火電廠專用脫硫添加劑技術方案研究與設計

單曉敬（山西魯能河曲發電有限公司，山西 忻州 036500）

火電廠專用脫硫添加劑技術方案研究與設計

單曉敬（山西魯能河曲發電有限公司，山西 忻州 036500）

中國環保部在2014年頒布了《火電廠大氣污染物排放標準》，其中有關脫硫的相關規定與之前頒布的標準相比，不管是從減排力度還是完成時間周期限制上都有明顯的提高，并且明確規定了2016年1月1日起開始執行。為了滿足國家相關規定，根據山西魯能河曲發電有限公司一期現場情況及機組現狀，通過可行研究報告對各個專業改造方案對比，本次超低排放改造在脫硫改造方面主要是采用：風機校核+脫硫+煙囪防腐的改造方案，另外還要使用脫硫添加劑。由于河曲電廠一期機組原有GGH的漏風很大，無法滿足脫硫后SO2超低排放標準的要求，故需將原有GGH拆除。在拆除GGH后進行煙囪防腐改造，整體阻力增加較小，加大增壓風機壓力來滿足超低排放改造的需要。

山西河曲發電廠現有4r600 MW機組，脫硫系統均為石灰石濕法煙氣脫硫。日用煤量為24000噸，設計燃煤含硫量1.97%，實際燃煤含硫量平均為1.0%。設計脫硫效率95%，目前運行平均脫硫效率為96.4%左右。脫硫塔SO2入口濃度2200 mg/Nm3，出口SO2平均排放濃度為80 mg/Nm3。漿液高度9米，溢流管塔內高度12.1米，塔底儲漿池容積1368 m3，漿液密度控制范圍1180～1230 kg/m3。單臺脫硫塔漿液循環泵4臺，功率分別為：500/560/560/630KW，三臺漿液循環泵運行，一臺漿液循環泵停運。

1 脫硫添加劑

1.1 脫硫添加劑的原理和特點

1.1.1 脫硫添加劑的原理

改變脫硫塔內漿液的離子平衡，強化脫硫過程，同時產品中的金屬離子對脫硫反應有催化作用；緩沖塔內漿液的pH值，強化煙氣中二氧化硫的溶解過程，同時低pH值能加速吸收劑的溶解。

1.1.2 脫硫添加劑的特點

（1）可關閉部分泵降低所需液氣比，降低脫硫塔動力損耗。

（2）作為晶體調節劑，改善固體沉降及處置特性。

（3）增加了運行的靈活性。

（4）降低石灰石的消耗，提高石灰石利用率。

（5）易于氧化亞硫酸鹽，減少氧化風機功耗。

（6）降低系統對石灰石類型和粒度的敏感度同時減少結垢。

（7）在自動控制回路中pH值的響應特性更好。

（8）對SO2排放濃度的控制范圍更大。

1.2 脫硫添加劑的主要作用

脫硫添加劑的作用主要體現在幾個方面：

（1）提高二氧化硫氣液傳質速率，強化二氧化硫的吸收。在氣液界面處增效劑能夠結合SO2溶解產生的大量H+離子，使H+離子從液膜傳遞到液相主體，漿液PH也不會因SO2的溶解而下降過快，氣相阻力減小，促進SO2吸收。

（2）脫硫添加劑可以提高石灰石在液相中的溶解度，強化石灰石溶解。在固液界面處，增效劑能提供有利于碳酸鈣溶解的酸性環境，減小液相阻力，促進石灰石的溶解。

（3）脫硫添加劑中的活性成份可以提高SO2活性，加快SO32-離子與Ca2+的反應速度，同時也能加速SO32-離子氧化成SO42-離子，以便加速生成CaSO4·2H2O并加速沉淀。

（4）脫硫添加劑具有分散作用，可以增強石灰石的表面活性，增加石灰石的分散性，降低其沉降速度，增大有效傳質面積，促進石灰石的溶解，減少設備的結垢。

1.3 使用脫硫添加劑注意事項

（1）脫硫添加劑添加前應保持脫硫塔內石灰石漿液的pH值在5.2-5.8，才能保持高效率的脫硫。

（2）山西河曲發電廠運行工作人員核查相關儀表顯示準確，在實驗前對CEMS進行標定。

（3）脫硫添加劑加入后，地坑內含有脫硫添加劑的漿液要連續抽吸循環，以防地坑內的脫硫添加劑的抽吸不干凈，影響脫硫添加劑的效果。

（4）脫硫添加劑加入后，脫硫石膏脫水系統的溢流液打入脫硫塔內，抽入脫硫塔循環利用，以防脫硫添加劑經脫硫廢液外排，造成浪費。

（5）石灰石純度大于90%，維持正常供漿量，保持脫水系統正常運行。

（6）操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴橡膠手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風系統和設備。避免產生粉塵。避免與氧化劑、還原劑、堿類接觸。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。

（7）儲存注意：儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。應與氧化劑、還原劑、堿類分開存放，切忌混儲。配備相應品種和數量的消防器材。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。

1.4 脫硫添加劑性能說明

（1）脫硫添加劑產品保證無毒、無腐蝕、無異味、無二次污染、不爆、不燃等性能，不引起脫硫塔漿液變質或活性下降。

（2）脫硫添加劑產品不含有氯元素的添加物（除鹽水溶解后化驗氯離子濃度）。同時，增效劑產品PH值不影響系統PH值調節性能。

（3）脫硫添加劑連續使用時不影響石膏品質，石膏含水率不會超標、石膏顏色不會出現差異。

2 技術方案設計

2.1 技術標準與依據

本技術方案參照國家技術監督局、國家環保局的有關標準及文件，并參照行業標準及相應資料。具體如下：

《石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置性能驗收實驗規范》DL/ T998-2006

《濕法煙氣脫硫工藝性能檢測技術規范》DL/T 986-2005

《水和廢水監測分析方法》（第四版）中國環境科學出版社

《空氣和廢氣監測分析方法》（第四版）中國環境科學出版社

《水質氯化物的測定硝酸銀滴定法》GB11896-89

《入爐煤和入爐煤粉樣品的采樣方法》DL/T567.2-95

《煤中全硫的測定方法》GB/T214-1996

脫硫添加劑生產廠家提供的相關技術資料

2.2 添加步驟與要求

（1）脫硫添加劑的添加次數和數量由廠家指導添加。

（2）添加前，山西河曲發電廠運行人員記錄脫硫塔原、凈煙氣參數SO2濃度、補漿量，pH值，脫硫效率，以上參數每小時抄錄一次，連續抄錄（3天）72小時。

（3）添加前，山西河曲發電廠需對石灰石漿液和石膏進行分析化驗。

（4）將脫硫塔內的漿液放出部分至塔區地坑內，攪拌器連續運行。

（5）首次在吸收塔地坑內加入820公斤脫硫添加劑，攪拌后啟動地坑泵抽入吸收塔內。以后每天投加一次，每天投加82公斤左右的脫硫添加劑。

（6）脫硫添加劑加入后要維持系統正常供漿量，pH值保持在5.2～5.8之間。

（7）添加后，山西河曲發電廠可根據需要每日取漿液和石膏樣化驗。

（8）脫硫塔漿液脫水后，濾液水用于制漿系統，減少增效劑流失。

（9）實驗時間為3天，從投加脫硫添加劑開始計時，遇采集數據異常等特殊情況，經雙方協商可適當延長。

（10）實驗結束，雙方對實驗前、后采集的數據進行整理，共同編寫實驗報告，并簽字蓋章。

2.3 主要參數的控制

2.3.1 漿液pH值

pH值越高，脫硫效率越高，但pH值過高，會使CaCO3過剩率增加，既不經濟又影響石膏的純度。一般pH值選擇在5.2～5.8為宜。

pH值＜5.2時，全開吸收塔補漿電動門和調門補漿，5.8時停止補漿。為防止漿液在調門附近產生淤積補漿調節門應保持100%開。

2.3.2 漿液密度

密度太低沒有母晶體會導致沉淀出現，過高會造成管道堵塞及泵磨損腐蝕、旋流器振動等，會影響漿液循環泵和擾動泵正常運行，密度控制在1080～1250 kg/m3左右。密度大于1250kg/m3時，啟動石膏排出泵排石膏；小于1080 kg/m3時停止排石膏。濾液水經濾液水泵補充進吸收塔。若旋流子處溢流，應將石膏排出泵再將循環門開啟一部分。密度上升比較快時，應檢查吸收塔液位是否過低、補漿時間是否過長、石膏排出泵出力、密度計是否應該沖洗等。

2.3.3 液位控制

液位過高會造成溢流，增大氧化風機電流；過低會降低氧化反應空間，同時塔內泡沫較多，易造成循環泵腐蝕。應留足事故處理余量，如漿液循環泵的啟停及啟前、停后的沖洗都會對液位產生較大的影響。

2.3.4 補水方式

隨著煙氣量、煙氣溫度上升及塔內反應進行，水分蒸發很快。吸收塔補水方式有工藝水補水、除霧器沖洗及管路沖洗。因為使用除霧器沖洗水可在除霧器上形成水膜來沖洗鹽霧，降低除霧器差壓，且會對煙氣二次洗滌，應優先使用除霧器沖洗進行補水。

2.3.5 漿液循環泵

山西河曲發電廠三臺漿液循環泵運行，運行中要經常監視泵出口壓力、電流、泵體振動，從脫硫效率、出口SO2含量的變化等多方面觀察泵是否磨損、出口壓力是否下降。

2.3.6 切泵時沖洗

首先將泵體灌滿水，使沖洗水從泵出口噴霧器噴嘴處流進塔內，對噴嘴也是一次沖洗。啟泵前開入口門使水從泵入口濾網處流入塔內，對入口濾網沖洗一次。泵停止后應開入口排放門至泵體內漿液放完，再開沖洗水至放出清水為止。此時要防止地坑溢流。

2.3.7 正常監視及測量管路沖洗

正常運行中應監視擾動泵電流、壓力、測量管路流量、密度、pH值。當流量顯示降低、pH值長期不變、兩個pH計顯示相差大于0.2時，應對流量計或pH計進行沖洗。

2.3.8 泵至吸收塔手門的控制

與試運時相比，擾動泵電流增加，出口壓力降低，測量管道流量也降低，主要原因是由于該手門處膨脹節承壓能力不夠，為保持運行安全性，將該手門由50%開至全開。對該手門，設備正常時啟動初期應全開，使漿液擾動更充分。

2.3.9 氯離子高危害

（1）降低石灰石分解速度及SO2吸收率；

（2）與煙塵中Al3+、Fe3+和Zn2+等形成配位絡合物，導致CaCO3過剩；

（3）引起石膏脫水困難，降低石膏品質；

（4）漿液利用率下降，循環系統電耗增加。

2.3.10 氯離子控制

Cl-主要來自煙氣中的HC1。規定Cl-＜2g/L。通過濾液水泵排廢水至廢水處理站可降低氯離子含量。

2.4 預期效果

根據脫硫添加劑的作用原理來判斷投加后會有以下預期效果：

（1）在同等工況下提高脫硫效率30%～50%（根據機組實際運行狀況而定），保守提效30%以上（計算公式：提高脫硫效率的比例=（投加后脫硫效率-投加前脫硫效率）/(1-投加前脫硫效率））。

山西河曲發電廠4r600 MW機組脫硫系統中，在脫硫塔SO2入口濃度為2200 mg/Nm3，平均脫硫效率為96.4%左右，出口SO2平均排放濃度為80 mg/Nm3時，同等工況下，使用提供的脫硫添加劑，提高脫硫效率30%～50%(具體數值要根據不同機組情況，可實驗得出準確數值)，實際脫硫效率達97.48%～98.2%，出口排放濃度為39.6～55.4 mg/Nm3。

（2）機組正常運行工況下，可停掉一臺漿液循環泵。

山西河曲發電廠4r600 MW機組脫硫系統中，在脫硫塔SO2入口濃度為2200 mg/Nm3，平均脫硫效率為96.4%左右，出口SO2平均排放濃度為80 mg/Nm3時，同等工況下，使用廠家提供的脫硫添加劑，可停運一臺漿液循環泵(560KW)，仍能維持原來出口排放濃度不變，節約脫硫系統用電，降低運行費用。

3 使用脫硫添加劑的優勢

3.1 節省循環泵電耗費用

在脫硫實際運行中，山西河曲發電廠的脫硫塔需開啟三臺循環泵才能有效保證脫硫效率，這種情況下，使用廠家提供的脫硫添加劑，可以有效減小塔內的液氣比，在保證脫硫效益的同時，可以通過停止運行一臺漿液循環泵（560 KW）來進一步減少運行費用。

3.2 減少設備的損耗，節省維護費用

脫硫添加劑的工作原理之一，是增加脫硫添加劑反應原料石灰石的溶解度，相同條件下可提高溶解度3～5倍，以提高石灰石與二氧化硫的反應速度來增加脫硫效率。

在使用脫硫添加劑以前，脫硫塔里的循環漿液是含大量懸浮石灰石顆粒的石灰石渾濁液，漿液循環泵及循環管路在24小時不停的抽取和輸送這些近乎粘稠的渾濁液，其阻力和損耗可想而知。在使用脫硫添加劑后，由于石灰石的溶解度增加，石灰石漿液變得清澈，石灰石漿液顆粒的顆度變小，從而減小了管路及設備的損耗及維修費用。根據科學測算，投入脫硫添加劑以后年節省的管路損耗及維修費用約為：20萬元/年（單臺脫硫塔）。

3.3 提高脫硫效率，達到排放標準

現行的實時環保監測制度，以小時為單位，若某一時段未達標，則將受到排放不達標的嚴厲處罰。當然如果在長時間未達標，電廠甚至可能面臨關停的處罰。而使用脫硫添加劑，在不改變現有設備運行及技術參數等情況下，脫硫效率提高到97.48%～98.2%，減少吸收塔出口SO2的排放，出口排放濃度達到39.6～55.4 mg/Nm3，可以更好地應對未來更嚴格的出口排放標準。

3.4 直接經濟效益

（1）在本案例中山西河曲發電廠目前脫硫塔SO2入口濃度為2200 mg/Nm3，平均脫硫效率為96.4%左右，出口SO2平均排放濃度為80 mg/Nm3時，同等工況下，使用脫硫添加劑，提高脫硫效率30%-50%(具體數值要根據不同機組情況，可實驗得出準確數值)，實際脫硫效率達97.48%～98.2%，出口排放濃度為39.6～55.4 mg/Nm3。

（2）在本案例中山西河曲發電廠目前脫硫塔SO2入口濃度為2200 mg/Nm3，平均脫硫效率為96.4%左右，出口SO2平均排放濃度為80 mg/Nm3時，同等工況下，使用廠家提供的脫硫添加劑，可停運一臺漿液循環泵(560KW)，仍能維持原來的脫硫效率及出口排放濃度不變，節約脫硫系統用電，降低運行費用。直接年節約費用為145.2萬元（單臺脫硫塔）。

（3）在使用脫硫添加劑后，減小了管路及設備的損耗及維修費用。根據科學測算，投入脫硫添加劑以后年節省的管路損耗及維修費用為：20萬元/年（單臺脫硫塔）。

3.5 間接經濟效益

（1）加入脫硫添加劑后有效減緩設備結垢，減少系統腐蝕，降低脫硫廢水處理藥品費用。

（2）脫硫添加劑的使用，提高了漿液循環系統設備備用系數，降低了漿液循環泵停運后對脫硫效率的負面影響；同時提高了脫硫系統對煤種硫份變化的適應范圍。

4 結語

在不改變現有設備運行及技術參數等情況下，使用脫硫添加劑，實際脫硫效率達97.48%～98.2%，減少吸收塔出口SO2的排放，可以更好地應對未來更嚴格的出口排放標準。以此來達到提高脫硫效率，確保排放標準的目的。使用脫硫添加劑可以節省停泵的電費、設備維修費用等能夠達到降低運行成本，創造經濟效益的目的。

終上所述，使用脫硫添加劑既保證了現有的出口排放標準，又可以更好地應對未來更嚴格的出口排放標準。直接經濟效益年節約費用可達330.4萬元左右。可見使用脫硫添加劑是最經濟適宜的方法，無論是面對現有的環保政策，還是將來國家日益嚴格的排放標準，都可以為山西河曲發電廠帶來巨大的直接經濟效益，同時也有可觀的社會效益。

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Research and Design of Special Desulfurization Additive Technology Scheme for Thermal Power Plant

Shan Xiao-Jing

本文首先介紹了脫硫添加劑的原理與特點，主要作用，使用注意事項和性能分析，在此基礎上對使用脫硫添加劑技術方案進行設計，方案涉及了使用脫硫添加劑標準和依據，使用步驟，預期效果分析，經濟效益分析等。通過生產實踐結果來看，使用脫硫添加劑效果顯著，提高了脫硫效率，確保排放標準，能夠達到降低運行成本，創造經濟效益的目的。

脫硫添加劑；方案設計；經濟效益

This paper introduces the principle and characteris?tics of the desulfurization additive main effects,analysis of the use of performance issues and attention,on the basis of the use of addi?tives of desulfurization technology scheme design,scheme involves the use of desulfurization additive standard and the basis,using the analysis steps,expected results and economic benefits analysis. Through the production practice results,the use of desulphuriza?tion additive effect is remarkable,improve the desulfurization effi?ciency,ensure the emission standards,can reduce the operation cost,and create economic benefits.

desulfurization additives;scheme design;econom?ic benefit

單曉敬（1983-），男，漢族，山東成武人，技術專工，研究方向主要為脫硫脫硝管理、生產運行管理等。