淺談百萬機(jī)組無 GGH 脫硫系統(tǒng)石膏雨的成因分析及抑制方案

楊光

摘? 要：在當(dāng)前國際形勢之下，在越來越嚴(yán)格的環(huán)保政策之下，環(huán)保要求只會(huì)越來越高。 “石膏雨”的問題在目前大多數(shù)采用石灰石-濕法脫硫的火力發(fā)電廠中均有不同程度的存 在，尤其是無 GGH 的系統(tǒng)更為普遍。 因此，如何在現(xiàn)有條件和設(shè)備下，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整和 改造，達(dá)到當(dāng)今的環(huán)保要求成為了我們的工作重點(diǎn)。本文以北疆發(fā)電廠（4*1000MW）的 脫硫系統(tǒng)為例，從運(yùn)行實(shí)際入手，分析了在不改變現(xiàn)有系統(tǒng)或投資不是很大的情況下， 抑制石膏雨現(xiàn)象的運(yùn)行控制方法及設(shè)備治理思路。

關(guān)鍵詞：石膏雨;北疆發(fā)電廠;運(yùn)行控制方法;設(shè)備治理

0. 引言

發(fā)電廠中，石灰石—石膏濕法脫硫設(shè)施，尤其是位于北方的百萬發(fā)電機(jī)組無 GGH 的? 脫硫系統(tǒng)，煙囪出口凈煙氣的溫度夏季大約在 50℃左右，冬季大約在 42℃， 這些凈煙氣? 最終通過煙囪，排入大氣，視覺上形成了 “濕煙囪”。 濕的凈煙氣在排出過程中，遇到? 高空冷空氣后部分冷凝，形成液滴。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行期間，煙氣會(huì)持續(xù)排放，若風(fēng)力不大，? 煙氣則不能及時(shí)消散，特別是遇到低氣壓或大氣擴(kuò)散條件不利時(shí)，這些煙氣中所攜帶的? 粉塵、液滴會(huì)迅速聚集在煙囪周圍， 由于受到重力而落到地面，形成凝膠狀、 附著力很? 強(qiáng)的酸性小液滴——“石膏雨”，對周邊環(huán)境產(chǎn)生危害，對相關(guān)金屬設(shè)備、機(jī)械造成腐? 蝕。雖然為了避免形成“石膏雨” ，在脫硫吸收塔出口設(shè)置了除霧器，而且能經(jīng)試驗(yàn)證? 明， 能保證出口煙氣攜帶霧滴小于 75mg/Nm3，但是實(shí)際情況下，煙囪出口仍有“石膏雨” 現(xiàn)象存在。

北疆發(fā)電廠目前擁有 4 臺(tái) 1000MW 燃煤發(fā)電機(jī)組，一期工程 2×1000MW 煙氣脫硫? （FGD）裝置，使用強(qiáng)制氧化的石灰石──石膏濕法脫硫工藝，采用兩級(jí)串塔，一級(jí)吸收 塔采用日本川崎技術(shù)逆流折返塔技術(shù)且取消煙氣旁路，二級(jí)吸收塔采用國電清新公司旋 匯耦合石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，具有均氣效果好、傳質(zhì)效率高的特點(diǎn)。系統(tǒng)無 GGH ，引風(fēng)機(jī)采用三位一體模式，二級(jí)塔出口布置有除霧器。設(shè)計(jì)除霧器出口攜帶霧滴 小于 75mg/Nm3。 整體的脫硫系統(tǒng)有以下分系統(tǒng)組成：1）煙氣系統(tǒng);2）二氧化硫吸收系 統(tǒng); 3）排空系統(tǒng);4）石灰石貯存及漿液制備系統(tǒng);5）石膏脫水系統(tǒng);6）工藝水及廢 水處理系統(tǒng);7）壓縮空氣系統(tǒng);

一期兩臺(tái)機(jī)組的兩級(jí)吸收塔共設(shè)置 6 臺(tái)漿液循環(huán)泵，一級(jí)吸收塔四臺(tái)，二級(jí)吸收塔 兩臺(tái)，各自對應(yīng)吸收塔的四層和兩層噴淋層。二期兩臺(tái)機(jī)組的兩級(jí)吸收塔共設(shè)置 6 臺(tái)漿 液循環(huán)泵，一級(jí)吸收塔三臺(tái)，二級(jí)吸收塔三臺(tái)。

一直以來， 因脫硫出口的煙氣溫度剛好小于水汽飽和溫度，? “石膏雨”現(xiàn)象時(shí)有發(fā) 生。經(jīng)過北疆電廠長期的運(yùn)行實(shí)踐進(jìn)行摸索，分析并研究出了在一定程度上能抑制 “石 膏雨” 的方法以及在投資不是很大的情況下，對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和治理的思路。

1.石膏雨形成因素

“石膏雨” ，既包含“石膏” ，又夾雜 “雨” 。? “石膏”指的是石膏漿液;? “雨”指的是煙氣中飽和水汽及攜帶的細(xì)小水霧滴在上升過程中不斷隨降溫而凝結(jié)，并降落在 煙囪附近的冷凝液滴。

1.1 煙氣攜帶石膏的形成

“石膏雨”主要是由于是煙氣中夾帶的石膏漿液在大氣風(fēng)力影響之下，飄落地面而形 成的。通過脫硫裝置凈煙氣中的石膏漿液，占大部分的來源是吸收塔噴淋層噴嘴噴出、 霧化后的細(xì)小液滴，石膏漿液經(jīng)噴嘴霧化后經(jīng)碰撞 ，會(huì)產(chǎn)生一些直徑在 15 μm 左右的小 霧滴。這些霧滴經(jīng)過除霧器后，一般情況下，都是直徑大于 22 μm 的霧滴，經(jīng)過除霧器 后的去除率為 99.99%，然而隨著霧滴直徑的減小，15 至 22 μm 的霧滴，經(jīng)除霧器后去除 率為 50%，而 15 μm 以下的霧滴基本無法攔截。而且當(dāng)煙氣實(shí)際的流速超過了除霧器設(shè) 計(jì)值時(shí)， 除霧效果會(huì)大大降低， 以至于失效， 除霧器甚至?xí)l(fā)生二次攜帶現(xiàn)象，形成凈 煙氣中帶漿現(xiàn)象。這些現(xiàn)象導(dǎo)致了煙氣中攜帶了石膏，進(jìn)而形成了“石膏雨”。

1.2? “雨”的形成

“雨”，即脫硫吸收塔后的凈煙氣通過煙囪排出后，攜帶水汽及水霧形成的冷凝液滴， 是由于煙氣排放過程中在高空大氣作用下，溫度下降、煙氣溫度與環(huán)境溫度溫差、大氣 普遍環(huán)境、煙囪的內(nèi)表面設(shè)計(jì)等原因造成。煙氣中的水汽，在天空中已達(dá)到過飽和狀態(tài)， 遇冷凝結(jié)后，落至地面。

2.影響煙氣攜帶量及石膏雨量大小的因素

“石膏雨”的形成與多方面的因素有關(guān)，主要包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)煙溫、大氣平均溫度、除 霧器的除霧效果、脫硫吸收塔的設(shè)計(jì)、運(yùn)行方式等。

2.1 凈煙氣的溫度

凈煙氣溫度高，則“石膏雨”現(xiàn)象不明顯，煙溫越低，? “石膏雨”形成趨勢越明顯。 脫硫煙氣系統(tǒng)設(shè)備尤其是防腐層、除霧器的耐承受溫度以及鍋爐運(yùn)行方式，決定的了煙 溫的運(yùn)行控制，這些在設(shè)計(jì)之初就有體現(xiàn)，平時(shí)調(diào)整裕度不大。

2.2 除霧器的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式

目前市面上先進(jìn)的除霧器有， 屋脊式“Z”型、管式等，其運(yùn)行過程中各有優(yōu)缺點(diǎn)， 除霧效果與設(shè)備維護(hù)及運(yùn)行方式有很大關(guān)系。 除霧器表面會(huì)殘留漿液，而其中所含的物 質(zhì)，會(huì)引起結(jié)垢。若這些污垢不能及時(shí)沖洗下去，則會(huì)導(dǎo)致除霧器堵塞。尤其是，一旦 除霧器發(fā)生了堵塞，會(huì)導(dǎo)致煙氣流通不均勻或者偏流， 大大降低了除霧效果， 更增加了 石膏雨的生成概率。

除霧器由兩部分組成： 除霧器本體和沖洗系統(tǒng)。除霧器本體由除霧器葉片，卡具， 支架等按一定的結(jié)構(gòu)形成組裝而成，其中葉片是除霧器最基本，最重要的元件，除霧器 葉片由高分子材料 PP（阻燃型）制作。

為了防止除霧器的堵塞，沖洗時(shí)間間隔需優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)最短時(shí)間沖洗，制定時(shí)間 間隔，最短的時(shí)間間隔取決于吸收塔液位，如果吸收塔液位較低，可將時(shí)間間隔調(diào)短， 如果吸收塔液位教高，可將時(shí)間間隔調(diào)長，但除霧器的沖洗周期不能超過兩個(gè)小時(shí)。除 霧器的沖洗一是滿足自身的要求，另外考慮吸收塔液位要求。除霧器沖洗中注意吸收塔 液位，防止吸收塔溢流， 同時(shí)注意沖洗水壓力和流量，如果沖洗水壓力和流量小于規(guī)定 值，將使沖洗效果大大降低。另外，為了使除霧器安全高效運(yùn)行，值班員要按照規(guī)程規(guī) 定做到以下幾點(diǎn)： 1）除霧器清洗不充分將引起結(jié)垢，這從壓降升高得到判斷， 因此運(yùn) 行人員應(yīng)密切注意除霧器的壓差。2）嚴(yán)格脫硫啟停操作來操作除霧器的動(dòng)作，如脫硫 啟動(dòng)時(shí)，漿液循環(huán)泵未啟動(dòng)，禁止向吸收塔引入熱煙氣。

2.3 煙氣的流速

當(dāng)煙氣流速較低，凈煙氣中所攜帶的霧滴基本無法被除霧器消除;當(dāng)煙氣流速較高， 超過了設(shè)計(jì)值， 將會(huì)導(dǎo)致除霧器未在有效區(qū)間運(yùn)行，若煙氣流速較大， 除霧器還會(huì)發(fā)生 二次攜帶情況，大量的石膏漿液隨煙氣進(jìn)入煙囪，甚至?xí)l(fā)生凈煙氣中帶漿現(xiàn)象。一旦 發(fā)生凈煙氣帶漿現(xiàn)象，更會(huì)導(dǎo)致“石膏雨”的現(xiàn)象加重。

2.4 運(yùn)行方式

主要有除霧器的沖洗方式優(yōu)化、煙溫控制策略等等。在運(yùn)行過程中，控制不當(dāng)將造 成除霧器因堵塞而偏流，進(jìn)而使得局部流速過高 ，和局部流速過低，直接影響液滴捕集 效果，加劇了“石膏雨”現(xiàn)象的形成。

3.北疆電廠石膏雨及除霧器的現(xiàn)狀

“石膏雨” 問題，是石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng)普遍面臨的一道環(huán)保課題，對于有 GGH 的系統(tǒng)，“石膏雨”現(xiàn)象不明顯，因?yàn)閮魺煔馀欧艤囟容^高，煙氣中的水汽未達(dá)到 飽和值，在正常大氣的擴(kuò)散情況下，煙氣已完全擴(kuò)散;對于北疆電廠而言無 GGH，脫硫 出口煙溫一般在 50℃左右，冬季則大約 42℃ ，“石膏雨”現(xiàn)象較為明顯。同時(shí)凈煙氣在 通過鍋爐尾部煙道和通過煙囪過程中， 因沿程散熱損失，溫度會(huì)略微降低（大約降低? 1～2℃） ，流速也會(huì)下降，更加劇了“石膏雨”形成。

北疆電廠的除霧器設(shè)計(jì)值為出口攜帶量 75mg/Nm3，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)補(bǔ)水損失 94.3% 。 目前，在夏季石膏雨現(xiàn)象不甚明顯;在冬季，廠區(qū)有一定體現(xiàn)。目前已經(jīng)按照除霧器廠 家的建議， 除霧器的運(yùn)行沖洗較為完善。最近一次解體，其內(nèi)部有少量結(jié)垢，如下圖：

上圖表明：? “迎風(fēng)面”即第一級(jí)除霧器面向煙氣側(cè)的邊界處葉片積垢較多，造成此 處煙氣流速相對較小，伴隨著其他未積垢或積垢較少處煙氣流速較高，降低了除霧效果。 4.基于現(xiàn)有基礎(chǔ)石膏雨抑制即除霧效果提效方案及小規(guī)模設(shè)備技改、治理思 路

根據(jù)石膏雨的成因，基于現(xiàn)有基礎(chǔ)，不進(jìn)行大的系統(tǒng)改造或投資不是很多的前提下， 經(jīng)現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)踐摸索、調(diào)研、分析，有如下抑制石膏雨的方案：

4.1 優(yōu)化除霧器沖洗的運(yùn)行方式，提升除霧效果

1 、自動(dòng)沖洗：啟動(dòng)沖洗命令后，啟動(dòng)除霧器沖洗水泵，每層各沖洗閥門將按照設(shè)定 時(shí)序進(jìn)行沖洗。 1）? 啟動(dòng)一級(jí)吸收塔除霧器沖洗步序;2）? 啟動(dòng)二級(jí)吸收塔下層除霧器 沖洗步序;3）? 啟動(dòng)二級(jí)吸收塔上層除霧器沖洗步序。每小時(shí)按上述步序進(jìn)行一次沖洗。

2 、? 手動(dòng)沖洗：啟動(dòng)除霧器沖洗水泵，對各層進(jìn)行手動(dòng)沖洗。沖洗時(shí)，保證沖洗時(shí) 間、流量及壓力，保證塔體沖洗平臺(tái)壓力 0.2Mpa? 以上，嚴(yán)禁同時(shí)開啟兩個(gè)沖洗門;手 動(dòng)沖洗結(jié)束后，要及時(shí)關(guān)閉沖洗水閥，停運(yùn)除霧器沖洗水泵，并將除霧器沖洗系統(tǒng)投入 自動(dòng)運(yùn)行。

兩級(jí)除霧器，包含四級(jí)沖洗，每級(jí)沖洗采用 7 個(gè)沖洗門 自動(dòng)控制。將除霧器沖洗運(yùn) 行方式改變，對除霧器上游（煙氣流向上） 的沖洗按照迎風(fēng)面煙氣流速的不同而進(jìn)行差 異化沖洗， 即增大邊緣側(cè)的沖洗量、增大邊緣側(cè)的沖洗時(shí)間，簡單總結(jié)即是：之前是每級(jí) 7 個(gè)沖洗支路依次沖洗各 1 分鐘，變?yōu)槊考?jí)兩端的兩個(gè)氣動(dòng)門加強(qiáng)沖洗且仍依次進(jìn)行; 同時(shí)，制定措施定期啟第二臺(tái)沖洗泵，強(qiáng)化沖洗效果。

此方式已定期投入使用，對于抑制除霧器局部結(jié)垢（除霧器差壓）和抑制石膏雨有 一定幫助。實(shí)測數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)效果表明：? （1）隨著負(fù)荷的逐漸升高，除霧器的差壓會(huì)逐漸變大;

（2）除霧器差壓變大后，檢測到霧滴攜帶量同樣會(huì)變大;

（3）進(jìn)行差異化沖洗即邊界區(qū)域加強(qiáng)沖洗，差壓有緩解，霧滴攜帶量逐漸減小。

經(jīng)過連續(xù) 3 天的沖洗實(shí)驗(yàn)，煙囪附近及周圍未見過“小白點(diǎn)”即“石膏雨”現(xiàn)象。

4.2 運(yùn)行控制方面，減少脫硫塔最頂層噴淋的運(yùn)行

煙氣在穿越最頂層噴淋后溫度最低、飽和水汽量和漿液攜帶量最大， 因此，在保證 環(huán)保排放指標(biāo)達(dá)標(biāo)的前提下，盡量降低上層漿液循環(huán)泵的運(yùn)行時(shí)間和次數(shù)。

4.3 優(yōu)化除霧器沖洗噴嘴的布置

此措施對系統(tǒng)改動(dòng)量比較小， 主要是將除霧器沖洗水噴嘴由之前的均勻布置改為中 部噴嘴比較均勻、邊緣噴嘴比較密集的方式，提升邊緣結(jié)垢處的沖洗面積和效果，抑制 因部分污堵造成的除霧器偏流，從而在一定程度上抑制石膏雨。

4.4 縮小葉片的間距 ，提升除霧效果

除霧器的葉片，每片之間間距在大約 20? 至 50mm ，北疆電廠除霧器的葉片間距為 30mm ，因此建議可以將葉片間距改為 15～20mm，可提升除霧效果，減少霧滴攜帶， 限 制“石膏雨”現(xiàn)象。當(dāng)然， 除霧器的重量、沖洗水量、風(fēng)煙阻力及電耗相應(yīng)改變，應(yīng)合 理平衡以上這四個(gè)參數(shù)。目前，許多進(jìn)口除霧器（例如我廠所選廠家）均開始縮小葉片 間距來提高除霧效果，設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該多向此方面考慮。

4.5 除霧器根據(jù)煙氣流速場的不同采取除霧器模塊優(yōu)化布置

目前很多除霧器運(yùn)行時(shí)無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求、除霧器出口的液滴攜帶量超設(shè)計(jì)值，就 是因?yàn)槌F器內(nèi)煙氣流速不均、流速過高處攜帶量大。我廠的除霧器由于塔外煙道布置， 其入口無均流裝置，導(dǎo)致煙氣從塔體垂直 90°轉(zhuǎn)向水平煙道時(shí)，內(nèi)側(cè)流速高，外側(cè)流速 低。因此可結(jié)合運(yùn)用差異化布置除霧器模塊的方案，在流速高區(qū)域設(shè)置更小葉片間距的 除霧器， 以提升除霧效果。

4.6 采用熱水沖洗除霧器，提高煙溫，緩解石膏雨（廣東電科院實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目）

保證熱水溫度低于除霧器的耐受溫度（我廠為 81°） ，采用熱水沖洗， 實(shí)驗(yàn)證明， 除霧器附著污垢的溶解性隨著水溫的升高而提高。按此方案，可提高除霧器出口煙溫平均 8°左右，液滴攜帶量明顯減少。

4.7 增加一級(jí)管式除霧器

管式除霧器的最大優(yōu)勢，就是可將經(jīng)過屋脊式除霧器后煙氣中仍攜有的微小液滴除 去，搭配原有除霧器后，可將除霧器出口漿液攜帶量由 75mg/m3降至 50mg/m3左右，初 步估計(jì)設(shè)備的靜態(tài)投資，大約 100 萬。

5.結(jié)語

在當(dāng)前國際形勢之下， 在越來越嚴(yán)格的環(huán)保政策之下， 環(huán)保要求只會(huì)越來越高。

因此，如何在現(xiàn)有條件和設(shè)備下，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整和改造，達(dá)到當(dāng)今的環(huán)保要求成為了 我們的工作重點(diǎn)。 本文意在拋磚引玉，在我的工作單位北疆電廠通過一定的實(shí)踐，利 用檢修期間的設(shè)備檢查，利用運(yùn)行人員的操作經(jīng)驗(yàn)， 結(jié)合電科院的試驗(yàn)， 對現(xiàn)有設(shè)備 進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整和設(shè)計(jì)，一定程度上抑制了“石膏雨”現(xiàn)象，但也無法做到根治。但 是愈發(fā)嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)超出了早年環(huán)保設(shè)備的設(shè)計(jì)處理能力， 欲從根本上根治石膏雨 現(xiàn)象，還需各位同仁不斷的努力，不斷的相互借鑒。 我相信， 隨著環(huán)保要求的提高， 脫硫系統(tǒng)的煙氣治理會(huì)得到越來越多人的重視，而隨著技術(shù)水平的逐漸進(jìn)步， 煙氣治 理領(lǐng)域會(huì)逐步優(yōu)化，而結(jié)果也會(huì)越來越好。

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