濕法脫硫系統(tǒng)“石膏雨”問題及對策

高文敏 張偉明

（中國石油大慶油田電力集團(tuán)油田熱電廠）

濕法脫硫系統(tǒng)“石膏雨”問題及對策

高文敏 張偉明

（中國石油大慶油田電力集團(tuán)油田熱電廠）

油田火電廠采用石灰石-石膏濕法脫硫，由于設(shè)計(jì)過程中取消了煙氣換熱器（GGH）裝置，煙囪排煙溫度降低，低溫條件運(yùn)行時(shí)易出現(xiàn)“石膏雨”現(xiàn)象。文章針對生產(chǎn)發(fā)電高峰期間，煙氣流速過高或除霧器堵塞易導(dǎo)致“石膏雨”產(chǎn)生的現(xiàn)象，從設(shè)備、運(yùn)行等方面提出減少濕法脫硫“石膏雨”現(xiàn)象發(fā)生的方法及措施，如調(diào)整吸收塔工況，防止吸收塔起泡；控制進(jìn)煤質(zhì)量，調(diào)整燃燒情況，保證鍋爐穩(wěn)定充分燃燒；采用優(yōu)質(zhì)石灰石；優(yōu)化大負(fù)荷運(yùn)行，降低除塵器出口煙氣粉塵濃度；優(yōu)化除霧器沖洗方式；脫硫石膏含水率≤10%等。

火電廠；濕法煙氣脫硫；石膏雨；分析及對策

0 引 言

根據(jù)新環(huán)保法要求，加強(qiáng)環(huán)境污染治理，發(fā)電企業(yè)必須進(jìn)行脫硫改造，特別是2014年7月1日后，電廠將執(zhí)行GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，新標(biāo)準(zhǔn)對電廠提出更嚴(yán)格的要求，二氧化硫排放要求由原標(biāo)準(zhǔn)的≤400 mg／Nm3提高到≤200 mg／Nm3。電廠脫硫改造后在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了“石膏雨”，連續(xù)的“石膏雨”對周邊居民生活、植被生長等產(chǎn)生不良影響。“石膏雨”干燥后為灰白色泥點(diǎn)，若落在電廠周邊居民房頂和衣物上，清洗十分困難，嚴(yán)重影響居民生活環(huán)境；“石膏雨”落下后覆蓋在植物及農(nóng)作物葉片表面，不僅破壞景觀，且阻礙植物光合作用，影響植被及農(nóng)作物的正常生長。因此，針對電廠石灰石-石膏濕法全煙氣脫硫產(chǎn)生“石膏雨”現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)措施防止“石膏雨”現(xiàn)象的發(fā)生。

1 概 況

大慶油田熱電廠300 MW機(jī)組采用石灰石-石膏濕法全煙氣脫硫，安裝一套濕法煙氣脫硫系統(tǒng)FGD，其簡易流程見圖1。

圖1 濕法煙氣脫硫系統(tǒng)FGD簡易流程

石灰石-石膏濕法脫硫原理：

除塵后含硫化物原煙氣和脫硫劑石灰石漿液在吸收塔發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸鈣和硫酸鈣，從而將硫化物（SO2、SO3）去除；漿液中吹入空氣，使亞硫酸鈣轉(zhuǎn)化成二水硫酸鈣（石膏）。經(jīng)過濾濃縮后生成石膏副產(chǎn)品。脫硫后的凈煙氣經(jīng)過除霧器去除霧滴，由煙囪排入大氣。

原煙氣：煤在鍋爐中燃燒后產(chǎn)生的煙氣經(jīng)靜電除塵器除塵引風(fēng)機(jī)吹入吸收塔前的煙氣；凈煙氣：原煙氣經(jīng)過吸收塔石灰石漿液吸收處理硫化物后排入煙囪的煙氣。

根據(jù)石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)的工裝流程、原理，對火電廠濕法脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生“石膏雨”的原因進(jìn)行分析并提出解決對策。

2 “石膏雨”產(chǎn)生原因

◆鍋爐排出的原煙氣在濕法煙氣脫硫的吸收塔中，經(jīng)石灰石漿液洗滌后脫去二氧化硫（SO2）的過程中，會(huì)攜帶大量的石膏漿液，為去除凈煙氣中的石膏漿液，在吸收塔出口頂端安裝除霧器。大部分的石膏漿液被除霧器去除，還有一小部分石膏漿液或液滴隨煙氣排出。在生產(chǎn)發(fā)電高峰期間，機(jī)組負(fù)荷大，煙氣流速過高或除霧器堵塞，凈煙氣中殘留的石膏漿液增多，易產(chǎn)生“石膏雨”現(xiàn)象。

◆經(jīng)吸收漿液后的凈煙氣在煙囪中形成冷凝液，其形成的主要原因是煙氣中含有大量的飽和水蒸氣，在撞擊煙道、煙囪壁絕熱膨脹過程中產(chǎn)生大量的霧滴，與內(nèi)壁上的冷凝液（冬季壞境溫度越低冷凝液越多）結(jié)合，因慣性作用導(dǎo)致煙氣夾帶大量水滴，在氣流作用下重新帶入煙氣中，產(chǎn)生“雨”現(xiàn)象。冷凝液產(chǎn)生量主要取決于內(nèi)壁的特性及煙氣流動(dòng)速度和外部環(huán)境溫度，實(shí)踐證明粗糙壁的煙氣流動(dòng)速度會(huì)導(dǎo)致液滴量不斷增加。脫硫后，煙氣溫度一般約為48～60℃，與脫硫之前原煙氣（140～160℃）直接排放相比，凈煙氣抬升高度及擴(kuò)散能力較差，煙氣很難及時(shí)擴(kuò)散，此時(shí)煙氣中有大量飽和狀態(tài)的水，遇冷后形成冷凝液。煙氣排放溫度和周圍環(huán)境的溫差越大，越易產(chǎn)生液滴。

◆從煙囪出來的濕煙氣中飽含小液滴，當(dāng)環(huán)境溫度高時(shí)，小液滴不但不凝結(jié)，反而很快汽化；當(dāng)環(huán)境溫度較低或空氣濕度大時(shí)（冬季、春季），濕煙氣不能很快汽化，反而繼續(xù)凝結(jié)成大的液滴，在煙囪附近落下來，形成“石膏雨”。北方氣候較干燥，熱電廠下“石膏雨”的大小和幾率均小于南方地區(qū)的電廠［1-3］。

3 解決“石膏雨”問題的對策

3.1 設(shè)備方面

◆除塵器出口煙氣粉塵濃度超標(biāo)，含有大量堿性物質(zhì)（Al3＋、Fe3＋）的雜質(zhì)進(jìn)入吸收塔后，致使吸收塔漿液堿性物質(zhì)（Al3＋、Fe3＋）含量增高。堿性物質(zhì)（Al3＋、Fe3＋）增多引起漿液表面張力增加，從而使?jié){液表面起泡。

解決辦法：利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，檢查電除塵器故障等，使除塵器出口煙氣粉塵濃度＜100 mg／Nm3。

◆除霧器堵塞。除霧器堵塞，煙氣中的液滴得不到有效去除，煙氣含水量增大，且煙氣流速增加，加重了“石膏雨”。

解決辦法：利用吸收塔停運(yùn)機(jī)會(huì)，沖洗除霧器；除霧器嚴(yán)格執(zhí)行“逢停必沖洗、沖洗必徹底”制度。

3.2 運(yùn)行調(diào)整方面

◆吸收塔系統(tǒng)是FGD工裝的關(guān)鍵核心部位，設(shè)備包括吸收塔本體、攪拌器、噴淋層、噴嘴、除霧器、循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)、氧化曝氣裝置、石膏排出泵等。吸收塔為空塔結(jié)構(gòu)，三層漿液噴淋層，一套兩級屋脊式除霧器。為了在煙氣參數(shù)（如煙氣流量、煙氣溫度和SO2濃度）發(fā)生快速變化的情況下，使吸收塔穩(wěn)定地正常運(yùn)行，漿液池提供充分的氣固緩沖容積，可以根據(jù)FGD工裝來保證石膏旋流器進(jìn)口壓力在100～200 k Pa，石膏旋流器底漿液濃度在1 350～1 450 kg／m3；石灰石漿液濃度約保持在1 235 kg／m3；防止吸收塔起泡現(xiàn)象發(fā)生。

◆鍋爐運(yùn)行過程中燃燒不充分，褐煤質(zhì)量差，發(fā)熱量低，灰分大，未燃盡成分隨鍋爐尾部煙氣進(jìn)入吸收塔，造成吸收塔漿液灰量增加，吸收塔漿液起泡，加重了“石膏雨”［4-5］。

解決辦法：控制進(jìn)煤質(zhì)量，調(diào)整燃燒情況，保證鍋爐穩(wěn)定充分燃燒。

◆石灰石質(zhì)量問題。如果石灰石中Mg O含量過高，過量的MgO不僅影響脫硫效率而且會(huì)與硫酸根離子發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致漿液起泡，加重“石膏雨”現(xiàn)象。

解決辦法：采用優(yōu)質(zhì)石灰石；加強(qiáng)石灰石入場管理，堅(jiān)持車車取樣，拒收劣質(zhì)石灰石入貯存料場。

3.3 優(yōu)化大負(fù)荷運(yùn)行

“石膏雨”現(xiàn)象一般出現(xiàn)在當(dāng)年12月—次年2月，環(huán)境溫度低、平均氣溫－20℃，完成發(fā)電指標(biāo)同時(shí)還要保證市區(qū)內(nèi)的供暖，機(jī)組熱負(fù)荷大，用煤量增加，燃燒用O2增加，除塵器出口的粉塵濃度、原煙氣流量相應(yīng)增大，吸收塔用漿液量增加，容易產(chǎn)生“石膏雨”。

解決辦法：保證爐內(nèi)煤粉正常燃燒用氧情況下，適當(dāng)降低送風(fēng)機(jī)風(fēng)量，杜絕爐本體漏風(fēng)，控制爐膛負(fù)壓和吸風(fēng)機(jī)功率，減少煙氣流量、流速，使煤粉充分燃燒，同時(shí)調(diào)整電除塵器3、4級電場振打周期，降低除塵器出口煙氣粉塵濃度。

3.4 優(yōu)化除霧器沖洗方式

為了防止固體顆粒堵塞除霧器，必須對除霧器進(jìn)行沖洗。兩級除霧器均采用DV210i／屋脊式。當(dāng)除霧器壓差大于150 Pa時(shí)，人工手動(dòng)沖洗第一級除霧器的下部、上部和第二級除霧器的下部、上部，采用開60 s后關(guān)10 s沖洗方式?jīng)_洗除霧器全部噴嘴。當(dāng)吸收塔液位＜10.4 m，采用自動(dòng)程序控制除霧器的沖洗。在機(jī)組發(fā)電供熱高峰到來、負(fù)荷增加之前，做好除霧器沖洗工作，可以大大減少大負(fù)荷期間煙氣的石膏漿液攜帶量，防止“石膏雨”現(xiàn)象的發(fā)生［4-6］。

3.5 石膏及時(shí)脫水，脫硫石膏含水率≤10%

若石膏脫水不及時(shí)，脫硫后石膏含水率＞10%，石膏在下料口處不易結(jié)塊或呈稀泥狀，從而造成石膏沉淀速度慢，增加了吸收塔內(nèi)的漿液密度，塔內(nèi)易出現(xiàn)溢泡，不僅影響脫硫效率，而且石膏漿液會(huì)被高速煙氣攜帶出吸收塔進(jìn)入煙囪形成“石膏雨”。

解決辦法：加強(qiáng)石膏脫水設(shè)備（一級脫水、二級脫水系統(tǒng)）穩(wěn)定運(yùn)行，特別是一級脫水系統(tǒng)至關(guān)重要。一級脫水系統(tǒng)由旋液分離裝置包括石膏旋流器等組成，石膏旋流器負(fù)責(zé)將吸收塔排出的各種副產(chǎn)品進(jìn)行初步分離，分離后的濃縮固液混合物輸送到真空過濾機(jī)即真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行二級脫水，不同電廠石膏脫水選用的石膏漿液緩沖箱不同，啟動(dòng)條件也不同，大慶油田熱電廠300 MW機(jī)組石膏漿液緩沖箱當(dāng)液位≥1.50 m時(shí)，連鎖啟動(dòng)石膏漿液緩沖箱攪拌器；當(dāng)石膏漿液緩沖箱液位≤1.10 m時(shí)，延時(shí)10 s，停止石膏漿液緩沖箱攪拌器；當(dāng)石膏漿液緩沖箱液位≤0.50 m時(shí)，停止石膏旋流器給料泵給料，以保證石膏及時(shí)脫水。

4 結(jié)束語

綜上所述，設(shè)備檢修方面，應(yīng)防止除霧器堵塞，除霧器嚴(yán)格執(zhí)行“逢停必沖洗、沖洗必徹底”制度；運(yùn)行方面，控制進(jìn)煤質(zhì)量，降低風(fēng)量、調(diào)節(jié)燃燒工況，減少煙氣流量，改變電除塵器3、4級電場振打周期，使除塵器出口煙氣粉塵濃度＜100 mg／Nm3；脫硫后石膏應(yīng)及時(shí)脫水，保證含水率≤10%；采用優(yōu)質(zhì)石灰石，防止石灰石中Mg O含量過高；在煙氣參數(shù)發(fā)生快速變化的情況下，保證吸收塔的FGD工況穩(wěn)定運(yùn)行，石灰石漿液濃度穩(wěn)定在某一濃度范圍。同時(shí)，提高運(yùn)行人員的環(huán)境保護(hù)意識，增強(qiáng)責(zé)任心，設(shè)備運(yùn)行調(diào)節(jié)到位，以提高濕法煙氣脫硫的效率，減少“石膏雨”現(xiàn)象的發(fā)生。

［1］ 李春雨.火電廠濕法煙氣脫硫中“石膏雨”問題分析［J］.能源工程，2012（1）：43-47.

［2］ 程永新，曹佩.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中“石膏雨”問題的分析及對策［J］.電力建設(shè)，2010，31（11）：94-97.

［3］ 程永新.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中＂石膏雨＂問題的分析及對策［J］.華中電力，2010，23（5）：27-30.

［4］ 王浩青，賀軍蓀.濕法煙氣脫硫的煙氣排放［J］.能源環(huán)境保護(hù)，2009，23（3）：18-19.

［5］ 蔣文舉.煙氣脫硫脫銷技術(shù)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［6］ 馮金煌，陳活虎.脫硫噴淋塔除塵的影響因素及效果分析［J］.環(huán)境工程，2010（3）：70-72.

1005-3158（2014）06-0011-03

2014-06-11）

（編輯 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.06.004

高文敏，2004年畢業(yè)于吉林大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，現(xiàn)在中國石油大慶油田電力集團(tuán)油田熱電廠從事環(huán)境管理及監(jiān)測工作。通信地址：黑龍江省大慶市大慶油田電力集團(tuán)油田熱電廠，163314