為滿足國家“十二五”環(huán)保要求公司將4臺300MW機組脫硫系統(tǒng)改造成一爐一塔，同步取消煙氣旁路擋板、GGH、升壓風機，對煙囪進行防腐改造，對鍋爐燃燒器進行微油點火改造，采用“三合一”引風機。同時新建四臺SCR脫硝裝置，同步進行低NOX燃燒器改造，空預器改造。


本文針對太倉港協(xié)鑫發(fā)電有限公司1025t/h鍋爐脫硫系統(tǒng)改造工程實例，介紹了1025t/h鍋爐脫硫、脫硫系統(tǒng)改造方案的選擇、應(yīng)用及實際運行效果，為同類型機組脫硫系統(tǒng)改造提供借鑒和參考。太倉港協(xié)鑫發(fā)電有限公司四臺300MW機組原煙氣脫硫工程采用蘇源環(huán)保工程有限公司石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝技術(shù)，為兩爐一塔設(shè)計，脫硫系統(tǒng)設(shè)置旁路擋板門、GGH，每臺爐配置一臺100%容量的增壓風機。

1、脫硫系統(tǒng)改造

脫硫系統(tǒng)進行一爐一塔升級改造，取消脫硫煙氣旁路擋板，為提高系統(tǒng)可靠性及降低運行能耗同步取消GGH、升壓風機，對煙囪進行防腐改造，對鍋爐燃燒器進行微油點火改造。

1.1、取消旁路后影響系統(tǒng)可靠性的因素

(1)鍋爐點火方式

由于取消了旁路，在鍋爐點火時，煙氣中大量的油、灰進入吸收塔，極易造成塔內(nèi)漿液污染、中毒，導致塔內(nèi)漿液起泡溢流、反應(yīng)效率降低，及石膏品質(zhì)不合格等一系列問題；因此，要求鍋爐點火盡可能無油點火或微油點火方式。

考慮到投資成本，我司鍋爐點火方式改為微油點火方式，四支微油點火槍出力為75+75kg/h，機組冷態(tài)啟動耗油約4T。同時為了縮短鍋爐點火時間，還增加了鍋爐爐底加熱系統(tǒng)，保證鍋爐點火前爐水溫度加熱到60℃以上。

（2）電除塵投運方式

在鍋爐點火前即投入后三個電場，保證啟動時大量的油、灰不進入吸收塔。

（3）塔內(nèi)排油方式

雖然對鍋爐點火方式進行改造，及電除塵投運方式進行優(yōu)化，機組啟動時還會有少量的燃油進入吸收塔。因此，在吸收塔高液位處設(shè)置排油口，在機組啟動時，根據(jù)漿液取樣情況進行排油。

（4）吸收塔保護

為防止鍋爐尾部再燃等原因造成吸收塔內(nèi)超溫，對脫硫系統(tǒng)啟、停及保護邏輯進行優(yōu)化。還在塔入口煙道應(yīng)增設(shè)事故冷卻系統(tǒng)，和工藝水、消防水等相連，以保證在事故情況下保護塔內(nèi)部件和襯里的安全。主要保護邏輯說明如下：


（5）冗余設(shè)計

FGD系統(tǒng)對故障率高的系統(tǒng)要提供冗余設(shè)計。例如氧化風機、石膏漿液排出泵、石灰石漿液泵、除霧器沖洗水泵、工藝水泵等重要設(shè)備都采用一運一備的方式配置。對漿液循環(huán)泵，考慮到同時發(fā)生故障的可能性非常小，因此可不設(shè)置備用，但應(yīng)設(shè)置1套泵的備用葉輪，并保證葉輪使用壽命不低于10年。此外對重要的起調(diào)節(jié)保護的測量儀表，均考慮冗余，如液位計、pH計等。

1.2、取消GGH的可行性分析

取消旁路后，GGH的安全運行直接威脅著FGD和整個機組的安全運行。無旁路系統(tǒng)是否需要設(shè)置GGH，需進行詳細的經(jīng)濟性和可靠性分析：

（1）對比有、無GGH方案可知，因GGH存在漏風的原因，安裝GGH兩者在脫硫效率方面相對低1~2個百分點。

（2）根據(jù)目前國內(nèi)已投運的GGH情況看，大多數(shù)GGH的運行情況不佳。隨著運行時間德增加，腐蝕的問題完全暴露出來，目前主要的問題是換熱元件堵塞，甚至造成FGD及機組停運。

（3）GGH的投資和運行費用非常昂貴，對于1臺300MW機組安裝GGH總投資為1500多萬元，舊有GGH改造的費用約需500萬元，約占FGD系統(tǒng)總投資的15％以上，年運行、維護費用約500萬元。在20年壽命內(nèi)整體投資內(nèi)，不安裝GGH的FGD系統(tǒng)節(jié)省約7000萬元。

（4）取消GGH后，煙氣抬升高度將會受到一定影響。但本次脫硫改造同步新增煙氣脫硝裝置，因此通過核算，NOx、SOx的最大落地濃度均在標準范圍之內(nèi)。

因此無論從設(shè)備的可靠性考慮，還是從經(jīng)濟性比較來看，對于無旁路脫硫系統(tǒng)，取消GGH可使脫硫系統(tǒng)及機組運行更加安全、可靠、經(jīng)濟。

1.3、取消GGH后需解決以下問題

（1）石膏雨問題

由于取消GGH，凈煙氣問題一般在50℃左右，雖然其滿足排放要求。但由于擴散能力相對較弱，容易產(chǎn)生石膏雨現(xiàn)象，因此除霧器選型及布置方式尤為重要。本次脫硫改造的除霧器采用屋脊式，布置在塔內(nèi)，除霧效果好，便于沖洗。

（2）煙囪防腐問題

取消GGH后，進入煙囪的煙氣溫度只有45～50℃左右，并且含有大量的水蒸氣。在排煙過程中，由于擴容和散熱作用在煙囪內(nèi)壁上會有大量的凝結(jié)酸水，煙囪內(nèi)壁長期處于浸泡狀態(tài)，煙囪為“濕煙囪”。濕煙囪的煙氣溫度低，密度大，煙囪的自抽吸能力低，造成了煙囪內(nèi)正壓區(qū)范圍的擴大，煙氣向外壁滲透對筒壁造成的腐蝕加大。因此煙囪的防腐工藝的選擇成為了一個重要的環(huán)節(jié)。

a、煙囪防腐的設(shè)計原則是根據(jù)煙囪腐蝕程度的輕重而采取不同的對策，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合目前行業(yè)內(nèi)相同類型煙囪改造后的現(xiàn)狀和普遍存在的問題，涂料、膠泥類防腐材料一般不適用于老機組煙囪改造。

b、在現(xiàn)有煙囪改造案例中，應(yīng)用砌塊類防腐材料目前有部分短期成功運行經(jīng)歷。根據(jù)專家獲取的信息來看，在砌塊類防腐材料中，有兩種比較可行，一是含硼量在12%以上的玻璃磚，二是發(fā)泡陶瓷磚。砌塊類砌筑膠應(yīng)選擇硅膠類或“賓高德”配套膠，且用膠量每平方米不少于12kg。但由于其施工要求極高，很難達到，往往因施工質(zhì)量造成砌塊脫落，短時間內(nèi)便出現(xiàn)滲漏腐蝕現(xiàn)象。

c、目前，采用鈦鋼復合板鋼內(nèi)筒是目前最為安全、可靠和經(jīng)濟的防腐方案。

因此，本次煙囪防腐改造，采用技術(shù)先進、可靠性較高的鈦鋼復合板單鋼內(nèi)筒煙囪方案。煙囪增設(shè)鋼內(nèi)筒，內(nèi)筒直徑7.0m。材質(zhì)為鈦復合板，鋼板厚度16mm，鋼鈦板1.2mm。

1.4、取消增壓風機可行性

取消旁路后及GGH后，系統(tǒng)阻力約2000Pa，比原來減少近2000Pa，原有的增壓風機出力偏大。同時考慮到動調(diào)風機的可靠性，由于工作環(huán)境惡劣，故障頻繁，在取消旁路后其直接影響機組的可靠性。在本次引風機增容改造時，通過論證取消增壓風機，采用“三合一”引風機。從系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性考慮，使系統(tǒng)大為簡化，減少系統(tǒng)阻力，提高系統(tǒng)可靠性。

1025t/h鍋爐原有煙氣系統(tǒng)阻力3569Pa，改造后脫硝系統(tǒng)增加阻力800Pa，預留電除塵改造增加阻力約955Pa，電除塵至引風機入口煙道改造增加阻力50Pa，脫硫系統(tǒng)含煙囪改造后系統(tǒng)阻力1640Pa。因此BMCR工況下，引風機入口壓力為-5374Pa，出口壓力為1640Pa?？紤]引風機有10%的流量余量，20%的壓力余量，10℃的溫度余量，因此風機的入口全壓需達到約-9.7KPa。

風機的壓頭與轉(zhuǎn)速的2次方成正比，靜調(diào)風機由于無法設(shè)置成兩級，因此只有通過提高轉(zhuǎn)速來克服系統(tǒng)阻力。風機壓頭高于7000Pa時，風機的轉(zhuǎn)速已經(jīng)很高，風葉的線速度也很高；風機壓頭如果超過8000Pa，風葉的線速度無法控制在臨界速度140m／s以下，風機的強度設(shè)計、氣動性能和噪聲均難以滿足要求。因此，若滿足本次風機改造性能參數(shù)，靜調(diào)風機存在一定的技術(shù)難度，基本無法實現(xiàn)風機結(jié)構(gòu)上只能選擇雙級動調(diào)或雙吸離心引風機。

1.5、引風機選型分析比較

（1）《大火規(guī)》對煤粉鍋爐的引風機選型給出要求：

“大容量鍋爐的吸風機宜選用靜葉可調(diào)軸流式風機或高效離心式風機。當風機進口煙氣含塵量能滿足風機要求，且技術(shù)經(jīng)濟比較合理時，可采用動葉可調(diào)軸流式風機?！币虼耍壳半姵龎m效率設(shè)計值達99.7%以上，粉塵濃度一般低于為100mg／Nm3，可以選擇動調(diào)軸流風機。下面對兩種結(jié)構(gòu)風機的整體方案進行簡單比較。

（2）設(shè)備可靠性

由于風機的工作環(huán)境較差，除了煙塵、SOx，還有煙氣中的水分，對于雙級動調(diào)風機可能存在不利因素。譬如會頻繁發(fā)生葉片卡澀、漂移等造成振動，從而導致液壓缸、軸承箱等漏油現(xiàn)象，液壓缸控制頭中心變化進一步造成風機振動等。而且每次檢修都要對風機進行解體檢查，檢修工作量非常大。

若選用雙吸離心風機，上述問題基本可以避免，維護工作量非常小。

（3）設(shè)備成本

近年來由于變頻器的普及，采用變頻雙吸離心風機設(shè)備費用略低于雙級動調(diào)軸流風機，雙級動調(diào)風機如采用國產(chǎn)轉(zhuǎn)子，則整體費用差別不大。

（4）施工成本

采用雙吸離心引風機，由于基礎(chǔ)和煙道變動很大，施工成本相對較高，但總額不是很高。

（5）施工難度及工期

采用雙吸離心引風機，由于基礎(chǔ)和煙道變動很大，工程量適當增加，施工工期也相對較長，但一般能在30天之內(nèi)完成。

（6）平面布置

選擇雙吸離心風機時，引風機進口法蘭端面（配套補償器）到風機葉輪軸線距離不大于4m，進氣箱、調(diào)節(jié)門和進口膨脹節(jié)采用標準產(chǎn)品，夾角為60°，進口膨脹節(jié)與進口煙道配供弧形過渡煙道，這樣既能很好地對接，也可減小入口阻力，風機進出口煙道采用集中布置，更好的滿足風機運行需求，同時節(jié)省了空間，可以很方便的在離心風機后布置脫硫塔，使新建脫硫塔方案可行，停機接口也只需30天左右。

（7）運行成本

在機組不同工況下，兩種方案風機的效率很接近，根據(jù)《300MW/600MW鍋爐引風機的優(yōu)化型式》(成都電力機械廠)文獻分析，機組負荷高于80%時，離心風機（調(diào)速型）效率略低，比雙級動調(diào)節(jié)風機低1%；機組負荷低于80%時，離心風機（調(diào)速型）效率優(yōu)勢明顯，從80%~50%負荷區(qū)間，離心風機（調(diào)速型）效率比雙級動調(diào)風機效率高出1%~12%。

（8）維護成本

從設(shè)備構(gòu)造和制造工藝上看，離心風機維修簡單，費用較低.只是轉(zhuǎn)子重量偏重，近15噸左右，拆裝略顯笨重。離心風機出力存在一定極限，在60萬及百萬級機組基本采用雙級動調(diào)引風機。

綜上所述，綜合各方面比較分析，從目前的趨勢來看，受煙氣參數(shù)制約，大機組基本采用雙級動調(diào)引風機。但對于1025t/h鍋爐引風機改造，根據(jù)煙氣參數(shù)選型，從可靠性、經(jīng)濟性、投資成本等方面綜合比較，采用雙吸離心風機（變頻調(diào)速）相對來講是一個更好的選擇。

1.6、一爐一塔改造方案選擇

原脫硫裝置為兩爐一塔，現(xiàn)改造為一爐一塔，必須新建一座吸收塔，另一座吸收塔由老塔改造還是新建，方案的選擇需要通過論證比較。

（1）對老塔改造

對原有吸收塔進行吸收區(qū)變徑改造，同時改造相應(yīng)的噴淋層、除霧器、循泵、氧化風機、石灰石漿液泵。該方案最大的困難是改造工期，至少需要四個月，在此期間，機組停運將損失發(fā)電量，機組運行將付出高額的排污費。

（2）新建一座吸收塔

新建一座吸收塔，配置新的噴淋層、除霧器、循環(huán)漿液泵、氧化風機、石灰石漿液泵、攪拌器等。機組只需停運30天，完成相關(guān)接口工作即可。

兩種方案在投資成本上相差不多，關(guān)鍵是看影響機組發(fā)電量或排污費的問題。很明顯選第二種方案較為可行。

2、脫硝系統(tǒng)改造

1025t/h鍋爐原設(shè)計采用緊湊型低NOx燃燒技術(shù)，即燃燒器上部設(shè)計兩層OFA、一層SOFA燃燼風。鍋爐原設(shè)計未提供NOx排放值，根據(jù)機組歷次大修后燃燒優(yōu)化試驗報告，NOx排放值受到煤種、配風、氧量、負荷波動等因素的影響較大，一般在在350mg/Nm3左右，高值達到450mg/Nm3左右。因此，若只采用煙氣脫硝（SCR技術(shù)），則其入口NOx設(shè)計值應(yīng)按450mg/Nm3考慮。

根據(jù)《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》，及經(jīng)調(diào)研分析，采用低NOx燃燒控制+煙氣脫硝（SCR）相結(jié)合的技術(shù)方案，在可行性、投資成本、施工難度、運行成本等方面是最佳的組合方案。

2.1、低NOx燃燒器

太倉港協(xié)鑫發(fā)電有限公司1025t/h鍋爐，常用煤種揮發(fā)份較高，有利于采用低NOx燃燒技術(shù)。通過調(diào)研及可行性分析，最終選用雙尺度低NOx燃燒器，滿足燃燒穩(wěn)定、高效、可靠、低NOx的要求。同步對燃油系統(tǒng)進行了微油點火裝置改造，采用微油點火技術(shù)后，鍋爐冷態(tài)啟動耗油量不超過4t。

雙尺度低NOx燃燒器為國內(nèi)較先進的產(chǎn)品，燃燒器箱殼由隔板分成若干風室，各風室出口處布置噴嘴，風室的入口處布置二次風門擋板，頂部二次風噴嘴（OFA）為手動，單獨擺動。燃燒器上部布置有16只燃盡風(SOFA)風口，分四層布置。

2.2、煙氣脫硝（SCR）裝置

太倉港協(xié)鑫發(fā)電有限公司1025t/h鍋爐煙氣脫硝裝置采用選擇性催化還原(SCR)技術(shù)，脫硝裝置如圖2所示。采用高塵布置方式，即將脫硝裝置布置在省煤器與空預器之間，該方式是應(yīng)用最廣泛的布置方式。如圖2所示：

為了以后在選擇催化劑方面得到更大的自由度，滿足不同型式、廠家的產(chǎn)品，本工程反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計按較重的蜂窩式催化劑進行。脫硝催化劑布置兩層，備用一層。三層設(shè)計脫硝率80%，二層，設(shè)計效率65%。

(1)煙氣流程

由于SCR系統(tǒng)所要求的煙氣溫度為300~400℃，故本工程SCR反應(yīng)器放置在省煤器和空氣預熱器之間，這里的煙氣溫度為362℃，滿足反應(yīng)要求。氣氨與空氣均勻混合后，通過噴氨格柵與煙氣均勻混合后進入反應(yīng)器。煙氣經(jīng)過煙氣脫硝過程后經(jīng)空氣預熱器熱回收后進入電除塵器和FGD系統(tǒng)后排入大氣。

(2)SCR反應(yīng)器

反應(yīng)器的上部安裝有導流板、整流裝置，在反應(yīng)器的豎直段裝有催化劑床。

反應(yīng)器采用固定床平行通道型式，安裝兩層，并預留一層位置。

每個反應(yīng)器按3層設(shè)計，層之間空間高度為3.2～3.6m。每層催化劑前端有耐磨層，減弱飛灰對催化劑的沖刷作用。

反應(yīng)器為直立式焊接鋼結(jié)構(gòu)容器，內(nèi)部設(shè)有觸媒支撐結(jié)構(gòu)，能承受內(nèi)部壓力，地震負荷、煙塵負荷、催化劑負荷和熱應(yīng)力等。反應(yīng)器殼外部設(shè)有加固肋及保溫層，催化劑頂部裝有密封裝置，防止未處理過的煙氣短路。

(3)氨噴射系統(tǒng)

氨和空氣在混合器和管路內(nèi)借流體動力原理將二者充分混合，再將混合物導人氣氨分配總管內(nèi)。氨噴射系統(tǒng)包括供應(yīng)箱、噴霧格柵和噴孔等。噴射系統(tǒng)配有手動調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)氨的合理分布，在對NOX濃度進行連續(xù)分析的同時，調(diào)節(jié)必要的氨量從噴氨格柵中噴出，通過格柵使氨與煙氣混合均勻。

2.3、鍋爐附屬設(shè)備改造

增加了煙氣脫硝SCR裝置后，煙氣成分、阻力和系統(tǒng)布置均發(fā)生了變化，為了保證下游設(shè)備的正常運行，同步對鍋爐附屬設(shè)備進行了相關(guān)改造。

（1）空預器改造

SCR裝置安裝在現(xiàn)有省煤器與空預器之間以后，逃逸的氨將與三氧化硫反應(yīng)，在空預器中溫段換熱元件和低溫段換熱元件上生成硫酸銨和硫酸氫銨。其中硫酸氫銨在該處溫度區(qū)間內(nèi)為粘著的沉積物，從而限制了煙氣的流動和降低傳熱效率。

為了避免空預器發(fā)生低溫腐蝕，兼顧設(shè)備運行后的出口煙風溫度、壓降、硫酸氫銨沉降，將空預器進行相關(guān)改造。將原來高、中、低溫三段改造為2層布置：即熱端低碳鋼元件和冷端耐腐蝕元件。

（2）鍋爐鋼架的改造

脫硝裝置的水平力由脫硝裝置的柱網(wǎng)承擔，鍋爐支架在設(shè)計時沒有考慮此力，根據(jù)脫硝裝置的荷載對部分鍋爐支架改造加固。同時原有設(shè)計的鍋爐尾部M排鋼架存在大的斜支撐，無法安裝增加的SCR進、出口煙道，同步進行了改造加固。

3、改造后運行情況分析

3.1、微油改造

機組冷態(tài)啟動由原來40噸下降為4噸，節(jié)油90%，同時避免了燃油污染漿液。

3.2、低NOX燃燒器+SCR改造

進行低NOX燃燒器改造后，鍋爐出口NOX均值（6%標態(tài)）由改造前350mg/Nm3下降至180mg/Nm3，兩層催化劑脫硝效率達到70%，煙囪排口NOX均值（6%標態(tài)）在60mg/Nm3。

3.3、脫硫系統(tǒng)改造

脫硫系統(tǒng)進行升級改造后，實際運行脫硫效率由93%提高到95%，全年削減SO2排放量約1000噸，并且提高脫硫系統(tǒng)取消旁路后的運行可靠性，同時進行升級改造脫硫+引風機單耗下降約0.25%，具有極大的經(jīng)濟效益。