吸收塔漿液密度高對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響及控制措施

蘭 江

(珙縣電廠，四川珙縣 644500)

0 引言

隨著國家和地方省市一系列節(jié)能減排政策的出臺(tái)，對(duì)火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放要求越來越高，如何保證脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)火電廠而言至關(guān)重要。在石灰石－石膏濕法煙氣脫硫中，吸收塔漿液密度是確保脫硫系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)及穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)，吸收塔漿液密度控制不當(dāng)會(huì)給脫硫系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的后果。珙縣電廠2×600 MW機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)自投運(yùn)以來，由于各種因素造成吸收塔漿液密度居高不下，嚴(yán)重影響脫硫裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)吸收塔漿液密度高的危害、原因進(jìn)行認(rèn)真分析，并有針對(duì)性地提出控制解決措施，從而確保脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 脫硫系統(tǒng)概況

珙縣電廠2×600 MW機(jī)組煙氣脫硫項(xiàng)目是與主機(jī)同步建設(shè)的工程，由中國華電工程(集團(tuán))有限公司引進(jìn)的M.E.T煙氣脫硫技術(shù)，采用石灰石－石膏濕法，進(jìn)行全煙氣脫硫，采用一爐一塔模式，無GGH，引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合用，設(shè)計(jì)脫硫效率不低于96.2%。1號(hào)、2號(hào)爐脫硫裝置分別于2011年2月、8月與主機(jī)同步完成168 h試運(yùn)。

2 石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝

珙縣電廠2×600 MW機(jī)組煙氣脫硫工程采用一爐一塔的石灰石－石膏濕法脫硫工藝。從鍋爐出來的煙氣經(jīng)電除塵器除塵，再經(jīng)引風(fēng)機(jī)升壓后直接進(jìn)入吸收塔內(nèi)，原煙氣在吸收塔內(nèi)與噴淋層噴射的漿液逆向接觸，原煙氣中的SO2與被吸收塔漿液循環(huán)泵打入噴淋層噴淋下來的石灰石/石膏漿液逆流接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸鈣(CaSO3)，并被氧化風(fēng)機(jī)鼓入的空氣強(qiáng)制氧化成硫酸鈣，結(jié)晶后生成石膏(CaSO4·2H2O)，經(jīng)過處理的煙氣經(jīng)除霧器除去液滴后以50℃左右的溫度進(jìn)入煙囪排向大氣。

充分洗滌煙氣后的漿液被收集在吸收塔漿池中，吸收塔漿池分為氧化區(qū)和結(jié)晶區(qū)。在氧化區(qū)，氧化空氣通過空氣分配系統(tǒng)被鼓入漿液中，使?jié){液中生成的亞硫酸鈣氧化形成石膏。在結(jié)晶區(qū)，細(xì)的石膏顆粒變大，形成易于脫水的大晶體。

主要化學(xué)反應(yīng)如下。

吸收塔石膏漿液通過石膏漿液排出泵，送至石膏漿液旋流站進(jìn)行一級(jí)脫水，石膏漿液旋流站底流含固量約50%，進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)給料箱，通過真空皮帶脫水機(jī)給料泵送至真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行二級(jí)脫水，脫水后的產(chǎn)物為含水量小于10%的石膏，經(jīng)皮帶輸送機(jī)送至石膏倉。

石膏脫水系統(tǒng)共設(shè)置2臺(tái)石膏水力旋流器，為單元制配置，每臺(tái)設(shè)置旋流子7個(gè)(6用1備)，分別對(duì)應(yīng)2座吸收塔。設(shè)置2臺(tái)真空皮帶脫水機(jī)共用，每臺(tái)真空皮帶脫水機(jī)出力為2臺(tái)鍋爐的100%BMCR工況的75%。

3 吸收塔漿液密度高的危害

3.1 對(duì)設(shè)備、管道及電耗的影響

當(dāng)吸收塔漿液密度升高時(shí)，會(huì)造成漿液循環(huán)泵、石膏漿液排出泵、吸收塔攪拌器電流增加、電機(jī)線圈溫度升高，從而造成循環(huán)泵、石膏排出泵、吸收塔攪拌器等工作負(fù)荷增大，電耗增加。漿液密度升高后對(duì)漿液循環(huán)泵、石膏漿液排出泵、吸收塔攪拌器、漿液循環(huán)管道、石膏排出管道等沖刷、磨損增加，造成設(shè)備出力下降，管道泄漏，嚴(yán)重時(shí)造成設(shè)備損壞。

3.2 對(duì)吸收塔內(nèi)設(shè)備及漿液循環(huán)泵的影響

當(dāng)吸收塔漿液密度高時(shí)，煙氣中攜帶的石膏會(huì)沉積在最上層噴淋管上，造成最上層的噴淋管承重增加。同時(shí)還會(huì)造成噴淋管內(nèi)石膏沉積，循環(huán)泵對(duì)噴淋管的壓力增大，導(dǎo)致噴淋管組承載力加大，當(dāng)承載力大到一定程度后，會(huì)導(dǎo)致噴淋管組坍塌。

當(dāng)吸收塔漿液密度高，石膏漿液中的CaSO4·2H2O過飽和度過大時(shí)，溶液中的CaSO4就會(huì)在吸收塔內(nèi)各組件表面析出結(jié)晶形成石膏垢，造成石膏在塔壁、塔底、循環(huán)泵入口濾網(wǎng)等部位大量沉積，特別是漿液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)，石膏大量沉積，致使?jié){液循環(huán)漿液量下降，造成循環(huán)泵容易氣蝕，再加上漿液的腐蝕，使循環(huán)泵葉輪損壞很快。循環(huán)泵的氣蝕還會(huì)引起循環(huán)泵、管道及入口濾網(wǎng)震動(dòng)，造成循環(huán)泵損壞，管道泄漏，濾網(wǎng)損壞。

3.3 對(duì)脫硫效率的影響

吸收塔漿液密度高，會(huì)抑制SO2的吸收，導(dǎo)致反應(yīng)不完全，脫硫效率明顯下降。漿液循環(huán)泵葉輪磨損，入口濾網(wǎng)石膏大量沉積堵塞，致使循環(huán)漿液量降低，液氣比降低，脫硫效率降低。循環(huán)泵入口濾網(wǎng)破損、循環(huán)管道襯膠破損脫落，造成吸收塔內(nèi)雜物及管道脫落的襯膠進(jìn)入噴淋層內(nèi)堵塞噴嘴，降低脫硫效率。

3.4 對(duì)脫硫投運(yùn)率的影響

脫硫吸收塔漿液密度正常運(yùn)行控制在1 080～1 130 kg/m3左右，最高不超過1 200 kg/m3，由于吸收塔漿液密度高對(duì)脫硫系統(tǒng)的危害，為確保脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行，脫硫系統(tǒng)被迫退出運(yùn)行，嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)投運(yùn)率。

4 吸收塔漿液密度高的原因分析

4.1 煤質(zhì)影響

珙縣電廠地處西南高硫煤地區(qū)，原煤含硫量普遍較高，珙縣電廠2×600 MW機(jī)組煙氣脫硫工程設(shè)計(jì)燃煤含硫量3.54%，由于煤源緊張，進(jìn)煤礦點(diǎn)多而雜，造成實(shí)際入廠煤質(zhì)時(shí)有超過設(shè)計(jì)煤質(zhì)，且煤質(zhì)熱值偏低，致使設(shè)計(jì)工況下的脫水系統(tǒng)不能滿足目前脫硫需要，造成脫硫吸收塔漿液密度居高不下。

4.2 石膏脫水系統(tǒng)影響

4.2.1 漿液品質(zhì)影響

(1)由于煤質(zhì)含硫量超過設(shè)計(jì)值，為保證脫硫效率，石灰石供漿量增大導(dǎo)致漿液密度高，石灰石供漿量過大會(huì)造成石膏中碳酸鈣含量增大，未反應(yīng)的石灰石顆粒隨漿液進(jìn)入脫水系統(tǒng)，堵塞脫水機(jī)濾布孔造成脫水效果變差，脫水機(jī)無法正常運(yùn)行，漿液密度不能控制。

(2)石灰石中的氧化鎂等雜質(zhì)含量過多，在吸收塔內(nèi)會(huì)影響石膏結(jié)晶的粒度和純度，不利于石膏的結(jié)晶，同時(shí)各種雜質(zhì)進(jìn)入脫水機(jī)后會(huì)附著在石膏表面，阻礙石膏脫水，致使脫水機(jī)不能正常運(yùn)行。

(3)吸收塔入口煙塵濃度大，煙氣中的煙粉塵進(jìn)入漿液系統(tǒng)，由于其粒徑較小會(huì)包裹在石灰石顆粒的表面，并對(duì)石灰石的溶解造成影響，由此導(dǎo)致漿液中石灰石顆粒增多，漿液密度增大，石膏脫水效率降低。雜質(zhì)含量過高，對(duì)設(shè)備造成磨損，特別對(duì)于水力旋流器，雜質(zhì)的磨損會(huì)造成旋流子沉砂嘴口徑變大，使得旋流效果達(dá)不到原設(shè)計(jì)要求，底流濃度降低，造成脫水效果變差。

(4)石膏漿液中CaSO3含量過高易生成CaSO3·1/2 H2O，該物質(zhì)呈針狀晶體，其粒徑偏小，粘性高，密度大。當(dāng)CaSO3·1/2 H2O含量過高時(shí)，會(huì)造成漿液粘稠、密度偏大，致使真空皮帶脫水機(jī)難以分離出水分。造成石膏漿液中CaSO3含量過高的主要原因是脫硫塔內(nèi)漿液氧化不充分，由于塔內(nèi)氧化空氣量不足，使得漿液中的亞硫酸鈣難以被完全氧化為硫酸鈣。

(5)石膏漿液中氯離子主要來源于煙氣中的HCl和工藝水，石膏漿液中的晶體在結(jié)晶過程中，氯離子與溶液中的鈣離子生成性質(zhì)穩(wěn)定的六水氯化鈣，會(huì)造成石膏含水率上升。此外，氯化鈣還阻礙結(jié)晶水析出，對(duì)石膏脫水造成影響。

4.2.2 脫水系統(tǒng)設(shè)備影響

(1)由于煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)，致使旋流站出力不足，且旋流子分離效果差，未達(dá)到設(shè)計(jì)底流濃度50%，造成底流漿液濃度和漿液量不足，此外旋流子堵塞、泄漏頻繁，故障率高，致使吸收塔密度不能正常維持。

(2)漿液品質(zhì)惡化，脫水機(jī)脫水效果變差，含水率大增，造成石膏皮帶輸送機(jī)主動(dòng)、從動(dòng)滾筒、托輥等轉(zhuǎn)動(dòng)部分石膏粘附、堆積，致使皮帶機(jī)經(jīng)常跑偏跳閘，脫水機(jī)聯(lián)動(dòng)跳閘停運(yùn)，嚴(yán)重影響脫水機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)由于漿液品質(zhì)差，造成脫水機(jī)下料口、刮刀及濾布沖洗斜槽石膏堆積嚴(yán)重，造成脫水機(jī)濾布卷入驅(qū)動(dòng)輪與石膏出口托輥之間間隙內(nèi)，使濾布、托輥損壞，嚴(yán)重影響脫水機(jī)正常運(yùn)行。

(4)脫水機(jī)濾布沖洗水噴嘴由于水質(zhì)原因，造成堵塞頻繁，濾布沖洗效果差，過濾能力降低。

(5)脫水機(jī)給料系統(tǒng)再循環(huán)襯膠管道彎頭磨損泄漏頻繁，消缺率較高。

4.3 廢水系統(tǒng)運(yùn)行影響

廢水旋流子堵塞頻繁，致使?jié){液中大量的懸浮物、重金屬、氟離子和氯離子等不能及時(shí)消除，一方面加速脫硫設(shè)備的腐蝕，另一方面影響漿液及石膏的品質(zhì)。

5 采取的控制措施

(1)加強(qiáng)燃煤管理，做到高、低硫煤的合理摻配，使燃煤盡量接近設(shè)計(jì)煤質(zhì)。

(2)認(rèn)真做好石灰石進(jìn)料驗(yàn)收工作，提高石灰石進(jìn)料品質(zhì)。

(3)優(yōu)化電除塵各電場(chǎng)二次電壓、電流及振打時(shí)間的設(shè)定，將電除塵5個(gè)電場(chǎng)振打間隔時(shí)間延長，降低煙塵的二次飛揚(yáng)，提高除塵效率，降低煙塵濃度，減少對(duì)吸收塔漿液污染，提高漿液品質(zhì)。

(4)加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整，維持 pH 值在5.0 ～5.8，加強(qiáng)對(duì)氧化空氣系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視調(diào)整，根據(jù)漿液品質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，防止CaSO3含量過高。根據(jù)1號(hào)脫硫氧化空氣冷卻水量低，氧化空氣溫度高，氧化風(fēng)管存在堵塞的現(xiàn)象，將氧化空氣噴嘴孔徑增大，氧化冷卻水量由5 m3增大到8 m3，有效地降低氧化空氣溫度，防止氧化風(fēng)管結(jié)垢堵塞，確保氧化空氣系統(tǒng)正常運(yùn)行，避免漿液品質(zhì)惡化影響脫水系統(tǒng)正常運(yùn)行。

(5)為提高石膏旋流站出力，將預(yù)留旋流子接口投入，使旋流子由7個(gè)增為8個(gè)，同時(shí)將石膏漿液再循環(huán)回流管節(jié)流孔板由180 mm降低至170 mm，提高旋流站入口流量，使旋流站出力得以提高。此外由于目前旋流子底流濃度低于45%，將旋流子改為一分二旋流子，旋流子直徑由150 mm減小到100 mm，在總流量不變情況下使底流濃度達(dá)到50%以上，提高了脫水效果。

(6)為確保脫水機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，將石膏皮帶輸送機(jī)取消，脫水機(jī)脫除的石膏直接落入石膏庫中，并將石膏下料口增大防止石膏堆積。

(7)為防止脫水機(jī)濾布、托輥損壞，在驅(qū)動(dòng)輪與石膏出口托輥間設(shè)置托板，防止濾布卷入驅(qū)動(dòng)輪;將濾布沖洗斜槽降低100 mm，增大斜槽與濾布間隙，防止石膏堆積頂住濾布使其移動(dòng)困難，同時(shí)運(yùn)行值班員加強(qiáng)對(duì)石膏刮刀及斜槽的沖洗，防止堆積石膏;此外在濾布張緊托輥上部設(shè)置保護(hù)開關(guān)，在濾布卷入驅(qū)動(dòng)輪張緊托輥上升時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，脫水機(jī)跳閘，確保脫水機(jī)安全運(yùn)行。

(8)適當(dāng)改大濾布沖洗噴嘴，提高濾布清潔程度，提高脫水效果。

(9)為防止旋流站筒壁磨損泄漏，在筒壁內(nèi)設(shè)置不銹鋼護(hù)板圈，防止磨損;將脫水給料管路彎頭更換為耐磨彎頭;運(yùn)行中定期對(duì)石膏旋流站進(jìn)行沖洗防止堵塞，確保脫水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

6 運(yùn)行效果及存在的問題

據(jù)統(tǒng)計(jì)，珙縣電廠1、2號(hào)脫硫系統(tǒng)投運(yùn)后，因吸收塔密度高造成脫硫超標(biāo)排放6次，脫硫被迫停運(yùn)5次，吸收塔密度最高達(dá)到1 350 kg/m3。通過一系列的改進(jìn)、控制措施后，未發(fā)生因吸收塔密度高原因停運(yùn)脫硫系統(tǒng)的情況，吸收塔漿液密度控制在1 200 kg/m3以下，脫硫系統(tǒng)投運(yùn)率由之前的82.5%提高至98.48%，取得良好的效果。雖然通過改進(jìn)控制措施達(dá)到了預(yù)期的效果，但目前仍存在廢水系統(tǒng)旋流子堵塞頻繁、脫水機(jī)濾布沖洗水質(zhì)差、雙機(jī)運(yùn)行脫水機(jī)無備用等影響脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素，有待今后做進(jìn)一步改進(jìn)，以確保脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放。