鍋爐投油燃燒對FGD脫硫系統(tǒng)的影響

曲立濤，陶莉，楊小玲，周艷明

(1.湖南省湘電鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中心有限公司，湖南 長沙 410007;2.湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007)

根據(jù)國家環(huán)保部《關(guān)于火電企業(yè)脫硫設(shè)施旁路煙道擋板實(shí)施鉛封的通知》 (環(huán)辦〔2010〕91號(hào))的要求，各級(jí)環(huán)保部門和各電力集團(tuán)公司要積極鼓勵(lì)火電企業(yè)逐步拆除已建脫硫設(shè)施的旁路煙道。對暫時(shí)保留旁路煙道的，所有旁路擋板必須實(shí)行鉛封。要求所有新建燃煤機(jī)組不得設(shè)置脫硫旁路煙道。湖南省目前300 MW及以上機(jī)組共計(jì)33臺(tái)，僅某電廠三期#5，#6機(jī)組設(shè)置了脫硫系統(tǒng)啟動(dòng)塔，其余機(jī)組煙氣旁路進(jìn)行鉛封或拆除處理。鍋爐在啟動(dòng)、停機(jī)時(shí)，電廠通常采取開煙氣旁路的方式來保證脫硫塔的正常運(yùn)行，但機(jī)組在低負(fù)荷及調(diào)峰情況下采用投油穩(wěn)燃時(shí)，煙氣旁路處于封閉狀態(tài)，鍋爐投油燃燒時(shí)的產(chǎn)物及未燃燒完全的燃油全部進(jìn)入脫硫系統(tǒng)吸收塔漿液內(nèi)，嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 鍋爐投油燃燒情況

目前，我國大型燃煤發(fā)電鍋爐在啟動(dòng)、停運(yùn)、低負(fù)荷穩(wěn)燃及深度調(diào)峰階段由于設(shè)計(jì)、燃煤等原因均需耗用大量的燃油助燃，尤其是在鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過程中，鍋爐爐膛溫度較低，參數(shù)上升較慢，投油量大，所投燃油有相當(dāng)一部分燃燒不完全，以600 MW超臨界無煙煤“W”火焰鍋爐為例，一次冷態(tài)啟動(dòng)須耗用#0柴油50～70 t。低負(fù)荷穩(wěn)燃及深度調(diào)峰情況在湖南省也較為普遍，目前湖南省電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差較大，最大峰谷差超過800萬kW，各廠均需進(jìn)行深度調(diào)峰，部分火電廠最低調(diào)峰負(fù)荷僅為30%BMCR(BMCR為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量)，在深度調(diào)峰過程中需消耗大量#0柴油用于鍋爐穩(wěn)燃。

2 鍋爐投油燃燒對脫硫系統(tǒng)的影響

煙氣系統(tǒng)鉛封旁路門后，在鍋爐投油燃燒時(shí)，燃燒形成油污和油灰 (部分未燃的碳?xì)浠衔?等細(xì)小顆粒將全部進(jìn)入吸收塔系統(tǒng)，對脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生一系列影響。

2.1 對脫硫效率及吸收塔漿液pH值的影響

以某廠#3，#4機(jī)組為例，煙氣脫硫系統(tǒng)采用某公司石灰石/石膏濕法FGD技術(shù)。表1是該機(jī)組配置的FGD裝置設(shè)計(jì)參數(shù)。

表1 FGD裝置部分設(shè)計(jì)參數(shù)

該機(jī)組基本維持在500 MW以下，最低負(fù)荷為351 MW。燃煤煤質(zhì)差，低位發(fā)熱量低且平均全硫含量在1.4%以上，#3、#4主機(jī)分別于2011年1月10—13日、2011年1月11—13日多次采用投油助燃。在投油助燃期間均未開啟旁路門，投油助燃后脫硫系統(tǒng)效率明顯下降。表2，3分別為#3機(jī)組投油情況統(tǒng)計(jì)、#3機(jī)組脫硫系統(tǒng)運(yùn)行情況。

表2 #3機(jī)組主機(jī)投油情況統(tǒng)計(jì)

表3 #3機(jī)組投油燃燒后脫硫系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

查閱主機(jī)操作記錄，在統(tǒng)計(jì)期間#3機(jī)組共計(jì)投油5 614.91 kg，#4機(jī)組共計(jì)投油6 496.09 kg。分析表3數(shù)值，#3機(jī)組鍋爐投油燃燒后，隨著時(shí)間的延長，在機(jī)組負(fù)荷減小，原煙氣SO2濃度下降，供漿量不變的情況下，#3機(jī)組脫硫系統(tǒng)效率由最高98.47%下降至97.49%，漿液pH值由最高5.55下降至5.24。由于脫硫系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)未作變動(dòng)，而#3機(jī)組鍋爐一直進(jìn)行投油助燃，故效率下降應(yīng)與吸收塔漿液品質(zhì)下降有關(guān)。

經(jīng)取樣化驗(yàn)分析，1月12日#3，#4機(jī)組吸收塔漿液中油含量分別為7.21，4.38 mg/L。

FGD脫硫系統(tǒng)主要依據(jù)酸堿中和原理進(jìn)行脫硫，即酸性的SO2與堿性的CaCO3進(jìn)行反應(yīng)，從而達(dá)到脫出煙氣中SO2的目的。在吸收塔內(nèi)，主要存在以下化學(xué)反應(yīng)〔2〕:

氣相SO2被液相吸收過程

吸收劑溶解和中和反應(yīng)

其中，由于 CaCO3在水中的溶解度小，式(4)是整個(gè)FGD反應(yīng)的關(guān)鍵步驟之一。油進(jìn)入吸收塔漿液后，在攪拌、噴淋等相互作用下快速分散在吸收塔漿液中，并在吸收塔漿液中石灰石、亞硫酸鈣等顆粒的表面形成一層薄薄的油膜，對石灰石等顆粒形成包裹，阻礙了石灰石的溶解，使式(4)的反應(yīng)速率下降，式 (5)隨之受到影響，吸收塔漿液pH值下降，出現(xiàn)“石灰石致盲”現(xiàn)象〔3，4〕，即采取加大供漿量 pH值也會(huì)持續(xù)下降，直接導(dǎo)致脫硫效率下降甚至無法維持。從表3可以發(fā)現(xiàn)，#3機(jī)組吸收塔漿液油含量達(dá)到7.21 mg/L后，脫硫效率雖然在95%以上，但脫硫效率及吸收塔漿液pH值已呈持續(xù)明顯下降的趨勢。據(jù)查，#4機(jī)組也有類似情況出現(xiàn)，這說明，主機(jī)長時(shí)間的投油運(yùn)行，導(dǎo)致吸收塔漿液開始出現(xiàn)惡化勢頭。

2.2 對吸收塔液位及漿液的影響

油污中含有的有機(jī)物成分，進(jìn)入吸收塔漿液后，在吸收塔內(nèi)強(qiáng)烈擾動(dòng)狀態(tài)下，極易形成細(xì)碎泡沫，大量聚集于漿液表面。而吸收塔液位的測量一般采用安裝在吸收塔底部的壓差式液位計(jì) (如圖1所示)，在DCS上顯示的液位是根據(jù)測得的差壓與吸收塔內(nèi)吸收塔漿液密度計(jì)算所得到的值，計(jì)算公式如下〔5〕:

圖1 吸收塔液位計(jì)示意圖

式中 H為吸收塔漿液池高度;H1為吸收塔壓力變送器至塔底標(biāo)高;H2為吸收塔壓力變送器至漿液池面標(biāo)高;P為壓力變送器測量值;ρ為取樣處漿液的密度值。

由于氣泡和泡沫的比重較小，浮于吸收塔漿液上層，吸收塔內(nèi)真實(shí)液位則會(huì)遠(yuǎn)高于DCS上顯示液位，從而非常容易導(dǎo)致吸收塔漿液溢流。表4列舉了某電廠3臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)因吸收塔漿液含油而導(dǎo)致漿液溢流的現(xiàn)象。

主機(jī)操作記錄顯示 3，4機(jī)組投油量分別為9 192.1，7 431.2 kg，為進(jìn)一步研究主機(jī)投油對吸收塔漿液的影響，對吸收塔漿液取樣并化學(xué)分析，分析結(jié)果如表5所示。

表4 脫硫吸收塔漿液異常情況比對

表5 吸收塔漿液分析數(shù)據(jù)

從表4可知，在石灰石品質(zhì)相同的情況下，投油對吸收塔漿液溢流產(chǎn)生較大影響，投油量較大的#3，#4機(jī)組吸收塔均出現(xiàn)了黑色泡沫的溢流。表5數(shù)據(jù)顯示，3臺(tái)機(jī)組吸收塔漿液中油的含量差別較大，#2塔漿液中油含量為3.21 mg/L，#3，#4吸收塔漿液中油的含量分別達(dá)到13.28，9.18 mg/L;#2吸收塔脫硫效率為96.2%，而#3，#4吸收塔脫硫效率分別為89.5%，92.4%，這說明漿液中的油含量越高，對機(jī)組FGD脫硫效率的影響越大。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，#3吸收塔脫硫效率下降后進(jìn)行3次增加石灰石供漿量操作，但吸收塔漿液pH值并未升高，反而降低，后采用漿液置換處理情況才有所好轉(zhuǎn)，說明#3機(jī)組吸收塔石灰石的溶解受到抑制，吸收塔漿液已出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。

2.3 對石膏真空脫水系統(tǒng)的影響

含油的吸收塔漿液通過石膏排出泵進(jìn)入石膏脫水系統(tǒng)，由于油污以及未完全氧化的亞硫酸產(chǎn)物等的存在，容易造成真空皮帶機(jī)濾布空隙的堵塞，旋流器和真空皮帶機(jī)的效率下降，導(dǎo)致石膏漿液脫水困難。

表6列舉了鍋爐未投油燃燒與投油燃燒對石膏品質(zhì)的影響。

表6 脫水石膏品質(zhì)對比 %

表6數(shù)據(jù)顯示，鍋爐投油燃燒對脫水石膏品質(zhì)有較大影響，現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)鍋爐投油后的吸收塔漿液進(jìn)行真空脫水時(shí)，脫水系統(tǒng)真空度明顯高于未投油時(shí)的真空度，但前者脫水石膏中含水量約為后者的 2倍，達(dá) 16.58%，且 CaSO3·1/2H2O，CaCO3均高于后者，而CaSO4·2H2O含量偏低，取該機(jī)組配套的吸收塔漿液進(jìn)行漿液的含油量分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，該漿液含油量達(dá)9.8 mg/L，說明投油對脫水石膏品質(zhì)有明顯影響。

圖2，3分別為鍋爐未投油和投油燃燒后脫水石膏的對比照片，與鍋爐未投油燃燒時(shí)的脫水石膏相比，投油燃燒后的脫水石膏顏色明顯為暗黑色，影響石膏的綜合利用。為解決石膏脫水困難問題運(yùn)行人員常采用降低石膏排出泵出力及真空皮帶機(jī)速度的方法來提高石膏脫水效果，而這樣會(huì)導(dǎo)致吸收塔內(nèi)漿液密度逐漸升高，漿液循環(huán)泵電流增大，影響脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3 結(jié)論

1)鍋爐投油燃燒產(chǎn)物伴隨煙氣進(jìn)入吸收塔后對脫硫系統(tǒng)多個(gè)方面造成影響，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果顯示，當(dāng)吸收塔漿液中油含量達(dá)到9.18 mg/L時(shí)，吸收塔脫硫效率、吸收塔漿液pH值均呈下降趨勢，吸收塔漿液出現(xiàn)起泡、溢流的現(xiàn)象，當(dāng)吸收塔漿液中含油量達(dá)13.28 mg/L時(shí)，吸收塔漿液出現(xiàn)石灰石致盲現(xiàn)象。

2)鍋爐投油燃燒對石膏真空脫水系統(tǒng)、石膏品質(zhì)產(chǎn)生較大影響。實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，吸收塔漿液含油達(dá)9.8 mg/L時(shí)，石膏品質(zhì)明顯下降，亞硫酸鈣、碳酸鈣含量較高，脫水也較為困難，石膏含水量約為未投油的2倍。

3)有必要進(jìn)一步研究掌握油污進(jìn)入脫硫系統(tǒng)后的影響機(jī)理及影響程度，制訂預(yù)防、減輕或消除投油燃燒時(shí)對脫硫系統(tǒng)影響的方法和措施，以保證脫硫系統(tǒng)的安全性及高效、穩(wěn)定和優(yōu)化的運(yùn)行。

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