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(wú)煙煤鍋爐。一、二次風(fēng)各為四層，一次風(fēng)噴口為水平濃縮直流煤粉燃燒器，四角切圓燃燒，設(shè)計(jì)排煙溫度130℃。設(shè)計(jì)煤種為焦作王封礦無(wú)煙煤，收到基硫份2.13%。

由于燃煤供應(yīng)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(dá)到2000mg/m3以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家環(huán)?？己藰?biāo)準(zhǔn)。隨著國(guó)家環(huán)保要求的日益嚴(yán)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(jī)組進(jìn)行的第六次大修中，采用美國(guó)ALSTOM公司的NID脫硫工藝，由浙江菲達(dá)環(huán)保公司負(fù)責(zé)施工，機(jī)組進(jìn)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(yù)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(dú)立啟閉(見(jiàn)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(gè)生石灰料倉(cāng);3臺(tái)流化風(fēng)機(jī);1個(gè)工藝水箱及2臺(tái)工藝水泵;1個(gè)空壓機(jī)站;1個(gè)灰?guī)旒跋禄以O(shè)備等;氣力輸送系統(tǒng);2臺(tái)引風(fēng)機(jī);其他輔助設(shè)備。

每條NID煙氣脫硫裝置由以下主要設(shè)備組成1只反應(yīng)器入口關(guān)斷風(fēng)門(mén);1個(gè)NID反應(yīng)器及沉降室;1列布袋除塵器;出口關(guān)斷風(fēng)門(mén);1個(gè)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(yīng)器

NID反應(yīng)器是一種經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的集內(nèi)循環(huán)流化床和輸送床雙功能的矩形反應(yīng)器,是整套脫硫裝置中的關(guān)鍵設(shè)備,采用ALSTOM公司的專(zhuān)利技術(shù)。在反應(yīng)器內(nèi),一方面,通過(guò)煙氣與反應(yīng)劑顆粒之間的充分混合,即物料通過(guò)切向應(yīng)力和紊流作用在一個(gè)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(yīng)時(shí),通過(guò)物料表面的水分蒸發(fā),使煙氣冷卻到一個(gè)適合二氧化硫吸收(脫硫)的溫度,來(lái)進(jìn)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(yīng)器和布袋除塵器之間,是這2個(gè)設(shè)備的連接部件,設(shè)計(jì)成灰斗形式。煙氣在反應(yīng)器頂部導(dǎo)流板的作用下,煙氣降低流速進(jìn)入沉降室后,使顆粒較大的粉塵能通過(guò)重力沉降直接進(jìn)入沉降室下方的流化底倉(cāng)中,大大降低了對(duì)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(zhuān)利技術(shù)產(chǎn)品,是NID脫硫技術(shù)的核心設(shè)備之一(見(jiàn)圖21),其主要作用是將CaO消化成Ca(OH)2。CaO來(lái)自石灰料倉(cāng),通過(guò)螺旋輸送機(jī)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(jí),可使石灰的駐留時(shí)間達(dá)到10 min左右。在第1級(jí)中,石灰從螺旋輸送機(jī)過(guò)來(lái)進(jìn)入消化器,同時(shí)工藝水由噴槍噴灑到生石灰的表面,通過(guò)葉片的攪拌被充分混合,同時(shí)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(dòng)溢入第2級(jí)消化器,水和石灰反應(yīng)產(chǎn)生大量熱量,形成的蒸汽通過(guò)混合器進(jìn)入煙氣中。在第2級(jí)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(gè)寬度上形成均勻的分布,在這一級(jí)裝配了較寬的葉片使塊狀物保留下來(lái)其他物料則溢流進(jìn)入混合器中。通過(guò)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?jǐn)?shù)可達(dá)10%～20%,其表面積接近于商用標(biāo)準(zhǔn)干消石灰的2倍,非常利于對(duì)煙氣中SO2等酸性物質(zhì)的吸收,單臺(tái)生石灰最大流量為1019.2kg/h。

4、混合器

圖22為NID混合器,包括一個(gè)霧化增濕區(qū)和一個(gè)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(guò)SO2排放量控制從消化器送來(lái)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(dòng)力是20kPa的流化風(fēng),使二者充分流化,增加空隙率及混合機(jī)會(huì),然后由機(jī)械攪拌器完成二者的混合,不僅動(dòng)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(lái)的1.5%～2%增加到5%左右,此時(shí)的灰仍具有良好的流動(dòng)性,再經(jīng)反應(yīng)器的導(dǎo)向板溢流進(jìn)入反應(yīng)器。

二、焦作電廠NID脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行情況與主要問(wèn)題

1、運(yùn)行情況

含塵的煙氣由反應(yīng)器進(jìn)入到布袋除塵器中,煙氣中的灰塵被布袋過(guò)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(fēng)從流化槽下部通入,使流化槽中的灰呈流動(dòng)狀態(tài),由于循環(huán)給料機(jī)不斷將灰加入到混合器內(nèi),所以流化槽內(nèi)的灰也會(huì)從流化槽的后部循環(huán)不斷地流向前部。同時(shí),加入到消化器中的生石灰和水反應(yīng)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(jìn)入反應(yīng)器,在反應(yīng)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(yīng)器中蒸發(fā)后使煙氣溫度降低到70℃左右,使反應(yīng)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(yīng),所以,當(dāng)鍋爐煙氣從尾部煙道進(jìn)入到脫硫反應(yīng)器時(shí),其中的SO2在反應(yīng)器中被脫除掉,脫硫反應(yīng)后的煙氣由反應(yīng)器進(jìn)入布袋除塵器,過(guò)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(cāng)泵排出。

2、主要問(wèn)題與解決

2.1  煙塵排放超標(biāo)

在整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始試運(yùn)以后，從實(shí)地觀察和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)反應(yīng)，煙塵排放超標(biāo)。尤其在脫硫系統(tǒng)投入運(yùn)行以后，煙塵超標(biāo)現(xiàn)象更為嚴(yán)重，數(shù)據(jù)顯示煙塵排放濃度達(dá)到300mg/Nm3以上。
經(jīng)過(guò)分析，煙塵排放超標(biāo)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(mén)不嚴(yán)密，造成煙塵短路，不經(jīng)過(guò)布袋除塵器而直接從中間煙道排走。在菲達(dá)公司的設(shè)計(jì)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(dāng)鍋爐空預(yù)器出口煙溫超過(guò)170℃，立即啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)；若鍋爐空預(yù)器出口煙溫超過(guò)180℃，打開(kāi)旁通風(fēng)門(mén)，關(guān)閉濾室的出口閥門(mén)，隔絕高溫?zé)煔?，保護(hù)濾布免受高溫?fù)p壞。煙氣溫度降低到正常范圍后，旁通煙道自動(dòng)關(guān)閉，布袋除塵器進(jìn)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(hù)濾袋的意義不大。根據(jù)焦作電廠#3、4機(jī)組布袋除塵器運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)組啟停和事故狀況下，對(duì)布袋進(jìn)行噴粉，足以保護(hù)濾袋避免其被污染，也不需要煙氣經(jīng)過(guò)旁通煙道。而煙氣經(jīng)過(guò)旁通煙道排放，也不符合國(guó)家的環(huán)保要求。根據(jù)分析結(jié)果，在機(jī)組停運(yùn)期間，由菲達(dá)公司安裝人員將所有旁通煙道焊死。

機(jī)組再次啟動(dòng)，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(dá)公司的高層技術(shù)人員經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)布袋除塵器煙道部分進(jìn)行查漏。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)幾十個(gè)漏點(diǎn)，其中較大的有十多處，均為安裝過(guò)程中焊接質(zhì)量問(wèn)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(guò)對(duì)這些漏點(diǎn)的補(bǔ)焊，徹底解決了煙塵排放超標(biāo)的問(wèn)題，排放濃度始終低于50 mg/Nm3，完全滿(mǎn)足環(huán)保要求。

2.2   四條工藝線溫度和煙氣流量嚴(yán)重不均

在試運(yùn)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(fù)荷下，按設(shè)計(jì)要求退出四條工藝線中的一條時(shí)，溫度偏差大大增加，最大可達(dá)60℃，其中最高的溫度達(dá)到175℃，嚴(yán)重影響布袋除塵器的安全運(yùn)行，也將使濾袋的壽命大大減少。而排煙溫度的偏差增大，會(huì)使脫硫系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)無(wú)法正常投運(yùn)，或運(yùn)行中因聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作跳閘，同時(shí)嚴(yán)重威脅鍋爐主系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，引起排煙溫度偏差的主要原因?yàn)闊煔饬髁康钠?，鍋爐自二級(jí)空氣預(yù)熱器出口至脫硫反應(yīng)器這段煙氣流程中，左右煙道為獨(dú)立布置，互相之間沒(méi)有連通，而左右煙道內(nèi)布置的受熱面又基本相同，這就導(dǎo)致流量發(fā)生變化時(shí)左右兩側(cè)煙溫發(fā)生變化。

為了解決溫度偏差問(wèn)題，在空氣預(yù)熱器出口至脫硫反應(yīng)器的左右煙道間加裝一個(gè)邊長(zhǎng)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(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行需要退出一條工藝線時(shí)，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(wèn)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(yùn)行中有著至關(guān)重要的作用。2006年2月，脫硫系統(tǒng)試運(yùn)過(guò)程中連續(xù)30天出現(xiàn)流化槽高高料位現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)氣力輸灰系統(tǒng)尚未投入，從緊急泄灰口進(jìn)行出料，但是拉灰的灰罐車(chē)內(nèi)一直無(wú)灰。3月15日開(kāi)始，流化槽料位超過(guò)流化底倉(cāng)觀察孔玻璃最上端，料位計(jì)顯示料位已經(jīng)達(dá)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(lái)進(jìn)行擾動(dòng)，但是效果不明顯。緊急泄灰口出料時(shí)有時(shí)無(wú)，灰罐車(chē)內(nèi)無(wú)灰的現(xiàn)象仍然出現(xiàn)。3月20日，停機(jī)后焦作電廠和菲達(dá)公司的技術(shù)人員打開(kāi)流化槽人孔門(mén)，進(jìn)入流化槽進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)流化布因?yàn)槌叽缙。h(huán)灰壓上后產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象，漏下的灰進(jìn)入流化風(fēng)管內(nèi)，嚴(yán)重影響了流化風(fēng)對(duì)循環(huán)灰的流化和正常輸送。

經(jīng)過(guò)技術(shù)分析，決定更換流化布，尺寸增加到1480mm，并將流化布?jí)喊暹M(jìn)行了緊固。經(jīng)過(guò)對(duì)流化布的處理后，脫硫系統(tǒng)四條工藝線的流化槽通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)運(yùn)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(fēng)管堵塞的問(wèn)題。機(jī)組在220MW負(fù)荷下流化槽也能夠正常的工作。自實(shí)施改造以來(lái)，整套脫硫系統(tǒng)沒(méi)有再因?yàn)榱骰鄣姆e灰問(wèn)題而造成過(guò)系統(tǒng)停運(yùn)。

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