劉品良 吳國江
(江蘇省蘇州市常熟市龍騰特種鋼有限公司燒結分廠)
摘要:本文在燃煤鍋爐除塵脫硫脫硝系統工藝設計方面,有針對性的進行實施工藝的比較,選取了最優的解決方案。在電氣系統設計方面,詳細介紹了配電設計,實現了對燃煤鍋爐的精準控制。在電控系統調試方面,介紹了系統調試前準備工作、試運行、正式運行以及其它操作細節,為今后類似燃煤鍋爐煙氣除塵脫硫脫硝項目提供設計參考。
關鍵詞:燃煤鍋爐;除塵脫硫;多塔式工藝
1 燃煤鍋爐除塵脫硫脫硝系統工藝設計
1.1 除塵系統工藝設計
鍋爐尾部除塵工藝選用布袋除塵器可大大提高除塵效率,不會造成二次污染,煙塵排放濃度一般可小于 30mg/Nm3,甚至低至 5mg/Nm3。
根據國產布袋除塵器在冶金、建材系統中的經驗,大中型鍋爐除塵改用布袋除塵器,可將鍋爐出口含塵量由 300mg/Nm3降至 10mg/Nm3以下,可大大減少粉塵對大氣污染。
靜電除塵器對難以收集的煤塵應用效果并不理想,煙塵超標排放。采用布袋除塵器可避免此類問題出現。
對除塵器的設計、制造、安裝、調試和運行等每一步都經過嚴苛的計算。為保證在各種環境條件下能長期、安全、穩定的工作,為綜合保證除塵器的性價比,決定采用長袋低壓脈沖除塵器。設計參數如下:
數量:3 套
形式:脈沖袋式除塵器 單套參數如下:
凈過濾面積:1300 m2
濾袋數量:400 只
濾袋規格:φ160x6500 mm
除塵器室數:≥4 個
過濾風速:<0.95 m/min
處理風量:65000 m3/h
入口氣體溫度:160 ℃
設備阻力:<1200 Pa
出口粉塵濃度:≤30 mg/m3
設計除塵效率:≥99.4%
清灰用氣源壓力:0.5~0.7 MPa
清灰用空氣耗量:3.4 m3/min
承受負壓:-8500 Pa
1.2 脫硫系統工藝設計
圖1 脫硫工藝對比表
由上可見:其中石灰石/石灰-石膏法技術成熟,特別適用于中小型鍋爐煙氣脫硫,并且投資少,占地面積小,運行成本低,非常適合中國國情。
吸收塔漿液池中的 pH 值通過加入石灰石漿液來控制,在吸收塔漿液池中的反應需足夠長的時間以使石膏能產生良好的石膏結晶 (Ca SO4·2H2O)。
利用氧化風機(2用1備),在煙道氣中的氧含量不能滿足氧化要求的情況下,為吸收塔漿罐內供給充足的氧,加速石膏的生成(即將亞硫酸鈣進一步氧化為硫酸鈣)。若不能充分引入足夠的氧化性氣體,將會使塔中的脫硫率下降,并造成污染。氧化性空氣經噴嘴輸送至吸附塔中的淤泥槽。
新鮮的氧化性氣體從空氣濾清器中被吸進,再由消聲器經導管送至吸收塔。為使氧化氣降溫(當其遠離風機時,可達到100攝氏度),需將水注入氧化氣,使其汽化,從而使氧化氣降溫。
1.3 脫硝系統工藝設計
雖然 SCR、SNCR 技術具有比較高的脫硝效率,但反應溫度難以把控(反應溫度為 850~1050℃),據現場考察,謝橋礦鍋爐爐膛溫度在 480~570℃,鍋爐空預器出口煙溫 88℃。此煙氣溫度較低極易結露,對后端設備局有一定的腐蝕作用,SCR 和 SNCR 不適用于此項目。
臭氧對 NOx 的選擇性高、反應速度快,反應范圍不受溫度影響;N2O5很容易與后端堿性溶液吸收;根據煙氣 NOx 濃度,靈活調節臭氧產量;氧化脫硝可使客戶可以最大限度地回收燃燒煙氣的熱量。由于 NOx 的含量相對 SO2 來說很小,因此基本上不需要增加脫硫洗滌塔的負荷;自動化程度高,整套設備由 PLC 自動控制,無需專人值守。
臭氧系統主要通過臭氧發生器制備臭氧,臭氧氣體通過煙道安裝的投加裝置均勻分布煙氣中,將煙氣中的 NOX氧化為容易吸收的 NO2和 N2O5,反應后的煙氣再通過脫硫塔洗滌,NO2和 N2O5反應生成硝酸鹽。
根據 NOX原始濃度及臭氧脫硝效率進行計算,采用兩套 40kg/h 臭氧發生器進行處理,同時臭氧供氣設備選用 VPSA 制氧系統自產氧氣,免去購置液氧的環節。
2 燃煤鍋爐除塵脫硫脫硝系統電氣系統設計
2.1 除塵系統配電設計
除塵器同時設計了遠程控制柜和就地控制箱。電源由低壓饋線柜統一供電,控制回路設計安放于就地箱內,就地箱室外安裝,外殼防護等級 IP54。 在設計配電柜控制回路時,預留了 25%的備用回路,以便將來設備運行效率不足時,增加脈沖閥進線供電。 外接控制電纜均根據負載進線計算,并采用鎧裝銅芯電纜。系統內部接線通過計算均采用 4mm2以上線纜,同時考慮過流負載。
2.2 脫硫系統配電設計
1.考慮電磁干擾問題,所有的通訊信號線與動力線分別從配電柜內左右兩端分開走線。
2.儀表盤臺箱應按照電力行業規范進行布置。
3.柜內所有元器件均設有標牌,方便現場施工接線。
4.配電箱內的端子排布置在易于安裝的位置,統一設計下端出現端子離柜底300mm,上端進線端子距柜頂 150mm。并配有電纜支架固定。
5.儀表盤面上旋鈕、儀表、指示燈、按鈕均設置標牌及編號方便查找操作。
6.在設計就地控制箱時,充分考慮了箱體的擺放、操作方便、尺寸、材料及防水防腐性能。
7.現場儀表保證連續運行、易于就地讀數,同時設計考慮了安裝的位置、震動保護、防水防腐保護等。
2.3 脫硝系統配電設計
臭氧電源供電設計為可控硅中頻電源,由整流橋電路、中頻逆變回路、控制回路、高壓變壓器等幾個核心部分組成。 臭氧電源的好壞決定了是臭氧發生器能否長期穩定運行,由于臭氧發生器負載大,設計采用了變頻和升壓兩大工藝,耗電少、壽命長。電源控制核心采用獨立 CPU 控制,并設計了保護回路。同時電源的啟動部分增設了軟啟動,及多級保護裝置,以確保臭氧發生器整機的可靠和穩定運行。
3 燃煤鍋爐除塵脫硫脫硝系統電控系統調試
3.1 系統調試前準備工作
1.調試前設備檢驗
(1)除塵器焊縫氣密性試驗
對除塵器內部進行檢查清理;灰斗人孔、凈氣室蓋板進行最終檢查,確保密封嚴實。
(2)供氣系統氣密性試驗
打開供氣管路進出口閥門,除塵器儲存備用的壓縮空氣在 0.7MPa 壓力下進行保壓實驗 30 分鐘,并檢查供氣管路的所有連接焊縫是否漏氣。壓力無損失視為試驗合格。
(3)電磁脈沖閥進行噴吹調試,現場觀察噴吹聲音清脆、不漏氣方為合格。
2.調試前設備操作
(1)人工轉動電機軸一圈確保電機轉動順暢
工藝水泵 A、B,漿液循環泵 A、B、C,吸收塔攪拌機 1、2、3,氧化風機 A、B,排水坑泵,排水坑攪拌機,增壓風機,稀釋風機 A、B,漿液輸送泵 A、B,漿液箱攪拌機,星型給料機,石灰石粉倉震動泵 A、B,事故攪拌機 1、2、3,事故漿液泵 A、B。
(2)檢查各手動閘閥是否打開
工藝水泵進出口閥,工藝水箱進水口閥,循環泵管路出口蝶閥,石灰石漿液輸送泵出口閥。循環泵軸承冷卻水進出口閥,增壓風機軸承冷卻水進出口閥,氧化風機冷卻水進出口閥,吸收塔密度計出口閥,石灰石漿液箱密度計出口閥,布袋除塵器供氣管路閥,CEMS 煙氣檢測供氣閥。
(3)檢查需要關閉的閘閥、電動門是否關閉
循環泵出口漿液管路旁通管閥,循環泵入口電動蝶閥處手動放水閥,煙道事故噴淋手動閥,漿液泵出口沖洗水手動閥。
(4)檢查儀表閥門是否打開
供水管路儀表閥,增壓風機進出口壓力變送器氣體采樣閥。
(5)準備好預覆層用的物料
要求是干燥的 Ca(OH)2 粉狀物料,如果該物料提供困難,可暫時用鍋爐飛灰代替。
(6)檢查脫硫塔中液位是否低于3m
如低于則開啟工藝水泵,打開脫硫塔補水閥門,將脫硫塔水位補至約 3m。
(7)開啟引風機
往除塵器入口放進預覆塵料(或利用氣力輸灰中間灰倉積灰回流),入料的多少以每平方米濾料附 500 克灰計算。
3.2 試運行
(1)檢查脫硫除塵配電柜電源接線是否正常,是否有短路、絕緣低等問題,無問題可送電,送電時需在進線柜留一名電工觀察,另一名電工到上級開關柜送電,初次送電或長時間未送電時需要試送一次,看有無異常情況,在進行 2 次送電。臭氧車間、制氧車間電源送電步驟相同。
(2)檢查動力柜、PLC 柜、閥門柜、自控電源柜等無異常可逐步送電,并測量電壓穩定狀態。
(3)用萬用表檢查柜與柜間接線、柜與電機、閥門、儀表接線是否正確。
(4)電機類逐個調試,首先通過就地啟動方式,點動檢查電機正反轉,可通過調相修改。然后通過上位機遠控控制電機啟動、停止。
(5)蝶閥類,首先手動轉動蝶閥搖把確保開、關都順暢,在將蝶閥手動開到中間位置,遠程通過上位機控制蝶閥打開、關閉,如方向相反需要調整接線,如正確可將閥開到位、關到位各一次檢查到位閉鎖信號是否正常。
(6)儀表類信號采集,需要單獨供電的儀表確認供電電壓等級,上電后通過PLC 采集模擬量信號,如果信號采集有問題,可通過調整信號接線判斷是否接反或信號線斷線,密度計、PH 計、液位變送器、壓力變送器量程需根據現場情況調節。
(7)與 CEMS 信號采集,可通過廠家提供的量程修改 PLC 采集信號的量程范圍,通過信號數據比對核實接線的正確性。
(8)與臭氧車間控制柜、制氧車間控制柜通過工業以太網通訊,采集必要數據:氧氣濃度、壓力、產量、臭氧濃度等。
(9)通過開啟工藝水泵檢查各供水管路連接處是否牢固,有無漏水。
(10)當各儀表采集數據都確認正確后,方可進行聯合調試。聯合調試可先由水充當漿液。
3.3 正式運行
設備調試正常后,進入正常運行階段,運行時要注意觀察吸收塔密度計,PH計,時刻注意排石膏和補漿液,通過觀察除霧器壓差值,280s 間斷開啟沖洗水電磁閥 10s。三層噴淋循環動作。石灰石漿液箱保證有足夠的漿液待用。脫硝系統根據氮氧化物的含量來判斷注入臭氧的量,及稀釋風機的風量。
3.4 其它操作細節
(1)脈沖閥控制方式
可以選擇就地/遠程兩種方式和壓差/定時兩種控制方式。脈沖寬度設定為 0.01-0.2s,脈沖間隔時間設置 0-60s。
(2)壓差與溫度檢測:
在除塵器的進、出口設有差壓傳感器,差壓與差壓成比例關系。在壓力差值為600帕斯卡或以上的情況下,將連續噴入所有的脈動閥來清理粉塵。在壓差為500帕斯卡時,停止注入。進、出水口均裝有PT100型溫度傳感器。當溫度超出設定值, PLC會在相應的圖像方塊中顯示“!”閃光警告,開啟旁路閥門,關上進水閥門。煙灰缸內的溫度可被調節,以便清除煙灰。在80度高溫下,也會發出警告,并在相應的圖像方塊中顯示“!”-閃動的提示,以便清除灰塵。
(3)電動閥控制:
可以采用就地或遠程自動控制方式。
(4)卸灰控制:
可以采用手動或定時/定溫控制,如果采用定時方式中途發生中斷系統運行時間清零。
(5)現場控制:
現場箱按鈕可以執行設備單個手動,在旋鈕處于過程且觸摸沒有鎖定時同時按下 1#和 2#閥門停止按鈕 2 秒鐘可以啟動自動程序。
(6)通過觸摸屏可以對參數進行設定也可選擇自動控制或手動,同時可以進行一切控制操作。
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