電廠煙氣脫硫吸收塔漿液氯離子濃度異常分析及調(diào)控措施

陽城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司 王慧卿

1 基本現(xiàn)狀

石灰石-石膏濕法脫硫工藝因其技術(shù)成熟、脫硫效果好、脫硫吸收劑價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，已在全國(guó)大部分火電企業(yè)脫硫系統(tǒng)中應(yīng)用[1]。盡管石灰石-石膏濕法脫硫工藝已被廣泛采用，并且給電廠帶來不錯(cuò)的環(huán)保上的效益，但脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行和脫硫效率受到很多因素的制約，并且這些因素之間有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。例如，當(dāng)吸收塔漿液Cl－含量升高時(shí)，首先會(huì)降低脫硫吸收劑的溶解，進(jìn)而影響硫化物的吸收，抑制脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致脫硫效率下降；其次Cl－含量升高，會(huì)增大漿液的腐蝕性，損壞吸收塔內(nèi)部設(shè)備（管道、塔體等）[2]；另外Cl－含量升高，會(huì)影響石膏的脫水性能，最終導(dǎo)致石膏品質(zhì)變差[3]。本文以某電廠4×350MW 脫硫系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況為例，分析吸收塔漿液Cl－含量升高的可能原因及Cl－來源，并通過數(shù)值計(jì)算，得出導(dǎo)致Cl－濃度增大的具體原因，最終給出相應(yīng)調(diào)整措施，為脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供理論基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)運(yùn)行情況及存在的問題

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行情況

某電廠350MW 機(jī)組脫硫系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)組脫硫裝置吸收塔直徑為14.6m，高度為45.4m，設(shè)計(jì)脫硫效率不小于99.4%，出口濃度控制在35mg/m3以下，達(dá)到污染物超低排放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，吸收塔入口SO2（干態(tài)，6%氧量，標(biāo)態(tài)）為5500mg/m3。入口煙氣中Cl 元素的含量大約為22mg/m3，石膏清洗水耗量≤10t/h，工藝水耗量≤95t/h，石灰石耗量≤13.6t/h，煙氣出口Cl－含量<1mg/m3，吸收塔漿液中Cl－含量一般不應(yīng)超過控制指標(biāo)20000mg/L，其他各項(xiàng)指標(biāo)也應(yīng)在合理范圍之內(nèi)。日常運(yùn)行過程中，吸收塔漿液主要檢測(cè)項(xiàng)目及控制指標(biāo)[4]見表1。

表1 吸收塔漿液主要檢測(cè)項(xiàng)目及控制指標(biāo)

2.2 存在的問題

自2022 年1月以來，電廠開始出現(xiàn)脫硫效率降低、石膏中CaCO3含量增大等問題。為了探明緣由，每隔一段時(shí)間對(duì)機(jī)組吸收塔漿液中Cl－含量展開檢測(cè)，漿液Cl－含量變化曲線如圖1所示。

由圖1 中可知，從2022 年1月開始，脫硫漿液Cl－含量呈快速上漲趨勢(shì)，中期達(dá)到20000mg/L 以上。2月漿液Cl－含量繼續(xù)增大，長(zhǎng)期維持在30000mg/L 以上，最大值達(dá)到44869mg/L，嚴(yán)重超過了20000mg/L的控制指標(biāo)。

圖1 漿液Cl－含量變化曲線

經(jīng)過初步分析，得出脫硫吸收塔漿液Cl－含量過高的幾點(diǎn)可能原因：一是補(bǔ)水Cl－含量過高，其最大含量可為1000mg/L，若使用了Cl－含量較大的水源進(jìn)行補(bǔ)水，則可能會(huì)導(dǎo)致漿液Cl－含量迅速增大；二是脫硫系統(tǒng)廢水排量較小，機(jī)組運(yùn)行時(shí)設(shè)計(jì)廢水處理量在480t上下，實(shí)際每天廢水處理量?jī)H為200t，平均排量為8.3t/h，遠(yuǎn)小于設(shè)定值。為保證機(jī)組正常運(yùn)行，決定采取現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整的方式對(duì)漿液Cl－含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，方法是降低脫硫補(bǔ)水水源中Cl－含量，使其維持在一個(gè)較低的水平；增加脫硫系統(tǒng)廢水排量，由原先200t提升至每日350t以上。通過采取上述調(diào)整方式，脫硫吸收塔漿液Cl－含量降低到32000mg/L左右，即恢復(fù)至1月份水平，但仍然過高，需要進(jìn)一步查明具體原因。

3 原因排查及分析

3.1 主要化驗(yàn)及分析

石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)氯化物來源有三個(gè)渠道，分別是脫硫吸收劑、補(bǔ)充水和煤，脫硫系統(tǒng)Cl流向如圖2所示。

圖2 脫硫系統(tǒng)Cl流向

脫硫吸收劑中Cl－含量通常為0.01%[5]，脫硫工藝水中Cl－含量通常大約為150mg/L，而機(jī)組的脫硫系統(tǒng)中大部分Cl 來自入口煙氣中的HCl，其主要是設(shè)計(jì)煤種中含Cl 含量高導(dǎo)致的。國(guó)內(nèi)煤中含Cl 含量普遍在0.1%上下，少部分煤含Cl 含量在0.2%～0.35%之間，個(gè)別高灰分煤含Cl 含量最高達(dá)0.4%。Cl 在煤中大多是以和其他金屬離子結(jié)合的形式存在，如CaCl2、NaCl、MgCl2、KCl等。因此，脫硫吸收塔漿液Cl－主要來源于補(bǔ)充水與設(shè)計(jì)煤。

取少量設(shè)計(jì)煤種進(jìn)行化驗(yàn)分析，得出干煤中Cl－含量幾乎為0，而濕煤中Cl－含量達(dá)到5.5%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)濕煤中的Cl－含量升高的原因是煤中添加了防凍液。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)用煤和工藝水分別對(duì)漿液氯離子的影響

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)用煤對(duì)脫硫氯離子的影響

經(jīng)過向負(fù)責(zé)人員了解，設(shè)計(jì)煤種中的防凍液主要成分是MgCl2和CaCl2，摻有防凍液的煤種在1月份開始投入使用，且平均每1000t 設(shè)計(jì)煤中摻有防凍液10t。為了定量研究設(shè)計(jì)用煤對(duì)脫硫漿液Cl－含量的影響，展開以下研究。

一是含量檢測(cè)。2月28日，取少量防凍液分析化驗(yàn)，檢測(cè)其中各離子含量，Cl－含量大約為280000mg/L， Ca2+含量大約為180000mg/L，Mg2+含量大約為110600mg/L。

二是防凍液中Cl－化學(xué)燃燒試驗(yàn)。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，得知在高溫條件下，CaCl2會(huì)發(fā)生兩種化學(xué)反應(yīng)如下所示。

CaCl2與O2的化學(xué)反應(yīng)如式（1）所示：

上述反應(yīng)發(fā)生較少，通常情況下可以忽略不計(jì)。

CaCl2與H2O的化學(xué)反應(yīng)如式（2）所示：

這種反應(yīng)非?；顫?，基本遇水就會(huì)發(fā)生反應(yīng)，生成HCl。進(jìn)入脫硫塔漿液中的煙氣溫度一般大于130℃，煙氣濕度大約為10%，較好地符合式（2）的反應(yīng)條件，使氯元素以氯化物的形態(tài)進(jìn)入脫硫塔漿液中。

三是煤煙氣中Cl－的定量計(jì)算。查閱有關(guān)資料得知，煤燃燒后Cl－析出質(zhì)量損失值為3%，即煙煤氣中Cl－的質(zhì)量為原來煤中的97%。4臺(tái)350MW機(jī)組設(shè)計(jì)燃煤量為16000t/天，防凍液用量為160t 左右，其密度大約為1.263t/m3。

根據(jù)數(shù)值，可以計(jì)算煙氣中Cl－質(zhì)量。防凍液用量體積。一天燃煤中，防凍液用量體積值約為 160t/1.263t/m3≈126.683m3， 即體積值為126683L。Cl－析出質(zhì)量，一天燃煤中，Cl－析出質(zhì)量大約為126683L×280000mg/L≈3.5471×1010mg，即35.471t。煙氣中Cl－質(zhì)量，每天燃煤中，煤煙氣中含有的Cl－質(zhì)量大約為35.471×97%=34.41t。

四是脫硫塔漿液煙氣Cl－含量計(jì)算。電廠使用除塵器進(jìn)行除塵，脫硫過程為石灰石-石膏濕法脫硫工藝。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，煤煙氣經(jīng)除塵器處理后，97%的Cl－被除去，僅有3%進(jìn)入脫硫塔漿液中，Cl－在脫硫塔漿液中吸收率大約為90%。因此每天燃煤中，煙氣融入漿液中的Cl－質(zhì)量大約為0.929t。4 臺(tái)燃煤機(jī)組的漿液總質(zhì)量為11000t，密度為1.1t/L， 故煙氣一天融入漿液中Cl－含量為93mg/L。

3.2.2 工藝水對(duì)脫硫氯離子的影響

脫硫工藝水Cl－含量檢測(cè)數(shù)值見表2。表2 中為2022 年2月至5月脫硫工藝水Cl－含量檢測(cè)數(shù)值。根據(jù)表中測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算得出Cl－平均含量為151mg/L，脫硫系統(tǒng)每天補(bǔ)水的質(zhì)量為3400t，則脫硫漿液中由工藝水引起的Cl－含量變化為(3400m3×1.1t/L×151mg/L)/(11000m3×1.03t/L)=50mg/L。因此工藝水一天融入漿液中Cl－含量大約為50mg/L。

表2 脫硫工藝水Cl－含量檢測(cè)數(shù)值

3.2.3 總結(jié)

根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果，得出脫硫塔漿液中Cl－含量大約有35%是由工藝水引入的，約65%是由設(shè)計(jì)煤引入的。

4 結(jié)語

脫硫吸收塔漿液Cl－含量增大主要有兩個(gè)原因，一是設(shè)計(jì)煤中摻有高濃度Cl－的防凍液，二是工藝水處理再生頻繁，再生廢除水補(bǔ)充至漿液中。

建議采取以下措施來降低漿液Cl－的濃度。

一是盡可能減少或不使用防凍液。若必須摻加，則應(yīng)降低防凍液中Cl－濃度，或使用其他產(chǎn)品代替。

二是維持工藝水中Cl－含量穩(wěn)定，使其保持在150mg/L以下。當(dāng)廢水用于工藝水時(shí)，在引入漿液中前，應(yīng)先進(jìn)行水質(zhì)平衡處理。例如，廢水經(jīng)精處理系統(tǒng)后，在儲(chǔ)蓄池儲(chǔ)存靜置，等到和其他低濃度Cl－補(bǔ)充水或反滲透濃排水融合后，再引入脫硫吸收塔漿液中。

三是在石膏未完全處理前，不投入多余石膏清洗水，盡可能使成品石膏Cl含量增大。

四是循環(huán)利用脫硫廢水。擴(kuò)大拌灰、拌渣的用量，力爭(zhēng)將脫硫廢水做到零排放。

通過采取上述措施，工藝水中Cl－含量維持在80～150mg/L 的穩(wěn)定水平，設(shè)計(jì)煤中防凍液的用量也開始緩慢減小，吸收塔漿液中Cl－含量也呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。由此，未來碰到漿液Cl－含量異常的問題，可以借鑒論文中的分析方法查找具體原因并采取有效解決措施，使吸收塔漿液Cl－含量控制在指標(biāo)范圍內(nèi)，以此保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。