脫硫吸收塔水平衡失衡的影響及對策

蘇輝平

上海上電電力運營有限公司

1 前言

上海長興島熱電有限責任公司2臺10MW機組采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，脫硫裝置采用一爐一塔的方案，單套脫硫裝置的煙氣處理能力為一臺鍋爐100%BMCR工況時的煙氣量，脫硫效率在燃用設計煤種時不小于95%。在超低排放改造時，因新增了漿液冷卻系統，出現了系統水平衡被破壞、可用于除霧器沖洗的水量受限等問題。本文以該脫硫裝置改造前后各系統水量變化為依據，對脫硫裝置的水平衡進行分析，并提出切實有效的調整措施。

2 脫硫系統水平衡概述

脫硫系統水平衡是指進入脫硫系統的所有水量（包括原煙氣帶水、設備沖洗水、氧化風增濕水、皮帶濾布沖洗水、真空皮帶密封水、除霧器沖洗水、供漿漿液所含水等）等于脫硫系統水損失量（包括石膏內外在水、脫硫外排廢水、凈煙氣蒸發攜帶水）。由于脫硫系統水損失量中煙氣蒸發損失約占總損失90%以上，而決定該損失水量的因素為原煙氣成分、溫度、濕度和煙氣量，脫硫運行專業除多排脫硫廢水外無其他調整手段來控制脫硫系統水的損失量，因此脫硫運行中只能從控制進入系統的水量入手來維持系統水量處于動態平衡。

在實際運行中控制脫硫系統水平衡主要根據系統水損失量來控制進入系統的水量使兩者保持動態平衡，即在總進水量等于總損失量的前提下通過控制進入系統的其他水量，如減少或杜絕直接排入系統的工藝水和工業水，降低設備啟停頻次以降低設備管道沖洗水量、合理控制皮帶濾布沖洗水量、杜絕沖洗水閥門內漏等，盡可能提高通過除霧器沖洗方式進入系統的水量。

3 濕法脫硫系統(FGD)用水分析

濕法煙氣脫硫系統(FGD)裝置消耗掉的水量，即鍋爐煙氣完成脫硫反應時通過整個FGD系統所消耗的工藝水量是FGD耗水量的主要考核指標。FGD裝置的用水主要分為以下兩個部分：

一是工藝水：主要是指間接或直接參與脫硫系統反應的水，即在鍋爐煙氣通過FGD系統完成脫硫反應的過程中服務于脫硫反應或參與脫硫反應的用水。脫硫系統工藝水的水質滿足以下條件：ρ(SS)＜500 mg/L、ρ(Ca2+)＜300 mg/L 、pH＜7、ρ(SO2-4)＜800 mg/L;水 中 沒 有 大 于100μm大顆粒雜質，且無油。

二是工業水：主要是指FGD系統大型輔機設備的冷卻水。在工程上除鹽水和非除鹽水是可以提供給脫硫系統大型輔機的主要冷卻水，通常在條件允許的情況下采用前者，將有利于節水及設備維護。

濕法煙氣脫硫系統的用水可分為5大類：石灰石制漿用水、設備沖洗用水、設備冷卻用水、啟動/調整用水及廢水處理系統用水。

3.1 石灰石制漿用水

制漿用水主要是指將石灰石加工成濃度為15%～30%的漿液時的用水。石灰石漿液的制備有兩種模式：一是采用濕式球磨機制漿，二是采用石灰石粉加水制漿。而制漿用水由兩路來源，一路是濾液水，即旋流器分離出來的上清液和脫水機出來的濾液;另一路來自于工藝水。從理論而言制漿本身并不消耗任何形式的水，只是將石灰石以漿液的形式輸送入吸收塔參與脫硫反應。制漿用水量為整個FGD系統用水量的25%-30%。

3.2 設備沖洗用水

(1)除霧器沖洗水

除霧器安裝在吸收塔頂部，其作用是除去經脫硫反應后煙氣中的液態水和鹽霧。流經除霧器的液態水和鹽霧被截留并附著在除霧器表面，為保證煙氣的正常流通，需要大量的水來沖洗。除霧器沖洗水也起到了對脫硫后的煙氣進行二次洗滌的作用。這部分沖洗水的用量較大，約占整個FGD系統總用水量的58%～68%，同時除霧器的沖洗水作為FGD系統補充水進入吸收塔漿液池中，起到了調節吸收塔液位平衡的作用。

(2)真空皮帶脫水機沖洗用水

為保持濾布清潔及控制FGD石膏中細灰雜質、可溶性鹽類、氯離子等成分的含量，確保石膏品質，在石膏脫水過程中需對濾布和石膏濾餅進行沖洗。皮帶機沖洗水約占FGD系統總用水量的12%～17%，而真空皮帶脫水機沖洗后的濾液水收集后被FGD系統循環利用，一部分送去制漿，另一部分返回吸收塔或者繼續用于真空皮帶機的沖洗。

除此之外，漿液的輸送管道、漿液儲存箱罐、漿液循環泵、氧化空氣管道及吸收塔干濕界面等處也需要沖洗水。這些沖洗水在FGD系統中不連續使用，但可以通過收集或系統改造使之循環利用。

(3)設備冷卻用水

冷卻用水主要指脫硫系統的增壓風機、氣—氣換熱器(GGH)及各種泵的冷卻用水。

(4)啟動/調整用水

FGD系統啟動前，吸收劑制備系統要提前啟動，向吸收塔漿液池內提前注入一定量的漿液，并加入石膏晶種，培植出生成石膏的必要條件。此外，在運行過程中為調整吸收塔內的漿液的液位，有時需要適當的加水。

(5)廢水處理系統用水

濕法脫硫系統不可避免的要產生一定量的廢水，處理脫硫廢水時需要配置藥劑等工作，消耗一定量的工藝水，其用水量約為FGD系統總用水量的2%-3%。

4 濕法脫硫系統(FGD)耗水分析及計算

濕法脫硫系統的耗水點主要有：煙氣以氣態形式帶入到大氣中的水(即塔內蒸發水)、煙氣以液態水的形式帶入到大氣中的水、石膏排出時的附著水和結晶水以及FGD系統排出的廢水。

4.1 塔內蒸發水

煙氣以氣態形式帶入到大氣中的水(塔內蒸發水)經鍋爐煙氣在吸收塔內經石灰石漿液洗滌后，煙氣中的水蒸氣達到飽和，并在煙氣中出現了液態水。塔內蒸發水占FGD系統耗水量的90%左右，是該系統水平衡中水耗的主要部分。

塔內蒸發水量與鍋爐排煙量、吸收塔出口煙溫及煤質等有關。煙氣量越大，煙氣帶水量越大;吸收塔出口煙溫越高，煙氣達到飽和狀態時水蒸氣分壓越高，提高了煙氣含濕量，從而增加了煙氣帶水量。

4.2 石膏結晶水的計算

脫硫的副產物石膏(CaSO4·2H2O)帶有一定量的結晶水，根據相對分子質量計算得石膏結晶水量：Qs×36/172=8×36/172=1.67kg/h式中：Qs為純石膏產量(kg/h)。

石膏表面附著水按石膏產量的10%計算，原因有兩方面：一是由于石膏經二級脫水后水量未能完全脫除;二是因為石膏中還夾雜著部分灰塵，所以石膏產量并不是理論計算出的數值，實際產量比理論值要大。所以石膏表面附著水量為：Qs×0.1=8×0.1=0.8 kg/h

4.3 外排廢水量的計算

FGD系統必須定期排放一定的廢水，以降低石灰石漿液中氯離子和氟離子濃度，提高煙氣脫硫效率。按照Cl-濃度來計算外排廢水的量，而脫硫廢水量主要取決于煙氣中HCl質量濃度，煙氣中的HCl來自機組燃煤。所以燃煤中Cl-質量濃度越高，外排廢水量就越大。

5 影響濕法脫硫系統用水與水平衡的主要因素

(1)燃煤硫分

當燃煤的收到基硫分增加時，二氧化硫的質量濃度就會增加，參與反應的物料增加即石灰石漿液量增大，整個FGD系統的各用水點的耗水量上升，故整個FGD系統整體耗水量增加。

(2)石膏脫水

石膏脫水時，濾液返回水由旋流器返回水、皮帶脫水機濾布沖洗水、密封水、氣液分離器排水、真空泵冷卻水匯集濾液箱后返回FGD。而排出水量只有到廢水處理的脫硫廢水(排入脫硫廢水量低于設計處理量12t/h)。濾液返回水量進入FGD后將使FGD的水平衡破壞，造成FGD液位上漲。

(3)濾液反水量

發現FGD進水量大于排出量(蒸發量)其中濾液反水量是造成FGD進水量大的主要原因。

(4)吸收塔出口煙溫

吸收塔出口煙溫決定了吸收塔出口煙氣攜帶氣態水的能力即煙氣的含濕量。若原煙氣參數不變，吸收塔出口煙溫發生變化時，FGD系統的耗水量會有很大變化。

6 吸收塔系統水平衡失衡帶來的影響

1)液位過高的時候（注：吸收塔正常液位9.5米；吸收塔最高液位10米；吸收塔最低液位9米）。

(1)溶液造成吸收塔的溢流。

(2)入口硫份高，在高負荷的情況下容易造成出口硫超標，脫硫效率低于95%。

(3)高PH情況下，容易對吸收塔的塔體造成損害（注：吸收塔PH5.2到6.0之間）。

(4)高密度情況下，容易對吸收塔的塔體造成損害，噴淋層噴嘴堵塞。

2)液位過低的時候

(1)低PH情況下，容易對吸收塔的塔體造成腐蝕。

(2)影響脫硫效率

7 對策

7.1 吸收塔虛假液位的消除

保證吸收塔密度計的精準性，對吸收塔起泡現象及時控制（添加消泡劑），保證吸收塔液位的真實性。

7.2 維持吸收塔液位水平衡

1)減少冷凝水的產生

漿液冷卻系統，在冷卻漿液的同時，會有大量冷凝水產生。同時吸收塔內煙氣溫度降低后,煙氣攜帶的水分大幅度減少，導致水分消耗量減少。為了后續消除白煙，煙氣降溫無法調節。因此只能通過減少冷卻增壓水泵的出口流量，減少冷凝水的產生。緩解吸收塔水分消耗量與產生量的動態失衡。

2)集水坑至石灰石漿液箱加裝管道

原石灰石漿液箱制漿所用水源為廠用工藝水，每次制漿都會有大量水分進入系統，而如今將集水坑水源作為制漿水源，消除制漿環節所帶入的水分。

3)檢查設備冷卻水

泵的冷卻水只要能保證設備正常運行就可不需要開得很大，巡檢人員應在設備停運時，及時關閉冷卻水。冷卻水量大的設備應盡量接主機的閉冷水，如增壓風機、循環泵等。

4)檢查外來水源

應及時檢查有無外水如雨水、污水等流入脫硫系統中。

總結

通過對用水系統運行方式的調整，設備的更換以及提高脫硫系統內工藝水的回收率等措施，完全能夠實現電廠30%-100%負荷條件下脫硫裝置水系統的平衡，避免除霧器沖洗系統不能投運，控制了因除霧器不能正常沖洗造成的除霧器堵塞，結構損壞等問題，確保了脫硫系統的穩定運行。