濕法脫硫存在的主要問題與技術探討

陳小明

（中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司熱電運行部,寧夏 靈武 750411）

1 脫硫簡要介紹

當前,火力發電行業脫硫應用技術總體上比較成熟,絕大多數火電行業均采用石灰石-石膏濕法脫硫技術工藝,該技術應用廣泛、技術成熟可靠,設計脫硫效率可以達到98%以上,近幾年,國家針對污染物排放標準也越來越嚴格,脫硫設施在投運過程中暴露出一些問題,亟待重視和解決,本文重點針對石灰石－石膏濕法脫硫工藝在實際應用中存在的主要問題進行探討。

2 石灰石－石膏濕法脫硫

（1）二氧化硫的吸收過程。（2）反應產物的氧化過程。（3）結晶生成石膏的過程。

3 脫硫裝置的介紹及應用

3.1 情況介紹

某公司2×330MW機組采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置,每臺機組對應一座脫硫塔,煙氣系統不設GGH和旁路煙道,增壓風機與引風機合并設置,脫硫系統壓降通過引風機克服,兩臺機組共用一座210m高內襯鈦鋼煙囪,每臺機組脫硫設施原設計配置三臺脫硫漿液循環泵,原脫硫設施設計脫硫出口二氧化硫排放濃度200mg/Nm3以下,為了進一步滿足日益嚴格的污染物排放標準,2015年,通過對脫硫設施實施提效改造,目前,每座脫硫塔配置五臺脫硫漿液循環泵,設計脫硫效率98.99%,在脫硫設施出口新增濕式除塵器,經過改造后,凈煙氣二氧化硫排放濃度達到35mg/Nm3以下,滿足超低排放指標要求。

3.2 工藝簡要描述

鍋爐煤粉燃燒后產生的煙氣經SCR脫硝裝置、電除塵器,通過引風機增壓后進入脫硫吸收塔,煙氣經過石灰石-石膏濕法脫硫設施后,與吸收塔上部噴淋層噴淋下來的石灰石漿液逆向接觸,煙氣中二氧化硫與石灰石漿液在脫硫塔內發生化學反應,生成亞硫酸鈣,匯于吸收塔下部的漿液池,同時,氧化風機向脫硫塔底部漿液池中不斷送入空氣,對脫硫塔底部漿液進行強制氧化,使亞硫酸鈣充分氧化為硫酸鈣,脫硫塔底部漿液再通過石膏排出泵先后送入石膏旋流器和真空皮帶脫水系統進行脫水處理,最終形成含水率10%左右的石膏落入石膏庫,石膏優先考慮送至綜合利用單位進行綜合利用,剩余少部分石膏送至渣場暫時存放。

3.3 存在的主要問題

（1）脫硫系統接觸漿液設備和管道沖刷磨損較為嚴重。（2）噴淋層噴嘴堵塞和結垢現象較為突出。（3）脫硫塔頂部除霧器坍塌、堵塞和結垢現象經常發生。（4）石膏脫水效果較差。（5）脫硫系統結垢、腐蝕和磨損較為嚴重,需經過長時間的運行不斷探索和總結經驗。（6）脫硫系統漿液起泡或中毒問題。脫硫系統運行過程中,經常會出現脫硫漿液起泡或脫硫漿液中毒,嚴重影響脫硫系統漿液品質,降低脫硫效率,影響凈煙氣二氧化硫達標排放。（7）脫硫系統水平衡問題。由于脫硫系統設計考慮不足、蒸發量低、補水量大、系統設備存在缺陷或工藝調整不當等多種因素,導致在實際脫硫系統運行過程中,經常出現脫硫塔內漿液溢流、水平衡破壞等現象。（8）脫硫廢水排放去向問題。脫硫廢水處理系統作為脫硫公用系統,廢水中所含的氯離子和重金屬離子指標偏高會嚴重影響脫硫系統安全穩定運行,為此,多數企業雖然同步建設了脫硫廢水處理系統,但是廢水處理設施運行不穩定,運行和檢修成本高,且經過處理后的脫硫廢水難以達標,長期困擾企業脫硫系統穩定運行。

3.4 主要技術措施

3.4.1 防腐防磨處理

結合實際情況,需要對脫硫系統磨損嚴重的漿液管道和脫硫系統漿液泵本體等處進行防腐和防磨處理,增加使用壽命,此外,對于磨損嚴重的部位,建議提前制作內襯搪瓷的管道彎頭留作備用,并對其編號,妥善保存,一旦損壞立即完成更換。

3.4.2 合理控制pH值運行

為避免脫硫塔內結垢現象發生,在確保脫硫出口二氧化硫濃度達標排放前提下,運行過程中需要嚴格按照《運行規程》實施調控,盡量控制低pH值運行,以石灰石粉做脫硫劑時,pH值優先考慮控制在4.8-5.2左右。

3.4.3 檢修期間認真檢查系統

借助主機和脫硫設施停運檢修機會,對脫硫系統沖刷磨損較為嚴重的漿液管道認真檢查,防止管道防腐層被沖刷進一步擴大,需要及時對脫硫系統的脫硫塔本體、轉動設備和罐體腐蝕情況進行認真檢查,發現異常及時處理,建議根據脫硫漿液沖刷和腐蝕磨損情況,結合現場管道或彎頭尺寸,提前預制部分耐磨脫硫漿液管道或彎頭作為緊急備用,一旦脫硫設施現場漿液管道或彎頭被沖刷磨損泄漏后可以及時更換處理。

3.4.4 嚴格控制煙氣流速

運行過程中,密切觀察除霧器進出口壓力、壓差變化,合理調整鍋爐尾部引風機或增壓風機擋板門開度,建議設置除霧器差壓報警,根據除霧器設計情況,一旦除霧器壓差接近設計壓力,及時報警,提前為工藝調控和儀表檢查做好預防工作,避免出現煙氣攜帶大量漿液、堵塞除霧器現象發生。

3.4.5 控制除霧器水沖洗

在確保脫硫系統水平衡的前提下,根據除霧器前后壓差情況,盡最大努力縮短除霧器沖洗周期和沖洗時間,增加對除霧器的沖洗次數,預防除霧器堵塞或漿液結垢,沖洗時間可以根據脫硫系統水平衡合理控制和調整。脫硫系統停運后,在脫硫塔頂部脫硫漿液在除霧器上還沒有凝固的情況下,先對除霧器上積存的脫硫漿液用高壓水進行沖洗,建議在脫硫塔頂部設計或增設高壓沖洗水,具備檢查條件后及時對脫硫塔頂部和除霧器進行沖洗。內部檢查時,重點檢查除霧器模塊固定情況是否完成、除霧器模塊有無彎曲、變形或破損、除霧器卡扣是否丟失和固定牢固等異常問題。

3.4.6 嚴格管控脫硫系統漿液品質

脫硫塔內的漿液品質管控尤為重要,必須嚴格控制脫硫系統漿液氯離子和重金屬離子含量,直接關系到脫硫系統化學反應能否正常進行和凈煙氣二氧化硫能否長期穩定達標,建議嚴格管控脫硫塔內漿液氯離子、密度、pH值、亞硫酸鈣、硫酸鈣等主要指標,脫硫塔內漿液氯離子濃度控制在2000ppm以下,并盡量維持低參數運行。

3.4.7 嚴格管控脫硫系統水平衡

根據脫硫塔液位變化,提前做好脫硫塔內補水、漿液排放、地溝地坑及返回至脫硫塔內的各類漿液和回流水的預防控制和工藝調控工作,持續穩定做好脫硫系統水平衡,盡最大努力杜絕漿液溢流或漿液污染環境。3.4.8必須解決脫硫廢水排放去向

廢水處理系統應保持正常運行狀態,真正為改善脫硫系統漿液品質發揮作用,根據現場實際情況,可以多渠道拓寬脫硫廢水排放去向,建議根據脫硫塔內漿液品質和脫硫廢水化驗情況,及時處理或外排脫硫廢水,建議優先考慮應用于灰庫、渣倉和煤場拌濕降塵,降低脫硫系統漿液氯離子和重金屬含量。

3.4.9 高度關注主要參數監視

重點關注脫硫系統的脫硫塔漿液pH值、脫硫塔內漿液密度、除霧器進出口壓差、原煙氣和凈煙氣二氧化硫變化趨勢及漿液循環泵運行電流變化等,定期檢查脫硫系統脫硫塔本體的重要表計和在線儀表進行定期校對,減小DCS系統主要監視參數與實際化驗數據的偏差,建立詳細化驗臺賬和主要參數對比臺賬,根據主要參數變化情況,根據脫硫系統漿液反應情況,增加對脫硫系統重要參數的化驗頻次,出現問題應立即查找原因,根據實際情況,可申請增加化驗頻次并建立詳細化驗或儀表比對臺賬。

3.4.10 合理控制脫硫系統入口煙塵濃度,降低煙氣中煙塵含量

加強對鍋爐尾部一級除塵設施調整與投運,嚴格控制進入脫硫系統原煙氣的煙塵濃度,給脫硫設施出口濕式除塵器（二級除塵）減輕壓力,避免粉塵參數超標,通常控制脫硫入口煙塵濃度60mg/Nm3以下為宜,最大限度降低煙氣中煙塵含量。

3.4.11 控制氯離子和重金屬離子

加強對脫硫系統中氯離子和重金屬離子的化驗分析,確保脫硫廢水處理系統正常投運,或者根據化驗情況,定期尋找廢水排放去向,在脫硫系統漿液和水平衡許可情況下,加大稀釋力度,避免氯根和重金屬離子含量過高,加劇對脫硫系統的腐蝕、抑制石膏脫水等副作用。

3.4.12 石膏含水率超標

（1）原因一：吸收塔漿液pH值。措施：合理調控系統pH值運行,根據經驗,初步確定漿液的pH值控制在5.2~5.6左右。（2）原因二：脫硫漿液循環量。措施：根據脫硫系統凈煙氣排放情況,合理控制脫硫漿液循環泵投運數量。（3）原因三：脫硫渣漿濃度（固含量）。措施：按照運行規程要求,嚴格控制脫硫漿液的密度,建議優先考慮將脫硫塔內漿液的密度控制在1150mg/m3左右。（4）原因四：硫鈣比。措施：嚴格控制硫鈣比。根據大量設計資料和實際摸索經驗得知,Ca/S比控制在1.03~1.05左右。（5）原因五：晶粒大小影響。措施：適當考慮對脫硫系統增加增效劑和硫酸鈣晶種,改善和提高脫硫石膏品質。（6）原因六：嚴格管控脫硫系統漿液中氯離子濃度、煙塵含量和脫硫劑中攜帶雜質及酸性不溶物含量。措施：重視脫硫廢水系統投運完好性控制,保證脫硫廢水正常投運,改善脫硫塔內漿液品質,盡最大努力控制或降低脫硫塔內漿液中氯離子含量,促進脫硫系統發生正常化學反應,從而進一步提高脫硫效率。（7）原因七：旋流器和真空皮帶脫水機系統影響。措施：選擇較小口徑的沉砂嘴達到較好的旋流分離效果,確保皮帶脫水機運行正常,加強對真空皮帶脫水系統設備檢修與維護,合理控制真空皮帶脫水機的真空度,建議將石膏濾餅厚度調整至20mm～25mm左右。

3.4.13 根據實際工況合理優化運行方式

根據脫硫系統原煙氣和凈煙氣參數變化情況,在確保各主要控制指標符合《運行規程》前提條件下,合理控制漿液循環泵等設備投運數量,合理調控引風機（或增壓風機）調節開度,降低廠用電消耗,嚴格控制鈣硫比,降低脫硫劑浪費,最大限度經濟運行,同步實現節能與減排。

3.4.14 加強脫硫系統各類事故情況下應急演練

脫硫系統設備故障頻次較為頻繁,主要設備故障時有發生,建議定期開展各類應急事故專題培訓演練,發現不足,總結經驗,逐步完善事故應急處置方案,逐步提高各級人員事故應急處置能力和響應速度,在事故情況下,通過緊急應急處置,力爭有效遏制和防止事故擴大。

3.4.15 積極嘗試或引用新技術

脫硫系統容易出現腐蝕和磨損情況、維護費用較高,根據機組負荷、燃煤品質變化、原煙氣和凈煙氣二氧化硫濃度變化情況需要提前調整。由于市場的不確定因素,機組投運后,鍋爐實際燃燒的燃煤品質與設計指標相比普遍存在較大差異,近幾年,國內外針對污染物排放標準要求日益嚴格,原有舊的脫硫裝置多數不能滿足當前嚴格的排放標準,多數企業已開始實施環保設施增容提效改造工作。目前,多數企業環保設施投運要求已逐漸從穩定性運行轉入安全經濟性運行。在脫硫系統中增加脫硫添加劑逐漸被試驗和推廣,目前,很多脫硫裝置投入脫硫添加劑使用,通過在脫硫系統投入脫硫添加劑,能有效加速脫硫劑溶解,減小pH值波動,增強脫硫劑洗滌能力,增強碳酸鈣的反應活性,進一步提高脫硫效率,而且可以防止漿液結垢和堵塞,改善脫硫系統脫硫石膏品質、降低脫硫系統的脫硫劑消耗,大大提高脫硫系統脫硫劑的反應活性,甚至可以在超出設計煤種較高的硫份情況下達標運行,降低液氣比,實現節能降耗,不但可以有效改善大氣環境,甚至還可以給企業帶來良好的經濟效益,具有較好的發展空間。

4 結果分析與建議

（1）濕法脫硫系統對設備磨損、沖刷、腐蝕較為嚴重,該脫硫工藝設計時建議選用耐磨、防腐材質。（2）建議加強石膏品質控制,生產高純度合格品質石膏,積極拓展石膏綜合利用和對外銷售渠道。（3）借助機組和脫硫設施停運檢修機會,需要對脫硫系統進行徹底檢查和檢修,特別是脫硫塔本體和脫硫系統主要轉動設備等,需要借助停機的機會處理缺陷和發現的問題必須在有效時間內徹底根除和治理。（4）濕法脫硫裝置需對吸收和氧化系統合理設計,特別注意除霧器選型和對沖洗水系統的設計。（5）建議加強對脫硫新技術、新工藝的嘗試和推廣。（6）積極參加同行業內技術交流與學習,提高技能。

5 結論

綜上所述,解決脫硫系統存在的主要問題,不能單一解決某一項或某一個問題,要綜合全面地進行分析,多方面入手采取措施,才能從根本上提高脫硫設施運行的可靠性,因此,要充分借鑒同類企業脫硫系統經驗和教訓,不斷摸索與總結,定期完善和細化運行和檢修規程,嚴格按照《運行規程》進行脫硫系統操作和調控,按照《檢修規程》加強設備檢修與維護治理,提高脫硫系統本質安全和穩定運行,共同提高、共同進步。