濕法脫硫系統運行中存在的問題分析及處理建議

楊振明，黨志國，陳崇明，宋國升

(1.河北國華滄東發電有限責任公司，河北 滄州 061113；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

1 系統概況及存在的問題

某火電廠現裝有2×600 MW和2×660 MW共4臺燃煤發電機組，同步建設煙氣脫硫裝置，采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔(無GGH)。每期工程設置1套石灰石漿液制備系統、石膏脫水系統和廢水處理系統，事故漿液箱和廢水排放母管按照兩期工程公用考慮。脫硫系統上游均布置2臺雙室四電場靜電除塵器，脫硫系統主要設計參數如表1所示。

1-4號機組脫硫運行情況一直比較穩定，但是從2010年12月份以來，脫硫系統運行出現異常情況，主要表現為高負荷期間脫硫效率下降、漿液密度和Cl-濃度增加、石膏脫水困難等。針對上述情況，該文從對脫硫系統穩定運行影響較大的脫硫系統入口煙塵濃度、吸收塔氧化系統、漿液參數控制、脫硫系統負荷等方面進行分析，診斷造成脫硫系統運行異常的原因。

表1 某火電廠脫硫系統主要設計參數

2 脫硫系統異常原因分析

2.1 脫硫系統入口煙塵濃度

檢修發現1號機組電除塵器2、3電場部分收塵區存在虛接短路情況，造成二次參數較低，基本上處于無效收塵狀態；3號機組B除塵器由于3、4電場陰極螺旋線斷裂，造成后2級電場均不能正常收塵運行。采用煙塵測試儀測試1-3號脫硫系統入口煙塵濃度，結果分別為300～400 mg/m3、100～150 mg/m3、400～500 mg/m3。可以看出，由于1號和3號機組電除塵器處于非正常運行狀態，導致其脫硫系統入口煙塵濃度過高。一般來說煙氣中50%～75%的煙塵可被吸收塔洗滌吸收，被吸收的煙塵對脫硫系統的影響有以下幾方面[1-2]：煙塵中的F-和Al3+等易形成絡合物，這些絡合物將CaCO3包裹起來，最終導致吸收塔漿液中CaCO3過剩，石灰石活性降低，甚至出現pH無法上升的“石灰石屏蔽”現象；煙塵中的堿性物質如MgCO3、Fe2O3、Al2O3在進入吸收塔漿液后生成易溶的鎂、鐵、鋁鹽等，由于漿液的循環，這些鹽類將會逐步富集起來，增加大量的非Ca2+離子，弱化CaCO3在溶液體系中的溶解度和電離；煙塵中的二氧化硅難以研磨，進入吸收塔后導致循環泵等重要設備磨損，減小出力，從而降低液氣比。對于1號和3號機組，由于脫硫系統入口煙塵濃度過高，降低了石灰石的活性和溶解度，減緩了SO2與石灰石的反應速率，導致了脫硫系統效率下降。

2.2 吸收塔氧化系統

1-4號機組的氧化系統均采用攪拌器與空氣噴槍組合式。為了保證亞硫酸鹽充分氧化，吸收塔內部應保證足夠的氧化風量，在吸收塔內部均勻鼓泡。然而，3號機組吸收塔內2個氧化噴管先后斷裂，導致大量的空氣從氧化空氣母管直接進入漿液中。由于未有效將氧化空氣噴入至攪拌器壓力側打散，縮短了氧化空氣在漿液中的停留時間；缺少了攪拌器的切削作用，氧化空氣在漿液中的氣泡過大，減小了氧化空氣和漿液的接觸面積，最終導致亞硫酸鹽氧化不充分。另外，由于脫硫系統入口煙塵濃度增加，導致部分機組為保持一定的脫硫效率，只能提高pH值。2011年3月3日,1號和2號機組脫硫運行參數見表2。

表2 1-2號機組脫硫運行參數

由表2可知，1號機組在滿負荷情況下，漿液pH值控制比2號機組高了0.3。當pH增大時，亞硫酸鹽的溶解度隨之降低，減小了總的氧化反應速率。當氧化率降低時，漿液中亞硫酸鹽的濃度增大，造成石膏品質下降；亞硫酸鹽及其水合物會形成一種致密的針狀晶體，不易長大，且粒徑較小，容易堵塞濾布導致石膏脫水性能下降。

2.3 漿液參數控制

2011年3月1日,1-4號機組的運行參數吸收塔漿液密度和Cl-含量如表3所示。

表3 1-4號機組吸收塔漿液密度和Cl-含量

由表3可知，4臺機組的漿液密度過高，導致漿液質量濃度均高于吸收塔內設計質量濃度(10%～15%)。吸收塔漿液密度較低時，單位體積內吸收溶質較少，不利于吸收；但當密度過大時，不僅會影響吸收塔內晶體的粒徑分布狀況，惡化石膏脫水效果，而且容易出現石膏晶核，晶核會在異物的表面上積聚、生長，容易發生管道的結垢、堵塞現象。針對電廠脫硫系統實際情況，造成吸收塔漿液密度過高的主要原因為煙氣在吸收塔洗滌過程中除去的大量煙塵；為保持高pH值加入過剩的石灰石。1-4號機組的Cl-濃度均大于20 000 mg/L。漿液中的Cl-主要來源于煙氣中的HCl和煙塵中的氯化物，對脫硫系統的影響主要有以下幾方面：對石灰石的溶解有明顯的抑制作用，Cl-主要以CaCl2形式溶解于漿液中，Ca2+濃度的增加，因同離子效應將抑制CaCO3的溶解；Cl-還會增加液膜的黏性，影響SO2的物理吸收和化學吸收；Cl-濃度較高時還影響石膏的結晶，導致結晶缺陷，造成生成的石膏晶體不穩定，致使大石膏晶體在不飽和條件下溶解較快而生成大量的細小結晶體，造成脫水困難。吸收塔內Cl-濃度過高的主要原因在于吸收塔入口煙塵濃度過大，以及兩期工程公用1根廢水排放母管導致廢水排放量偏少。

2.4 脫硫系統負荷

該火電廠部分機組負荷在660 MW情況下，燃煤量遠超過設計值，直接導致進入吸收塔的煙氣量增加。由于煙氣量增加引起的煙氣流速增大造成煙氣在吸收塔中的停留時間縮短，導致部分煙氣不易被漿液吸收。由于循環漿液量不變，液氣比會隨著煙氣量的增大而減小，直接導致脫硫效率下降。因此，脫硫系統負荷增加也是造成脫硫系統無法穩定運行的原因。

3 結論及建議

綜合來講，1-4號機組脫硫系統出現問題，主要是吸收塔入口煙塵濃度過高、3號機組氧化噴管斷裂、漿液參數控制不合理和脫硫系統處理負荷增加造成的。由于每期工程的2臺機組公用石膏脫水系統和兩期工程公用事故漿液箱，1臺機組脫硫漿液出現問題往往會擴散到其他機組，造成其他機組的脫硫系統出現異常情況。針對電廠幾臺機組存在的問題，建議從以下幾方面進行改進。

a. 處理除塵器缺陷，合理調整電場運行參數，降低脫硫系統入口煙塵濃度，既可以避免對石灰石活性和溶解度產生不良影響，也可以有效降低吸收塔漿液密度，防止惡化吸收塔內部的結晶情況。

b. 處理3號機組氧化噴管斷裂缺陷，以保證在滿負荷情況下，亞硫酸鹽能夠被充分氧化，提高石膏脫水效果。

c. 增加1根廢水排放母管，加強廢水排放量，控制漿液中Cl-濃度在6 000～7 000 mg/L的范圍內，減少Cl-對石膏結晶和SO2吸收的不利影響。

d. 保證來煤品質適合鍋爐、除塵、脫硫系統，使燃煤量和煙氣量在設計值范圍之內。

參考文獻：

[1] 王福忠，牛永鋒，劉群坡.600 MW機組煙氣脫硫系統控制策略研究[J].廣西輕工業，2009，25(3):41-43.

[2] 周至祥，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊[M].北京：中國電力出版社，2006.