某火電廠FGD脫硫系統(tǒng)效率不高原因分析及處理

楊小玲，周艷明，曲立濤，陶莉

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

石灰石－石膏濕法脫硫工藝因其技術(shù)成熟、脫硫效率高而廣泛應(yīng)用于我國燃煤火電廠煙氣脫硫。在實際運行中，由于燃煤供應(yīng)等問題，燃煤中硫份含量遠超過設(shè)計值，再加上吸收劑、工藝水品質(zhì)不穩(wěn)定，設(shè)備故障多等原因，機組配套的煙氣脫硫裝置在實際運行中存在脫硫效率低，凈煙氣達不到環(huán)保排放要求〔1〕。

某電廠#3 機組(300 MW)脫硫系統(tǒng)由湖南永清環(huán)保集團承建，采用意大利idreco 石灰石/石膏濕法脫硫技術(shù)，2008年底通過168 h 試運行。該系統(tǒng)未設(shè)置GGH，鍋爐來的原煙氣由煙道引出，經(jīng)增壓風機增壓后進入吸收塔。煙氣脫硫采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)，煙氣中SO2與石灰石漿液反應(yīng)后生成的亞硫酸鈣，就地用空氣強制氧化為石膏，石膏經(jīng)一級脫水，真空皮帶過濾后外運。分離的水經(jīng)濾液回收泵送至各系統(tǒng)再利用。脫硫凈化后的煙氣，由除霧器除去水霧后，再接入主煙道經(jīng)煙囪排入大氣。

吸收塔塔內(nèi)上部設(shè)置3 層噴淋，除霧器設(shè)在噴淋層上方。機組原煙氣SO2濃度設(shè)計值為1 798.5 mg/Nm3(干態(tài)，6%O2)，脫硫系統(tǒng)入口煙氣量設(shè)計值為1 150 931 Nm3/h。

1 故障簡介

該電廠#3 機組脫硫系統(tǒng)運行期間，在線儀表如pH 計、石灰石漿池密度計等陸續(xù)出現(xiàn)示值不準現(xiàn)象。另外，進入吸收塔漿液池底部的氧化空氣管網(wǎng)斷裂脫落。

2011年2月中旬#1 攪拌器因軸承故障而停運。由于在線儀表示值不準，實際操作中運行人員主要以脫硫效率為參照依據(jù)，采用間歇方式向吸收塔供給石灰石漿液，機組高負荷入口SO2濃度高于設(shè)計值時，采用加入脫硫添加劑的方式以保證脫硫效率。3月上旬，#3 攪拌器因密封漏漿停運，#3 機組吸收塔僅有2 臺攪拌器運行。3月28日凌晨，吸收塔供漿管道堵塞，供漿不足，塔內(nèi)漿液pH 值急劇降低，脫硫效率大幅下降，機組脫硫系統(tǒng)在負荷250～300 MW、入口SO2濃度2 000 mg/Nm3(標態(tài)干煙氣，6%O2)時，凈煙氣SO2排放超標，28日19 時供漿管道疏通后，連續(xù)供漿20 h 以上，吸收塔漿液pH 值維持在4.3 左右，脫硫效率僅為70%～80%，截止到3月29日15 時，電廠向吸收塔地坑、石灰石漿液箱地坑內(nèi)投入石灰石粉約20 t，并分批加入HEE－1 脫硫添加劑1 150 kg，同時吸收塔內(nèi)漿液通過事故漿液箱直排至灰渣前池，并將機組負荷從240 MW 降至180 MW，但情況仍無明顯好轉(zhuǎn)。

2 故障原因分析

#3 機組脫硫系統(tǒng)同時出現(xiàn)效率低和吸收塔漿液pH 值無法提高的現(xiàn)象說明，吸收塔漿液中堿性吸收劑的碳酸鈣活性成分含量低，導(dǎo)致漿液堿度過低。這通常是由石灰石中的碳酸鈣溶解性下降甚至不溶解所引起〔2〕。石灰石中碳酸鈣溶解一般受石灰石純度和雜質(zhì)含量、石灰石活性、漿液的pH值、Mg2+含量、漿液顆粒被封閉和吸收塔漿液攪拌強度因素控制。

2.1 吸收劑石灰石的影響

石灰石的活性直接影響FGD 系統(tǒng)性能，包括石灰石的溶解性能、反應(yīng)速率、石灰石利用率、脫硫效率、漿液pH 值及石膏中碳酸鈣的含量。石灰石的活性差，會使碳酸鈣在漿液中的溶解性差，反應(yīng)速度慢，石灰石利用率低，吸收塔中的pH 值下降，石膏中碳酸鈣的含量上升等。該電廠#3 機組石灰石漿液和石灰石粉的活性測試結(jié)果如圖1。

圖1 石灰石活性曲線

石灰石－石膏濕法脫硫石灰石活性采用美國MET 法測定，該法規(guī)定〔3〕，測試時pH 值不能下降太快，且滴加時間為30 min 時，液體pH 值不得低于5.0;石灰石活性曲線中平臺維持時間越長，活性越好。圖1 顯示，滴加30 min 時，對比樣品(曲線1)的pH 值為5.48，該電廠的石灰石粉和漿液(曲線3)pH 值分別為4.93，5.22;對比樣品的平臺維持時間長約40 min，該電廠石灰石漿液平臺維持時間為30 min 左右且pH 值下降速度較快。說明該批次石灰石漿液活性稍低于石灰石－石膏濕法脫硫工藝的要求，石灰石粉活性稍強于石灰石漿液，基本符合FGD 吸收劑的活性要求。

石灰石純度、雜質(zhì)含量及粒徑分布對石灰石活性影響較大。石灰石漿液和石灰石粉的主要成分分析見表1。

表1 #3 石灰石漿液和石灰石粉的主要成分

由表1 數(shù)據(jù)可知，#3 號機組脫硫系統(tǒng)石灰石漿液和石灰石粉中的碳酸鈣含量分別為87.45% 和88.20%，略低于FGD 系統(tǒng)要求值(≥90%);碳酸鎂含量分別為4.44%和5.18%，略高于大唐湖南分公司其他電廠;細度分別為10.92%(325目)和20.61%(250 目)，均大于10%。說明粒徑均不合格，粒徑分布過寬，部分粒徑超出FGD系統(tǒng)的要求值，是影響石灰石活性的重要原因之一。

石灰石中的雜質(zhì)及煙氣中灰塵所攜帶的F－，Cl－，Mg2+易在吸收塔漿液中富集。當其濃度過高時，會惡化漿液品質(zhì)。經(jīng)檢測，3 號機組脫硫吸收塔濾液中的F－，Cl－，Mg2+含量均較低，因此可排除這幾類陰陽離子對石灰石溶解性能的影響。

吸收塔漿液的pH 值通常會隨著放置時間的延長而提高。若漿液中顆粒被完全封閉，則漿液的碳酸鈣不能溶解，漿液pH 值不會呈上升趨勢。該批次吸收塔漿液樣品就地取樣pH 值測試為4.30，樣品放置3～5 d 后實驗室pH 值測試為4.67，說明吸收塔漿液中的顆粒未被完全封閉，漿液中的石灰石可緩慢溶解。

2.2 吸收塔漿液pH 值的影響

漿液pH 值對SO2的脫除影響很大。pH 值越低，SO2脫除率越低。本次故障中漿液pH 值維持在4.30，當溶液的pH 值約為4.00 時，SO2的吸收幾乎無法進行。由于本次故障發(fā)生初期，電廠在#3 機組吸收塔內(nèi)加入了HEE－1 脫硫添加劑，一定程度上緩解了pH 值對SO2吸收的影響，使系統(tǒng)脫硫效率維持在70%以上。此條件下吸收塔漿液主要成分見表2。

表2 吸收塔漿液主要成分分析

漿液pH 值對亞硫酸鈣的氧化及石灰石的溶解影響很大。當攪拌強度、氧化風的分散一定時，漿液pH 值越低，亞硫酸鈣的氧化率越高，石灰石的溶解性越好。FGD 系統(tǒng)較佳的漿液反應(yīng)，pH 值通常為5.00～6.00。表2 中數(shù)據(jù)顯示，放置幾天后的吸收塔漿液pH 值為4.67，碳酸鈣、亞硫酸鈣含量分別為20.60%和11.25%，說明吸收塔內(nèi)亞硫酸鈣的氧化和石灰石的溶解在漿液pH 值較低時也受到了抑制，導(dǎo)致吸收塔漿液pH 值無法上升。

2.3 吸收塔漿液攪拌強度的影響

漿液攪拌系統(tǒng)在FGD 系統(tǒng)中主要起以下作用:

1)使?jié){液中的固體顆粒處于懸浮狀態(tài)，不易沉積在吸收塔底部;

2)使?jié){液相對均勻地輸送到下一工藝步驟;

3)分散氧化空氣，促進吸收塔內(nèi)的氧化反應(yīng);

4)促進石膏結(jié)晶的生長;

5)保持吸收塔漿液流動形態(tài)，防止硫酸鈣沉積在漿液顆粒表面，促進石灰石的溶解。

當攪拌系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，會直接降低漿液的攪拌強度，氧化空氣在漿液中的分散性變差，液固相間的接觸時間、強度減少，導(dǎo)致亞硫酸鈣的氧化反應(yīng)速率和石灰石的溶解速率降低。本次故障中#3機組脫硫系統(tǒng)2 臺攪拌器停運，使塔內(nèi)漿池中漿液的攪拌強度大幅下降，漿液中的固體顆粒懸浮狀態(tài)被破壞，顆粒團聚沉積，氧化空氣在漿液氧化區(qū)分散性變差，從而抑制了亞硫酸鈣的氧化和石灰石的溶解，是導(dǎo)致本次故障中吸收塔漿液在低pH 值的情況下亞硫酸鈣、碳酸鈣含量高的主要原因。

3 結(jié) 論

1)#3 機組脫硫塔漿液攪拌器故障導(dǎo)致2 臺停運，造成漿液攪拌強度急劇下降，液固相間的接觸時間、強度減少，懸浮漿液固體顆粒團聚沉積，石灰石顆粒表面被硫酸鈣覆蓋，氧化空氣分散性差，抑制了亞硫酸鈣的氧化和石灰石的溶解，從而導(dǎo)致漿液pH 值難以升高且漿液在較低pH 值下亞硫酸鈣和碳酸鈣的含量偏高，脫硫效率低。因此，2 臺攪拌器停運導(dǎo)致漿液攪拌強度下降是造成這次故障的主要原因。

2)石灰石漿液粒徑分布寬、部分粒徑超標，石灰石中活性成分含量略低，石灰石的活性略低于FGD 系統(tǒng)對吸收劑的要求，影響了石灰石的溶解性，從而直接影響了系統(tǒng)的脫硫效率。石灰石活性略低，是造成這次故障的原因之一。

3)脫硫系統(tǒng)在線儀表的故障及石灰石供漿管道堵塞，使本次故障進一步加劇。

4)采取退出脫硫系統(tǒng)，搶修漿液攪拌、校準在線pH 計并置換吸收塔漿液等措施進行處理，恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)。

4 處理措施及效果

該電廠3月29日15 時左右，開啟#3 機組脫硫系統(tǒng)旁路，退出脫硫系統(tǒng)，對2 臺漿液攪拌器進行搶修，并在排空吸收塔漿液后，向吸收塔內(nèi)加入新的石灰石漿液和石膏晶種。3月30日16 時22 分，漿液攪拌器搶修完畢后FGD 投入運行，并將漿液pH 值控制在正常范圍之內(nèi)，脫硫系統(tǒng)逐步恢復(fù)正常。3月30日20 時，#3 機組負荷299 MW 時，原煙氣SO2濃度為18 750 mg/Nm3，脫硫效率維持在96.3%左右。

〔1〕李國勇，陶莉，等． 濕法脫硫裝置運行中脫硫效率不高原因分析〔J〕. 電力科技與環(huán)保． 2011，27(3):38-39．

〔2〕陶莉，周年光，周艷明，等． 火電廠FGD 系統(tǒng)石膏不合格原因分析及處理〔J〕． 湖南電力，2011，31(2):27-29．

〔3〕周志祥，段建中，等． 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．