電廠脫硫系統(tǒng)改造運(yùn)行總結(jié)

盧建國（內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯014300）

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電廠脫硫系統(tǒng)改造運(yùn)行總結(jié)

盧建國
（內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯014300）

摘要：本文介紹了內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司采用石膏脫硫技術(shù)脫除鍋爐煙氣中二氧化硫的工藝原理、脫硫裝置開車后的運(yùn)行狀況、環(huán)保效益分析及該裝置存在的問題。

關(guān)鍵詞：石膏脫硫；環(huán)保效益

內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司是年產(chǎn)50萬t聚氯乙烯、37萬t燒堿的電石法氯堿生產(chǎn)企業(yè)，配套設(shè)計(jì)自備電廠規(guī)模為2×50MW，全廠用蒸汽全部來自自備電廠，采用國產(chǎn)抽凝式機(jī)組，配套3臺220 t/h煤粉鍋爐，3臺鍋爐共配2套煙氣脫硫裝置（3爐2塔）。采用電石渣漿液石膏濕法脫硫工藝進(jìn)行煙氣脫硫（簡稱FGD），處理煙氣量597 000 Nm3/h。

脫硫系統(tǒng)擴(kuò)容改造完成后于2014年10月正式投產(chǎn)運(yùn)行，目前生產(chǎn)平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)正常，達(dá)到了預(yù)期目的。

1　脫硫工藝介紹

煤在鍋爐中燃燒時，煤中的硫發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生各種含硫的化合物，其中主要是SO2，煤中硫的含量越高，鍋爐燃燒后產(chǎn)生煙氣中的SO2的含量也越高。由于環(huán)境中SO2的排放國家有嚴(yán)格的規(guī)定，所以在SO2排出煙囪進(jìn)入大氣前，必須脫除所產(chǎn)生的硫化物。SO2的蒸發(fā)溫度和凝結(jié)溫度分別是-10℃和-73℃，簡單的分離法不僅難以操作而且費(fèi)用高，不太可行。該公司用電石渣漿液（Ca（OH）2）取代水，把電石渣漿液噴向煙氣，可以吸取出煙氣中的SO2，產(chǎn)生亞硫酸鈣固體（CaSO3）和硫酸鈣固體（CaSO4），在這一過程中，再注入空氣，使CaSO3氧化成CaSO4，而CaSO4又結(jié)晶成石膏（CaSO4·2H2O）。

1.1脫硫原理［1］

電石渣石膏濕法脫硫系統(tǒng)中，在氣體、液體和固體物質(zhì)中發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

在電石渣石膏濕法脫硫系統(tǒng)中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)可以分為吸收、中和、氧化和結(jié)晶幾步。盡管反應(yīng)步驟是依次表述的，但其實(shí)際化學(xué)反應(yīng)卻是同時進(jìn)行的。

1.1.1吸收

吸收SO2并將其轉(zhuǎn)化成溶液是脫硫過程中的第一步，吸收是將可溶性氣體轉(zhuǎn)化成液體的過程。在吸收塔中，當(dāng)SO2遇到滴狀的漿液時就被吸附了，漿液中的水吸收了SO2，使其變成了含有硫元素的酸性溶液，并返回到反應(yīng)池。吸收過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)用下列方程式表示：

1.1.2中和

在中和反應(yīng)中，已溶于水的SO2與電石渣漿液發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生新的產(chǎn)物：亞硫酸鈣（CaSO3）和硫酸鈣（CaSO4）或石膏。中和反應(yīng)發(fā)生在吸收塔的噴淋區(qū)。然而，形成固體的反應(yīng)也可以在反應(yīng)池里發(fā)生。中和反應(yīng)的產(chǎn)物是二氧化碳，它將被排放到大氣中。中和過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)用下列方程式表示：

1.1.3氧化

氧化過程是物質(zhì)與氧氣結(jié)合的過程，通過氧化作用，亞硫酸鹽轉(zhuǎn)變成了硫酸鹽。當(dāng)產(chǎn)生的硫酸鹽和鈣離子結(jié)合時就生成了硫酸鈣或石膏，由于煙氣中氧氣的存在，不可避免會發(fā)生一些氧化反應(yīng)。但是煙氣中的氧氣含量有限，并不能把所有的亞硫酸鹽（SO3）轉(zhuǎn)變成硫酸鹽（SO4）。所以為了保證所有的亞硫酸鹽都轉(zhuǎn)變成硫酸鹽，特設(shè)了一個外部供氧裝置來提供反應(yīng)所需的氧氣。氧化過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)可以用下列方程式表示：

1.1.4結(jié)晶

結(jié)晶是指在溶液中發(fā)生反應(yīng)，從而使一種物質(zhì)在溶液中飽和，結(jié)晶分離出來。在反應(yīng)池里，亞硫酸鹽和硫酸鹽都是溶解在水里的，直到溶液達(dá)到飽和，不能再溶解任何物質(zhì)時，亞硫酸鹽和硫酸鹽才會結(jié)晶出來。

1.2脫硫工藝流程

3臺鍋爐6臺引風(fēng)機(jī)把煙氣送入FGD的入口煙道，3臺鍋爐的煙氣分別通過各自的入口擋板后，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)提升壓力，合并后通過FGD總?cè)肟跓煹?，進(jìn)入2臺并聯(lián)的吸收塔。吸收塔是一個將SO2從煙氣中分離出的裝置。該公司3個鍋爐配置了2臺吸收塔，處理煙氣量為597 000 Nm3/h。

煙氣在吸收塔中通過3層噴淋層噴淋后，脫除SO2后，經(jīng)吸收塔頂部的除霧器除去煙氣中的漿液霧滴、水汽，通過出口擋板送入煙囪排放到大氣中。煙氣處理系統(tǒng)由增壓風(fēng)機(jī)入口擋板、增壓風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)出口擋板（FGD入口擋板）、吸收塔、FGD出口擋板及將它們相連接的煙道組成。

當(dāng)煙氣進(jìn)入吸收塔后，就會有漿液從吸收塔上部的噴淋層噴向煙氣，每臺吸收塔漿液循環(huán)系統(tǒng)有3臺循環(huán)泵，負(fù)責(zé)把吸收塔反應(yīng)池中的漿液輸送到3個噴淋層。當(dāng)煙氣和漿液接觸時，吸收了其中的大部分二氧化硫。當(dāng)混合物進(jìn)入反應(yīng)池時，反應(yīng)還將繼續(xù)進(jìn)行。在進(jìn)入吸收塔出口之前，已沖洗過的煙氣將會上升到除霧器中，除霧器可以去除懸浮的濕氣和漿液霧滴，當(dāng)氣體中的液滴撞擊除霧器葉片時，各個液滴便會融合直至掉下。除霧器配備著1套沖洗設(shè)備，用以防止除霧器的堵塞。殘留的漿液和沖洗水都會流入反應(yīng)池。漿液液滴從噴淋區(qū)掉入反應(yīng)池，在反應(yīng)池中，二氧化硫與水、電石渣漿液顆粒、氧氣反應(yīng)生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。反應(yīng)池裝有3個側(cè)進(jìn)式攪拌器來保持固體顆粒的懸浮狀態(tài)，并且使每個攪拌器前注入反應(yīng)池的空氣均勻分布。控制反應(yīng)池內(nèi)反應(yīng)的2個主要變量是pH值和漿液濃度。設(shè)定pH值和漿液濃度的目的是為了用最少的電石渣漿液來去除最多的二氧化硫，這2個變量都是由石膏排放泵出口管道上的儀器測得的。這些管道從反應(yīng)池中抽取漿液，并把漿液運(yùn)到一次脫水系統(tǒng)。把旋流器的溢流送到旋流器溢流箱和濾液處理系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)pH計(jì)的測量值來調(diào)整反應(yīng)劑給料系統(tǒng)中電石渣漿液的添加量。與反應(yīng)池有關(guān)的另一變量是液位。水分以蒸發(fā)、以水蒸氣形式混入煙氣排出系統(tǒng)、形成石膏（自由水和結(jié)晶水）的方式在吸收系統(tǒng)中被消耗。為了保證吸收塔的正常運(yùn)行，必須不斷加水來彌補(bǔ)上述過程中水的消耗。而水的主要補(bǔ)充來源來自除霧器沖洗系統(tǒng)，根據(jù)反應(yīng)池中的液位狀況，除霧器沖洗系統(tǒng)會調(diào)節(jié)沖洗的頻次；補(bǔ)充水也會隨著電石渣漿液、一次脫水系統(tǒng)溢流、二次脫水系統(tǒng)的濾液、設(shè)備冷卻水、真空泵密封水注入吸收塔反應(yīng)池。

該公司煙氣脫硫系統(tǒng)副產(chǎn)品是石膏。通過空氣強(qiáng)制氧化，99%的亞硫酸鈣可以轉(zhuǎn)化成硫酸鈣。氧化空氣系統(tǒng)由2個氧化風(fēng)機(jī)組成。運(yùn)行時，通常是一個風(fēng)機(jī)運(yùn)行另一個風(fēng)機(jī)作為備用。氧化風(fēng)機(jī)先壓縮空氣，再把空氣輸送到位于每個反應(yīng)池?cái)嚢杵髑暗目諝鈬姌屩校瑪嚢杵髂艽_?？諝庠诜磻?yīng)池漿液中的均勻分布。在進(jìn)入反應(yīng)池前，空氣要通過水冷卻，防止系統(tǒng)堵塞，并保護(hù)FRP管免受高溫侵襲。

該公司采用距脫硫島2.5 kM處的乙炔分廠電石廢渣（濃度為12%～16%）作為脫硫吸收劑，采用2臺漿液輸送泵將漿液輸送到FGD區(qū)域的濃縮箱中；經(jīng)過濃縮后的濃液用2臺濃液輸送泵輸送到電石渣漿液箱，濃縮后的清液及電石渣漿液箱溢流液直接溢流至返回水箱，通過返回水泵送回2.5 km外的化工廠乙炔分廠；電石渣漿液箱內(nèi)的漿液經(jīng)過攪拌后用2臺漿液輸送泵直接輸送到吸收塔。2臺爐共設(shè)1套吸收劑漿液制備系統(tǒng)。

為了保持反應(yīng)池中pH值在正常范圍，吸收劑給料系統(tǒng)通過漿液輸送泵為吸收塔提供電石渣漿液。電石渣漿液輸送泵可以通過一個回路把漿液循環(huán)至電石渣漿液箱。通常，管路上裝有調(diào)節(jié)閥，用以調(diào)節(jié)向吸收塔反應(yīng)池添料。調(diào)節(jié)閥根據(jù)煙氣量、含硫量、脫硫率、pH值等對電石渣漿液流量作出調(diào)整。

一次脫水系統(tǒng)的功能是增加漿液中固體物質(zhì)的濃度，該漿液則是由石膏排放泵不斷從吸收塔中抽取出來的，隨后把漿液輸送到旋流器或通過再循環(huán)把漿液送回吸收塔反應(yīng)池或者輸送至返回水箱。由旋流器產(chǎn)生的溢流被輸送至旋流器溢流箱，經(jīng)溢流管借助重力自流至濾液箱，而粘稠的底流受重力影響則流向二次脫水系統(tǒng)。一次脫水系統(tǒng)由2臺石膏排出泵、2臺濾液泵、1個旋流器和輔助閥門及管道構(gòu)成。

二次脫水系統(tǒng)由1個石膏漿液箱、2臺石膏漿液泵、1臺水平真空皮帶脫水系統(tǒng)及輔助設(shè)備構(gòu)成。旋流器的底流含有大約50%的固體。底流由于受到重力作用而流向石膏漿液箱，然后通過石膏漿液泵打至真空皮帶脫水機(jī)。在濾布上，使用真空泵使石膏脫水。真空泵使空氣通過濾布和濾餅，同時帶走石膏濾餅中的游離水，在真空罐中氣液分離，濾液通過管道流入濾液箱。為了降低石膏中氯離子的含量，提高石膏成品的質(zhì)量，使用干凈的水對石膏濾餅進(jìn)行沖洗。最后石膏成品在帶式過濾器的末端落入石膏儲存堆放。濾布和濾餅沖洗水利用圍堰進(jìn)行收集后通過管道及地溝排至吸收區(qū)排水坑。

一次脫水系統(tǒng)中旋流器的溢流和二次脫水系統(tǒng)的濾液匯聚在濾液箱中，經(jīng)濾液泵及相應(yīng)的閥門、管道，輸送回吸收塔反應(yīng)池或返回水箱或排入脫硫廢水回收系統(tǒng)，由于溢流及濾液的產(chǎn)生與石膏的排放相關(guān)，因而濾液泵的運(yùn)行是不連續(xù)的。通過濾液泵、石膏排出泵排出和經(jīng)過濃縮箱及電石渣漿液箱溢流至返回水箱的漿液，通過2臺返回水泵送回至2.5 km外的乙炔分廠。脫硫系統(tǒng)流程圖見圖1。

圖1　脫硫系統(tǒng)流程圖

1.3脫硫工藝指標(biāo)控制情況

1.3.1吸收塔的液位調(diào)整

吸收塔正常液位控制在7.0～7.5 m，吸收塔液位對于脫硫效果及系統(tǒng)安全影響極大。如吸收塔液位高，會縮短吸收劑與煙氣的反應(yīng)空間，降低脫硫效果，嚴(yán)重時甚至造成脫硫原煙道和氧化空氣管道進(jìn)漿；如液位低，會降低氧化反應(yīng)空間，影響石膏品質(zhì)，嚴(yán)重時可能造成攪拌器振動、軸封損壞，甚至停機(jī)。如果液位高，應(yīng)確認(rèn)排漿管路閥門開關(guān)正確，控制系統(tǒng)無誤，同時，手動關(guān)閉除霧器沖洗水門及吸收塔補(bǔ)水門，并減小或關(guān)閉至吸收塔的濾液水量；必要時可排漿至事故漿液箱或開啟底部排空閥排漿至正常液位。如果液位低，應(yīng)確認(rèn)吸收塔補(bǔ)水管路無泄漏或堵塞，除霧器沖洗水噴霧正常，同時，調(diào)整除霧器沖洗時間間隔，并增加吸收塔石膏排除泵至吸收塔的回流量（根據(jù)吸收塔濃度配合使用）。

1.3.2吸收塔漿液濃度調(diào)整

吸收塔漿液濃度對于整個脫硫裝置的運(yùn)行十分重要，如果調(diào)整不當(dāng)，就可能造成管道及泵的磨損、腐蝕結(jié)垢及堵塞，從而影響脫硫裝置的正常運(yùn)行。如果吸收塔漿液濃度低，應(yīng)加大石膏溢流至吸收塔的回流量，并減小進(jìn)入吸收塔的工藝水量，必要時停止石膏旋流，使石膏漿液全部返回吸收塔，反之相反。

1.3.3脫硫率、pH值及電石渣漿液給漿量調(diào)整

電石渣漿液給漿量的大小對脫硫裝置的影響很大。如果給漿量太少，就不能滿足煙氣負(fù)荷的脫硫要求，出口煙氣含硫量增加，從而降低脫硫率。如果給漿太多，就可能使石膏電石渣含量增加，從而降低石膏純度。同時，對電石渣的利用率降低，造成了極大浪費(fèi)。

正常運(yùn)行時pH值為5.0～5.8，給漿量可根據(jù)pH值、入口原煙氣SO2濃度、脫硫率及電石渣漿液濃度聯(lián)合進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)pH值及電石渣漿液濃度降低時，可加大給漿量；當(dāng)出口SO2濃度增加時，可適當(dāng)開大電石渣給漿調(diào)節(jié)門的開度，增加電石渣漿液給漿量。

若脫硫率太低，不能達(dá)到設(shè)計(jì)值，則加大給漿量，必要時對系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，查找原因，予以消除。

1.3.4石膏品質(zhì)調(diào)整

石膏品質(zhì)調(diào)整需要注意以下幾個問題。

（1）若石膏水分含量大于10%，則應(yīng)及時調(diào)整真空皮帶脫水機(jī)給漿量或轉(zhuǎn)速，保證脫水機(jī)真空度和石膏厚度在合格范圍內(nèi)；

（2）若石膏中含塵量過大，應(yīng)及時檢查靜電除塵器的除塵效果，并予以調(diào)整，降低原煙氣中的粉塵含量；

（3）若石膏中CaCO3過多，應(yīng)及時調(diào)整給漿量，并化驗(yàn)電石渣漿液品質(zhì)，如果電石渣漿液粒徑過粗，應(yīng)調(diào)整該粒度在合格范圍內(nèi)；

（4）若石膏中CaSO3過多，應(yīng)及時調(diào)整氧化空氣量，以保證吸收塔氧化池中CaSO3得以充分氧化。

1.4控制系統(tǒng)

本工程的DCS控制系統(tǒng)選用南京科遠(yuǎn)控制工程有限公司的成套產(chǎn)品NETWORK—6000控制系統(tǒng)，分布在脫硫島（1#-2#操作員站，1個工程師站），脫硫島電子間配置0#DCS控制柜（電源柜），1#--3#DCS控制柜，在操作員站上同時配有少量硬操作按鈕，可以在控制室內(nèi)完成系統(tǒng)的啟停及正常工況的監(jiān)視和控制，異常工況的報警和緊急事故處理。

2　脫硫運(yùn)行情況及效益分析

2.1脫硫運(yùn)行情況

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。

表1　脫硫系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

通過上述數(shù)據(jù)分析目前增容改造后的脫硫系統(tǒng)完全可滿足國家環(huán)保要求小于200 mg/Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2脫硫環(huán)保效益分析

擴(kuò)容后的脫硫系統(tǒng)通過近幾個月的運(yùn)行可以明顯看出，該系統(tǒng)能有效、安全、無污染地脫除二氧化硫。完全能解決擴(kuò)容前處理能力不夠的瓶頸，能完全處理滿負(fù)荷下全部煙氣，脫硫指標(biāo)可滿足國家環(huán)保要求，符合國家環(huán)保政策。同時增容改造后的脫硫增加了廢水處理系統(tǒng)，目前可把脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水完全處理回收利用。

3　脫硫裝置存在問題

增容改造后的脫硫系統(tǒng)從目前運(yùn)行情況看主要存在以下問題。

（1）漿液循環(huán)泵的葉輪和入口變徑管磨損嚴(yán)重，主要原因?yàn)椋喝~輪、管道材質(zhì)選型不當(dāng)，腐蝕、磨損嚴(yán)重。到現(xiàn)在已更換成耐腐蝕、耐磨損材料，運(yùn)行正常；

（2）漿液循環(huán)泵入口、出口管道更換，B、C漿液循環(huán)泵入口管道現(xiàn)在已更換為316 L材質(zhì)；原襯膠管道襯膠脫落管道破損，分析原因?yàn)橐r膠廠家技術(shù)不合格；

（3）漿液循環(huán)泵軸承損壞頻繁，分析原因?yàn)镼J228軸承為角接觸球軸承極容易損壞。

4　結(jié)論

電石渣漿液石膏濕法脫硫工藝從技術(shù)角度看是成熟的，濕法煙氣脫硫系統(tǒng)能有效、經(jīng)濟(jì)、安全、無污染地脫除二氧化硫，符合國家環(huán)保要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］徐寶東.煙氣脫硫工藝手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013：30-35.

Power plant desulfurization system reform operation summary

LU Jian-guo
（Inner Mongolia Elion Chemical Industry Co.，Ltd.，Ordos 014300，China）

Abstract：This paper introduces the process principle of removing sulfur dioxide from boiler flue gas by using the technology of gypsum desulfurization technology，analysis of the operating condition，the environmental protection benefit and the existing problems of the device in our company.

Key words：gypsum desulfurization；environmental benefits

中圖分類號：X701.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）01-0044-04

收稿日期：2015-10-20