濕法脫硫系統運行異常原因分析及處理措施

杜栓成，戚 浩

(西柏坡發電有限責任公司，石家莊 050400)

1 概況

西柏坡發電有限責任公司一、二期4臺300 MW機組脫硫系統均采用魯奇比曉夫的石灰石-石膏濕法脫硫工藝技術，吸收塔設計形式均為噴淋塔，主要設計參數見表1。運行中，機組脫硫系統運行狀況均已惡化，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，并經常出現石灰石包裹和封閉現象，石膏中碳酸鈣質量分數為10%、亞硫酸鈣質量分數為2.5%，石膏純度僅為80%，漿液品質惡化嚴重，脫硫效率為85%左右，脫硫系統出口煙氣中液滴質量分數高，石膏酸雨現象嚴重，脫硫系統穩態運行已經被破壞。以下分析系統運行異常的原因，并提出相應處理措施。

表1 脫硫系統主要設計參數

設計參數一期二期FGD入口煙氣量/(m3·h-1)1 021 3201 159 907FGD入口SO2質量濃度/(mg·m-3)4 5864 050循環漿液停留時間/min4.64.6煙氣塔內停留時間/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計脫硫效率/%9595

2 運行異常原因分析

2.1 CEMS系統設計缺陷

FGD系統入口CEMS未設計反吹裝置，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，測量結果與實際值相比明顯偏低，直接造成運行調整時的數據依據錯誤。

2.2 供漿方式存在缺陷

石灰石漿液供給系統的調節閥門均已損壞，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原有漿液混合便直接被循環泵抽至噴淋層，對SO2的吸收和塔內漿液的品質造成很大的影響。具體表現為間斷供漿、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，幾分鐘之內降10%，該供漿方式對吸收區的吸收、氧化區的氧化和結晶區石膏結晶和石灰石溶解均不利。

2.3 負荷變化適應性差

通過分析發現一、二期脫硫系統存在一個共性的問題，就是當負荷發生劇烈波動時(急劇上升，急劇下降或者入口SO2質量濃度突然急劇上升)，塔內的反應就會惡化、不穩定，脫硫效率逐漸下降或者pH值不易調節。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。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，而問題發生后，脫硫系統如果要調整到穩定的平衡狀態，會需要較長的時間。

2.4 機組運行參數偏離設計值

濕法脫硫系統運行時，由于煤質較差、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，遠超設計值，造成實際液氣比降低。實際運行時，入口SO2濃度遠超設計值，造成系統氧化效果大幅下降，滿負荷狀態下，一、二期FGD入口二氧化硫質量濃度均在4 500～6 500 mg/m3，遠超過設計值。

2.5 循環泵運行電流和出口壓力下降

從循環泵運行參數來看，由于循環泵入口管道濾網、噴嘴、噴淋管道、噴淋支管堵塞，循環泵葉輪磨損，造成循環泵流量降低，循環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系統優化之前一、二期脫硫系統一直是高pH值運行控制，滿負荷狀態下，一期脫硫系統pH高達5.8，在此條件下長時間運行很容易造成塔內構件結垢。pH值波動范圍較大，而且變化速率過快，1 h內pH值在3.0～5.8變化，CaSO3的溶解度隨pH值波動發生變化(CaSO3的溶解度相差數倍)。提高pH值時，其溶解度急劇下降，影響脫硫系統的吸收區反應，脫硫效率下降，同時有軟垢生成。脫硫系統停運檢查時發現除霧器、循環泵母管、循環泵噴嘴等均有嚴重結垢堵塞現象。

3 處理措施及效果

3.1 CEMS系統加裝入口反吹裝置

脫硫系統的運行調整依據是CEMS、pH計等在線表計，故在線表計的準確與否直接關系到脫硫系統能否正常運行。通過對pH計、SO2、O2等在線儀表標定后發現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系統未設計反吹裝置，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的測量結果偏低嚴重，為CEMS系統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，實現CEMS的自動反吹，解決了系統堵塞問題。

3.2 調整供漿方式

更換機組供漿調門，將供漿方式改為連續供漿，漿液量可隨時調節，以保持塔內漿液的均勻性和塔內反應的穩定性。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頻繁波動，但仍需進一步優化pH值自動控制邏輯，實現自動控制。

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整時，一期供漿量提升1 m3/h，保持15 min后再加，二期相對穩定，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質量濃度快速上升時，按照原煙氣SO2質量濃度、煙氣量及石灰石漿液密度計算和核準的加漿量適時調整，避免加漿過慢和加漿過量等問題的出現。根據實際反應情況，通過不斷調整每次的加漿量和保持時間，來維持塔內反應的穩定性。

通過優化供漿方式，最終使4臺機組吸收塔漿液不再頻繁出現過量現象，塔內漿液的穩定性得到了提升，脫硫效率也達到要求。

3.3 處理過量石灰石

運行中出現石灰石過量現象后，為了調節吸收塔內漿液品質，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的漿液，間接的置換塔內的漿液；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)，慢慢消耗塔內過剩的石灰石漿液，直至重新“激活”塔內漿液的活性，

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

3.4 調整pH值

降低運行pH值，確保系統脫硫效率達到合格。調整后將pH值盡量穩定在一個小的區間內(最終穩定在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垢。通過不斷調整，將運行pH值控制到一個小的區間后，并且最高值在5.3，塔內的反應開始趨于穩定，且脫硫效率也開始提升。

4 建議

國內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、穩定運行，以上分析了濕法脫硫系統設備和運行上存在的問題，經過科學的調整和處理，使系統恢復了正常運行，效率滿足了設計要求。為保證系統穩定運行，今后在濕法脫硫系統運行過程中可采取以下措施：

a. 保證脫硫系統在線表計的準確性，尤其是CEMS在線監測系統和pH表計，并定期標定。

b. 間斷供漿會逐漸導致漿液結垢、品質惡化，要保證供漿系統的連續性，并優化自動供漿控制邏輯。

c. 在負荷劇烈變動等極端情況下，要根據實際情況手動控制供漿，并根據核算調整供漿量，避免出現石灰石過量現象。

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

參考文獻：

[1] 曽庭華，楊 華，馬 斌，等.濕法煙氣脫硫系統的安全性及優化[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2] 陳蓮芳，徐夕仁，馬春元.石灰和石灰石濕法脫硫系統運行控制指標探討[J].環境污染與防治，2005,27(1):50-52.

[3] 武 泉，韓成志，王 強.脫硫吸收塔漿液失效的原因分析與處理措施[J].電力科學與工程，2011，27(8)：57-61.