已建濕法煙氣脫硫系統中“石膏雨”的成因及解決措施

摘要：石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝的火力發電廠，在“濕煙囪”排放過程中易出現“石膏雨”現象。經過對“石膏雨”的成分和危害剖析以及“石膏雨”形成的原因分析，針對已建成的電廠，解決“石膏雨”的措施是提高凈煙氣溫度。

關鍵詞：濕法煙氣脫硫；石膏雨；凈煙氣溫度；蒸汽換熱器；三維內肋管式換熱器；二次熱風加熱裝置

在火力發電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統后，不采用氣-氣換熱器裝置，脫硫后凈煙氣直接從煙囪中排出，煙囪采取防腐處理，成為“濕煙囪”排放形式。

脫硫后排煙溫度較低，帶有飽和水的凈煙氣在煙囪爬升過程中，煙溫進一步降低，煙氣中部分水汽夾帶煙塵和漿液顆粒凝結形成冷凝液，易在高速氣流攜帶下沖出煙囪，同時若煙囪出口環境溫度、大氣壓低于出口排煙溫度、煙壓較大，排出煙囪外煙氣中的冷凝液，在重力作用下擴散減弱，以雨點的形式飄落在煙囪附近區域，這就是所謂的“石膏雨”現象。

1、“石膏雨”的成因分析

“石膏雨”產生的主要影響因素包括：凈煙氣溫度、煙氣流速、煙囪結構型式及防腐材質、脫硫裝置除霧器除霧效果、擴散條件（環境溫度及大氣壓）等。

1.1 凈煙氣溫度低是“石膏雨”形成的主要原因

吸收塔出口凈煙氣溫度一般在50℃左右，由于無再熱設備，凈煙氣在流經煙道和煙囪過程中，溫度有不同程度降低(通常溫度降低2℃左右)，凈煙氣中攜帶的飽和水蒸汽隨著煙溫降低冷凝并析出水滴。雖煙道和煙囪內設有冷凝液收集裝置，但煙囪內的冷凝液極易被高速流動的煙氣帶出而形成“石膏雨”。

經調查，凈煙氣經過再熱設備后，溫度超過70℃的電廠均未出現“石膏雨”現象。

1.2 煙氣流速高是“石膏雨”形成的重要原因

我國的煙囪設計規程中規定：煙囪內的煙氣流速一般控制在18～20m/s，歐美地區對濕煙囪設計流速規定：濕煙囪設計流速不宜超過15m/s。

煙氣流速低，煙囪中的冷凝液順著煙囪壁流下，在最低點收集。但煙氣流速過高，造成凝結水無法匯集到煙囪底部，煙氣中的灰、石膏和冷凝液隨煙氣帶出煙囪；當煙囪出口的煙氣擴散條件較差時，煙氣中夾帶的漂浮物降落在煙囪周邊的一定范圍內，產生“石膏雨”現象。

1.3 煙囪結構型式及防腐材質的選擇也是“石膏雨”形成的原因

火電廠一般采用直筒型煙囪，煙囪防腐層采用輕質泡沫玻化磚防腐，表面粗糙度大。當機組負荷較低時，煙氣流速低，煙氣攜帶的污染物易附著在防腐層表面，當機組負荷較高時，煙氣流速較快，附著在防腐層表面的污染物將隨煙氣帶出煙囪，成為石膏雨的組成部分。

1.4 其他因素對“石膏雨”形成的影響

除霧器除霧效果差，會增大“石膏雨”形成的可能性。通過除霧器通道的煙氣流速過高，除霧效果會大大的降低，易造成煙氣二次攜帶現象，煙氣中液滴濃度高，凈煙氣夾帶的石膏漿液較多，含有石膏的液滴被高速煙氣帶出煙囪則會形成“石膏雨”。

環境擴散條件影響著“石膏雨”的形成。當環境溫度低、氣壓低、相對濕度大，煙氣更容易過飽和，從而迅速在煙囪出口凝結成液滴，使得煙氣擴散范圍變小，在煙囪周邊形成“石膏雨”落下。尤其是冬季北方電廠，煙氣與環境溫差較大，“石膏雨”會加重。

2、“石膏雨”的成分及危害

2.1 “石膏雨”的成分

“石膏雨”的主要成分是水、煙塵和少量石膏漿液顆粒。以一電廠的“石膏雨”采樣測試，成分分析結果為：“石膏雨”中水分為87.37%，煙塵含量為11.50%，CaCO3含量為0.72%，MgCO3含量為0.38%， CaSO4含量為0.03%。

2.2 “石膏雨”的危害

2.2.1對居民生活、電廠生產的影響

連續的“石膏雨”將對周邊居民生活及電廠生產產生不良影響。“石膏雨”干燥后為灰白色泥點，若落在電廠周邊居民房頂和衣物上，清洗十分困難，嚴重地影響居民生活環境，引發居民對環境的投訴事件；若落在電廠汽車、建筑窗玻璃、設備外表面上，造成環境污染的同時，影響電廠安全文明生產。

2.2.2 對植被及農作物生長的影響

連續的“石膏雨”將對電廠周邊植物及農作物的生長產生不良影響。“石膏雨”落下后覆蓋在植被及農作物葉片表面，不僅破壞景觀，且阻礙了植物光合作用，影響植被及農作物的正常生長。

3、“石膏雨”的解決措施

對于已建成脫硫裝置的火力發電廠來說，當負荷一定時，煙囪中的煙氣流速固定。增加煙囪過流面積、降低流速的方案，工程量大，工期時間長，需要停機進行，因此，從經濟性方面來看，此方案不可行。

對于已建成脫硫裝置的電廠，主要解決“石膏雨”的措施是提高煙氣溫度，擴大煙氣的擴散面積，降低“石膏雨”的影響。

3.1 提高煙氣溫度的方法

方案一：增加蒸汽加熱器

在吸收塔除霧器上方或出口煙道內安裝蒸汽加熱器（SGH），利用高溫蒸汽加熱吸收塔出口的低溫凈煙氣，使凈煙氣溫度升高，以確保煙囪的入口煙氣溫度在70℃以上，減少冷凝液的析出。

方案二：采用三維內肋管式換熱器

利用原煙氣加熱凈煙氣，在吸收塔原煙道和凈煙道上加裝新型三維內肋管換熱器，解決常規RGGH腐蝕、泄漏等主要問題。吸收塔凈煙道不變，將原煙道適當改造。新型三維內肋管換熱器的換熱管立式布置，原煙氣自上而下經過三維內肋管，與管外的凈煙氣進行熱交換后直接進入吸收塔；凈煙氣水平進入三維內肋管換熱器的殼側，橫向掠過排換熱管束，吸收原煙氣放出的熱量，溫度由50℃左右升高到70℃以上。

方案三：采用二次熱風加熱裝置

利用鍋爐二次熱風的裕量，從空氣預熱器后二次風風道抽取二次熱風，直接注入脫硫系統出口煙道。在混合段內二次熱風與脫硫后凈煙氣混合加熱，提升凈煙氣溫度，提高煙囪排煙的抬升高度，同時減少煙道煙氣結露積酸，以此消除“石膏雨”的形成。

3.2 三種方案的對比

三種方案各有優劣，在造價、工期、運行費用等方面的對比如下表：

序號項目方案一方案二方案三

增加蒸汽加熱器采用三維內肋管式換熱器采用二次熱風加熱裝置

1方案優點技術成熟，有運行業績（出口煙道內安裝SGH）設備可靠性高，維護方便、費用低，漏風率低技術可靠，有運行業，投資低，運行維護量少、費用低

2方案缺點投資高，運行費用高，設備材質防腐要求高，有泄漏危險增加煙氣阻力，運行費用較高，設備材質要求耐磨防腐二次熱風裕量需要落實

3造價情況約1210萬元約1052萬元約960萬元

4施工工期長度約3個月約為6個月對機組發電的影響約30天，總工期約3個月

5運行費用約700萬元/年約600萬元/年約315萬元/年

6備注環保監測數據不真實，需要與當地環保局溝通進行修正

注：1.表中的數據，是以一臺300MW機組為例進行的估算。

2.運行費用的估算中，蒸汽按100元/噸，燃煤按300元/t，電費按0.3元/kWh，年運行小時數按5000h。

4、結語

“石膏雨”是石灰石-石膏濕法脫硫系統運行中的一個實際問題，需采取必要的技術措施進行解決。具體方法的采用，需要根據電廠運行的實際情況，結合經濟性、可靠性進行充分論證后決定。對于已建成脫硫裝置的電廠，提高煙氣溫度，擴大煙氣的擴散面積，以此降低“石膏雨”的影響，是一條經濟、可行之路。

參考文獻

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作者簡介：

周濤(1971)女，碩士，從事火力發電廠煙氣脫硫脫硝設計工作