電子束法煙氣脫硫存在的運(yùn)行問(wèn)題分析
電子束法煙氣脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中主要的問(wèn)題及分析有：
1、裝置運(yùn)行的可靠性
電子束法煙氣脫硫裝置運(yùn)行的可靠性體現(xiàn)在:一是自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性;二是裝置幾個(gè)主要設(shè)備運(yùn)行的可靠性;三是裝置在正常使用壽命內(nèi),能夠按給定的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。
1.1 自控系統(tǒng)的可靠性
對(duì)自控系統(tǒng)而言,具體體現(xiàn)在對(duì)脫硫系統(tǒng)各工藝設(shè)備及工藝操作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,能夠?qū)ο到y(tǒng)的正常與非正常情況及時(shí)做出反應(yīng)、反饋、調(diào)整和報(bào)警等,能夠維持脫硫裝置最佳運(yùn)行狀態(tài)及不影響鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)在DCS系統(tǒng)軟、硬件的發(fā)展和設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)都可以較好地解決自控系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題。
1.2 主要設(shè)備運(yùn)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(guān)鍵設(shè)備之一。處理煙氣的流量、SO2、NOx的質(zhì)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(xù)工作時(shí)間主要由電子槍和掃描盒上的電子束出射窗和輻照反應(yīng)器入射窗的鈦箔使用情況決定。目前百毫安量級(jí)的電子槍連續(xù)工作時(shí)間達(dá)10 000 h以上,數(shù)百千瓦功率的電子加速器鈦窗的連續(xù)使用壽命達(dá)6 000 h左右,因此,目前國(guó)內(nèi)外研制的大功率加速器可以滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的要求。
(2)副產(chǎn)物收集器。
由于電子束法煙氣脫硫產(chǎn)生的副產(chǎn)物完全不同于電廠煤灰粉塵的性質(zhì),適合于收集粉煤灰的靜電除塵器亦不適用于副產(chǎn)物粉塵的收集。成都裝置的副產(chǎn)物收集器最初按單室3電場(chǎng)設(shè)計(jì)并采用普通碳鋼材料,出現(xiàn)過(guò)電暈封閉,極板、極線和氣流分布板上副產(chǎn)物粘附嚴(yán)重,且無(wú)法在運(yùn)行中進(jìn)行脫附,碳鋼材料嚴(yán)重腐蝕等問(wèn)題。通過(guò)改進(jìn),增設(shè)2個(gè)電場(chǎng),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(chǎn)物收集器逐漸正常工作。杭州協(xié)聯(lián)的副產(chǎn)物收集器在此基礎(chǔ)上通過(guò)改進(jìn),運(yùn)行情況大大優(yōu)于成都電廠。借鑒成都電廠和杭州協(xié)聯(lián)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),北京京豐EA-FGD裝置的副產(chǎn)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(yīng)問(wèn)題
在電子束法煙氣脫硫裝置的各工藝單元中,煙氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氨的儲(chǔ)存及供氨系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)在借鑒石灰石-石膏濕法大型脫硫裝置的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,幾乎不存在放大風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。將電子束法煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用到大中型燃煤機(jī)組,主要存在2個(gè)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),即輻照反應(yīng)系統(tǒng)和副產(chǎn)物系統(tǒng)的放大風(fēng)險(xiǎn)。
2.1 輻照反應(yīng)系統(tǒng)
輻照反應(yīng)系統(tǒng)包括輻照反應(yīng)器和大功率電子加速器,按最新的理論設(shè)計(jì)計(jì)算模型進(jìn)行放大,所設(shè)計(jì)的輻照反應(yīng)器能夠滿(mǎn)足通過(guò)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(jí)超大功率的電子加速器目前在技術(shù)上還存在諸多困難,還有許多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有完全解決。
對(duì)大中型機(jī)組大煙氣流量的脫硫,在工程設(shè)計(jì)上可以采用幾臺(tái)電子加速器并聯(lián)或串聯(lián)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(jìn)一步提高,工程投資也增加不多,占地面積僅略有增加,且運(yùn)行更為可靠。
2.2 副產(chǎn)物收集器
(1)對(duì)國(guó)內(nèi)同類(lèi)裝置副產(chǎn)物收集器設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況的分析研究;(2)對(duì)副產(chǎn)物粒徑分布,不同工藝條件下副產(chǎn)物比電阻等物理化學(xué)性質(zhì)研究;(3)對(duì)過(guò)程工藝操作參數(shù)的優(yōu)化配置研究;(4)對(duì)副產(chǎn)物收集器本體設(shè)計(jì)所需的其他設(shè)計(jì)參數(shù),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(chǎn)物脫附方式等的深入研究,并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證,放大到200～300M W機(jī)組的副產(chǎn)物收集器的設(shè)計(jì)問(wèn)題已基本解決。
3、副產(chǎn)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(chǎn)物,其組成隨煙氣成分和輻照反應(yīng)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(zhì)量含量為85%~95%、硝酸銨為5%~10%、煙塵等為2%~5%,混合物中氮質(zhì)量含量一般在17%~20%,硫?yàn)?7%~21%,副產(chǎn)物中的重金屬含量遠(yuǎn)低于農(nóng)用粉煤灰國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。2002年頒布實(shí)施的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《副產(chǎn)硫酸銨》(DL/T808-2002),使電子束氨法脫硫產(chǎn)生的副產(chǎn)物可以直接銷(xiāo)售。
4、X射線的屏蔽及防護(hù)
4.1 不會(huì)產(chǎn)生放射性核素
高能粒子同物質(zhì)的原子作用發(fā)生核反應(yīng)會(huì)產(chǎn)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?jī)H有1 M eV左右,因而不會(huì)發(fā)生核反應(yīng)而產(chǎn)生感生放射性核素。
4.2 韌致輻射
電子穿過(guò)物質(zhì)時(shí),受原子核庫(kù)侖場(chǎng)的作用,產(chǎn)生電磁輻射的過(guò)程叫韌致輻射。高能電子與原子序數(shù)較大的物質(zhì)作用容易發(fā)生韌致輻射現(xiàn)象,放出X射線。
電子束脫硫裝置中,電子束投加輻照反應(yīng)室中處理煙氣時(shí),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(guò)程中和少數(shù)電子與輻照反應(yīng)器器壁的金屬原子等作用,發(fā)生韌致輻射現(xiàn)象,產(chǎn)生低能的X射線。出于對(duì)運(yùn)行操作員和公眾的安全考慮,盡管產(chǎn)生的強(qiáng)度不高,但仍必須對(duì)輻照反應(yīng)大廳及相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行輻射防護(hù)。
按照《電離輻射防護(hù)與輻射防護(hù)安全基本標(biāo)準(zhǔn)》(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(guò)1m Sv。在進(jìn)行電子束法煙氣脫硫裝置的輻射與屏蔽防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí),按照輻射防護(hù)最優(yōu)化原則,避免各類(lèi)人員遭受不必要的照射,并綜合考慮到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(yīng)室的屏蔽和防護(hù)采用大體積屏蔽外,對(duì)有關(guān)的進(jìn)出口輻照反應(yīng)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(tǒng)上,也采用了人機(jī)連鎖、光電連鎖,緊急停機(jī)狀況有聲光警告裝置等措施,以確保操作運(yùn)行人員和公眾的安全。京豐工程的設(shè)計(jì),實(shí)際考慮的劑量設(shè)計(jì)限值為:輻射工作人員每年不超過(guò)5 m Sv,公眾個(gè)人每年不超過(guò)0.5m Sv,都低于國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
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