電子束法煙氣脫硫存在的運行問題分析
電子束法煙氣脫硫系統在運行過程中主要的問題及分析有：
1、裝置運行的可靠性
電子束法煙氣脫硫裝置運行的可靠性體現在:一是自動控制系統的可靠性;二是裝置幾個主要設備運行的可靠性;三是裝置在正常使用壽命內,能夠按給定的設計技術指標長期運行的穩定性。
1.1 自控系統的可靠性
對自控系統而言,具體體現在對脫硫系統各工藝設備及工藝操作狀態進行監控,能夠對系統的正常與非正常情況及時做出反應、反饋、調整和報警等,能夠維持脫硫裝置最佳運行狀態及不影響鍋爐系統的穩定運行。現在DCS系統軟、硬件的發展和設計運行經驗都可以較好地解決自控系統的可靠性問題。
1.2 主要設備運行的可靠性
(1)電子加速器。
電子加速器是電子束法煙氣脫硫裝置關鍵設備之一。處理煙氣的流量、SO2、NOx的質量含量及脫除率等決定了電子加速器所需的功率。電子加速器的連續工作時間主要由電子槍和掃描盒上的電子束出射窗和輻照反應器入射窗的鈦箔使用情況決定。目前百毫安量級的電子槍連續工作時間達10 000 h以上,數百千瓦功率的電子加速器鈦窗的連續使用壽命達6 000 h左右,因此,目前國內外研制的大功率加速器可以滿足工業應用的要求。
(2)副產物收集器。
由于電子束法煙氣脫硫產生的副產物完全不同于電廠煤灰粉塵的性質,適合于收集粉煤灰的靜電除塵器亦不適用于副產物粉塵的收集。成都裝置的副產物收集器最初按單室3電場設計并采用普通碳鋼材料,出現過電暈封閉,極板、極線和氣流分布板上副產物粘附嚴重,且無法在運行中進行脫附,碳鋼材料嚴重腐蝕等問題。通過改進,增設2個電場,將極線、極板全部更換為不銹鋼,并采用多段振打方式,使副產物收集器逐漸正常工作。杭州協聯的副產物收集器在此基礎上通過改進,運行情況大大優于成都電廠。借鑒成都電廠和杭州協聯的設計、運行經驗,北京京豐EA-FGD裝置的副產物收集器的極板、極線采用不銹鋼、多段振打的方式。
2、放大效應問題
在電子束法煙氣脫硫裝置的各工藝單元中,煙氣調節系統、氨的儲存及供氨系統、公用工程系統、操作控制系統在借鑒石灰石-石膏濕法大型脫硫裝置的設計經驗的基礎上,幾乎不存在放大風險問題。將電子束法煙氣脫硫技術應用到大中型燃煤機組,主要存在2個技術風險,即輻照反應系統和副產物系統的放大風險。
2.1 輻照反應系統
輻照反應系統包括輻照反應器和大功率電子加速器,按最新的理論設計計算模型進行放大,所設計的輻照反應器能夠滿足通過大煙氣流量的需要,且電子束能量的利用率更高。受高電壓絕緣材料和饋送方式的限制,500~2 000 kW級超大功率的電子加速器目前在技術上還存在諸多困難,還有許多關鍵技術問題沒有完全解決。
對大中型機組大煙氣流量的脫硫,在工程設計上可以采用幾臺電子加速器并聯或串聯的方式。這樣,電子束能量的組織分配將更趨合理,脫硫脫硝率可進一步提高,工程投資也增加不多,占地面積僅略有增加,且運行更為可靠。
2.2 副產物收集器
(1)對國內同類裝置副產物收集器設計及運行情況的分析研究;(2)對副產物粒徑分布,不同工藝條件下副產物比電阻等物理化學性質研究;(3)對過程工藝操作參數的優化配置研究;(4)對副產物收集器本體設計所需的其他設計參數,如煙氣流的分布與組織,收集器的伏安特性,收集器電壓源和恒流源特性,副產物脫附方式等的深入研究,并通過試驗驗證,放大到200～300M W機組的副產物收集器的設計問題已基本解決。
3、副產物的處置
采用電子束法煙氣脫硫工藝得到的脫硫脫硝副產物,其組成隨煙氣成分和輻照反應條件不同而略有差異,但主要都是含有硫酸銨、硝酸銨及煙塵的混合物。一般硫酸銨質量含量為85%~95%、硝酸銨為5%~10%、煙塵等為2%~5%,混合物中氮質量含量一般在17%~20%,硫為17%~21%,副產物中的重金屬含量遠低于農用粉煤灰國家標準的有關規定。2002年頒布實施的電力行業標準《副產硫酸銨》(DL/T808-2002),使電子束氨法脫硫產生的副產物可以直接銷售。
4、X射線的屏蔽及防護
4.1 不會產生放射性核素
高能粒子同物質的原子作用發生核反應會產生感生放射性核素。電子束氨法脫硫工藝中使用的電子束能量僅有1 M eV左右,因而不會發生核反應而產生感生放射性核素。
4.2 韌致輻射
電子穿過物質時,受原子核庫侖場的作用,產生電磁輻射的過程叫韌致輻射。高能電子與原子序數較大的物質作用容易發生韌致輻射現象,放出X射線。
電子束脫硫裝置中,電子束投加輻照反應室中處理煙氣時,雖然電子束的絕大部分能量都消耗在同煙氣中的水、氨、氮、CO2、SO2、氮氧化物、煙塵等分子微粒的作用上,但在電子束的輸送過程中和少數電子與輻照反應器器壁的金屬原子等作用,發生韌致輻射現象,產生低能的X射線。出于對運行操作員和公眾的安全考慮,盡管產生的強度不高,但仍必須對輻照反應大廳及相關系統進行輻射防護。
按照《電離輻射防護與輻射防護安全基本標準》(GB18871-2002)的要求,輻射工作人員的年有效劑量限值為20 m Sv,公眾成員年有效劑量不超過1m Sv。在進行電子束法煙氣脫硫裝置的輻射與屏蔽防護設計時,按照輻射防護最優化原則,避免各類人員遭受不必要的照射,并綜合考慮到技術、經濟和社會等因素,將工作人員和公眾所受的照射保持在合理的、盡可能低的水平上。為此,除在電子加速器和輻照反應室的屏蔽和防護采用大體積屏蔽外,對有關的進出口輻照反應器前后煙道、檢修通道和管道等也采用了有效的屏蔽措施,除此之外,在防輻射的安全系統上,也采用了人機連鎖、光電連鎖,緊急停機狀況有聲光警告裝置等措施,以確保操作運行人員和公眾的安全。京豐工程的設計,實際考慮的劑量設計限值為:輻射工作人員每年不超過5 m Sv,公眾個人每年不超過0.5m Sv,都低于國家規定標準。
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