濕法脫硫系統(tǒng)中脫硫效率降低問題的分析與應(yīng)對(duì)辦法探討

張旭

福建華電可門發(fā)電有限公司 福建 福州 350500

吸收塔的類型是目前廣泛采用的逆流噴淋空塔，吸收塔的設(shè)計(jì)采用德國(guó)LLAG公司富有特色的池分離裝置和脈沖懸浮攪拌裝置。吸收塔系統(tǒng)是利用石灰石漿液在吸收塔內(nèi)脫去煙氣中的SO2，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行氧化生成石膏。鍋爐引風(fēng)機(jī)排出的原煙氣進(jìn)入吸收塔，與布置在塔上部的噴淋層噴出的循環(huán)漿液形成逆向接觸吸收。吸收了煙氣中有害成分（主要為SO2、HCl 、HF和飛灰）的漿液被收集在塔底的反應(yīng)池中，凈化后的煙氣繼續(xù)向上流經(jīng)布置在塔頂?shù)某F器，凈煙氣夾帶的液滴在除霧器中被除去。離開除霧器后的凈煙氣進(jìn)入煙囪，排向大氣。吸收塔反應(yīng)池除了匯集下落的循環(huán)吸收漿液外，循環(huán)漿液吸收SO2形成的亞硫酸鹽的氧化、中和以及石膏結(jié)晶析出等反應(yīng)大部分發(fā)生在反應(yīng)池中。反應(yīng)池上部布置了池分離器和氧化空氣布?xì)夤埽狗磻?yīng)池的上部成為氧化區(qū)，下部為中和區(qū)。在中和區(qū)底部懸掛有脈沖懸浮噴管，起攪拌懸浮漿液作用。反應(yīng)池外側(cè)還布置有四臺(tái)漿液循環(huán)泵、兩臺(tái)石膏排漿泵和兩臺(tái)脈沖懸浮泵。在反應(yīng)池中脫硫生成的石膏經(jīng)排漿泵送至石膏旋流站，旋流站底流（濃漿）直接去石膏脫水系統(tǒng)（真空皮帶脫水機(jī)），溢流（稀漿液）部分去回流水箱。為了盡量減少煙氣中所夾帶的液滴，引導(dǎo)煙氣通過除霧器，一級(jí)除霧器除去煙氣中較粗的液滴，二、三級(jí)除霧器除去煙氣中較細(xì)的液滴。為了清潔除霧器，除霧器安裝了沖洗系統(tǒng)，除霧器的沖洗系統(tǒng)安裝在各級(jí)除霧器的前、后部（為防止煙氣含水量高，最高層除霧器后部未按照沖洗系統(tǒng)），間斷沖洗除霧器的表面，防止形成沉積物。吸收塔氧化池設(shè)有氧化空氣噴管，以有效的氧化亞硫酸根為硫酸根。氧化空氣由離心氧化風(fēng)機(jī)提供，在氧化空氣噴管前加裝有工藝水作為氧化空氣噴管冷卻沖洗水。當(dāng)氧化空氣通過噴管噴出后，與吸收塔內(nèi)被脈沖泵攪拌的漿液一起流動(dòng)，使氧化池內(nèi)漿液里產(chǎn)生很多細(xì)小的氣泡，在空氣與漿液間形成很高的氣-液接觸面積，達(dá)到很高的氧化率。

因此，根據(jù)脫硫吸收塔系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成，由于石灰石漿液品質(zhì)、氧化風(fēng)品質(zhì)、漿液循環(huán)泵出力，脈沖懸浮泵出力，入爐煤煤質(zhì)，電除塵工作狀況等因素的影響，脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間投運(yùn)后，吸收塔系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢、堵塞、管道脫落斷裂、吸收塔漿液品質(zhì)惡化，從而導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)脫硫效率降低，機(jī)組在高負(fù)荷高燃煤硫份的工況下，存在煙氣SO2排放值超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，污染環(huán)境并造成嚴(yán)重環(huán)保不安全事件。本文將就濕法脫硫系統(tǒng)中脫硫效率降低的原因及解決辦法進(jìn)行了分析和探討。

1 脫硫效率的影響因素

1.1 漿液的pH值的影響

吸收塔漿液pH值的控制可作為提高效率的細(xì)調(diào)節(jié)手段，pH值高有利于SO2的吸收但不利于石灰石的溶解。反之，pH值低有利于石灰石的溶解但不利SO2的吸收。

1.2 鈣硫比的影響

吸收塔的吸收劑所含鈣的物質(zhì)的量與煙氣中所含硫的物質(zhì)的量之比。它的大小表示加入到吸收塔中的吸收劑量的多少。從脫除SO2的角度思考，鈣硫比對(duì)脫硫率的影響最大。鈣硫比在1.02～1.05范圍時(shí)，脫硫效率最高，吸收劑具有最佳的利用率[1]。

1.3 吸收劑的影響

影響石灰石品質(zhì)的主要因素是石灰石純度。用于脫硫的石灰石中CaCO3的含量宜不低于90%，MgO含量宜不高于2.5%，SIO2的含量宜不高于2%。石灰石粉的細(xì)度應(yīng)根據(jù)石灰石的特性和脫硫系統(tǒng)與石灰石粉磨制系統(tǒng)綜合優(yōu)化確定，對(duì)燃用中高硫煤的鍋爐，石灰石粉的細(xì)度宜不低于325目90%過篩率。

純度低的石灰石漿液難以維持吸收塔pH值，使脫硫率降低；若為了維持pH值加大供漿量，則會(huì)增加雜質(zhì)含量，容易造成石膏晶體的沉積結(jié)垢，影響系統(tǒng)安全性。

1.4 液氣比的影響

液氣比指吸收每立方米的煙氣所用的漿液量。增大液氣比，氣相和液相的傳質(zhì)質(zhì)數(shù)提高，從而有利于SO2的吸收，但另一方面隨著液氣比的提高也會(huì)產(chǎn)生以下不利影響：①停留時(shí)間會(huì)減少，從而削減了傳質(zhì)速率提高對(duì)SO2的吸收有利的強(qiáng)度；②出口煙氣的霧沫夾帶增加，給后續(xù)設(shè)備和煙道帶來結(jié)垢和腐蝕；③循環(huán)液量的增大帶來了系統(tǒng)設(shè)計(jì)功率及運(yùn)行電耗的增加，使得運(yùn)行成本提高較快。所以，在保證一定的脫硫率的前提下，應(yīng)盡量采取較小的液氣比，通常其操作范圍在15～25。

1.5 煙氣進(jìn)塔溫度影響

根據(jù)吸收過程的氣液平衡可知，進(jìn)塔溫度越低越有利于SO2的吸收，降低煙溫，SO2的平衡分壓隨之降低，促進(jìn)氣液傳質(zhì)，有利于提高吸收劑的脫硫率。但進(jìn)塔溫度過低會(huì)使H2SO3與CaCO3反應(yīng)速率降低，使設(shè)備龐大，后期會(huì)導(dǎo)致吸收塔的水平衡破壞。

1.6 粉塵濃度影響

經(jīng)過吸收塔后的煙氣中大部分粉塵都會(huì)留在漿液中，其中一部分隨廢水排除，另一部分仍留在吸收塔中。如果因除塵、除灰設(shè)備故障，引起漿液中的粉塵、重金屬雜質(zhì)過多，則會(huì)影響石灰石的溶解，導(dǎo)致漿液pH值降低，脫硫效率下降。

1.7 煙氣流速影響

提高煙氣的流速可以增強(qiáng)氣液兩相的湍動(dòng)，減少煙氣與液滴之間的隔膜厚度，提高傳質(zhì)效果，同時(shí)使噴淋液滴的下降速度相對(duì)減小，增大傳質(zhì)面積。但是氣流增速會(huì)減小氣液接觸時(shí)間，又會(huì)導(dǎo)致脫硫率降低。一般流速控制在3.5～4.5m/s。因機(jī)組負(fù)荷變化，煙氣流速也隨時(shí)變化，無法將煙氣流速穩(wěn)定在理想的范圍。

1.8 吸收塔系統(tǒng)設(shè)備缺陷影響

吸收塔系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間投運(yùn)后，存在的問題有：漿液循環(huán)泵葉輪磨損、噴淋層管道斷裂、噴嘴堵塞和脫落；氧化風(fēng)管堵塞和斷裂；脈沖懸浮泵管道堵塞和斷裂；吸收塔合金托盤脫落堵塞等設(shè)備缺陷均會(huì)降低脫硫率。

2 脫硫效率降低的應(yīng)對(duì)措施

2.1 投運(yùn)增效劑

在脫硫過程中，石灰石與硫的反應(yīng)速度受控于CaCO3的溶解速度，CaCO3在水中的溶解度較小，克服或改善CaCO3在水中的溶解問題，將會(huì)對(duì)整個(gè)脫硫工藝有較大的改善提高。由于CaCO3在水中的溶解度較小，在吸收塔中大量的CaCO3是以微小顆粒狀存在的，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在這些微球表面，存在著雙膜效應(yīng)，嚴(yán)重影響了液體中硫的傳質(zhì)，采用針對(duì)CaCO3表面物性的活性劑和催化劑來減弱和消除雙膜效應(yīng)，同時(shí)配合化學(xué)隧道形成劑來滲透進(jìn)入CaCO3的微球表面遍布的微孔和裂紋，制造無數(shù)的從微球體表面到內(nèi)部的隧道，使得液體中硫的傳質(zhì)從這些微孔和裂紋順利引入，大大加快了石灰石與硫的反應(yīng)速度。

在濕法脫硫技術(shù)中，加入一定量的脫硫增效劑，可以明顯改善化學(xué)反應(yīng)與傳質(zhì)過程，能促進(jìn)CaCO3的溶解和緩沖漿液pH值的下降，促進(jìn)SO2的溶解，加速SO2的化學(xué)吸收；可顯著降低水蒸氣分壓，減小蒸發(fā)速率，延長(zhǎng)脫硫效率；既可提高脫硫效率，提高脫硫劑的利用率，進(jìn)而降低運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)還能減緩結(jié)垢速率，從而提高系統(tǒng)的可靠性[2]。

2.2 提高石灰石漿液品質(zhì)

保證石灰石漿液品質(zhì)，嚴(yán)格把控石灰石漿液制備流程的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，石灰石旋流器溢流漿液濃度為30%，運(yùn)行時(shí)確認(rèn)壓力表計(jì)正常，各旋流子無堵塞、沉砂嘴無破損，調(diào)整前充分沖洗旋流站，各旋流子閥門調(diào)整保持各手動(dòng)門開度一致；石灰石再循環(huán)泵出口壓力控制0.34～0.43MPa，旋流站壓力控制0.15～0.20MPa。經(jīng)石灰石漿液旋流站旋流，底流返回濕磨機(jī)再磨，合格的溢流制成20%～30%的石灰石漿液存放于石灰石漿罐中，始終將石灰石漿罐中的漿液維持在1500～1200kg/m3。

加強(qiáng)石灰石入廠品質(zhì)驗(yàn)收工作，及時(shí)取樣化驗(yàn)，具體要求如下表；

CaO SiO2 Fe2O2 Al2O3 MgO 酸不溶物 粒徑≥52% ≤2% ≤0.3% ≤0.5% ≤1.5% ＜1.5% 粒徑≤20mm

2.3 提高吸收塔漿液品質(zhì)

脫硫吸收塔漿液密度按1060～1140kg/m3的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制,在保障脫硫處理能力的前提下減緩漿液沉積結(jié)垢。脫硫吸收塔漿液密度高于1130kg/m3時(shí)，投運(yùn)石膏脫水系統(tǒng)運(yùn)行。脫硫吸收塔漿液密度低于1080kg/m3時(shí)，停運(yùn)石膏脫水系統(tǒng)運(yùn)行。為減緩吸收塔內(nèi)漿液氯根和重金屬含量的增加，石膏脫水系統(tǒng)運(yùn)行期間，保持脫硫廢水排出。保持吸收塔pH值在4.8～5.8之間，防止過高或過低。過低可能造成脫硫效率的降低、腐蝕性加強(qiáng)，過高漿液中未反應(yīng)的石灰石量增多[3]。

加強(qiáng)漿液成分分析，漿液成分具體要求如下表：

含固量 SiO2 PH CaCO3 CaSO4.2H2O CaSO3.1/2H2O CL≥15%～20% ≤3% 4.8～5.8 ≤3% ≥90% ＜1% ＜5000PPM

3 結(jié)束語

濕法脫硫效率降低問題跟系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行工況、控制調(diào)整緊密相關(guān)，脫硫效率的降低會(huì)增大整個(gè)脫硫系統(tǒng)的能耗。就超凈排放的燃煤機(jī)組而言，脫硫效率降低，當(dāng)前脫硫率遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)脫硫率時(shí)，會(huì)造成嚴(yán)重的污染物超標(biāo)事件，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行造成巨大影響，值得發(fā)電廠足夠重視這類問題。尤其，在脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間投運(yùn)，系統(tǒng)隱患缺陷累計(jì)，間接性對(duì)系統(tǒng)脫硫效率造成影響，需要精細(xì)化控制和合理添加增效劑，來維持其系統(tǒng)應(yīng)具備的脫硫效率。

防止脫硫效率降低最有效的方式是運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整塔內(nèi)氧化風(fēng)量，確保石膏品質(zhì)；pH值調(diào)節(jié)，減緩腐蝕和結(jié)垢；重金屬離子排放，保證漿液健康；嚴(yán)控石灰石漿液制備品質(zhì)。同時(shí)，經(jīng)試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表明，在滿足電廠環(huán)保排放的情況下，合理使用增效劑后，可以停運(yùn)1臺(tái)漿液循環(huán)泵，燃燒含硫量較高的煤種，降低了發(fā)電成本和脫硫運(yùn)行成本。由于長(zhǎng)期使用脫硫增效劑，促進(jìn)了SO2的吸收，加速了氣－液兩相的傳質(zhì)過程，使得脫硫系統(tǒng)前、后壓差較小，同時(shí)達(dá)到了脫硫系統(tǒng)優(yōu)化的效果。