脫硫系統取消GGH 后形成石膏雨的原因

后穎黎

(華能滇東第一發電廠，云南 曲靖 655508)

0 前言

目前火力發電廠通常采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，其中多數設置了煙氣換熱器(GGH 裝置)，該裝置降低了原煙氣的溫度、減小了煙氣體積，提高了脫硫效率、提升了凈煙氣的溫度、減小了尾部煙道(凈煙道)及煙囪的腐蝕。但由于它在運行中容易堵塞，且易產生煙氣泄露，該情況在脫硫旁路取消后變得更加明顯，許多電廠取消GGH 裝置，通過對脫硫出口煙道及煙囪的防腐來解決無GGH 條件下濕煙氣帶來的腐蝕。

GGH 的取消后，由于凈煙氣溫度低，煙氣從煙囪出來后不能迅速消散，特別是當地地區溫度、氣壓較低或在陰霾天氣的時間段，煙氣中攜帶的粉塵及液滴聚集在煙囪附近，落到地面形成石膏雨，對電廠及周邊環境產生污染。

1 石膏雨成因機理

石膏雨包含兩層含義:一方面是石膏漿液(含部分未反應的石灰石漿液)，另一方面是脫硫后煙氣中的飽和水蒸氣遇冷形成的冷凝液滴。

對于無GGH 脫硫裝置而言，脫硫后的凈煙氣無加熱源，隨著凈煙氣溫度降低冷凝并析出，1 000 MW 機組脫硫塔出口凈煙氣每降低1℃，總的冷凝水量達到16 t/h 左右，除了少部分從煙囪底部以冷凝水的形式排出，其余冷凝水均隨煙氣從煙囪頂部排至大氣。煙囪內的冷凝液極易被高速流動的煙氣帶出形成石膏雨落到地面。

脫硫裝置凈煙氣中的石膏漿液主要來源于脫硫塔噴淋層噴嘴霧化后的細小液滴，凈煙氣中有一定量的石膏漿液，但是如果煙氣在除霧器處的流速超過設計值，除霧器的效率將大幅降低，甚至引發除霧器的失效，除霧器也會在高速的煙氣下發生二次攜帶現象，大量的石膏漿液將會隨著煙氣被帶入煙囪，形成凈煙氣帶漿現象。石膏的形成與多方面的因素有關，主要包括除霧器效率、脫硫塔的設計、運行操作等。

雨是凈煙氣中冷凝液，其形成的直接原因是煙氣除了含有飽和水蒸汽外，還攜帶有未被除霧器出去的液滴，煙氣中的水分主要是從除霧器中逃逸的霧滴組成。其形成的直接原因是飽和煙氣絕熱膨脹及接觸煙道及煙囪內壁形成的冷凝物，也包含部分受天氣影響在煙囪附近形成冷凝物。

飽和濕煙氣在煙囪上升過程中，煙氣壓力降低，絕熱膨脹后促使煙氣降溫，形成非常細小的液滴，絕熱膨脹在煙囪中產生大量霧滴。在煙囪內部，由于受慣性力的作用，煙氣夾帶的較大水滴撞到煙道和煙囪壁上，并與壁上冷凝液結合，受煙氣影響重新被帶入煙氣，這些重新被帶出的液滴直徑通常在100～500 μm，其數量取決于壁面的特性和煙氣流速，粗糙的避免、較高的煙氣流速會使夾帶液滴量增加。雨形成的另外一個原因是環境因素的影響，通常情況下，環境氣溫低及氣壓低會造成雨的出現。脫硫后的煙氣溫度通常在50℃左右，與未脫硫的原煙氣直排相比，脫硫后的凈煙氣在抬升高度及擴散能力方面相對較差，因此當脫硫后煙氣從煙囪排出時，由于煙溫與環境溫度相差較大，煙氣來不及擴散，煙氣中的飽和態水遇冷變成過飽和狀態析出，成為冷凝液落到地面形成雨，煙氣排放溫度與環境溫度相差越大，越容易形成雨。

2 氣象環境對石膏雨的影響

煙氣條件基本相同的情況下，氣象條件成為了決定石膏雨是否形成的關鍵因素了，電廠所處的地方濕度大、風速較小，平均氣溫低時容易產生石膏雨，該氣象條件下的電廠應更加注意取消GGH 可能形成石膏雨的概率，一般不建議取消GGH 或者建議改成W－GGH 型式。

3 石膏雨形成原因分析

3.1 煙氣含濕(水)量高

同等壓力條件下，煙氣溫度高其容納水蒸氣的能力就越高，水蒸汽也就越難析出，相反則越容易冷凝成水滴，因此取消GGH 必然導致凈煙氣處于一種濕飽和狀態(通常所說的濕煙囪)，另外噴漿量過多，吸收塔內煙氣流速不均勻也會造成煙氣含濕量高。

3.2 煙氣含漿液濃度高

鍋爐使用煤種與設計煤種不同，實際煙氣量遠大于設計煙氣流量。吸收塔流速偏高，煙氣通過脫硫除霧器時流速過高，除霧器除霧效果達不到設計要求甚至失效，尤其當機組高負荷和滿負荷運行時，煙氣攜帶石膏漿液能力就會明顯增強。在運行控制上，過于追求高環保指標，噴入大量的石灰石漿液，維持脫硫塔內較高的液位都會使煙氣中的含漿濃度增高。

除霧器設計容量偏小或除霧器堵塞而清洗不及時，使得除霧器處于非正常狀態，無法有效去除煙氣中的水汽和漿液，也使得凈煙氣攜帶大量漿液。

3.3 煙氣流速高

當鍋爐處于高負荷，氧量控制較高時容易使得機組實際煙氣量超過設計值，煙氣流速過高，鍋爐尾部煙道換熱情況較差，導致排煙溫度超過正常值也會使得煙氣量大量增加，煙氣流速過高。

煙氣流速過高，將造成煙氣攜帶漿液能力增強，同時降低了除霧器的效率，在煙囪處由于煙氣流速過高，將使得冷凝的液滴無法正常回流至積液池，被高速氣流攜帶至煙囪出口。

4 改善措施

4.1 改造措施

1)在空預器出口進入除塵器的豎直煙道上布置換熱器(通常稱為低壓省煤器)，換熱媒介為除鹽水，通過循環泵，將吸熱后的除鹽水送至脫硫塔出口，脫硫塔出口布置換熱器，將凈煙氣加熱至80℃，在低壓省煤器出口處可布置一根通往汽機側低壓加熱器的管路，同時考慮從輔助聯箱引入一根蒸汽加熱管路，預留蒸汽加熱裝置，確保凈煙氣溫度。

2)擴大除霧器截面積，降低除霧器處的煙氣流速.

3)增加除霧器級數，提高除霧器整體效率.

4)增加電除塵器電場數量或采用電袋除塵的方法來達到該目的。是否采用電袋除塵的方法需要綜合考慮排煙溫度、維護成本及硫酸氫銨堵塞空預器可能采用空預器在線水沖洗的可能。

4.2 運行措施

1)高負荷區段在保證燃燒穩定的情況下適當保持低氧量燃燒，減小煙氣量，控制煙氣流速在一個較低的區間。

2)嚴格控制吸收塔內漿液高度，并控制噴漿量(石灰石漿液循環量)。

3)監控除霧器的阻力，及時進行沖洗，防止除霧器堵塞。在沖洗除霧器的順序上應制定沖洗順序，防止大量石膏液滴短時間集中進入凈煙氣通道。

4.3 管理措施

1)在啟機前可對煙道進行檢查，防止有明顯的漿液堆積，減少啟機時低溫攜帶造成的石膏雨，同時運行中應定期檢查疏水是否正常，防止二次攜帶。

2)嚴控石灰石品質。

3)做好入爐煤質量控制。

5 結束語

現有電廠脫硫系統取消GGH 在技術上是可行的，但是由于石膏雨的存在將影響周邊生態環境，因此在取消GGH 的同時必須做好相應的石膏雨控制措施。

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