石灰石-石膏濕法煙氣脫硫設(shè)施常見故障及影響脫硫效率因素分析

呂新鋒

(華潤電力(賀州)有限公司，廣西 賀州 542700)

0 引言

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是目前世界上應用最廣泛的脫硫技術(shù)，該工藝技術(shù)成熟，運行穩(wěn)定可靠，吸收劑利用率高，對煤種的適應性強，脫硫效率可達到98%[1-4]。但在實際應用中易出現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞、腐蝕等問題[5-9]。本文分析了脫硫系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞的原因，提出了具體的防腐措施，并就影響脫硫效率的問題因素進行了分析探討。

1 脫硫系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢與解決措施

1.1 腐蝕機理與防腐對策

煙氣中的SO2、HCl、HF等酸性氣體在與液體接觸時，生成相應的酸液，對金屬有很強的腐蝕性，對防腐內(nèi)襯亦有很強的擴散滲透破壞作用。金屬表面與水及電解質(zhì)形成電化學腐蝕，在焊縫處比較明顯。另外，吸收塔溶液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽析出并結(jié)晶導致結(jié)晶腐蝕，環(huán)境溫度的急劇變化，導致防腐內(nèi)襯與基體不同步的膨脹，使內(nèi)襯粘接強度下降。漿液中由于含有固態(tài)物，落下時對塔內(nèi)物質(zhì)有一定的沖刷作用。

解決措施：

(1)選擇合理的FGD(脫硫設(shè)備)煙氣入口溫度，并選擇與之相配套的防腐內(nèi)襯。一般設(shè)計FGD系統(tǒng)至少能承受原煙氣長期160℃,短時(20min)180℃左右的高溫煙氣工況。

(2)嚴把防腐內(nèi)襯的施工質(zhì)量，主要包括原材料進場驗收、預處理工序質(zhì)量控制、施工環(huán)境條件控制、施工過程控制要點等。原材料膠板驗收項目包括品種、厚度、硬度、電火花(檢查孔洞)檢測和外觀。防腐施工中的預處理主要是基體補焊打磨、噴砂和襯膠施工中的膠板打磨。襯膠及玻璃鱗片施工現(xiàn)場要求溫度最佳控制范圍為l5～30℃，相對濕度控制在75%以下。施工過程控制要點主要包括配料、工序銜接、襯膠搭接及涂磷的原則與工藝、防腐驗收等過程。

(3)吸收塔制作工藝合理。吸收塔現(xiàn)場制作過程中保證焊口滿焊，焊縫光滑平整無缺陷，內(nèi)支撐件及框架不能用角鋼、槽鋼、工字鋼，應用圓鋼、方鋼為主，外接管不能用焊接，要用法蘭連接。

(4)選擇合理的防腐材料。塔防腐材料國內(nèi)目前一般多選擇內(nèi)襯玻璃鱗片2～4mm或內(nèi)襯丁基橡膠4～8mm；脫硫區(qū)箱體攪拌器采用頂進式攪拌器；低溫煙道或接觸低溫煙氣的設(shè)備一般多做內(nèi)襯玻璃鱗片或內(nèi)襯丁基橡膠防腐及采用FRP管道等。

(5)運行中合理控制漿液的pH值和Cl-的濃度。一般控制吸收塔漿液pH在4～6之間，加強對漿液的定期取樣分析檢測，重點是Cl-的檢測，尤其在pH值降低之后，監(jiān)控Cl-的濃度不要超過運行控制范圍；加強脫硫廢水排放，盡量將酸不溶物通過廢水處理系統(tǒng)排放出脫硫系統(tǒng)，防止系統(tǒng)中Cl-的富集，同時應注意塔漿液的密度(或含固量)不得超過設(shè)計要求，以防系統(tǒng)內(nèi)調(diào)節(jié)門、旋流器及漿液循環(huán)泵葉輪等設(shè)備的磨損增大及管道的堵塞等。

1.2 脫硫系統(tǒng)的結(jié)垢、堵塞與解決措施

脫硫系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞原因主要包括石膏包裹垢、CaSO3包裹垢、粉塵垢及氟化鋁絡(luò)合物包裹垢和CaSO4、CaSO3及CaCO3垢等。石膏終產(chǎn)物濃度超過了漿液的吸收極限，石膏就會以晶體的形式開始沉積，當相對飽和濃度達到一定值時，石膏晶體將在懸浮液中已有的石膏晶體表面進行生長，當飽和度達到更高值時，就會形成晶核，同時，晶體也會在其它各種物體表面上(包括石灰石表面上)生長，導致吸收塔內(nèi)壁結(jié)垢，同時使石灰石利用率下降。如果吸收塔入口粉塵濃度超標，不僅使塔入口產(chǎn)生粉塵堆積，而且粉塵中的AL3+會與F-反應，生成氟化鋁絡(luò)合物，該絡(luò)合物對石灰石有包裹作用，使石灰石溶解度下降，并在塔內(nèi)沉降。運行中吸收塔漿液pH值劇烈變化，低pH值時，亞硫酸鹽溶解度急劇上升，硫酸鹽溶解度略有下降，會有石膏在很短時間內(nèi)大量產(chǎn)生并析出，產(chǎn)生CaSO4硬垢。pH值較高時，亞硫酸鹽溶解度降低，會產(chǎn)生CaSO3軟垢。在堿性條件下運行還會產(chǎn)生CaCO3硬垢。故在運行中手動調(diào)節(jié)時，一定要緩慢調(diào)節(jié)石灰石漿液的增減。

解決措施：

(1)采用強制氧化工藝，使氧化反應趨于完全，控制亞硫酸鈣的氧化率在95%以上，保持漿液中有足夠密度的石膏晶種。一般多采用羅次風機向吸收塔連續(xù)鼓入足夠的空氣進行氧化。

(2)嚴格除塵，提高電除塵效率，嚴防噴嘴堵塞及塔入口粉塵堆積。一般要求FGD入口粉塵濃度小于200mg/m3，塔噴淋母管上多用螺旋空心SiC耐磨防堵噴嘴。在塔入口煙道周圍安裝合金噴嘴，定時對塔入口進行沖洗。試驗證明：若煙氣中粉塵含量(干)持續(xù)超過400mg/m3，則脫硫效率下降1%～2%，并且石膏中的 CaSO4·2H2O含量降低，白度減少，影響品質(zhì)，更重要的是粉塵會造成脫硫塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴重堵塞與結(jié)垢。

(3)控制吸收液中水份蒸發(fā)速度和蒸發(fā)量，運行中控制溶液中石膏過飽和度最大不超過130%。及時將吸收塔內(nèi)密度高的塔漿液排向石膏脫水系統(tǒng)。塔內(nèi)漿液密度一般控制在1110-1180kg/m3范圍，具體數(shù)值由塔內(nèi)漿液池體積及脫硫工藝決定。

(4)控制塔溶液的pH值，尤其避免運行中pH值的急劇變化。在脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定后，石灰石漿液加入量、除霧器的沖洗時間調(diào)節(jié)投入自動運行。一般通過監(jiān)視塔漿液的pH值、液位、濃度等，及時自動調(diào)整除霧器的沖洗時間、塔液位、加入新鮮石灰石漿液量、塔漿液排出量等手段，可維持塔溶液的pH值在合適范圍(pH=5.2～5.6)并長期保持穩(wěn)定。

(5)啟動前向吸收塔中加入新鮮的的二水硫酸鈣或亞硫酸鈣晶種使塔內(nèi)濃度達4%～5%，通煙后加石灰石粉運行使塔漿液的含固量在12%以上即可開始排出石膏。長期停用后，再次啟動前要向吸收塔內(nèi)加入新鮮足夠的晶種。

(6)適當?shù)脑龃笠簹獗纫彩欠乐瓜到y(tǒng)結(jié)垢、堵塞的重要措施。缺點是系統(tǒng)電耗增加。

(7)確保吸收塔攪拌器的正常穩(wěn)定運行。確保所選機械密封良好并能實現(xiàn)在線更換，同時合理設(shè)計塔攪拌器的數(shù)量、大小、轉(zhuǎn)速及攪拌器軸與水平面及垂直面的安裝角度合理，使吸收塔內(nèi)攪拌動力足夠、塔內(nèi)漿液攪拌均勻、在運行中形成漿液由塔中心向外的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，確保塔中心及塔壁基本無結(jié)垢、堆積現(xiàn)象。目前攪拌器軸與水平面的安裝角度一般為7～10°，與垂直面的安裝角度一般為3～6°為宜。吸收塔攪拌器葉片下方塔壁處多加裝攪拌器啟動沖洗系統(tǒng)等。

(8)脫硫系統(tǒng)漿液管道及有關(guān)設(shè)備在停運后要及時進行排空并反沖洗，一般都應做在DCS邏輯中，有關(guān)設(shè)備停后自動反沖洗。吸收塔開塔后及時檢查并清理塔入口、塔底部、塔壁及各部位的輕微堆積物與結(jié)垢。

2 影響脫硫效率的因素分析

2.1 吸收液的pH值

煙氣中SO2與吸收塔漿液接觸后發(fā)生一些化學反應,高pH值的漿液環(huán)境有利于SO2的吸收，而低pH值則有助于Ca2+的析出，二者互相對立。pH值=6時，SO2吸收效果最佳，但此時易發(fā)生結(jié)垢，堵塞現(xiàn)象。而低的pH值有利于亞硫酸鈣的氧化，石灰石溶解度增加，卻使SO2的吸收受到抑制，脫硫效率大大降低，當pH=4時，SO2的吸收幾乎無法進行，且吸收液呈酸性，對設(shè)備也有腐蝕。具體pH值應在調(diào)試后得出，但一般pH在5.2～5.6之間。

2.2 液氣比及漿液循環(huán)量

液氣比增大，代表氣液接觸機率增加，脫硫效率增大。但SO2與吸收液有一個氣液平衡，液氣比超過16后，脫硫效率將不在增加。新鮮的石灰石漿液噴淋下來后與煙氣接觸后，SO2等氣體與石灰石的反應并不完全，需要不斷地循環(huán)反應，增加漿液的循環(huán)量，也就加大了CaCO3與SO2的接觸反應機會，從而提高了SO2的去除率。

2.3 煙氣與脫硫劑接觸時間

煙氣自氣-氣加熱器進入吸收塔后，自下而上流動，與噴淋而下的石灰石漿液霧滴接觸反應，接觸時間越長，反應進行得越完全。因此長期投運對應高位噴淋盤的循環(huán)泵，有利于煙氣和脫硫劑充分反應，相應的脫硫率也高。

2.4 石灰石粒度及純度

石灰石顆粒越細，其表面積越大，反應越充分，吸收速率越快，石灰石的利用率越高。一般要求為：90%通過325目篩或250目篩，石灰石純度一般要求為大于90%。

2.5 氧化空氣量

O2參與煙氣脫硫的化學過程，使HSO3-氧化為SO42-，隨著煙氣中O2含量的增加，CaSO4·2H2O的形成加快，脫硫率也呈上升趨勢。增加氧化風量可提高脫硫效率。

2.6 Cl-含量

Cl-在系統(tǒng)中主要以CaCl2形式存在，去除困難，影響脫硫效率，后續(xù)處理工藝復雜，在運行中應嚴格控制系統(tǒng)中Cl-含量在15000μL/L以內(nèi)。

2.7 煙氣溫度

進入吸收塔煙氣溫度越低，越利于SO2氣體溶于漿液，形成HSO3-。通常，將煙氣冷卻到60℃左右再進行吸收操作最為適宜，較高的吸收操作溫度，會使SO2的吸收效率降低。脫硫系統(tǒng)一般設(shè)計將塔入口煙溫控制在90～115℃，煙氣進入塔后進一步冷卻到50℃左右。

2.8 煙塵

原煙氣中的飛灰在一定程度上阻礙了SO2與脫硫劑的接觸，降低了石灰石中Ca2+的溶解速率，同時飛灰中不斷溶出的一些重金屬會抑制Ca2+與HSO3-的反應。煙氣中粉塵含量持續(xù)超過設(shè)計允許量，粉塵中的Al3+離子會與液相中的F+離子發(fā)生復雜的反應，生成氟化鋁絡(luò)合物，該絡(luò)合物對石灰石有包裹作用，使石灰石溶解度下降，塔內(nèi)漿液反應活性下降、脫硫率大大降低，噴頭及管道堵塞、后續(xù)工藝石膏脫水困難等一系列問題，一般要求FGD入口粉塵含量小于200mg/m3為宜。

3 結(jié)語

石灰石-石膏濕法脫硫(WFGD)是國內(nèi)應用最多的脫硫工藝，在實際應用中如果不能正確處理結(jié)垢、堵塞、腐蝕等問題，將達不到預期的脫硫效果,嚴重影響環(huán)境保護設(shè)施的運行及環(huán)保排放。提出的方法可基本解決濕法煙氣脫硫系統(tǒng)運行中的技術(shù)問題，使其脫硫效率達到設(shè)計及環(huán)保的各項要求。

參考文獻：

[1]王祥光.脫硫技術(shù)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2013.

[2]辛士林.關(guān)于石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)在實際中的應用[J].科技風,2012(22):116.

[3]鐘 秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程實例[M].北京:環(huán)境科學與工程出版社,2002.

[4]蔣文舉.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社2007.

[5]楊 融,馬曉麗.濕法脫硫系統(tǒng)GGH堵塞原因分析及改進措施[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(1):50-51.

[6]周跟來.電站鍋爐脫硫裝置及其控制技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2009.

[7]張國興.燃煤電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫影響因素的再研究[D].北京:華北電力大學,2006.

[8]楊 飏.煙氣脫硫脫硝凈化工程技術(shù)與設(shè)備[M].北京:化工工業(yè)出版社,2013.

[9]丘曉春,侯 峻,丁宇鳴.濕法煙氣脫硫漿液失效典型現(xiàn)象分析[J].電力科技與環(huán)保,2017,32(3):38-39.