濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中石膏雨問題的分析及對策

1、濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中“石膏雨”問題的分析及對策 0 概述目前， 大部分火力發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)采用石灰石- 石膏濕法脫硫工藝， 取消了氣- 氣換熱器（ggh）裝置，直接將凈煙氣（煙溫5055）從煙囪排出，煙囪采用內(nèi)襯防腐材料，形成“濕煙囪”排放的方案。無ggh 裝置的脫硫系統(tǒng)投產(chǎn)后， 雖有效地解決了ggh 的堵塞問題，但由于“濕煙囪”無煙氣再熱措施，排煙溫度較低，吸收塔出口帶有飽和水的凈煙氣在排出過程中部分冷凝形成液滴，煙氣自煙囪口排出后不能有效的抬升、擴散到大氣中，導致取消ggh 裝置后煙氣不能迅速消散， 特別是當?shù)貐^(qū)溫度、氣壓較低或在陰霾天氣的時間段，煙氣中攜帶的粉塵及液滴聚集在煙囪附近，落到地面

2、形成“石膏雨”或酸雨，對電廠及周邊環(huán)境產(chǎn)生污染，甚至腐蝕設備1-2。1 “石膏雨”成因分析“石膏雨”包含了兩層含義：“石膏”和“雨”，“石膏”指的是石膏漿液；“雨”指的是凈煙氣中飽和水形成的冷凝液液滴。1.1 “石膏”的成因“石膏”是煙氣中夾帶的石膏漿液隨煙氣排放落到地面形成的。脫硫裝置凈煙氣中的石膏漿液主要來源于吸收塔噴淋層噴嘴霧化后的細小液滴，石膏漿液經(jīng)噴嘴霧化后霧滴直徑一般在920 m，經(jīng)碰撞后會產(chǎn)生少量在15 m 左右。在經(jīng)過除霧器后， 一般會除去99.99 %的不小于22 m 霧滴，同時還可以去除50 %的1522 m 液滴，15 m 以下的霧滴無法攔截，因此凈煙氣中有一定量的石膏漿

3、液是必然的。但是如果煙氣在除霧器處的流速超過設計值，除霧器的效果將大大降低，甚至失效，除霧器也會在高速的煙氣下發(fā)生二次攜帶現(xiàn)象，大量的石膏漿液將會隨煙氣被帶入煙囪，形成凈煙氣帶漿現(xiàn)象。“石膏”的形成與多方面的因素有關，主要包括除霧器的除霧效果、吸收塔的設計、運行操作等。1.2 “雨”的成因“雨”就是凈煙氣中冷凝液，其形成的直接原因是煙氣除了含有飽和水蒸氣外，還攜帶有未被除霧器除去的液滴，煙氣的水份主要是從除霧器中逃逸的霧滴組成。其形成的間接原因是飽和煙氣絕熱膨脹及接觸煙道及煙囪內(nèi)壁形成的冷凝物。飽和濕煙氣在煙囪上升過程中，煙氣壓力降低，絕熱膨脹后促使煙氣降溫，形成非常細小的液滴（直徑1 m），

4、絕熱膨脹在煙囪中產(chǎn)生最大數(shù)量的霧滴。在煙囪內(nèi)部，由于受慣性力的作用，煙氣夾帶的較大水滴撞到煙道和煙囪壁上，并與壁上冷凝液結(jié)合，并受氣流影響重新被帶入煙氣，這些重新被帶出的液滴直徑通常在100500 m， 其數(shù)量取決于壁面的特性和煙氣流速。粗糙的壁面、較高的煙氣流速會使夾帶液滴量增加3。“雨”形成的另外一個原因是環(huán)境因素的影響，通常情況下，環(huán)境氣溫低及氣壓低會造成“雨”的出現(xiàn)。如前所述， 脫硫后的煙氣溫度通常在50 左右，與未脫硫的原煙氣直排相比，脫硫后的凈煙氣在抬升高度及擴散能力方面相對較差，因此當脫硫后煙氣從煙囪排出時，由于煙溫與環(huán)境溫度相差較大，煙氣來不及擴散，煙氣中的飽和態(tài)水遇冷變成過飽

5、和狀態(tài)，最終成為冷凝液落到地面形成“雨”，煙氣排放溫度與環(huán)境溫度相差越大， 越容易形成“雨”4-5。2 解決“石膏雨”問題的對策2.1 脫硫系統(tǒng)設計上如何避免“石膏雨”從前面的“石膏雨”的成因可以看出，在設計上采取合理的措施，“石膏雨”是可以有效避免的。設計上采取的措施主要包括以下幾個方面：塔內(nèi)煙氣量及煙氣流速的大小、除霧器的選型和液氣比、煙囪內(nèi)筒的形式及積液槽的設計等方面。2.1.1 fgd 入口煙氣量與設計參數(shù)是否有偏差對某電廠出現(xiàn)"石膏雨"現(xiàn)象進行分析發(fā)現(xiàn)，其fgd 進口煙氣參數(shù)及煤質(zhì)發(fā)熱量與設計值相差較大，設計煤質(zhì)低位發(fā)熱量約為23 352 kj/kg，而入爐煤的低

6、位發(fā)熱量約為20 43322 518 kj/kg， 導致在300 mw 負荷時煙氣流量增加，fgd 入口煙氣溫度比設計值高出20 38 ，同時吸收塔內(nèi)煙氣流速有時達到5 m/s，遠超出設計值的3.9 m/s，故系統(tǒng)實際運行工況遠超過設計值，“石膏雨”現(xiàn)象較嚴重。實際運行煙氣量與設計值是否有較大偏差，這點需要明確， 以便清楚地了解fgd 系統(tǒng)運行工況和設計工況之間的偏差。主要考慮方面有：(1) 若煙氣量沒有偏差，則在出口排放濃度達標的情況下降低噴淋量，使出口煙氣抬升；(2) 若煙氣量有偏差，則需要進行核算，除霧器的流速是否滿足要求，若除霧器的流速不能滿足要求，則相應地調(diào)整除霧器的運行工況。因此，

7、在脫硫系統(tǒng)設計時，實際燃燒煤質(zhì)應在設計值范圍內(nèi)， 以保證fgd 系統(tǒng)在其設計工況下穩(wěn)定運行。2.1.2 選擇合適的煙氣流速煙氣流速是造成“石膏雨”的一個重要原因，因此在設計時， 塔內(nèi)煙氣流速應該綜合多方面因素，設計合適的流速，才能避免“石膏雨”。吸收塔設計煙氣流速一般為3.54.1m/s 左右，除霧器的設計流速稍高于吸收塔設計流速。吸收塔流速高，煙氣中所攜帶的漿液液滴將增多，除霧器的負荷增大，導致“石膏雨”出現(xiàn)，因此，吸收塔的流速不能設計過高。另外，在吸收塔流速的設計上還應考慮有足夠的裕量。通常情況下，機組經(jīng)過一段時間運行后，系統(tǒng)漏風率將會增加，鍋爐的熱效率會有所降低而煤耗則會上升或煙溫調(diào)高，

8、兩者的這種變化將使脫硫裝置入口煙氣量增大， 造成塔內(nèi)煙氣流速提高，因此，在設計上應有足夠的裕量6。此外，對于無增壓風機、無ggh、無旁路的“三無”脫硫裝置，吸收塔煙氣流速的設計還應該與之結(jié)合起來考慮，由于無旁路，一旦出現(xiàn)“石膏雨”，導致機組停運，降低了脫硫裝置的可靠性。因此，“三無”脫硫裝置塔內(nèi)煙氣流速不宜設計過高，并應留有足夠裕量，一般應低于3.8 m/s。2.1.3 選擇合適的除霧器類型平板式除霧器設計流速一般在3.54.5 m/s 左右， 屋脊式除霧器設計流速比平板式除霧器高，一般為3.87 m/s 左右， 屋脊式除霧器對煙氣流速的適應范圍更寬些，煙氣通過葉片法線的流速要小于塔內(nèi)水平截面

9、的平均流速， 即使塔內(nèi)煙氣流速偏高，在通過除霧器時，由于流通面積增大而使得煙氣流速減小從而減少煙氣帶漿。另外，屋脊型除霧器的結(jié)構(gòu)較平板型除霧器更穩(wěn)定，可以耐受的溫度較高，對于“三無”脫硫裝置，為提高其可利用率，宜選用能有效減少漿液夾帶和安全性更好的屋脊式除霧器。在設計除霧器沖洗系統(tǒng)時要考慮的因素有：沖洗面選擇、沖洗水壓力、沖洗強度、噴嘴角度、沖洗頻率、沖洗水水質(zhì)等。噴嘴入口壓力高，噴出漿液中小粒徑的比例增多易形成“石膏雨”，因此在設計上對漿液循環(huán)泵至噴嘴入口處的管道、噴淋層及管件等沿程阻力應詳細計算， 確定準確的循環(huán)泵揚程，保證噴嘴的霧化效果。2.1.4 采用較小液氣比液氣比（l/g）是指單位

10、時間內(nèi)吸收塔循環(huán)漿液量與吸收塔出口煙氣的體積比。脫硫系統(tǒng)的液氣比是保證煙氣中so2、so3及煙塵有效吸收的關鍵指標之一， 足夠的液氣比是保證脫硫效率的前提，吸收塔的液氣比一般控制在1318 l/m3 為宜，液氣比也不能設計過高，太高的液氣比會使煙氣中的液滴夾帶量增多，同樣會增大除霧器的負荷。因此在保證脫硫效率的前提下，液氣比越小越好。2.1.5 “濕煙囪”內(nèi)筒型式的改進“濕煙囪”定義為用以排放飽和的且全部清潔過的煙氣的煙囪。目前電廠一般將采用濕法脫硫工藝、取消ggh 時的煙囪稱為“濕煙囪”。對于濕煙囪的設計，為盡可能減少從煙囪排放出去的液體并引起煙囪降雨及環(huán)境污染，最有效的處理措施是濕煙囪內(nèi)能

11、有效地收集煙氣帶入的較大液滴及防止煙囪內(nèi)壁上的液體被二次攜帶，為此要求內(nèi)筒形線及內(nèi)襯表面應盡可能地平滑，煙囪排煙筒內(nèi)煙氣流速不得超過酸液液膜撕裂的臨界流速，該臨界流速與內(nèi)襯表面的粗糙度有關。為此， 綜合國內(nèi)規(guī)程以及歐美國家的設計標準，煙囪筒內(nèi)流速一般按1820 m/s 取值，考慮實際運行中煤質(zhì)的變化情況，流速宜取下限值。某工程每臺鍋爐吸收塔出口凈煙氣量（brl 工況）為1 418 243 m3/h， 煙道內(nèi)筒直徑取7.4 m， 流速為18.32 m/s。煙囪總高度210 m，為滿足環(huán)保對煙囪出口流速的要求， 煙囪內(nèi)筒在202 m 高處設置變徑，煙囪內(nèi)筒直徑由7.4 m 收縮至6 m，變徑管長度

12、6 m，煙囪頂部留2 m 的直段。煙囪內(nèi)筒由“直筒型”改為“直筒型+出口收縮段”型式設計，這樣可以減少煙流下洗，便于擴散，避免凈煙氣冷凝液在煙道或煙囪里面沉積，同時在單臺機組運行時，煙道與煙囪入口位置為微負壓狀態(tài)，還可有效避免運行中的煙氣串風現(xiàn)象7-9。此方案的實施應在設計時綜合考慮其經(jīng)濟性和可行性。2.1.6 煙囪內(nèi)筒設置積液槽從除霧器逃逸的液滴沉積在煙囪內(nèi)筒的內(nèi)表面上，由于酸液量較大，隨著液滴的不斷沉積，它們便會受到自身重力的作用向下流動，同時煙氣也會對液體施加一個與煙氣流同一方向的拉力，當來自煙氣的力達到或超出液滴自身重力和內(nèi)表面的附著力時液體便會從煙道或內(nèi)襯壁上脫落，然后液體會重新進入

13、煙氣流并被攜帶出煙囪。為防止酸液的二次攜帶，對采用鋼內(nèi)筒的煙囪的酸液排出設計建議采用圖1 所示的型式。由于煙囪底部的淤積物中含有酸液、灰塵、吸收塔逃逸的漿液等，淤積物的粘度較大可能造成酸液排出管的堵塞和結(jié)垢，必要時煙囪底部的積液槽或灰斗處應設置沖洗裝管道和沖洗噴嘴。圖1 濕煙囪鋼內(nèi)筒的酸液排出管典型設計圖（煙囪底部不設置排灰斗）2.2 運行操作中的注意事項 為了保證脫硫裝置與機組同步運行，提高裝置的可利用率， 除了在設計和設備選型上采取措施外，運行操作也要有所提高，操作上要精細、合理，及時發(fā)現(xiàn)問題和處理問題，才能有效避免煙氣帶漿現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證fgd 裝置的正常運行。2.2.1 除霧器壓差

14、在操作過程中，除霧器壓差是一個重點關注的參數(shù)。除霧器壓差一般在100150 pa，壓差增大，會形成"石膏雨"，除霧器壓差增大是因為堵塞造成的，堵塞的原因有多種，如：煙氣流速高、ph 值高、液氣比高等都會造成除霧器堵塞，當發(fā)現(xiàn)除霧器堵塞，首先要正確判斷堵塞的原因，然后采取合理的處理措施。2.2.2 除霧器沖洗水除霧器沖洗水是保證除霧器壓差的主要手段。沖洗效果的好壞取決于沖洗水量、沖洗周期、沖洗壓力。沖洗水量及沖洗周期與機組負荷、煙氣溫度有關，機組負荷高所需沖洗水量大，因此機組負荷發(fā)生變化時，沖洗水量及沖洗周期應隨之調(diào)整。沖洗壓力是保證沖洗水量的關鍵參數(shù)，不隨機組負荷變化10。2.2.3 ph 值ph 值高對“石膏雨”的形成有一定的影響。正常工況下，ph 值應控制在5.65.8 范圍內(nèi)，漿液ph值高，能提高脫硫效果，但高的ph 值也會帶來負面的影響，由于ph 值高，漿液中碳酸鈣濃度增大，易在系統(tǒng)表面形成結(jié)垢， 若結(jié)垢形成在除霧器表面，就會造成除霧器的堵塞，因此，漿液ph 值應在設計值范圍內(nèi)操作， 在操作過程中不宜以提高ph值來提高脫硫效率。2.2.4 漿液密度脫硫裝置中漿液密度會隨石灰石中的碳酸鎂含量變化， 一般情況漿液密度控制在1.15kg/l，所對應漿液固含量在20 %左右