供熱鍋爐石灰石濕法脫硫系統(tǒng)運行中常見問題及對策分析

閆偱英 王峰

【摘要】：近年來，隨著大氣環(huán)境的惡化和對環(huán)保關注的提高，國家環(huán)保對鍋爐煙氣排放的要求有了大幅的提高，使我國的脫硫技術迅速發(fā)展，技術上也逐漸趨于成熟。石灰石-石膏法脫硫工藝以其成熟的技術、穩(wěn)定可靠的運行、較高的脫硫效率和來源廣泛的脫硫劑的優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應用于各種鍋爐環(huán)保改造中。但在實際運行中，也存在著嚴重的結垢堵塞、設備腐蝕、廢水難以處理等問題，一直困擾著設計和運行人員。而徹底解決這些問題，是改進濕法脫硫技術的關鍵所在。

本文討論了石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)和工藝流程及反應原理，并探討了影響脫硫效率的因素和脫硫系統(tǒng)運行中幾種經(jīng)常遇到的問題產(chǎn)生原因及應對措施，最后得出結論，若要滿足日趨嚴格的環(huán)保標準，需要對該方法進行進一步的改造。

【關鍵詞】：石灰石濕法；影響因素；漿液起泡；結垢堵塞

1、概述

作為濕法脫硫中的一種重要工藝，石灰石-石膏法脫硫工藝是目前國內應用最廣、工藝技術最成熟的。它以來源廣泛，價格低廉的石灰石作脫硫吸收劑原料，制成粉狀后加水制成脫硫劑漿液。在脫硫塔內，煙氣與石灰脫硫漿液接觸，煙氣中的SO2與漿液中的CaCO3和空氣中的氧進發(fā)生學反應，吸收除去SO2，生成石膏沉淀。脫硫后的凈煙氣經(jīng)塔內頂部的除霧器除去煙氣水霧后排出。反應后的脫硫漿液排出塔外，經(jīng)脫水裝置脫水后重復利用。由于脫硫石灰漿液可循環(huán)利用的特性，使脫硫劑保持了很高的利用率。近幾年來，在勝利油田的供熱鍋爐上，這一脫硫工藝也得到了較多的應用。

石灰石-石膏法脫硫的工藝流程為：鍋爐出口煙氣經(jīng)布袋除塵系統(tǒng)后進入脫硫吸收塔，在吸收塔內與霧化的石灰石漿液反應后去除其中的SO2和SO3，并生成石膏沉淀，漿液中的亞硫酸鈣在吸收塔底部被氧化風機鼓入的空氣氧化生成石膏晶體。同時，脫硫后的凈煙氣經(jīng)脫硫塔頂部除霧器除去水霧后由煙囪排放到大氣中。脫硫工藝系統(tǒng)流程圖見圖1。

2、影響石灰石-石膏法脫硫效率的因素

2.1脫硫反應原理

2.1.1用石灰漿液作脫硫吸收劑時，煙氣中的SO2在吸收塔中轉化，其反應簡式如下：

CaCO3+2 SO2+H2O →Ca（HSO3）2+CO2

2.1.2通過氧化風機鼓入的空氣使?jié){液中的亞硫酸氫鈣在吸收塔漿池中氧化成石膏晶體。

Ca（HSO3）2+O2+ CaCO3+3 H2O →2CaSO4.2H2O+CO2

2.2煙氣溫度

在脫硫系統(tǒng)正常運行時，脫硫塔入口處煙氣溫度不能超過規(guī)定的范圍。如果煙氣溫度過高，吸收塔內的玻璃鱗片防腐層和噴淋層等會因高溫而變形損壞。在供熱鍋爐運行過程中，其負荷變化極為頻繁，脫硫塔入口處的煙氣溫度也會隨之變化，直接影響脫硫系統(tǒng)的效率。煙氣溫度越低，越有利于石灰漿液吸收SO2，形成HSO3?，而且有利于硫酸鈣沉淀的生成。

2.3石灰石漿液的影響

石灰石的純度和活性對脫硫系統(tǒng)性能的影響很大。石灰石的活性越大，脫硫吸收反應越好，脫硫效率越高。石灰石的純度對脫硫系統(tǒng)性能的影響也很明顯。石灰石中的雜質會導致石灰石活性的降低，石灰石的脫硫性能也會隨之降低。而且，雜質溶于脫硫漿液后非鈣離子會大量增加，減弱了碳酸鈣在溶解體系中的溶解和電離性能。所以，石灰石中含有的雜質越多，脫硫系統(tǒng)性能效果越差。所以，在脫硫用石灰石的選擇上，在保證活性的基礎上，純度越高越好。

2.4漿液PH值

在供熱鍋爐的實際運行中，脫硫漿液PH值不僅對煙氣脫硫效率有顯著影響，而且對系統(tǒng)運行的好壞也有極大影響。運行時脫硫漿液PH值過低，脫硫效率明顯降低，SO2的排放量快速增加，很難達到排放標準；另外過低的PH值造成漿液酸度增高，造成設備腐蝕，影響設備和運行的安全。

運行時脫硫漿液PH值過高，脫硫效率高，容易達標排放，但是會使?jié){液濃度增加，飽和結晶更快，導致脫硫設備內部結垢堵塞，無法運行，更難以保證設備安全運行，對產(chǎn)出高品質石膏副產(chǎn)品也有較大影響。

2.5漿液密度

在脫硫系統(tǒng)運行過程中，煙氣與脫硫吸收劑的不斷反應，脫硫吸收塔內漿液密度會越來越大，當密度超過一定比例，漿液中鈣離子的濃度趨于飽和時，反而會導致吸收SO2降低，使得脫硫效率明顯下降。而當石膏漿液密度越低，相對碳酸鈣的含量會越高，導致石膏中碳酸鈣含量增加，造成石膏品質下降，而且對石灰石來說也是一種浪費。而且，石膏漿液密度大小對旋流器運行的壓力、旋流子磨損也有較大的影響。石膏漿液的密度越大，旋流器的運行壓力會越高，旋流脫水的效果越好，但對旋流子磨損會越大。因此運行中應嚴格控制石灰石漿液密度，使其在恰當?shù)姆秶鷥炔拍苁姑摿蛳到y(tǒng)高效且經(jīng)濟的運行。

2.6液氣比L/G

液氣比是指與流經(jīng)脫硫吸收塔單位體積煙氣量與對應的脫硫漿液噴淋量的比例。液氣比越大，漿液和煙氣的接觸面積越大，吸收反應進行的越快，脫硫效率也會提高。但是液氣比超過了一定的比例，吸收效率反而不會有明顯提高，但脫硫吸收劑消耗將急劇增大。而且實際運行中過高的液氣比會使?jié){液循環(huán)泵、氧化風機等設備電耗增大，而且還會增大煙氣阻力，增加了引風機能耗。但過低的液氣比會導致煙氣超標排放，因此在初始設計時，應在保證脫硫效率的同時，達到最佳的液氣比。

3、常見問題及解決辦法

3.1結垢堵塞

在石灰石-石膏法煙氣脫硫中，設備與管道的結垢堵塞，是影響脫硫系統(tǒng)正常運行和達標排放的關鍵問題。探究結垢堵塞的原因，一般來說常見的有以下 3種方式：1、漿液濃度過高或煙氣溫度過高，造成漿液沉積或者析出，在設備表面并生長而造成結垢。2、脫硫吸收劑一次加入超量，導致漿液pH值過高，反而促進了煙氣中的CO的吸收，生成過多的CaCO3等沉淀附著在設備和管道內；三、前端除塵系統(tǒng)出現(xiàn)問題，煙氣含有大量塵進入脫硫系統(tǒng)，造成煙塵的沉積。

當前還沒有找到有效方法來徹底解決此問題。一些常見的防止結垢堵塞的方法有：（1）在鍋爐操作上，控制煙氣溫度，防治吸收液中水分蒸發(fā)過快和漿液沉積；（2）控制脫硫劑的 pH值，保持在5-6范圍之內。（3）控制石灰漿液的濃度，不能過高或過低。（4）操作好除塵系統(tǒng)，防止大量灰塵進入脫硫系統(tǒng)；（5）使用部分添加劑。目前使用的添加劑有 CaC12，Mg（OH）2，己二酸等。

在運行過程中應密切監(jiān)視設備和管道的壓力、流量、差壓等參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，調整脫硫劑的PH值和加入量等，保證整個脫硫系統(tǒng)的正常投運。

3.2腐蝕

設備腐蝕的原因多樣，它與多種因素有關。如：溶液的pH值、溫度、煤的含硫量、漿液氯離子濃度等。在石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)中漿液PH值過低是設備腐蝕一個重要原因。PH值越低，漿液酸性越高，對有關設備腐蝕越嚴重。

目前來說，解決腐蝕問題的主要方法是對脫硫系統(tǒng)各部位進行防腐處理或采用耐腐蝕材料以及在設備內外涂防腐材料。在吸收塔煙氣進出口段，增加耐熱玻璃鱗片涂層，在吸收塔塔內壁使用耐磨耐腐的玻璃鋼或者不銹鋼材質管道。另外適當控制漿液的pH值來避免腐蝕。

3.3吸收塔漿液起泡

起泡原因分析，（1）雜質增多。運行過程中煤炭燃燒不好，未充分燃燒的成份或者部分碳顆?；蚪褂碗S鍋爐煙氣進入吸收塔，或者鍋爐出口的除塵系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題，使煙氣中的粉塵濃度過高，使得大量雜質進入脫硫吸收漿液，吸收塔漿液非鈣離子含量增高，使?jié){液發(fā)生物理性能的變化，表面張力增加，從而使?jié){液表面出現(xiàn)起泡。（2）化學反應。石灰石純度不夠，含有過量MgO等雜質，與漿液中的硫酸根離子發(fā)生反應產(chǎn)生了大量泡沫。（3）水質惡化。脫硫系統(tǒng)中的脫水或廢水處理系統(tǒng)未能及時處理漿液，致使脫硫漿液水質逐漸惡化。

應對措施：（1）加入脫硫專用的消泡劑。（2）設計時盡可能減少吸收塔底部漿液的攪動。（3）加大塔內漿液的排除量，不斷補入新鮮的漿液。稀釋脫硫吸收漿液的濃度。（4）對脫硫廢水進行對應處理，減少吸收漿液的氯離子、重金屬離子及各種雜質的含量，確保脫硫塔內漿液的純度。（5）嚴格控制脫硫用工藝水的水質，最好使用經(jīng)處理后的純凈水質。（6）嚴格控制檢驗脫硫劑原料，保證活性和純度，雜質成分含量不超標。（7）加強脫硫吸收漿液、脫硫廢水、石灰石原料和副產(chǎn)品石膏的化驗分析工作，加強對脫硫系統(tǒng)運行狀況的監(jiān)控，保證漿液的品質不發(fā)生惡化，并對出現(xiàn)的問題及時采取處理手段。

4、廢水的處理

脫硫漿液吸收煙氣中的硫后，產(chǎn)生的廢液中含有煙塵、硫酸鹽、亞硫酸鹽等各種雜質，必須經(jīng)過處理達標后才能排放，否則會對環(huán)境造成二次污染。當前勝利油田現(xiàn)有鍋爐石灰石石膏法脫硫產(chǎn)生的廢水一直難以處理，受廠區(qū)場地限制以及處理投入較大，一直困擾著設計和運行人員，亟需有效方法予以解決。

結論

隨著國家環(huán)保力度的加強和政策的出臺，新的火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2011）全面實行，國家環(huán)保部、國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》（發(fā)改能源〔2014〕2093號）對節(jié)能減排做出的明確規(guī)定，勝利油田所屬的供熱鍋爐房環(huán)保壓力越來越大，雖然已經(jīng)在積極配套和完善環(huán)保設施以提升對大氣污染物的排放控制措施，但也存在一些缺陷。現(xiàn)在勝利油田各鍋爐房正積極進行改造，通過對石灰石-石膏法脫硫設計、安裝及運行調整等方面進行優(yōu)化來保持系統(tǒng)的穩(wěn)定、健康運行和煙氣的達標排放，已經(jīng)基本能給達到目前的環(huán)保指標要求。

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作者簡介：

第一作者簡介：閆循英， 男， 1962年出生，漢族，山東省東營市，中國石化集團勝利油田管理局熱電聯(lián)供中心安全總監(jiān)，高級工程師，勝利石油管理局熱電聯(lián)供中心首席專家。長期從事安全環(huán)保管理和技術研究工作，努力降低鍋爐排放氣體對大氣污染，實現(xiàn)區(qū)域環(huán)境改善。

第二作者簡介：王峰， 男， 1979年出生，漢族，山東省東營市，中國石化集團勝利油田管理局熱電聯(lián)供中心安全環(huán)保部科長，碩士學歷，高級工程師，長期從事安全環(huán)保管理和技術研究工作，努力降低鍋爐排放氣體對大氣污染，實現(xiàn)區(qū)域環(huán)境改善。