百萬火電機組脫硫運行效率影響因素分析

張小建

(國能寧夏鴛鴦湖第一發(fā)電有限公司 寧夏銀川 750410)

近年來，隨著環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，同時燃煤價格不斷飆升，火電廠燃料成本水漲船高，很多電廠入不敷出。而高硫煤能夠在一定程度上降低燃料成本，燃燒高硫煤已成為常態(tài)化。但是燃燒高硫煤帶來的便是吸收塔效率低、環(huán)保超限隱患，因此保持較高的脫硫效率十分重要。

1 鴛鴦湖電廠百萬機組脫硫工藝介紹

國家能源集團寧夏鴛鴦湖發(fā)電有限公司安裝建設(shè)2×1 100 MW 超超臨界燃煤間接空冷汽輪發(fā)電機組。鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓直流爐，型號SG-3243/29.3-M7005，單爐膛、一次中間再熱、四角雙切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、全鋼構(gòu)架、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。設(shè)計入爐煤收到基硫1.49%。每臺爐配一套煙氣脫硫裝置。100%BMCR 工況下，在FGD 裝置SO2脫除率不小于99.16%（SO2入口濃度≤4 172 mg/Nm3，F(xiàn)GD 出口SO2濃度≤35 mg/Nm3）。

該工程脫硫系統(tǒng)設(shè)計采用美國B&W 公司的石灰石—石膏就地強制氧化濕法脫硫工藝。脫硫吸收劑為石灰石粉（細(xì)度≤250 目，篩余小于10%），裝有成品石灰石粉的罐車通過氣力卸料方式將粉卸入石灰石粉貯倉。落料至石灰石漿液箱通過加水?dāng)嚢柚瞥蓱腋{液，經(jīng)石灰石漿液輸送泵送至吸收塔；在吸收塔內(nèi)煙氣中的SO2與石灰石反應(yīng)后生成亞硫酸鈣，并就地強制氧化為石膏，石膏經(jīng)一、二級脫水處理后，作為副產(chǎn)品外售。吸收塔采用單回路噴淋塔設(shè)計，并將設(shè)置有氧化空氣管道的漿池直接布置在吸收塔下部，塔內(nèi)吸收段設(shè)置五層噴淋，均為標(biāo)準(zhǔn)噴淋層，塔上部設(shè)置三級屋脊式除霧器。塔內(nèi)煙氣入口上方設(shè)有兩層托盤，保證入塔煙氣均勻分布，提高吸收效率。該工藝技術(shù)經(jīng)廣泛應(yīng)用證明是十分成熟可靠的[1]。

石灰石濕法脫硫主要的化學(xué)反應(yīng)機理為石灰石法：SO2+CaCO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O+CO2。

2 鴛鴦湖電廠百萬機組脫硫存在的問題

自2019年投產(chǎn)以來，鴛鴦湖二期電廠兩臺百萬機組均出現(xiàn)不同程度的吸收塔效率低的問題，因環(huán)保指標(biāo)受限，被迫降負(fù)荷的情況時有發(fā)生，特別時在80%以上負(fù)荷運行期間，入爐煤硫份不得不限制在1.2%以下，極大地增加了燃料成本，同時還有環(huán)保超限的風(fēng)險。

3 影響脫硫效率的可能因素分析

（1）控制漿液的pH值，SO2溶解過程中會產(chǎn)生大量的氫離子，pH高有利于氫離子的吸收，也就有利于SO2的溶解，而低的pH 則有助于CaCO3的溶解，而吸收塔反應(yīng)都是在SO2、CaCO3的溶解前提下進(jìn)行的，所以pH過高、過低都會降低脫硫效率[2]。

（2）漿液循環(huán)泵出力低。漿液循環(huán)泵可能存在葉輪磨損或運行臺數(shù)少的情況，造成吸收塔漿液與煙氣接觸面積減少，吸收塔效率下降。

（3）吸收塔密度高，多因高負(fù)荷為保證環(huán)保指標(biāo)合格，不注意漿液的補給量而大量供漿。此時塔內(nèi)漿液以碳酸鈣為主，由于脫水困難，漿液中的硫酸鈣不斷增加，過多的硫酸鈣不僅抑制SO2的溶解，還會抑制CaCO3的溶解（被硫酸鹽包裹，不能與煙氣接觸），從而降低脫硫效率；同時漿液密度長期過高，或氧化風(fēng)量不足的情況下，漿液中的亞硫酸鈣很難被氧化成硫酸鈣，從而使?jié){液失去活性，這種情況只能通過添加石膏晶種或增加氧化風(fēng)量甚至置換漿液來調(diào)整[3]。

（4）供漿量過少或后繼反應(yīng)不及時且液位高，會因大量煙氣進(jìn)入吸收塔造成煙氣中的SO2溶于水后形成弱酸性，從而大大抑制SO2的溶解。另外，此時的漿液多半以半水亞硫酸鈣居多會使溶液中的硫酸鈣難以形成和脫水，為保證環(huán)保指標(biāo)，又大量供漿，而漿液中的半水亞硫酸鈣和不能脫水的硫酸鈣會阻止CaCO3和SO2的溶解吸收，使?jié){液活性大大降低，這種情況最為復(fù)雜和難以處理[4]。

（5）煙氣中的煙塵含量大或工藝水水質(zhì)差油、重金屬含量大，在漿液中形成一個穩(wěn)定的化合物，附著在石灰石顆粒表面，從而影響石灰石的溶解，漿液活性被破壞。

（6）另外就是吸收塔煙氣含硫份較高，石灰石粉品質(zhì)差、液位高等。

4 鴛鴦湖二期電廠脫硫效率低問題確認(rèn)

4.1 吸收塔漿液pH控制不當(dāng)造成漿液循環(huán)泵葉輪腐蝕嚴(yán)重

2020年初期，通過檢查脫硫效率低運行期間的參數(shù)來看，吸收塔漿液密度合格，并且存在供漿量大，脫水效果極差的情況，脫硫效率惡化極快，只能通過降低機組負(fù)荷，降低入爐煤硫份來控制。而且負(fù)荷降低后，吸收塔漿液pH直線上升，吸收塔出口SO2出現(xiàn)長期為0 的現(xiàn)象，長期不用供漿。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)吸收塔漿液pH不在設(shè)計值范圍內(nèi)，為控制機組在低負(fù)荷運行期間的出口SO2在10～35 mg/m3范圍內(nèi)，運行兩臺漿液循環(huán)泵的情況下，不得不降低吸收塔pH，通過降低吸收塔PH 值來控制出口SO2在一定范圍內(nèi)，pH 設(shè)計值為5.65，而通常低負(fù)荷控制4.0 左右，但是這種情況低負(fù)荷能夠滿足，在高負(fù)荷情況下，雖然增加供漿量，pH能夠上升至5.6左右，但是吸收塔效率仍然很低。檢查發(fā)現(xiàn)各漿液循環(huán)泵電流上升較大，且就地振動明顯，最終解體檢查發(fā)現(xiàn)，吸收塔漿液循環(huán)泵葉輪均存在不同程度的腐蝕現(xiàn)象。吸收塔漿液pH控制低，使得漿液循環(huán)泵葉輪腐蝕，漿液循環(huán)效果差，吸收塔效率低的原因找到。經(jīng)過對漿液循環(huán)泵葉輪逐一更換，同時控制吸收塔漿液密度不低于5.0，長期以來，漿液循環(huán)泵葉輪未再出現(xiàn)腐蝕情況[5]。

4.2 吸收塔氧化風(fēng)量不足

2021 年上半年，脫硫效率再次頻繁出現(xiàn)下降情況，因吸收塔效率低，多次降負(fù)荷運行。脫硫效率惡化期間，負(fù)荷均在800 MW以上，減負(fù)荷后吸收塔效率恢復(fù)正常，且同樣出現(xiàn)吸收塔出口SO2長時間為零的情況。對參數(shù)進(jìn)行全面檢查：漿液循環(huán)泵5臺運行已滿出力，入爐煤硫份在1.4%，未超過設(shè)計值；吸收塔漿液化驗密度1 110 mg/m3合格（1 080～1 120 kg/m3），pH在5.6（設(shè)計5.36～5.65）合格，漿液氯離子在15 000 mg/m3，未超出標(biāo)準(zhǔn)20 000 mg/m3，石灰石供漿密度在1 350 mg/m3正常，脫水皮帶機在脫硫效率惡化時同樣伴隨脫水效果差的情況，以上參數(shù)均為發(fā)現(xiàn)異常。最終檢查發(fā)現(xiàn)氧化風(fēng)量為40 000 m3/h，低于設(shè)計值46 500 m3/h，將氧化風(fēng)機入口調(diào)節(jié)門進(jìn)行檢修后，增大氧化風(fēng)量至46 500 m3/h 以上，再次增加機組負(fù)荷，同等工況下，吸收塔脫硫效率恢復(fù)正常。究其原因為氧化風(fēng)量不足，不能把生成的亞硫酸鈣氧化成石膏（CaSO4·2H2O），使得吸收塔漿液中的亞硫酸鈣不斷增加，漿液失去活性，吸收塔效率快速惡化。同時，由于吸收塔效率下降，運行人員為控制環(huán)保指標(biāo)不超限，不斷增加供漿量，漿液中的硫酸鈣不斷增加，進(jìn)一步加劇了吸收塔效率的下降。這也就解釋了為什么降負(fù)荷后吸收塔出口SO2長期為零的原因，減負(fù)荷后，氧化風(fēng)量足夠?qū)a(chǎn)生的亞硫酸鈣逐漸氧化成石膏，吸收塔漿液品質(zhì)不斷好轉(zhuǎn)，同時由于前期大量供漿，吸收塔漿液存有大量碳酸鈣，導(dǎo)致吸收塔出口SO2長期為零，直至漿液中的碳酸鈣消耗完畢[6-7]。

4.3 吸收塔漿液密度超限

2021年下半年自11月開始，鴛鴦湖二期電廠#3、#4 機組開始持續(xù)高負(fù)荷運行。負(fù)荷加至滿負(fù)荷后，吸收塔效率便出現(xiàn)惡化，降低機組負(fù)荷，并進(jìn)行倒?jié){操作，加大吸收塔漿液脫水，效果不明顯。只能將入爐煤硫份控制在1.0%以下，超過1.0%,脫硫效率立即下降。再次對參數(shù)進(jìn)行全面分析：漿液循環(huán)泵5 臺運行已滿出力，入爐煤硫份在1.2%，未超過設(shè)計值；吸收塔氧化風(fēng)量51 000 m3/h正常；pH在5.6（設(shè)計5.36～5.65）合格，漿液氯離子在17 000 mg/m3,未超出標(biāo)準(zhǔn)20 000 mg/m3,石灰石供漿密度在1 350 mg/m3正常，脫水皮帶機在脫硫效率惡化時同樣伴隨脫水效果差的情況，以上參數(shù)均未發(fā)現(xiàn)異常。最終檢查確認(rèn)吸收塔漿液化驗密度1 180 mg/m3不合格（1 080～1 120 kg/m3）。降低機組負(fù)荷運行，通知維護(hù)人員對脫水皮帶機進(jìn)行檢修更換濾布、更換旋流子磨損的沉沙嘴后，脫水皮帶機出力上升，漿液脫水力度增大，吸收塔漿液密度逐步下降至1 120 mg/m3，再次高負(fù)荷運行，入爐煤硫份1.49%設(shè)計值，脫硫效率良好，再未出現(xiàn)脫硫效率惡化的情況。究其原因，吸收塔漿液密度上升影響脫硫效率，漿液密度高時，漿液霧化效果差，煙氣與漿液接觸面減少，脫硫效率下降。同時漿液密度高，漿液中的亞硫酸氫鈣很難被氧化成硫酸鈣，漿液失去活性[8]。

5 鴛鴦湖二期電廠#3、#4機組現(xiàn)脫硫運行參數(shù)

圖2 為#4 機組在負(fù)荷990 MW 時吸收塔運行參數(shù)曲線。從表1、圖1、圖2可以看出，鴛鴦湖二期電廠#3、#4機組吸收塔運行效率完全在設(shè)計范圍內(nèi)，只要保證吸收塔漿液密度、pH、氧化風(fēng)量，則入爐煤硫份控制在設(shè)計值1.49%，可保證環(huán)保參數(shù)長期穩(wěn)定運行正常。

表1 鴛鴦湖二期電廠#3、#4機組現(xiàn)脫硫運行參數(shù)

圖1 #3機組在負(fù)荷960MW時吸收塔運行參數(shù)曲線

圖2 #4機組在負(fù)荷990MW時吸收塔運行參數(shù)曲線

6 結(jié)語

經(jīng)過近兩年鴛鴦湖電廠兩臺百萬機組出現(xiàn)脫硫效率低的問題，總結(jié)出影響吸收塔效率的關(guān)鍵因素有3點：吸收塔漿液pH、漿液密度、氧化風(fēng)量，鴛鴦湖兩臺機組控制好這3 個因素后，至今吸收塔效率再未出現(xiàn)惡化情況，甚至入爐煤硫份達(dá)到1.8%，也能夠滿足環(huán)保參數(shù)要求。但是保證以上參數(shù)正常，也需要設(shè)備維護(hù)以及運行參數(shù)調(diào)整，特別是脫水皮帶機脫水能力、脫硫廢水投運情況等。在運行調(diào)整方面也要注意發(fā)生吸收塔效率下降的時候，要及時分析原因，檢查各參數(shù)是否正常，逐步排查，確認(rèn)要因，然后進(jìn)行解決。