火電廠濕法脫硫性能指標(biāo)及其測試技術(shù)的研究

易玉萍，張文杰，周道斌，李軍狀

(國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京 210031)

火電廠濕法脫硫性能指標(biāo)及其測試技術(shù)的研究

易玉萍，張文杰，周道斌，李軍狀

(國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京 210031)

隨著我國火電廠濕法煙氣脫硫裝置的大量投運(yùn)，為保證脫硫系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，對脫硫系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行性能檢測以評價脫硫系統(tǒng)是否滿足設(shè)計(jì)要求，并且對投運(yùn)后環(huán)境指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行評價，為火電廠的環(huán)境管理、脫硫工程的技術(shù)監(jiān)督管理及SO2減排量提供技術(shù)依據(jù)。

脫硫系統(tǒng);性能檢測;環(huán)境指標(biāo);經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

1 燃煤電廠煙氣脫硫的現(xiàn)狀

2010年底我國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到9.5億kW左右，其中火電為7億kW，約占73.68%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2010年底，我國80%以上的火電廠均安裝了脫硫裝置。我國完成了“十一五”SO2減排指標(biāo)，大幅度削減SO2排放總量，同時嚴(yán)格控制NOx排放增長。到2020年，消除重度酸沉降區(qū)域，酸雨區(qū)受到損害的生態(tài)環(huán)境將逐步恢復(fù)。

2007年上半年，我國SO2排放總量1263萬t，同比下降了0.88%，初步扭轉(zhuǎn)了SO2排放量近年來連續(xù)上升的勢頭，首次實(shí)現(xiàn)了主要污染物排放量雙下降，COD和SO2排放量比上年分別下降3.14%和4.66%;2008年上半年，COD和SO2排放量繼續(xù)雙下降，同比分別下降3.96%和2.48%;2009年，SO2排放總量2214萬t，比2008年下降了4.60%。脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行對降低SO2排放具有重要的意義。

目前，脫硫技術(shù)主要有鈣法、鈉法、鎂法、錳法、氨法、炭法、海水法、生物法、等離子法。石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)具有脫硫效率高，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，可利用率高，副產(chǎn)物可綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，在火電廠得到廣泛應(yīng)用，全國在建的大型機(jī)組其配套脫硫系統(tǒng)主要為鈣法脫硫工藝。

2 脫硫系統(tǒng)性能指標(biāo)及檢測方法

2.1 性能指標(biāo)

脫硫系統(tǒng)性能主要是指環(huán)境指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。其中，環(huán)境指標(biāo)包括脫硫效率、SO2質(zhì)量濃度、煙塵質(zhì)量濃度、煙氣溫度、石膏品質(zhì)、脫硫廢水水質(zhì)等;經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括水耗、電耗、石灰石/石灰耗量等。

2.2 檢測方法

2.2.1 脫硫效率及SO2質(zhì)量濃度

由于脫硫系統(tǒng)出口煙氣中的SO2濃度比較小，煙氣中的水分對SO2有吸附作用，所以對SO2檢測儀器的精度要求比較高。在檢測SO2濃度時，要求對煙氣進(jìn)行全程伴熱，采用紫外分析方法，其SO2最低檢測限要求低于3.7mg/m3，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2.2 煙塵排放濃度、煙氣流量及煙氣溫度

為了降低工程造價或由于電廠場地限制置，脫硫系統(tǒng)進(jìn)、出口煙道設(shè)置較短，煙氣參數(shù)檢測孔的位置無法滿足標(biāo)準(zhǔn)《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB 16157－1996)的要求，且煙塵、煙氣流量、煙氣溫度等分布具有不均勻性，采樣時必需采用網(wǎng)格法，多點(diǎn)布置，增加采樣時間，以保證采樣的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。

2.2.3 石灰石消耗量、工藝水耗及電耗

石灰石消耗量的檢測除通過石灰石加漿流量計(jì)計(jì)量外，還應(yīng)該通過檢測原煙氣中的SO2質(zhì)量濃度、O2體積分?jǐn)?shù)和煙氣參數(shù)，石灰石和石膏樣品質(zhì)，依據(jù)鈣硫比和脫硫效率計(jì)算石灰石的耗量。

進(jìn)入脫硫系統(tǒng)總的工藝水源補(bǔ)充量即工藝水消耗量。工藝水消耗是間斷不連續(xù)的，其消耗應(yīng)平攤至24h;也可以在工藝水出水管道上安裝超聲波流量計(jì)，由流量計(jì)直接計(jì)量出工藝水的流量。

脫硫系統(tǒng)設(shè)備的電能消耗總和即是總電耗。統(tǒng)計(jì)時應(yīng)連續(xù)進(jìn)行測量，因?yàn)椴糠止迷O(shè)備是間歇式工作的(如濕磨系統(tǒng)、真空皮帶脫水系統(tǒng)、石灰石輸送系統(tǒng)等)，其電耗應(yīng)平攤至24h。

2.2.4 石膏品質(zhì)

在石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過程中，分析石膏的品質(zhì)，對系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著監(jiān)控作用，也為生產(chǎn)出高品質(zhì)、具有商業(yè)應(yīng)用價值的石膏提供依據(jù)。石膏品質(zhì)指標(biāo)如下:

(1)純度。在石膏樣品的溶解過程中應(yīng)加入過氧化氫將其中的亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽，用陽離子樹脂去除樣品中的陽離子，以偶氮胂Ⅲ為指示劑，用氯化鋇標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，根據(jù)氯化鋇標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和體積計(jì)算出硫酸鹽的含量，從而換算出石膏的純度。石膏的純度是評價石膏品質(zhì)的首要指標(biāo)，石膏的純度一般要求在90%～95%之間。

(2)亞硫酸鹽含量。在酸性條件下，亞硫酸鹽被碘氧化為硫酸鹽，過量的碘用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，根據(jù)硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和體積可以計(jì)算出石膏中亞硫酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。由于CaSO3·1/2H2O在水中的溶解度只有0.0043g，極易達(dá)到飽和而結(jié)晶，在塔壁和管道內(nèi)部形成垢層，造成設(shè)備堵塞而使系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。所以控制吸收塔內(nèi)漿液的pH值，使CaSO3·1/2H2O的含量維持在正常水平尤為關(guān)鍵。石膏中CaSO3·1/2H2O的最理想指標(biāo)為≤0.5%。

(3)碳酸鈣含量。在石膏樣品中加入過量的鹽酸溶液以分解樣品中的碳酸鹽，在加入鹽酸之前，加入過氧化氫用以氧化樣品中的亞硫酸鹽，避免分解亞硫酸鹽而增加鹽酸的消耗量。過量的鹽酸通過氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，根據(jù)氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和體積，計(jì)算出石膏中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?？刂剖嘀刑妓徕}的含量，可以提高石灰石的利用率，一般控制石膏中碳酸鈣≤3%，如果CaCO3含量過高會引起石灰石閉塞，危及脫硫系統(tǒng)安全。

(4)可溶性氯的含量。由于石膏中可溶性氯的濃度較低，用常規(guī)的硝酸銀滴定法很難準(zhǔn)確分析其含量，必須采用反滴定法。在酸性條件下，加入過量的硝酸銀，以硫酸鐵銨為指示劑，用硫氰酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，以硝酸銀溶液的實(shí)際消耗量計(jì)算石膏中氯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。石膏中氯、氟的含量應(yīng)較低，否則會降低石膏的煅燒溫度，引起設(shè)備腐蝕。石膏中氯、氟的含量一般控制≤0.01%。

(5)附著水的含量。石膏中附著水含量采用重量法分析，應(yīng)該在45℃±3℃烘箱中烘干。在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，石膏的含水量一般控制≤10%。當(dāng)石膏含水量過高(12%～15%)時，石膏在處置和運(yùn)輸過程中會出現(xiàn)粘結(jié)和堵塞;當(dāng)石膏含水量過低時，則會出現(xiàn)揚(yáng)塵。

2.2.5 脫硫廢水水質(zhì)

吸收塔漿液內(nèi)的水在不斷循環(huán)的過程中，會富集重金屬元素和Cl－等，一方面加速脫硫設(shè)備的腐蝕，另一方面影響石膏的品質(zhì)，因此，脫硫裝置要間歇式排放一定量的廢水。廢水水質(zhì)的主要控制指標(biāo)有:pH值、懸浮物、化學(xué)耗氧量、氟化物和重金屬。其分析方法按照《中國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)匯編之水質(zhì)分析方法》要求進(jìn)行。

3 檢測結(jié)果與討論

3.1 脫硫效率的檢測結(jié)果

我們分別對A～J電廠的300MW、600MW、1000MW機(jī)組配套脫硫系統(tǒng)在燃用不同煤種時脫硫效率進(jìn)行了檢測，其檢測結(jié)果見表1(表中a/b，a為設(shè)計(jì)值，b為檢測值，下同)。其中，A電廠1、2號機(jī)組負(fù)荷1000MW，B電廠1號、C電廠1、2號、D電廠1號、E電廠1號、F電廠1、2號及G電廠1號機(jī)組負(fù)荷600MW，H電廠5、6號機(jī)組、I電廠1、2號機(jī)組及J電廠1、2機(jī)組負(fù)荷為300MW。

從表1可以看出，當(dāng)原煙氣中的SO2濃度接近設(shè)計(jì)值時，電廠的脫硫效率和凈煙氣SO2質(zhì)量濃度都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求;當(dāng)原煙氣中的SO2濃度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值時，脫硫效率和凈煙氣SO2質(zhì)量濃度都不能達(dá)到設(shè)計(jì)值要求。

表1 脫硫效率檢測結(jié)果

3.2 石灰石消耗量、電耗及工藝水耗量檢測結(jié)果

A～I(xiàn)電廠脫硫系統(tǒng)石灰石消耗量、電耗及工藝水耗量檢測結(jié)果見表2。

從表2可以看出，A～I(xiàn)電廠脫硫系統(tǒng)的石灰石消耗量基本上均高于設(shè)計(jì)值，這主要是因?yàn)樵瓱煔庵蠸O2濃度高于設(shè)計(jì)值，石灰石加入過量，導(dǎo)致系統(tǒng)的Ca/S比增大。

A電廠2號、B電廠1號脫硫系統(tǒng)的總電耗高于設(shè)計(jì)值，是因?yàn)槿加妹嘿|(zhì)產(chǎn)生煙氣量大于設(shè)計(jì)值，增加風(fēng)機(jī)的出力，風(fēng)機(jī)的電耗增加。C電廠1號脫硫系統(tǒng)和I電廠1、2號脫硫系統(tǒng)的總電耗高于設(shè)計(jì)值，是因?yàn)樵瓱煔庵蠸O2濃度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致磨機(jī)系統(tǒng)、真空皮帶系統(tǒng)長時間運(yùn)行。

A～I(xiàn)電廠脫硫系統(tǒng)的工藝水耗量均小于保證值，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

表2 石灰石消耗量、電耗及工藝水耗量檢測結(jié)果

3.3 石膏品質(zhì)檢測結(jié)果

A～I(xiàn)電廠脫硫石膏檢測結(jié)果見表3。石膏純度與石灰石純度、煙塵濃度有關(guān)，石灰石的純度越高，石膏的純度也越高。從表3可以看出，當(dāng)石灰石純度≥90%時，石膏純度也≥90%。CaSO3·1/2H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)與氧化風(fēng)機(jī)的性能有關(guān)，在氧化風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時，CaSO3·1/2H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低;在燃用高硫煤時，由于氧化風(fēng)量小，CaSO3·1/2H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會過高，不利于石膏脫水，石膏所含的水分也較高。石膏的含水量與CaSO3·1/2H2O及CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比的關(guān)系。CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)與石灰石漿液投加量有關(guān)，適當(dāng)降低漿液pH值和石灰石加入量有利于控制CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

A電廠1、2號、C電廠1號、G電廠1號和H電廠5、6號脫硫系統(tǒng)副產(chǎn)品石膏中的可溶性氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)均≤0.01%，這主要是因?yàn)榕懦鍪鄷r，開啟了濾餅沖洗水，而沒有開啟濾餅沖洗水排出的石膏其可溶性氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超標(biāo)。

表3 A～I(xiàn)電廠濕法脫硫系統(tǒng)石膏品質(zhì)檢測結(jié)果

3.4 脫硫廢水水質(zhì)檢測結(jié)果

A～I(xiàn)電廠脫硫廢水檢測結(jié)果見表4。由于脫硫廢水排放量較小，電廠對廢水處理系統(tǒng)管理松，導(dǎo)致廢水系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。從數(shù)據(jù)看，廢水處理系統(tǒng)對pH值、懸浮物、氟化物、重金屬處理比較好，都能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而F、H、I電廠廢水中的CODCr達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，是由于廢水中的Cl－1含量較高。

表4 廢水水質(zhì)檢測結(jié)果

4 結(jié)語

(1)鍋爐在燃燒設(shè)計(jì)煤質(zhì)時，環(huán)境指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但燃煤硫分過高時，系統(tǒng)性能難以滿足設(shè)計(jì)要求，建議電廠在滿負(fù)荷工況下燃用設(shè)計(jì)煤種，在低負(fù)荷工況下燃用高硫煤。

(2)定期對石灰石樣品進(jìn)行分析，保證石灰石品質(zhì)，為能生產(chǎn)高品質(zhì)石膏，建議石灰石純度要求≥90%。在保證脫硫效率的前提下，盡量少加石灰石漿液，以保證吸收塔漿液品質(zhì)。

(3)排出石膏時建議開啟濾餅沖洗水。定期運(yùn)行廢水處理系統(tǒng)，以改善脫硫塔內(nèi)漿液的品質(zhì)。定期分析吸收塔漿液和石膏的品質(zhì)，根據(jù)分析數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)脫硫運(yùn)行參數(shù)，有利于系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］郝吉明，王書肖，陸永琪.燃煤SO2污染控制技術(shù)手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［2］閻維平，劉忠，王春波，等.電站燃煤鍋爐石灰石濕法煙氣脫硫裝置運(yùn)行與控制［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［3］DL/T 986－2005，濕法煙氣脫硫工藝性能檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］王志軒.電力節(jié)能減排法規(guī)體系建設(shè)思考［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2009，25(4):1－5.

［5］胡秀麗.濕法煙氣脫硫經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究［J］.電力設(shè)備，2006，7(8): 12－15.

［6］鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程實(shí)例［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［7］中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第二輯室.中國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)匯編水質(zhì)分析方法［M］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

Study on performance index and its test technology of wet flue gas desulfurization system in coal－fired power plants

As more and more wet flue gas desulfurization equipments have been put into operated in our country，the performance test on flue gas desulfurization system in thermal power plants are required.It is important to ensure the safe and steady operation of flue gas desulfurization system，and evaluate if the system can full fill the design requests.Meanwhile，the performance test can evaluate realization of environmental index and economic index，and it can provide technical basis on environmental management，engineering supervision and sulfur dioxide reduction quantity for coal－fired power plants.

flue gas desulfurization system;performance test;environmental index;economic index

X701.3

B

1674－8069(2012)01－019－04

火電廠環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(10373)

2011-09-06;

2011-12-20

易玉萍(1965-)，女，江西萍鄉(xiāng)人，高級工程師，長期從事電力環(huán)境保護(hù)、煙氣脫硫脫硝檢測等工作。E－mail:yiyuping65 @163.com