作用于煙道造成煙道損壞,在煙道豎直段與其上部的煙道90°彎頭之間設置一組蒙皮膨脹節,同時在豎直段煙道四周單獨預埋柱基礎,采用600#H型鋼及Φ159無縫鋼管制作煙道支架,用于托舉膨脹節上部水平段煙道。自投運以來,吸收塔出口水平段煙道振動介于0.050~0.065mm,有效保障了風煙系統的穩定運行。

3.5 除霧器沖洗水系統防凍措施優化

除霧器均為高效除塵除霧,沖洗水系統可靠性直接影響粉塵達標排放,而防寒防凍至關重要,4臺吸收塔除霧器沖洗水閥門集中布置在標高31m處,基于除霧器沖洗水閥門及管道防寒防凍需求,該平臺布置除霧器小屋,小屋采用夾芯板全封閉布置;考慮到常規暖氣因高度影響壓力,循環不暢影響小屋溫度,將小屋內吸收塔塔壁保溫外護及保溫棉全部拆除,利用塔內煙氣熱量為除霧器小屋供熱。此種方式與管道電伴熱共同作用,確保系統可靠。

4 除塵器系統設計優化和工藝改善案例——電袋

除塵器增加大顆粒捕捉裝置為提高電袋除塵器除塵效率,除塵器入口煙箱上設計大顆粒預捕集裝置,含塵煙氣在進入電袋除塵器前進行預補集,將煙氣中大顆粒粉塵提前補集。這樣可以降低進入電場及袋區的粉塵濃度,減小大顆粒灰塵對極板、極線的磨損,同步配套頂部電磁振打系統,收集后的積灰通過振打系統設備自由落體掉落至入口煙道,并經喇叭口流入灰斗,完成顆粒捕集除塵工作。顆粒捕集裝置主要由模塊、加強筋、頂部振打裝置組成,前、后兩排模塊錯列布置形成迷宮式煙氣通道。含塵煙氣在經過氣流均布板的導向、均流作用后,均勻地流向顆粒捕集裝置,煙氣中的粗顆粒粉塵在慣性力的作用下與前模塊相碰撞而被附著在前模塊板壁表面或者失去速度在重力的作用下掉落,未被除去的粉塵顆粒則隨氣流繼續向前運動,運動至后模塊的轉彎處時,氣流形成湍流,同時由于轉向離心力及其與后模塊壁板的摩擦、吸附作用,部分粉塵再次被分離下來。經過上述的兩分離,煙氣中的大量粉塵得到去除,減輕了電場、袋區的收塵壓力。粉塵顆粒捕集裝置結構如圖1所示。

5 煙囪防腐工藝質量控制案例

5.1 煙囪防腐工藝介紹

因采用濕法脫硫且無GGH,煙囪煙氣溫度下降到酸露點以下,水平煙道和煙囪隨時有凝酸生成,因此煙囪防腐成為一項重要配套工程,經過綜合調研,確定采用美國賓高德防腐方案。拆除煙囪原有耐火磚內襯及保溫層,在混凝土基層上直接粘貼賓高德防腐磚,對基體進行清理打磨、局部修補、底漆涂刷、貼磚和牛腿防腐,安裝煙囪雨收集裝置。防腐層組成:賓高德防腐最基本的結構為賓高德底漆層、膠粘劑層(厚度2.5~3mm)、149mm×226mm×38mm賓高德磚,如圖2、圖3所示。底漆實現與煙囪混凝土的強力粘接。膠粘劑主要是防腐功能,同時提供大于磚自身強度的結合力,具備高彈性和耐老化能力,緩解運行工況變化而產生的應力,保障防腐系統的完整性。賓高德磚為主要防腐層,具備輕質隔熱、耐腐蝕和耐溫變沖擊的能力,它可以與膠粘劑配合,實現最佳防腐功能。

5.2 賓高德煙囪防腐質量控制措施

5.2.1 把好材料驗收關。一是對賓高德系統材料出廠報告、合格證、過關單等進行審核,抽樣送檢復驗。二是對材料的抗燃性進行試驗,用氧氣乙炔割槍對賓高德磚進行噴烤,膠粘劑和底涂劑為易燃,膠粘劑和底涂劑在固化狀態時為可燃。

5.2.2 完善質量管控組織結構。中國區總代理質監人員有4名,美國賓高德外籍監理有2名,現場監理為6人。

5.2.3 試貼考試。由賓高德質監人員進行貼磚工藝標準講解并演示,開展實操考試,在煙囪內壁基面打磨出一塊約2m2的試貼考試區,由外籍監理、質監、業主全程監督,每名施工人員逐次進行5塊賓高德磚施工,并在磚面上記錄姓名,7h后由外籍監理和質監人員進行評價,合格者方可施工,視頻記錄考試整個過程和文字資料。

5.2.4 施工全過程24h實時無死角監控和錄像。在施工吊籠上安裝若干個360°焦距可變監控攝像頭,主要監控配料攪拌作業點和貼磚作業面,關注配料過程和監控貼磚施工工藝質量。

5.2.5 樣卡管理。每1桶膠粘劑配1張樣卡,每1桶膠粘劑加固化劑攪拌完畢后,涂抹一點膠粘劑在樣卡上,記錄上打膠時間、第幾桶、批號和打膠人員姓名,簽字后將樣卡放置在樣卡箱內,由項目部人員和外籍監理每天檢查膠粘劑的固化情況,如發現未固化等異常情況,將對應區域清除并重新施工。

5.2.6 膠粘劑攪拌時間管理。A組分為膠粘劑(桶裝),B組分為固化劑(瓶裝),將A 組分打開后,先攪拌1min,加B組分攪拌3min,確保B組分全部倒入時間控制在15s,3min攪拌結束后,將混合物倒入備好的空桶內并連續攪拌1min,確保兩種組分充分混合又不造成使用期間凝固。

5.2.7 環境溫度控制。煙囪內壁貼磚溫度控制在10℃以上,環境溫度控制在15℃以上。

6 結論

本文僅列舉出超低排放改造工程中一些較為典型的現場解決方案,這些優化改進措施針對性極強,對解決某一方面的問題極具意義,實踐證明非常有效。這些做法對新建機組和即將進行改造的機組具備非常大的推廣意義,廣大工程技術人員要在實踐中總結、提煉改進方案并付諸實踐。

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