電廠煙氣濕法脫硫的技術(shù)問題綜述

陳雪梅

（廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東 汕尾 516600）

1 石灰石-石膏濕法脫硫工藝及脫硫原理

某電廠2×600MW超臨界燃煤機組，煙氣脫硫工程采用美國引進型石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。鍋爐排出煙氣經(jīng)電除塵器處理后通過增壓風機進入GGH，被冷卻后進入噴淋式吸收塔，自下而上流運，并與吸收塔內(nèi)的石灰石漿液形成逆流相混合。煙氣中的酸性氣體經(jīng)循環(huán)石灰石漿液洗滌，可將煙氣中95%以上的硫脫除。同時還能將煙氣中幾乎全部的氯化氫與氟化氫除去。在吸收塔的頂部出口，經(jīng)處理的煙氣穿過兩級除霧器，除去懸浮液滴。出吸收塔后，煙氣再次進入GGH升溫至80℃后排入煙囪。脫硫煙道配有旁路擋板，在緊急情況下或機組啟動時，旁路擋板打開，煙氣經(jīng)旁路煙道直接排入煙囪。

2 脫硫系統(tǒng)的結(jié)垢、堵塞與處理方法

2.1 結(jié)垢、堵塞機理

2.1.1 石膏濃度過飽和后會出現(xiàn)晶束，進而形成晶種、晶體。石膏結(jié)晶是一個動態(tài)平衡過程，新晶種的形成和晶體長大同時進行，只有結(jié)晶到一定程度才被允許排出，因此石膏漿液在吸收塔內(nèi)應有足夠的停留時間，即保持石膏的過飽和狀態(tài)。經(jīng)驗表明比較理想的石膏相對過飽和度應控制在1.25~1.30。

2.1.2 在系統(tǒng)嚴重缺氧和氧化反應程度極低的條件下，將生成一種產(chǎn)物CSS——稱為軟垢，使系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢，甚至堵塞。其中，軟垢CSS的分子式為Ca(SO3)0.8(SO4)0.21/2H2O。

2.1.3 吸收液pH值高有利于SO2的吸收，但調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，當pH>5.9時，石灰石中Ca2+的溶出就減慢，SO32-的氧化也受到抑制，漿液中CaSO3·1/2H2O就會增加，易發(fā)生管道結(jié)垢現(xiàn)象。在堿性pH值環(huán)境下運行會產(chǎn)生碳酸鈣硬垢。反之，如果漿液pH值降低，石灰石中Ca2+的溶出就容易，而且對SO32-的氧化非常有利，保證了石膏的品質(zhì)，但亞硫酸鹽溶解度急劇上升，硫酸鹽溶解度略有下降，在很短時間內(nèi)，會有石膏大量產(chǎn)生并析出，產(chǎn)生硬垢。pH值較低會使SO2的吸收受到抑制，脫硫效率將大大降低。

2.1.4 設備系統(tǒng)停止/運行時，設備管道沖洗不充分，導致漿液沉積、堵塞。

2.1.5 GGH堵塞。原煙氣進入GGH后溫度由約140℃降至酸露點下90℃，因此在GGH熱側(cè)產(chǎn)生大量黏稠濃酸液，這些酸液對GGH的換熱元件和殼體有很強的腐蝕作用，而且會粘附大量煙氣中的飛灰，飛灰具有水硬性，含有氧化鈣成分，氧化鈣的存在會激發(fā)飛灰的活性，換熱元件上沉積的硫酸鈣、冷凝產(chǎn)生的硫酸和飛灰在高溫下相互作用形成硫酸鹽、硅酸鹽等硬垢。穿過除霧器的微小漿液霧滴在進入GGH凈煙道時，水分蒸發(fā)，剩下石膏小顆粒殘留在換熱元件上形成積垢，經(jīng)高溫煙氣烘烤變成硬塊。這些積垢使GGH換熱元件的通流面積變小，造成壓差升高。

2.2 處理方法

2.2.1 保證氧化風機向吸收塔充分供氣，使氧化反應趨于完全，確保吸收塔漿液中有足夠濃度的石膏晶種。

2.2.2 杜絕石子等雜物進入吸收塔，嚴防噴嘴堵塞。

2.2.3 在運行中，控制吸收劑水分蒸發(fā)速度和蒸發(fā)量，使得溶液中石膏過飽和度最大不超過1.4。

2.2.4 控制溶液的pH值，尤其避免運行中pH值急劇變化，一般控制在4.5~6.0之間。

2.2.5 吸收液中加入石膏或亞硫酸鈣晶種。

2.2.6 適當增大液氣比也是防止系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞的重要技術(shù)措施。

2.2.7 根據(jù)相關(guān)系統(tǒng)設備的運行狀態(tài)(壓力、流量、電流等)和各種漿液的化學分析結(jié)果來判斷結(jié)垢的趨勢。

2.2.8 在系統(tǒng)停運之前，要對相關(guān)漿液管道進行徹底沖洗，并排盡積漿，以防設備、管道腐蝕和堵塞。

2.2.9 GGH的堵塞問題需要從三個方面分析：一是積垢的來源，二是對GGH換熱元件的吹掃，三是換熱元件波紋板波紋型式。通過加強沖洗、更換GGH換熱元件、調(diào)整運行方式等措施基本可以解決此問題。

3 脫硫系統(tǒng)的腐蝕、防腐及磨損

3.1 腐蝕機理

3.1.1 煙氣中的 SO2、HCl、HF 等酸性氣體在與液體接觸時，生成相應的酸液，其中SO32-、Cl-、SO42-對金屬有很強的腐蝕性，對防腐內(nèi)襯也有很強的擴散滲透破壞作用。

3.1.2 存在于同一電解質(zhì)溶液中的不同金屬表面將發(fā)生電化學腐蝕。

3.1.3 結(jié)晶腐蝕。溶液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽隨溶液滲入防腐內(nèi)襯及其疏松孔隙內(nèi)，當系統(tǒng)停運后，吸收塔內(nèi)逐漸變干，溶液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽析出并結(jié)晶，隨后體積發(fā)生膨脹，使防腐內(nèi)襯承受應力，產(chǎn)生剝離損壞。

3.1.4 環(huán)境溫度的影響。由于GGH故障或漿液循環(huán)系統(tǒng)故障，導致塔內(nèi)煙溫升高，其防腐材料的許用應力隨溫度升高而急劇降低。

3.1.5 脫硫系統(tǒng)的箱、罐、反應容器內(nèi)部均設有攪拌器，該設備運行時，對這些容器內(nèi)表面的防腐材料造成一定沖刷和破壞。

3.2 防腐技術(shù)措施

3.2.1 嚴格控制塔內(nèi)漿液的pH值在規(guī)定范圍4.5~6.0，防止PH值急劇變化。

3.2.2 根據(jù)FGD設計的入口煙溫，選擇與入口煙溫、塔內(nèi)設計溫度相匹配的內(nèi)襯材料以保證脫硫設備的安全穩(wěn)定運行。

3.2.3 嚴把防腐內(nèi)襯的施工質(zhì)量關(guān)。

3.2.4 施工或檢修過程中要嚴格把關(guān)，保證脫硫設備、管材合理和優(yōu)質(zhì)的焊接工藝。

3.2.5 脫硫系統(tǒng)設有的箱、罐、反應容器內(nèi)部的防腐材料要符合環(huán)保及國家規(guī)定控制危險源所必須的相關(guān)要求。

3.3 脫硫系統(tǒng)的磨損

脫硫漿液含固量較高，對設備造成磨損，當漿液的PH值呈較強酸性時，對設備的磨損更快、更嚴重。因此要減輕磨損，必須控制漿液的含固量不能太高，漿液的PH值也應控制在合理范圍內(nèi)。此外對于一些磨損嚴重的管件可使用不銹鋼管件來代替。實踐證明，在襯膠或碳鋼管件磨蝕較快的部位用316不銹鋼管件代替后，使用時間較長，目前復合陶瓷鋼管在脫硫系統(tǒng)使用也較多。必要時也可將該管件前后的閥門或附件位置變動，以改變管道內(nèi)漿液的流場減輕擾流。

4 影響脫硫效率的因素分析

4.1 吸收劑的pH值

煙氣中SO2與吸收塔漿液接觸后發(fā)生如下一些化學反應：

產(chǎn)生的H+促進了CaCO3的溶解，生成一定濃度的Ca2+：CaCO3+H+=HCO3-+Ca2+

Ca2+與 SO32-或 HSO3－結(jié)合，生成 CaSO3和Ca(HSO3)2:

反應過程中，一部分SO32-和HSO3-被氧化成SO42-和

最后吸收液中存在的大量SO32-和HSO3-，可以通過鼓入空氣進行強制氧化轉(zhuǎn)化為SO42-，最后生成石膏結(jié)晶：

脫硫反應的基礎(chǔ)是溶液中H+的生成，只有H+的存在才促進了Ca2+的生成，因此，吸收速率主要取決于溶液的pH值。故濕法脫硫工藝的應用中控制合適的pH值和保持pH值的穩(wěn)定是保證脫硫效率的關(guān)鍵。

pH值為6.0時，二氧化硫吸收效果最佳，但此時易發(fā)生結(jié)垢，堵塞現(xiàn)象。而低的pH值有利于亞硫酸鈣的氧化，石灰石溶解度增加，但二氧化硫的吸收受到抑制，脫硫效率大幅度降低;當pH值為4.5時，二氧化硫的吸收幾乎無法進行，且吸收液呈酸性，對設備也有腐蝕。調(diào)試某電廠新建機組脫硫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)漿液pH值在4.5~6.0之間較為妥當。

4.2 液氣比及漿液循環(huán)量

液氣比增大，表明氣液接觸機率增加，脫硫率增大。但二氧化硫與吸收液有一個氣液平衡，液氣比超過一定值后，脫硫率將不在增加。初始的石灰石漿液噴淋下來后與煙氣接觸，SO2等氣體與石灰石漿液的反應并不完全，需要不斷地循環(huán)反應，增加漿液的循環(huán)量，也就加大了CaCO3與SO2的接觸反應機會，從而提高了脫硫效率。若吸收塔噴嘴或漿液循環(huán)泵入口堵塞、噴淋效果較差、漿液循環(huán)泵內(nèi)部磨蝕嚴重等，使運行壓力不足，均會導致脫硫效率下降。

4.3.煙氣與吸收劑接觸時間

煙氣自GGH進入吸收塔后，自下而上流動，與噴淋而下的石灰石漿液霧滴接觸反應，接觸時間越長，反應越完全。

4.4 石灰石粒度及純度

石灰石是目前濕法脫硫中最常用的吸收劑。石灰石顆粒越細，純度越高，其表面積越大，反應越充分，吸收速率越快，石灰石的利用率越高。一般要求石灰石粉的90%能通過325目篩(44μm)或 250 目篩(63μm)，并且 CaCO3含量大于93%。

4.5 氧化空氣量

O2參與煙氣脫硫的化學過程，使HSO3-氧化為SO42-，隨著煙氣中O2含量的增加，Ca－SO4·2 H2O的形成速度加快，脫硫率也呈上升趨勢。保證氧化風機向吸收塔的供氣量可提高脫硫率。

4.6 煙氣中灰塵含量

影響吸收塔內(nèi)水質(zhì)的因素之一是煙氣中塵埃含量大。由于脫硫過程中煙氣中灰塵大量進入吸收塔內(nèi)，與塔內(nèi)漿液混合，阻礙了石灰石漿液對SO2的吸收，降低了石灰石中Ca2+的溶解速率，同時煙塵或溶液中不斷溶出的一些重金屬離子會抑制了Ca2+與HSO3-的反應。若煙氣中粉塵含量持續(xù)超過設計允許量，將使脫硫率大為下降。同時成品石膏中也含有大量的灰塵及消耗的石灰石量也相應增加，影響石膏品質(zhì)。

4.7 煙氣溫度

若進入吸收塔的煙氣溫度較高，煙氣膨脹，流速和壓力增大，會使脫硫效率下降;若進入吸收塔煙氣溫度越低，越利于SO2氣體溶于漿液，形成HSO3-，即:低溫有利于吸收，高溫有利于解吸。通常，將煙氣冷卻到60℃左右有利于吸收SO2；煙氣較高溫度時，SO2的吸收效率降低。

4.8 煤質(zhì)影響

由于煤質(zhì)的不同，煤中所含的微量物質(zhì)也不同，某些燃煤煙氣中HCl、HF含量較高，由于吸收塔內(nèi)漿液濃度在20%左右，HCl、HF就會溶解于漿液中而使F-、Cl-含量增加，從而影響石灰石漿液對SO2吸收，影響PH值的測量。

4.9 Cl-含量

Cl-對系統(tǒng)性能的影響是潛在的，在系統(tǒng)中主要以氯化鈣形式存在，去除困難，影響脫硫效率，達到一定程度時才會顯現(xiàn)，主要是干擾了離子間的反應。通常Cl-的設計上限為20000mg/L，實際上一般當Cl-高于12000mg/L時，就表現(xiàn)出對FGD運行的一些負面影響，如pH值的自控能力稍微減弱，副產(chǎn)物石膏中CaCO3含量略有增加等。漿液Cl-濃度高低與原煙氣中HCl的含量直接相關(guān)，也與系統(tǒng)的廢水排放量有關(guān)。

4.10 煙氣流量變化

機組負荷增減時，進入吸收塔的煙氣量隨之變化。首先要保證增壓風機的穩(wěn)定運行，然后調(diào)節(jié)石灰石漿液的供漿量，以穩(wěn)定漿液pH值;再適時改變有關(guān)設備的運行方式。一般開式噴淋塔的液氣比控制在13~16L/m3。因此，可根據(jù)實際煙氣量來決定增減循環(huán)泵的運行臺數(shù)或切換循環(huán)泵，不同循環(huán)泵之間的優(yōu)化組合運行方式需經(jīng)過多次試驗后才能確定。氧化空氣的量一般為鼓入空氣中的氧與SO2摩爾比為1.5左右，所以煙氣量變化后也應改變氧化風機的供氣量。

4.11 原煙氣SO2濃度波動

燃煤硫分變動的情況經(jīng)常發(fā)生，原煙氣中SO2濃度并不穩(wěn)定。SO2濃度的突然上升往往使吸收塔漿液pH值在短時間內(nèi)下降，如果此時控制系統(tǒng)跟不上工況變化，就可能造成pH值無法恢復到正常值，降低脫硫效率，影響石膏品質(zhì)。

4.12 煙氣旁路檔板密封不嚴滲漏

正常運行中，煙氣旁路檔板密封不嚴泄漏，使得少部分原煙氣從旁路煙道通過，與經(jīng)FGD處理的凈煙氣相混合，從而導致出口煙氣中的SO2濃度超標，降低了脫硫效率。

4.13 儀表指示影響

在線檢測系統(tǒng)(CEMS)傳輸信號不準，導致控制系統(tǒng)(或人為判斷)出現(xiàn)問題，從而影響脫硫效率。因此，保證儀表的準確投運，對于提高脫硫效率尤為重要。

4.14 煙氣中含油成分

當鍋爐投油燃燒，來不及退出電除塵、脫硫系統(tǒng)，煙氣中的油氣進入吸收塔，導致漿液污染，甚至脫硫系統(tǒng)中毒癱瘓。因此，嚴格執(zhí)行《電除塵、脫硫系統(tǒng)投退管理規(guī)定》也是確保脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要方面。

4.15 設備故障引發(fā)脫硫效率下降

脫硫設備故障也會引發(fā)脫硫效率下降，所以必須加強脫硫設備日常維護。制漿系統(tǒng)出力不足、煙道膨脹節(jié)破裂、脫水系統(tǒng)故障、GGH堵塞、管道磨損、吸收塔墻壁磨穿等都可引發(fā)的脫硫效率降低甚致停運脫硫。因此要提高設備科學管理水平，加強檢修維護的計劃性、嚴格執(zhí)行各項定期工作、提高設備管理人員實踐經(jīng)驗，減少重復性缺陷的發(fā)生，從而大大提高整個脫硫系統(tǒng)的可靠性。

5 國內(nèi)電廠脫硫設備現(xiàn)狀

目前國內(nèi)電廠脫硫系統(tǒng)核心設備仍然以進口為主。增壓風機轉(zhuǎn)子、漿液循環(huán)泵、噴淋管及噴嘴、供漿調(diào)節(jié)閥、脫水機、真空泵、氧化風機、旋流器等設備仍然依賴進口。進口設備從使用的情況來看，故障率較低，主要是定期維護和正常磨損。其它設備則以國產(chǎn)為主，包括振動給料機、斗提機、螺旋輸送機、濕式球磨機、皮帶輸送機、渣漿泵、襯膠管道、稱重給料機等，但日常缺陷率較高，主要體現(xiàn)在，球磨機入口漏漿、機械密封使用壽命短、皮帶輸送機皮帶跑偏等缺陷。除此之外，脫硫系統(tǒng)還有許多固有問題，比如管道磨損、堵塞、GGH堵塞、腐蝕等問題都無法避免。很多設備露天布置、工作環(huán)境惡劣，很多零部件都在粉塵、漿液、水霧等環(huán)境下工作，容易銹蝕和磨損，所以需要嚴格執(zhí)行加油脂、換油、更換零部件等定期工作，才不致于出現(xiàn)被動應付的局面。因此，我們只有經(jīng)過多年實踐、長期探索、總結(jié)經(jīng)驗，并制定一套科學的設備運行、檢修、維護管理方法，包括建立排產(chǎn)計劃、轉(zhuǎn)動設備振動異常監(jiān)測分析、油定期化驗、精細化管理、臺帳等一系列制度，對設備進行科學管理、優(yōu)化運行，從一個長周期的角度對設備進行全壽命管理，即從設備使用壽命和系統(tǒng)運行經(jīng)濟性兩方面考慮問題，才能保證整個脫硫系統(tǒng)處在一個合理、經(jīng)濟、穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

[1]周至祥，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊 [M].北京:中國電力出版社，2006.

[2]孫克勤.電廠煙氣脫硫設備及運行[M].北京:中國電力出版社，2007.

[3]某電廠二期脫硫工程技術(shù)協(xié)議.北京博奇電力科技有限公司，2006.