濕法煙氣脫硫工藝設(shè)計(jì)常見問題分析

1、石灰石石膏法煙氣脫硫工藝設(shè)計(jì)常見問題分析內(nèi)容摘要本文針對(duì)石灰石石膏法煙氣脫硫工藝設(shè)計(jì)中常見問題作了具體分析，對(duì)WFGD裝置的設(shè)計(jì)者提供了相應(yīng)的建議，認(rèn)為各系統(tǒng)合理的設(shè)備選型及設(shè)計(jì)是WFGD正常調(diào)試運(yùn)行的可靠保證。關(guān) 鍵 詞 石灰石石膏脫硫 工藝設(shè)計(jì)1前言煙氣脫硫是控制火電廠SO2污染的重要措施，隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力供應(yīng)不足的矛盾日益突出，國家在積極建設(shè)電廠的同時(shí)充分注意火電廠煙氣排放帶來的嚴(yán)重環(huán)境污染問題，相繼制訂了火電廠相關(guān)政策法規(guī)、積極推動(dòng)火電廠安裝煙氣脫硫設(shè)施，如2000年9月1日開始實(shí)施的新中華人民共和國大氣污染防治法第30條規(guī)定：“新建或擴(kuò)建排放二氧化硫的火電廠和其他大

2、中型企業(yè)超過規(guī)定的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)或者總量控制指標(biāo)的，必須建設(shè)配套脫硫。除塵裝置或者采取其他控制二氧化硫排放、除塵的措施。在酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)內(nèi)，屬于已建企業(yè)超過規(guī)定的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)排放大氣污染物的，依照本法第四十八條的規(guī)定限期治理?！睋?jù)相關(guān)研究表明1在目前國內(nèi)外開發(fā)出的上百種脫硫技術(shù)中，石灰石石膏法煙氣脫硫是我國火電廠大中型機(jī)組煙氣脫硫改造的首選方案。隨著重慶珞璜電廠引進(jìn)日本三菱重工的兩套濕式石灰石石膏法煙氣脫硫技術(shù)和設(shè)備，國華北京熱電廠半山電廠和太原第一熱電廠等都相繼采用了石灰石石膏法脫硫。該法脫硫率高，運(yùn)行工況穩(wěn)定，為當(dāng)?shù)貛砹肆己玫沫h(huán)境經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。在這些運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上其它火電廠

3、也加快了脫硫工程改造步伐，石灰石石膏法脫硫工藝往往成了大多數(shù)電廠的脫硫首選方案。石灰石石膏法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)盡管優(yōu)點(diǎn)多，但系統(tǒng)復(fù)雜，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面要充分進(jìn)行優(yōu)化選擇，考慮設(shè)計(jì)參數(shù)寬裕度以及對(duì)鍋爐本體影響等問題，往往由于設(shè)計(jì)不完善為后期系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行加大難度或達(dá)不到設(shè)計(jì)效果。本文就是針對(duì)在石灰石石膏脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常見問題進(jìn)行分析，為脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員提供一定的技術(shù)參考。2.石灰石石膏法脫硫工藝中常見問題以及相應(yīng)措施2.1石灰石石膏法脫硫工藝簡介圖給出了石灰石石膏法脫硫流程示意圖。主要包括原料輸送系統(tǒng)、吸收劑漿液配制系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、石膏脫水及貯存和石膏拋棄系統(tǒng)。從鍋爐引風(fēng)機(jī)引出的煙

4、氣全部進(jìn)入FGD系統(tǒng)，首先通過氣氣熱交換器(MGGH)對(duì)未脫硫煙氣進(jìn)行降溫，再進(jìn)入吸收塔進(jìn)行脫硫反應(yīng)，完成脫硫后的凈化煙氣經(jīng)溢流槽及兩級(jí)除霧后，再通過MGGH熱交換器的煙氣吸熱側(cè)，被重新加熱到88以上經(jīng)煙囪排出。2.2常見問題分析2.2.1 吸收系統(tǒng)吸收系統(tǒng)是脫硫工藝的核心部分。由于設(shè)計(jì)人員要綜合考慮脫硫效率和脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能以及運(yùn)行維護(hù)量的問題，吸收塔的選擇成了設(shè)計(jì)的核心問題。目前該脫硫系統(tǒng)吸收塔的型式主要有四種，結(jié)構(gòu)型式見圖25。不同的吸收塔有不同的吸收區(qū)設(shè)計(jì)，其中柵格式吸收塔由于系統(tǒng)阻力大柵格宜堵和宜結(jié)垢等問題逐漸被淘汰；鼓泡式吸收塔也由于系統(tǒng)阻力大脫硫率相對(duì)偏低等問題應(yīng)用較少；噴淋式吸

5、收塔由于脫硫效率能達(dá)到95以上，系統(tǒng)阻力小，目前應(yīng)用較多，但該塔噴嘴磨損大且宜堵塞，需要定期檢修，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來一定的影響，目前設(shè)計(jì)人員對(duì)噴嘴進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，系統(tǒng)維護(hù)量相對(duì)降低；對(duì)于液柱塔由于其脫硫率高，系統(tǒng)阻力小，能有效防止噴嘴堵塞、結(jié)垢問題，應(yīng)用前景廣闊。因此在吸收塔的設(shè)計(jì)選擇上應(yīng)綜合考慮廠方的要求和經(jīng)濟(jì)性，液柱塔是首選方案，其次是噴淋塔。目前國內(nèi)電廠在脫硫系統(tǒng)中核心設(shè)備上均采用進(jìn)口設(shè)備，特別是吸收塔，由于技術(shù)含量比較高，因此基本上都采用進(jìn)口設(shè)備。因此設(shè)計(jì)人員主要的工作要重點(diǎn)把握吸裝置的技術(shù)指標(biāo)和相應(yīng)要求的技術(shù)參數(shù)。如：珞璜電廠于1988年引進(jìn)了日本三菱重工濕式石灰石石膏法煙氣脫硫裝

6、置，配360MW凝汽式發(fā)電機(jī)組2。表1 日本三菱重工濕式石灰石石膏FGD裝置技術(shù)指標(biāo)參數(shù)煤種含硫量脫硫率鈣硫比進(jìn)口煙溫出口煙溫水霧含量吸收塔煙氣流速停留時(shí)間指標(biāo)5%95%1.11.21429030mg/m39.3m/s3.3s2.2.2 煙氣及再熱器系統(tǒng) 煙氣再熱器系統(tǒng)在脫硫工藝中占很重要的位置，在煙氣系統(tǒng)和再熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)上存在的常見問題較多，據(jù)經(jīng)驗(yàn)表明設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的主要問題總結(jié)如下：（1）FGD入口SO2濃度。很多進(jìn)行脫硫改造的電廠往往都會(huì)對(duì)來煤品質(zhì)進(jìn)行一定的調(diào)整，有些電廠會(huì)采用低硫份煤和高硫份煤摻燒的方案，由于混煤不均勻，入爐硫含量變化快，鍋爐燃燒排放出的SO2濃度波動(dòng)較大，在FGD入口S

7、O2濃度變化頻率大而FGD運(yùn)行慣性大，一旦系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)脫硫率波動(dòng)大；同時(shí)由于SO2濃度變化大，在一定的工況周期內(nèi)吸收塔內(nèi)PH值不能滿足要求（一般要求為5.56.5），系統(tǒng)脫硫率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此在脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)電廠提出保證混煤均勻的要求或方案。（2）FGD入口煙塵濃度。為了脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在FGD入口應(yīng)設(shè)計(jì)安裝煙塵濃度檢測裝置。主要原因是考慮到除塵器在達(dá)不到設(shè)計(jì)效率時(shí)，往往煙塵濃度過高，會(huì)嚴(yán)重影響到脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此設(shè)計(jì)時(shí)人員應(yīng)對(duì)廠家提出該投資建議。（3）旁路擋板和進(jìn)出口擋板的設(shè)計(jì)。FGD系統(tǒng)啟停時(shí)煙氣在旁路和主煙道間切換，在實(shí)際煙道設(shè)計(jì)時(shí)一般兩路煙道阻力不同，此

8、時(shí)對(duì)鍋爐的負(fù)壓會(huì)產(chǎn)生一定的影響。如果兩路阻力壓力相差懸殊，在FGD系統(tǒng)啟停時(shí)鍋爐的負(fù)壓會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)。如果燃用劣質(zhì)煤，在較短的時(shí)間內(nèi)鍋爐運(yùn)行人員難以迅速調(diào)整，有可能造成熄火。因此在旁路擋板的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮擋板切換的時(shí)間值。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于選擇合適的彈簧，一般經(jīng)驗(yàn)值旁路擋板通過預(yù)拉彈簧打開時(shí)間應(yīng)大于2.53。另外在進(jìn)出口擋板設(shè)計(jì)上要考慮FGD系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)由于擋板有間隙存在，加上進(jìn)出口煙道阻力不同，在一般設(shè)計(jì)中停運(yùn)采用集中供應(yīng)密封風(fēng)，往往造成煙氣滲透，有可能出現(xiàn)熱煙氣漏入FGD系統(tǒng)，造成系統(tǒng)腐蝕，影響系統(tǒng)壽命。所以設(shè)計(jì)停運(yùn)密封風(fēng)時(shí)應(yīng)對(duì)進(jìn)出口擋板單獨(dú)配備一臺(tái)風(fēng)機(jī)。（4）煙氣換熱器GGH選擇。脫硫系統(tǒng)中

9、，設(shè)置GGH的目的：一是降低進(jìn)入脫硫塔的煙氣溫度到100以下，保護(hù)塔及塔內(nèi)防腐內(nèi)襯；二是使脫硫塔出口煙氣溫度升至80以上，減少煙氣對(duì)煙道及煙囪的腐蝕。經(jīng)驗(yàn)表明脫硫系統(tǒng)自動(dòng)時(shí)出口煙溫一般都達(dá)不到實(shí)際的出口煙溫，為了減小因出口煙溫低對(duì)下游的腐蝕，因此在設(shè)計(jì)出口煙溫時(shí)應(yīng)考慮510的寬裕度。在考慮是否設(shè)置GGH存在兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為不上GGH能節(jié)約初投資，可以從腐蝕材料上解決腐蝕問題；一種認(rèn)為不上GGH節(jié)約的初投資，不足以補(bǔ)償為解決防腐問題而花在防腐上的投資。不裝GGH，低溫排放的優(yōu)點(diǎn)是簡化系統(tǒng)，減少GGH所需投資；缺點(diǎn)是吸收塔后至煙囪出口均要處于嚴(yán)重腐蝕區(qū)域內(nèi)，煙道與煙囪內(nèi)襯投資很高；與此同時(shí)，煙囪

10、出口熱升力減小，常冒白煙，不裝GGH，部分煙氣（1550%）不進(jìn)吸收塔，通過旁路煙道與處理后的煙氣混合，從而使其排煙溫度上升，這僅適用于要求脫硫效率不高的工程如黃島、珞璜二期等工程。因此對(duì)于要求高脫硫率的工程一般都設(shè)GGH。目前脫硫裝置煙氣再熱系統(tǒng)一般采用回轉(zhuǎn)式、管式、蒸汽加熱等幾種方式。采用蒸汽加熱器投資省但能耗大，運(yùn)行費(fèi)用很高，采用此方式需作慎重考慮，目前在國內(nèi)應(yīng)用較少。國外脫硫裝置中回轉(zhuǎn)式換熱器應(yīng)用較多，這是因?yàn)閲饣剞D(zhuǎn)式投資比管式低，在國內(nèi)，運(yùn)用于脫硫裝置的回轉(zhuǎn)式換熱器生產(chǎn)廠較少，且均使用國外專利商技術(shù)，所以回轉(zhuǎn)式價(jià)格比管式略高?；剞D(zhuǎn)式換熱器有3%左右的泄露率，即有3%的未脫硫煙氣泄露

11、到已脫硫的煙氣中，這將要求更高的吸收脫硫效率，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用提高。管式換熱則器設(shè)備龐大，電耗大。 因此在脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)脫硫率鍋爐尾部煙氣量尾部煙道材料以及脫硫預(yù)留場地等情況進(jìn)行方案，選出最合理的方案。 2.2.3 吸收劑漿液配制系統(tǒng)在脫硫工藝方案選擇時(shí)一般對(duì)石灰石來源和品質(zhì)都應(yīng)做過調(diào)查，石灰石來源應(yīng)充足，能保證脫系統(tǒng)長期運(yùn)行的供應(yīng)量，一般考慮15年左右的設(shè)計(jì)年限，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)電廠的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。但石灰石品質(zhì)一定要能達(dá)到品質(zhì)要求（見表2）。石灰石品質(zhì)不高，雜質(zhì)較多，會(huì)經(jīng)常造成閥門堵塞和損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成脫硫塔的管道堵塞，特別易造成噴嘴堵塞損壞，影響脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在制

12、漿系統(tǒng)石灰石粉送入前應(yīng)保證得到良好的空氣干燥，以防送粉管道堵塞，同時(shí)對(duì)整個(gè)送粉管道應(yīng)設(shè)計(jì)流暢，減少閥門和連接部件，特別是漿液管的溢流管應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)良好的密封風(fēng)以防止石灰石的外漏，對(duì)制漿車間和廠區(qū)造成二次污染。表2 石灰石質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)CaOMgO細(xì)度要求R325酸不溶物鐵鋁氧化物指標(biāo)>52%2%5%1%2%2.2.4 石膏脫水及貯存和石膏拋棄系統(tǒng)該系統(tǒng)中最大的問題主要是由于石膏的黏性附著，經(jīng)常使水力旋轉(zhuǎn)器漏斗堵塞，導(dǎo)致脫水系統(tǒng)停運(yùn)。因此在漏斗底部可以設(shè)計(jì)工藝水供應(yīng)管道周期進(jìn)行清洗，或者提出方案建議工作人員定期進(jìn)行人工清洗。煙氣脫硫后的石膏一部分通過拋棄泵將石膏漿液輸送到電廠的灰渣池內(nèi)，設(shè)

13、計(jì)輸送管道時(shí)應(yīng)充分考慮石膏的特性，盡量考慮輸送管道縮短或者在管道中設(shè)計(jì)易拆卸法蘭為今后的檢修帶來方便。有的電廠如湘潭電廠由于脫硫副產(chǎn)品有很好的銷售市場，能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。因此應(yīng)考慮合理的方案提高石膏的品質(zhì)。一般提高石膏品質(zhì)途徑包括：提高石灰石的品質(zhì)；提高脫硫率；提高除塵器的除塵效率；強(qiáng)化氧化系統(tǒng)以及定期清洗。相關(guān)研究表明3，石膏的生成速率將隨著脫硫效率的提高而增大，并且其質(zhì)量也將隨著脫硫效率的提高而得到改善。 在對(duì)SO2的吸收過程中，吸收塔的設(shè)計(jì)、煙氣溫度的合理選取、脫硫劑的選用及用量等因素都將影響脫硫效率，從而影響到石膏的質(zhì)量。吸收塔的合理設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)能夠提供合理的液氣比、減小液滴直徑，增加

14、傳質(zhì)表面積，延長煙氣與脫硫劑的接觸時(shí)間，有利于脫硫效率的提高，有利于脫硫反應(yīng)的完全。較高的煙氣溫度，不僅能提高脫硫效率，而且能使?jié){池內(nèi)溫度升高，提高亞硫酸鈣的氧化速率。吸收劑的化學(xué)當(dāng)量對(duì)脫硫過程有直接的影響，吸收時(shí)所用石灰石濃度與數(shù)量影響到反應(yīng)速度，有資料表明，在考慮到經(jīng)濟(jì)性問題以及化學(xué)當(dāng)量與脫硫的關(guān)系等因素后，一般使用化學(xué)當(dāng)量為1.2的吸收劑5。脫硫劑將很大程度上決定生成石膏的質(zhì)量。當(dāng)石灰石質(zhì)量不高、粒度不合理時(shí)，生成石膏中的雜質(zhì)也將隨之增多，從而影響石膏的質(zhì)量和使用。有資料表明，石灰石中的惰性成分如石英砂會(huì)造成磨損，陶土礦物質(zhì)會(huì)影響石膏漿的脫水性能5。另外，石灰石在酸內(nèi)溶解后會(huì)殘留一種不溶

15、解的礦渣，其對(duì)石膏的質(zhì)量有不利的影響。因此，應(yīng)當(dāng)盡可能提高石灰石的純度并采用合理的粉細(xì)度。煙氣中的雜質(zhì)，如飛灰、粉焦、煙怠、焦碳等，雖然經(jīng)過脫硫裝置的洗滌后，會(huì)有一部分沉淀下來，但還會(huì)有一部分進(jìn)入漿池內(nèi)，影響到石膏的質(zhì)量。而且，這些雜質(zhì)的存在也會(huì)對(duì)脫硫裝置本身的安全運(yùn)行帶來一定危害。因此，應(yīng)當(dāng)努力提高除塵裝置的除塵效果，當(dāng)煙氣內(nèi)雜質(zhì)過高，對(duì)脫硫裝置產(chǎn)生危害時(shí)，應(yīng)果斷地旁路脫硫裝置。定期清洗脫硫塔底部、漿池及管道，避免殘存的雜質(zhì)對(duì)石膏質(zhì)量的影響。對(duì)石膏脫水設(shè)備（如離心式分離器及帶式脫水機(jī)等）也應(yīng)進(jìn)行定期的清洗，保證設(shè)備的安全運(yùn)行和效率。Hjuler和Dam-Johansen在1994年曾有試驗(yàn)報(bào)

16、道發(fā)現(xiàn)在亞硫酸鹽的氧化過程中會(huì)有SO2放出4,同時(shí)在反應(yīng)過程中會(huì)出現(xiàn)未完全氧化的亞硫酸氫鈣。為了保證生成石膏過程中實(shí)現(xiàn)充分反應(yīng)，驅(qū)逐反應(yīng)生成的SO2，并將未完全反應(yīng)的亞硫酸氫鈣氧化為硫酸鈣，須增設(shè)一套氧化系統(tǒng)，一般可采用漿池中鼓風(fēng)的措施。2.2.5 供水系統(tǒng)脫硫系統(tǒng)的工藝供水一般有兩種方案，一種工藝供水來源于鍋爐機(jī)組的工業(yè)水。由于脫硫系統(tǒng)供水成周期性，會(huì)使機(jī)組設(shè)備的冷卻水壓力降低和波動(dòng)，造成送引風(fēng)機(jī)、排粉風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)等設(shè)備的軸承冷卻效果變差，并引起電廠工業(yè)用水緊張。因此該種供水方案前提是鍋爐機(jī)組工業(yè)水的寬裕度較大。另一種方案脫硫工藝設(shè)計(jì)單獨(dú)的供水系統(tǒng)，一般在新電廠脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多，對(duì)于

17、老廠改造應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。2.2.6 其它腐蝕問題是濕法脫硫中常見問題。石灰石石膏法脫硫系統(tǒng)中造成腐蝕的因素主要有煙氣中硫化物氯化物煙溫以及由于石灰漿黏性附著對(duì)管道的堵塞等。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮防腐措施。煙氣脫硫系統(tǒng)的防腐措施很多，如用合金材料制造設(shè)備和管道、使用襯里材料、用玻璃纖維增強(qiáng)熱固性能樹脂、采用旁路熱煙氣調(diào)節(jié)等，究竟采取什么措施，需依燃煤成分、所采用的煙氣脫硫系統(tǒng)類型及經(jīng)濟(jì)狀況而定。結(jié)垢和堵塞是濕法脫硫工藝中最嚴(yán)重的問題，可造成吸收塔、氧化槽、管道、噴嘴、除霧器甚至換熱器結(jié)石膏垢。嚴(yán)重的結(jié)垢將會(huì)造成壓損增大，設(shè)備堵塞，因此結(jié)垢是目前造成設(shè)備停運(yùn)的重要原因之一。結(jié)垢主要包括以下

18、幾種類型：碳酸鹽結(jié)垢、亞硫酸鹽結(jié)垢、硫酸鹽結(jié)垢。大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明3，前兩種結(jié)垢通?？梢酝ㄟ^將pH值保持在9以下而得到很好的控制。在實(shí)際運(yùn)行中，由于pH值較低，且在漿液到達(dá)反應(yīng)槽過程中亞硫酸鹽達(dá)到一個(gè)較高的過飽和度，從而在石灰石/石灰系統(tǒng)中亞硫酸鹽結(jié)晶現(xiàn)象難以發(fā)生，因此很少發(fā)生亞硫酸鹽的結(jié)垢現(xiàn)象。然而對(duì)于硫酸鹽而言，其結(jié)垢現(xiàn)象是難以得到有效控制的。防止硫酸鹽結(jié)垢的方法是使大量的石膏進(jìn)行反復(fù)循環(huán)從而使得沉積發(fā)生在晶體表面而不是在塔內(nèi)表面上。5%的石膏濃度就足以達(dá)到這個(gè)目的。為達(dá)到所需的5%石膏濃度其中一個(gè)辦法就是采取控制氧化措施。當(dāng)氧化率為15%95%，鈣的利用率低于80%范圍時(shí)硫酸鈣易結(jié)垢。控制氧化就是采用抑止或強(qiáng)制氧化方式將氧化率控制在<15%或>95%。抑止氧化通過在洗滌液中添加抑止化物質(zhì)（扣硫乳劑），控制氧化率低于15%。使?jié){液SO42-濃度遠(yuǎn)低于飽和濃度，生成的少量硫酸鈣與亞硫酸鈣一起沉淀。強(qiáng)制氧化則是通過向洗滌液鼓入空氣，使氧化反應(yīng)趨于完全，氧化率高于95%，保證漿液有足夠的石膏品種用于晶體成長。3.結(jié)束語在石灰石石膏脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中在對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化選擇的同時(shí)綜合考慮諸如防腐防堵等一些常見問題，不僅能達(dá)到良好的設(shè)計(jì)效果而且能使工藝得到進(jìn)一步完善，為系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保證。參考文獻(xiàn)1 王書肖等，火電廠煙氣脫硫技術(shù)的模糊綜合評(píng)價(jià)，