影響濕法脫硫效率的因素分析

崔鵬飛，王明旗

（山西漳澤電力股份有限公司漳澤發(fā)電分公司，山西 長治 046021)

影響濕法脫硫效率的因素分析

崔鵬飛，王明旗

（山西漳澤電力股份有限公司漳澤發(fā)電分公司，山西 長治 046021)

針對某公司脫硫系統(tǒng)脫硫效率逐漸下降的現(xiàn)象，查找脫硫系統(tǒng)運(yùn)行和檢修過程中存在問題，分析影響脫硫效率的因素，指出各因素對脫硫效率的影響，并提出提高脫硫效率的方案措施和改造建議，確保達(dá)到良好的脫硫效果。

濕法脫硫；脫硫效率；吸收塔漿液

某發(fā)電分公司4臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)均采用目前最成熟的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，一爐一塔設(shè)計(jì)，處理煙氣量為1 006 810 Nm3/h，3，4號脫硫煙氣入口SO2濃度為2.1 %，5，6號脫硫煙氣入口SO2濃度為1.8 %。此脫硫系統(tǒng)由中電華益實(shí)業(yè)環(huán)保設(shè)計(jì)有限公司自主設(shè)計(jì)和安裝，分別于2006年10月和2008年6月投運(yùn)。在運(yùn)行過程中，該系統(tǒng)的脫硫效率越來越難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，煙氣系統(tǒng)出口SO2濃度難以控制，影響脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對此，根據(jù)脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)整情況和設(shè)備狀況，分析和總結(jié)了影響脫硫效率的因素，并根據(jù)影響因素采取了相應(yīng)的控制措施。

1 影響脫硫效率的因素

影響脫硫效率的因素很多，如吸收塔漿液pH值、濃度、Cl-含量、CaSO3·1/2H2O含量等，同時(shí)液氣比、入爐煤含硫量以及吸收塔液位、CRT (陰極射線管顯示器)顯示的準(zhǔn)確性，CEMS(煙氣排放監(jiān)測系統(tǒng))傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等因素也將直接影響脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行?？刂坪梦账?nèi)的化學(xué)反應(yīng)條件是提高脫硫效率的有效措施，保證系統(tǒng)和設(shè)備正常運(yùn)行，如漿液循環(huán)泵、氧化裝置以及攪拌裝置等，是提高脫硫效率的有效途徑。

1.1 吸收塔漿液pH值

吸收塔漿液pH值是石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的重要運(yùn)行參數(shù)。漿液pH值升高時(shí)，一方面會(huì)由于液相傳質(zhì)系數(shù)增加，使其對SO2的吸收速率增大；另一方面，由于在pH值較高的情況下，脫硫產(chǎn)物主要是溶解度低的CaSO3·1/2H2O，且隨著SO2被吸收，漿液pH值逐漸下降。CaSO3·1/2H2O的增加在石灰石顆粒表面形成一層液膜，而液膜內(nèi)部CaCO3的溶解又使pH值升高，其溶解度的變化使液膜中CaSO3·1/2H2O析出并沉積在石灰石顆粒表面，形成一層外殼使石灰石表面鈍化。鈍化的外殼阻礙了石灰石的繼續(xù)溶解，抑制了吸收反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致脫硫效率下降。漿液pH值降低，則SO2的吸收速率下降幅度減緩；當(dāng)pH值降至4.0以下時(shí)，漿液幾乎不再吸收SO2。

1.2 吸收塔漿液濃度

吸收塔漿液濃度的持續(xù)升高，會(huì)逐漸減小CaSO3·1/2H2O與O2的接觸機(jī)會(huì)，壓縮氧化時(shí)間和空間，使得石膏漿液中CaSO3·1/2H2O含量慢慢增加，并沉積在石灰石顆粒表面形成一層包膜，使石灰石溶解度降低，漿液pH值逐漸下降。pH值下降會(huì)增大供漿量，導(dǎo)致漿液濃度提高，石灰石過飽和凝聚，最終使參加反應(yīng)的石灰石表面積減小。

1.3 吸收塔漿液中的Cl-

漿液中的Cl-對石灰石的消溶有明顯抑制作用。吸收塔漿液中的Cl-濃度及雜質(zhì)的增加，改變了脫硫系統(tǒng)的理化性質(zhì)，影響塔內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的正常進(jìn)行和石膏晶體長大。漿液中Cl-與Ca2+生成CaCl2，因離子效應(yīng)導(dǎo)致液相的離子強(qiáng)度增加，從而阻止了石灰石的消溶反應(yīng)。漿液中Cl-主要來自燃煤中的氯，漿液生成的CaCl2通過影響H+的活動(dòng)強(qiáng)度來降低脫硫劑的堿度，進(jìn)而影響脫硫效率。

1.4 吸收塔漿液中的CaSO3·1/2H2O

吸收塔漿液中CaSO3·1/2H2O含量高會(huì)抑制吸收反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致脫硫效率和石灰石利用率下降。當(dāng)CaSO3·1/2H2O含量逐漸升高時(shí)，漿液pH值會(huì)逐漸降低。為了維持pH值，運(yùn)行人員會(huì)不斷增加供漿量；吸收塔漿液連續(xù)在高pH值工況下運(yùn)行，會(huì)抑制CaSO3·1/2H2O的氧化和碳酸鈣的溶解。

2009年1月，3，4號機(jī)脫硫系統(tǒng)CaSO3·1/2H2O含量持續(xù)超標(biāo)，4號機(jī)脫硫系統(tǒng)CaSO3·1/2H2O含量最高達(dá)到9 %， pH值難以維持，脫硫效率下降，脫水系統(tǒng)無法正常投運(yùn)，只得通過向除灰系統(tǒng)排放不合格漿液、連續(xù)置換來維持系統(tǒng)運(yùn)行。經(jīng)分析，造成CaSO3·1/2H2O含量高的因素較多，主要有以下幾點(diǎn)。

(1) 入爐煤含硫量高。為了保證出口SO2濃度符合環(huán)保要求，需要不斷提高供漿量，維持高pH值，導(dǎo)致漿液中CaSO3·1/2H2O含量逐漸升高。

(2) 吸收塔液位。2009年1月，4號吸收塔CaSO3·1/2H2O持續(xù)超標(biāo)，吸收塔液位顯示為12 m以上。就地測量吸收塔實(shí)際液位只有8.4 m，吸收塔液位過低使氧化裝置距液面沒有足夠的浸沒深度，導(dǎo)致氧化空氣在漿液中的停留時(shí)間短，CaSO3·1/2H2O氧化不充分，造成CaSO3·1/2H2O含量升高。液位校對正確后，CaSO3·1/2H2O含量逐漸下降。

(3) 氧化裝置的設(shè)計(jì)。在采用管網(wǎng)噴射式的基礎(chǔ)上，氧化風(fēng)管3根配管的末端分別裝有1根長1 m的向下開口的管子。當(dāng)氧化空氣系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，大部分氧化空氣從末端的管子排出，造成CaSO3·1/2H2O氧化不充分。

(4) 攪拌器的設(shè)計(jì)。3，4號脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)2層推進(jìn)式攪拌器，下層4臺相對安裝，上層2臺相對30°安裝。在運(yùn)行過程中攪拌器分別向兩邊擾動(dòng)，可增加氧化空氣在漿液中的停留時(shí)間、氧化空氣的均布和漿液的懸浮能力。但施工過程中沒有按設(shè)計(jì)要求安裝，上層2臺攪拌器相對安裝沒有任何角度。在實(shí)際運(yùn)行過程中，沒有安裝攪拌器的兩側(cè)出現(xiàn)盲區(qū)，尤其是氧化裝置配管末端的管子處，漿液濃度低，氧化空氣在漿液中的停留時(shí)間縮短，不能和CaSO3·1/2H2O充分接觸氧化，影響氧化效果。

1.5 液氣比

液氣比是再循環(huán)吸收漿液或溶液的流量和吸收塔出口煙氣流量的比值，它決定了液體吸收酸性氣體的表面積。提高液氣比能增大吸收塔內(nèi)漿液的噴淋密度及液氣間的接觸面積，提高對SO2的吸收速率及脫硫效率。

在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過程中，液氣比會(huì)逐漸達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響液氣比的因素有以下幾點(diǎn)。

（1） 煙氣中的灰塵含量高，堵塞漿液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)。當(dāng)高溫?zé)煔庥龅较侣涞膰娏軡{液阻力后，煙氣中的灰塵與噴淋漿液中的石膏會(huì)堆積在吸收塔入口干濕界面處。當(dāng)堆積物達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，會(huì)掉入吸收塔漿液中被循環(huán)泵吸附在入口濾網(wǎng)上，堵塞濾網(wǎng)，造成循環(huán)泵流量下降、循環(huán)泵氣蝕、液氣比降低。2010年3月，3號脫硫系統(tǒng)停運(yùn)以后，檢查發(fā)現(xiàn)循環(huán)泵入口濾網(wǎng)堵塞在70 %以上，且堵塞物比較堅(jiān)硬，檢修人員需使用鈍器才能清理干凈。

（2） 循環(huán)漿液噴淋層支管斷裂或噴嘴堵塞。2010年3月，3號脫硫系統(tǒng)停運(yùn)以后，檢查漿液循環(huán)噴淋噴嘴，有部分堵塞，堵塞物主要是從循環(huán)泵進(jìn)出口管道上脫落的襯膠碎片，造成從噴嘴到主管道的支管全部結(jié)垢堵死，不容易清理。2012年8月，5號脫硫系統(tǒng)停運(yùn)后，檢查漿液噴淋層，有部分支管斷裂和變形。

（3） 漿液循環(huán)泵氣蝕。3，4號脫硫系統(tǒng)停運(yùn)以后，分別檢查其漿液循環(huán)泵，發(fā)現(xiàn)葉輪葉片均變小且表面呈蜂窩狀，其中3，4號脫硫系統(tǒng)的4號漿液循環(huán)泵最嚴(yán)重。在管網(wǎng)噴射式的基礎(chǔ)上，3，4號脫硫系統(tǒng)的氧化空氣系統(tǒng)在3根配管的末端設(shè)計(jì)了1根長1 m的向下開口的管子。當(dāng)攪拌器運(yùn)行時(shí)，氧化空氣就會(huì)隨著漿液進(jìn)入4號漿液循環(huán)泵；當(dāng)漿液循環(huán)泵吸入空氣超過3 %(體積)時(shí)，泵的效率、揚(yáng)程、流量陡降，加劇了泵的氣蝕。

1.6 煙氣中灰塵含量

燃煤市場變化較大，購入的入爐煤參差不齊。燃煤灰分在2012年1月至5月平均為36.3 %，最高達(dá)到45.7 %。由于3，4，5號機(jī)組袋式除塵器投產(chǎn)運(yùn)行已超過30 000 h，濾袋破損嚴(yán)重，通過袋式除塵器的大部分灰塵留在了吸收塔漿液中。漿液中的灰塵在一定程度上阻礙了石灰石的消溶，降低了石灰石的消溶速率，導(dǎo)致漿液pH值下降。當(dāng)pH值降至5.1時(shí)，煙氣中F-和Al3+化合成復(fù)合物，形成包膜覆蓋在石灰石顆粒表面，使石灰石活性下降，利用率降低，脫硫效率下降。同時(shí)灰塵中的重金屬離子會(huì)抑制Ca2+與HSO3-的反應(yīng)，進(jìn)而影響脫硫效率和石灰石的利用率。

1.7 CRT畫面顯示參數(shù)

吸收塔漿液pH值、濃度以及吸收塔液位在CRT畫面上顯示的準(zhǔn)確性直接影響運(yùn)行人員對系統(tǒng)的調(diào)整。pH值顯示不準(zhǔn)確影響運(yùn)行人員調(diào)整供漿量，影響系統(tǒng)能耗；漿液濃度顯示不準(zhǔn)確，影響脫水系統(tǒng)的正常投運(yùn)和吸收塔內(nèi)的氧化反應(yīng)；吸收塔液位顯示的不準(zhǔn)確，容易造成CaSO3·1/2H2O氧化不充分，漿液循環(huán)泵氣蝕。

1.8 CEMS傳輸數(shù)據(jù)

CEMS傳輸不準(zhǔn)確將導(dǎo)致控制系統(tǒng)或人為判斷出現(xiàn)問題，影響脫硫效率。當(dāng)SO2顯示偏高時(shí)，需要不斷輸送石灰石漿液才能維持出口不超標(biāo)，系統(tǒng)能耗升高，脫硫效率降低。從環(huán)保部門檢測站對脫硫系統(tǒng)每季度的實(shí)地測量結(jié)果可以看出：CEMS傳輸?shù)紺RT畫面的數(shù)據(jù)高于測量值，會(huì)影響運(yùn)行人員的正確調(diào)整。

2 提高脫硫效率的措施

2.1 控制吸收塔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)條件

為了保證吸收塔內(nèi)漿液正常反應(yīng)，提高脫硫效率，必須控制好吸收塔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)條件?？刂莆账{液pH值維持在5.4～5.6；吸收塔漿液濃度維持在10 %～15 %；CaSO3·1/2H2O含量不超過1 %；控制吸收塔液位在11.5～12.5 m，并盡量維持在12 m以上運(yùn)行，以確保有足夠的氧化空間，防止低液位運(yùn)行漿液循環(huán)泵氣蝕。

2.2 合理摻燒入爐煤，穩(wěn)定調(diào)整供漿量

根據(jù)每日來煤情況，制定摻燒措施，合理制定摻燒比例，保證入爐煤硫分維持在設(shè)計(jì)值之內(nèi)，避免大幅波動(dòng)影響脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行。在供漿調(diào)整中，控制供漿量pH值為5.4～5.6，避免pH值大幅波動(dòng)，影響吸收和氧化反應(yīng)的正常進(jìn)行。

當(dāng)吸收塔CaSO3含量升高時(shí)，調(diào)整漿液pH值，控制出口SO2濃度在合格排放范圍內(nèi)。因3，4號脫硫系統(tǒng)之間可通過漿液抽出泵相互輸送漿液，當(dāng)CaSO3濃度超過1 %時(shí)，可以把不合格的漿液輸送至另一系統(tǒng)的吸收塔進(jìn)行氧化反應(yīng)?？刂茲{液CaSO3含量在1 %以下，當(dāng)CaSO3含量超過1 %且無法控制時(shí)，還可以通過向除灰系統(tǒng)排放漿液進(jìn)行置換，直到吸收塔漿液CaSO3含量合格為止。

2.3 控制漿液中Cl-濃度

該發(fā)電公司沒有設(shè)計(jì)專門的廢水箱，當(dāng)漿液中Cl-濃度過高時(shí)，可將旋流器頂流作為水力輸灰系統(tǒng)的補(bǔ)水排至除灰系統(tǒng)，直到CI-濃度合格后回收。通過氧化風(fēng)機(jī)向漿液中鼓入空氣，加快SO2吸收的反應(yīng)進(jìn)程，增加H+的活性，有利于SO2的吸收，從而降低漿液中的Cl-濃度，提高脫硫效率。

2.4 及時(shí)更換袋式除塵器濾袋

2013年，該發(fā)電公司在機(jī)組脫硝改造期間將袋式除塵器濾袋全部更換，濾袋材質(zhì)改為國內(nèi)目前最好的100 %PTFE基布，面層50 %PPS+50 %PTFE混紡針刺，袋籠經(jīng)過有機(jī)硅處理。更換濾袋后，經(jīng)過168 h試運(yùn)，并通過市環(huán)保監(jiān)測站和山西電科院測試，除塵器出口濃度滿足≤30 mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)要求，除塵器出口灰塵排放合格。

2.5 改造和維護(hù)設(shè)備

2011年3月，該發(fā)電公司在3號機(jī)組等級檢修期間對脫硫氧化空氣系統(tǒng)進(jìn)行了改造。將氧化風(fēng)管材料更換為不銹鋼，去掉了3根配管末端長1 m的向下開口的管子，在靠兩側(cè)的配管上加裝了支管，增加了氧化裝置的噴嘴數(shù)量。改造后，脫硫氧化空氣系統(tǒng)的氧化效果明顯增強(qiáng)，達(dá)到了預(yù)期效果，循環(huán)泵氣蝕現(xiàn)象也大有改觀。在3號吸收塔上層增加了2臺攪拌器，解決了上層攪拌裝置懸浮和分配能力不足的問題，增加了漿液懸浮濃度和氧化空氣停留時(shí)間，使氧化空氣和CaSO3充分接觸，確保CaSO3氧化充分。更換變形和堵塞的噴淋管道以及氣蝕嚴(yán)重的漿液循環(huán)泵，利用等級檢修對泵入口濾網(wǎng)和出口漿液噴淋噴嘴進(jìn)行清理，保證漿液循環(huán)泵正常運(yùn)行。

2.6 制定定期化驗(yàn)制度

機(jī)組經(jīng)過煙氣脫硫改造以后，組建了專業(yè)的化驗(yàn)室，并逐步完善了日、周、月化驗(yàn)制度。通過實(shí)際化驗(yàn)數(shù)據(jù)與CRT顯示進(jìn)行比對，確保吸收塔漿液pH值、濃度顯示正確，漿液中CaSO3·1/2H2O、Cl-濃度在規(guī)定范圍內(nèi)。減小CRT顯示與實(shí)際值的偏差，并定期對CEMS標(biāo)定和比對，確保CEMS的準(zhǔn)確投運(yùn)，起到正確指導(dǎo)運(yùn)行調(diào)整的作用。

2.7 加強(qiáng)管理、定期培訓(xùn)

制定吸收塔液位定期校驗(yàn)、氧化裝置定期沖洗、pH計(jì)定期沖洗等制度。嚴(yán)格執(zhí)行巡回檢查、設(shè)備定期切換制度，優(yōu)化運(yùn)行方式。定期對運(yùn)行人員進(jìn)行培訓(xùn)，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)和分析。加強(qiáng)理論知識和運(yùn)行調(diào)整技能的培訓(xùn)，對系統(tǒng)和設(shè)備提出合理化建議并進(jìn)行改造，確保系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 結(jié)束語

濕法脫硫系統(tǒng)工藝復(fù)雜，影響脫硫效率的因素較多，各種因素之間又互相影響。在電廠實(shí)際運(yùn)行中，只有加強(qiáng)運(yùn)行管理和設(shè)備維護(hù)資金投入，在運(yùn)行調(diào)整中不斷摸索，總結(jié)調(diào)整經(jīng)驗(yàn)、相互交流，才能達(dá)到良好的脫硫效果。

2014-08-25。

崔鵬飛(1970-)，男，技師，主要從事除灰、脫硫?qū)I(yè)的運(yùn)行管理工作，email：cuiwen7073@sina.com。

王明旗(1968-)，男，技師，主要從事輸煤、化學(xué)、除灰、脫硫的檢修管理工作。