濕法脫硫系統(tǒng)運行異常原因分析及處理措施

杜栓成，戚 浩

(西柏坡發(fā)電有限責任公司，石家莊 050400)

1 概況

西柏坡發(fā)電有限責任公司一、二期4臺300 MW機組脫硫系統(tǒng)均采用魯奇比曉夫的石灰石-石膏濕法脫硫工藝技術(shù)，吸收塔設(shè)計形式均為噴淋塔，主要設(shè)計參數(shù)見表1。運行中，機組脫硫系統(tǒng)運行狀況均已惡化，導致脫硫效率低，吸收塔漿液pH值約為5.8，吸收塔漿液氧化效果差，石灰石含量嚴重過剩，并經(jīng)常出現(xiàn)石灰石包裹和封閉現(xiàn)象，石膏中碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)為10%、亞硫酸鈣質(zhì)量分數(shù)為2.5%，石膏純度僅為80%，漿液品質(zhì)惡化嚴重，脫硫效率為85%左右，脫硫系統(tǒng)出口煙氣中液滴質(zhì)量分數(shù)高，石膏酸雨現(xiàn)象嚴重，脫硫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行已經(jīng)被破壞。以下分析系統(tǒng)運行異常的原因，并提出相應(yīng)處理措施。

表1 脫硫系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)

設(shè)計參數(shù)一期二期FGD入口煙氣量/(m3·h-1)1 021 3201 159 907FGD入口SO2質(zhì)量濃度/(mg·m-3)4 5864 050循環(huán)漿液停留時間/min4.64.6煙氣塔內(nèi)停留時間/s4.53.8鈣硫比1.031.03液氣比15.615.9漿液攪拌方式脈沖懸浮脈沖懸浮設(shè)計脫硫效率/%9595

2 運行異常原因分析

2.1 CEMS系統(tǒng)設(shè)計缺陷

FGD系統(tǒng)入口CEMS未設(shè)計反吹裝置，實際運行時，采樣管線逐漸堵塞，造成抽取氣體流量慢慢降低，測量結(jié)果與實際值相比明顯偏低，直接造成運行調(diào)整時的數(shù)據(jù)依據(jù)錯誤。

2.2 供漿方式存在缺陷

石灰石漿液供給系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥門均已損壞，只能靠啟停漿液泵來間斷供漿，且啟動漿液泵時的供漿量達到了50 m3/h。供漿管路的入塔位置就在循環(huán)泵入口的正上方約1 m處，這種供漿方式會使新入塔的石灰石漿液還未與塔內(nèi)原有漿液混合便直接被循環(huán)泵抽至噴淋層，對SO2的吸收和塔內(nèi)漿液的品質(zhì)造成很大的影響。具體表現(xiàn)為間斷供漿、供漿速率過高 (即供漿量50 m3/h)，當啟動供漿泵時pH值迅速提高，脫硫效率也快速提高，甚至在幾分鐘內(nèi)提高10%。一旦供漿量降低，pH值又迅速下降，效率也迅速下降，幾分鐘之內(nèi)降10%，該供漿方式對吸收區(qū)的吸收、氧化區(qū)的氧化和結(jié)晶區(qū)石膏結(jié)晶和石灰石溶解均不利。

2.3 負荷變化適應(yīng)性差

通過分析發(fā)現(xiàn)一、二期脫硫系統(tǒng)存在一個共性的問題，就是當負荷發(fā)生劇烈波動時(急劇上升，急劇下降或者入口SO2質(zhì)量濃度突然急劇上升)，塔內(nèi)的反應(yīng)就會惡化、不穩(wěn)定，脫硫效率逐漸下降或者pH值不易調(diào)節(jié)。最常見的是當負荷急劇上升，繼而入口SO2濃度也急劇上升時，因pH值會很快下降，脫硫效率也隨之降低，運行人員開始大量補漿，反而造成補漿過量。因補漿過快時造成新加入的石灰石漿液還未溶解，即未對脫硫效率起到提升作用時，更多的新鮮石灰石漿液又補充進來，使CaCO3的消溶變得更加困難，形成不良循環(huán)。嚴重時脫硫效率直接從95%以上很快降至90%以下。

機組升降負荷速率過快，高達10 MW/min，該升降負荷速率對于低pH值運行的FGD系統(tǒng)沖擊力過大，極易由于石灰石漿液過量造成石灰石漿液封閉、石灰石漿液添加不及時、亞硫酸鈣大量析出和漿液氧化效果急劇降低等問題，而問題發(fā)生后，脫硫系統(tǒng)如果要調(diào)整到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，會需要較長的時間。

2.4 機組運行參數(shù)偏離設(shè)計值

濕法脫硫系統(tǒng)運行時，由于煤質(zhì)較差、鍋爐燃燒較差、煤耗增加、配風增加，同時鍋爐投運時間較長，鍋爐性能、鍋爐效率大幅下降，造成FGD入口煙氣量大幅增加，遠超設(shè)計值，造成實際液氣比降低。實際運行時，入口SO2濃度遠超設(shè)計值，造成系統(tǒng)氧化效果大幅下降，滿負荷狀態(tài)下，一、二期FGD入口二氧化硫質(zhì)量濃度均在4 500～6 500 mg/m3，遠超過設(shè)計值。

2.5 循環(huán)泵運行電流和出口壓力下降

從循環(huán)泵運行參數(shù)來看，由于循環(huán)泵入口管道濾網(wǎng)、噴嘴、噴淋管道、噴淋支管堵塞，循環(huán)泵葉輪磨損，造成循環(huán)泵流量降低，循環(huán)泵運行電流較投運初期大大下降，出口壓力也有所下降。

2.6 吸收塔漿液pH值高且波動范圍過大

FGD系統(tǒng)優(yōu)化之前一、二期脫硫系統(tǒng)一直是高pH值運行控制，滿負荷狀態(tài)下，一期脫硫系統(tǒng)pH高達5.8，在此條件下長時間運行很容易造成塔內(nèi)構(gòu)件結(jié)垢。pH值波動范圍較大，而且變化速率過快，1 h內(nèi)pH值在3.0～5.8變化，CaSO3的溶解度隨pH值波動發(fā)生變化(CaSO3的溶解度相差數(shù)倍)。提高pH值時，其溶解度急劇下降，影響脫硫系統(tǒng)的吸收區(qū)反應(yīng)，脫硫效率下降，同時有軟垢生成。脫硫系統(tǒng)停運檢查時發(fā)現(xiàn)除霧器、循環(huán)泵母管、循環(huán)泵噴嘴等均有嚴重結(jié)垢堵塞現(xiàn)象。

3 處理措施及效果

3.1 CEMS系統(tǒng)加裝入口反吹裝置

脫硫系統(tǒng)的運行調(diào)整依據(jù)是CEMS、pH計等在線表計，故在線表計的準確與否直接關(guān)系到脫硫系統(tǒng)能否正常運行。通過對pH計、SO2、O2等在線儀表標定后發(fā)現(xiàn)pH值測試偏高，分析認為是pH計的沖洗周期過長所致，修改沖洗周期后問題得以解決。CEMS系統(tǒng)未設(shè)計反吹裝置，入口煙氣中塵、水造成采樣管線堵塞，抽取氣體流量降低，導致CEMS的測量結(jié)果偏低嚴重，為CEMS系統(tǒng)加裝了儀用空氣入口反吹裝置，并將該反吹裝置接入CEMS控制系統(tǒng)，實現(xiàn)CEMS的自動反吹，解決了系統(tǒng)堵塞問題。

3.2 調(diào)整供漿方式

更換機組供漿調(diào)門，將供漿方式改為連續(xù)供漿，漿液量可隨時調(diào)節(jié)，以保持塔內(nèi)漿液的均勻性和塔內(nèi)反應(yīng)的穩(wěn)定性。這樣吸收塔漿液pH值和脫硫效率就不會隨著供漿泵的不斷啟停而出現(xiàn)頻繁波動，但仍需進一步優(yōu)化pH值自動控制邏輯，實現(xiàn)自動控制。

當機組負荷急劇變化或入口SO2濃度快速上升時，將供漿方式改為手動，一般情況下升負荷調(diào)整時，一期供漿量提升1 m3/h，保持15 min后再加，二期相對穩(wěn)定，供漿量提升2 m3/h，保持20 min后再加。當快速升負荷，如升負荷速率達到10 MW/min時，或者負荷變化不大而入口SO2質(zhì)量濃度快速上升時，按照原煙氣SO2質(zhì)量濃度、煙氣量及石灰石漿液密度計算和核準的加漿量適時調(diào)整，避免加漿過慢和加漿過量等問題的出現(xiàn)。根據(jù)實際反應(yīng)情況，通過不斷調(diào)整每次的加漿量和保持時間，來維持塔內(nèi)反應(yīng)的穩(wěn)定性。

通過優(yōu)化供漿方式，最終使4臺機組吸收塔漿液不再頻繁出現(xiàn)過量現(xiàn)象，塔內(nèi)漿液的穩(wěn)定性得到了提升，脫硫效率也達到要求。

3.3 處理過量石灰石

運行中出現(xiàn)石灰石過量現(xiàn)象后，為了調(diào)節(jié)吸收塔內(nèi)漿液品質(zhì)，采取2個措施：一是通過“拋漿”排掉部分漿液之后補水來稀釋塔內(nèi)的漿液，間接的置換塔內(nèi)的漿液；二是采用“饑餓療法”盡量降低供漿量，降低pH值至4.2左右，然后在低pH值下運行一段時間(約2 h)，慢慢消耗塔內(nèi)過剩的石灰石漿液，直至重新“激活”塔內(nèi)漿液的活性，

即新加入的石灰石漿液能夠快速的消溶。

由于脫硫劑加入點設(shè)計位置低，且緊鄰循環(huán)泵入口，在大流量脫硫劑加入后，很快進入循環(huán)系統(tǒng)，造成石灰石過量，為解決石灰石過量封閉現(xiàn)象，需要重新設(shè)計加入點位置，以提高石灰石在漿液中擴散、溶解的能力。

3.4 調(diào)整pH值

降低運行pH值，確保系統(tǒng)脫硫效率達到合格。調(diào)整后將pH值盡量穩(wěn)定在一個小的區(qū)間內(nèi)(最終穩(wěn)定在5.0～5.3)。負荷不超過200 MW時，pH值控制在4.8～4.9，能滿足脫硫效率及排放濃度要求，高負荷且入口SO2質(zhì)量濃度較高時，pH值控制在5.2～5.3。防止pH值有大的波動，防止在快速升pH值過程中不斷析出亞硫酸鈣顆粒進而結(jié)垢。通過不斷調(diào)整，將運行pH值控制到一個小的區(qū)間后，并且最高值在5.3，塔內(nèi)的反應(yīng)開始趨于穩(wěn)定，且脫硫效率也開始提升。

4 建議

國內(nèi)煙氣脫硫裝置在運行中存在諸多問題，影響脫硫裝置的高效、穩(wěn)定運行，以上分析了濕法脫硫系統(tǒng)設(shè)備和運行上存在的問題，經(jīng)過科學的調(diào)整和處理，使系統(tǒng)恢復了正常運行，效率滿足了設(shè)計要求。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，今后在濕法脫硫系統(tǒng)運行過程中可采取以下措施：

a. 保證脫硫系統(tǒng)在線表計的準確性，尤其是CEMS在線監(jiān)測系統(tǒng)和pH表計，并定期標定。

b. 間斷供漿會逐漸導致漿液結(jié)垢、品質(zhì)惡化，要保證供漿系統(tǒng)的連續(xù)性，并優(yōu)化自動供漿控制邏輯。

c. 在負荷劇烈變動等極端情況下，要根據(jù)實際情況手動控制供漿，并根據(jù)核算調(diào)整供漿量，避免出現(xiàn)石灰石過量現(xiàn)象。

d. pH值要控制在合理的范圍內(nèi)，盡量穩(wěn)定在5.0～5.3，防止其波動過快，否則會導致結(jié)垢，影響漿液品質(zhì)。

參考文獻：

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