摘要:本文闡述了電廠煙氣濕法脫硫工藝原理及存在的技術(shù)問題和處理方法,并對影響脫硫效率的主要因素進(jìn)行了探討。
　　關(guān)鍵詞:電廠脫硫；技術(shù)問題
　　火電廠脫硫系統(tǒng)存在很多技術(shù)問題，在實(shí)際生產(chǎn)中,如果不能處理好將使脫硫效率降低，并受到監(jiān)管部門的處罰。因此，總結(jié)解決這些技術(shù)問題的方法非常必要的。
　　一、石灰石-石膏濕法脫硫工藝及脫硫原理
　　惠來電廠2×600MW超臨界燃煤機(jī)組,煙氣脫硫工程采用美國引進(jìn)型石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。鍋爐排出煙氣經(jīng)電除塵器處理后通過增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入GGH,被冷卻后進(jìn)入噴淋式吸收塔,自下而上流運(yùn)，并與吸收塔內(nèi)的石灰石漿液形成逆流相混合。煙氣中的酸性氣體經(jīng)循環(huán)石灰石漿液洗滌,可將煙氣中95%以上的硫脫除。同時(shí)還能將煙氣中幾乎全部的氯化氫與氟化氫除去。在吸收塔的頂部出口,經(jīng)處理的煙氣穿過兩級除霧器,除去懸浮液滴。出吸收塔后,煙氣再次進(jìn)入GGH升溫至80℃后排入煙囪。脫硫煙道配有旁路擋板，在緊急情況下或機(jī)組啟動時(shí),旁路擋板打開,煙氣經(jīng)旁路煙道直接排入煙囪。
　　二、脫硫系統(tǒng)的結(jié)垢、堵塞與處理方法
　　1.結(jié)垢、堵塞機(jī)理
　　(1)石膏濃度過飽和后會出現(xiàn)晶束,進(jìn)而形成晶種、晶體。石膏結(jié)晶是一個(gè)動態(tài)平衡過程,新晶種的形成和晶體長大同時(shí)進(jìn)行,只有結(jié)晶到一定程度才被允許排出,因此石膏漿液在吸收塔內(nèi)應(yīng)有足夠的停留時(shí)間,即保持石膏的過飽和狀態(tài)。經(jīng)驗(yàn)表明比較理想的石膏相對過飽和度應(yīng)控制在1.25~1.30。
　　(2)在系統(tǒng)嚴(yán)重缺氧和氧化反應(yīng)程度極低的條件下,將生成一種產(chǎn)物CSS———稱為軟垢,使系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢,甚至堵塞。其中,軟垢CSS的分子式為。
　　(3)吸收液pH值高有利于SO2的吸收,但調(diào)試中發(fā)現(xiàn),當(dāng)pH>5.9時(shí),石灰石中Ca2+的溶出就減慢,SO32-的氧化也受到抑制,漿液中CaSO3•1/2H2O就會增加,易發(fā)生管道結(jié)垢現(xiàn)象。在堿性pH值環(huán)境下運(yùn)行會產(chǎn)生碳酸鈣硬垢。反之,如果漿液pH值降低,石灰石中Ca2+的溶出就容易,而且對SO32ˉ的氧化非常有利,保證了石膏的品質(zhì),但亞硫酸鹽溶解度急劇上升,硫酸鹽溶解度略有下降,在很短時(shí)間內(nèi),會有石膏大量產(chǎn)生并析出,產(chǎn)生硬垢。pH值較低會使SO2的吸收受到抑制,脫硫效率將大大降低。
　　(4)設(shè)備系統(tǒng)停止/運(yùn)行時(shí),設(shè)備管道沖洗不充分,導(dǎo)致漿液沉積、堵塞。
　　（5）GGH堵塞。原煙氣進(jìn)入GGH后溫度由約140℃降至酸露點(diǎn)下90℃，因此在GGH熱側(cè)產(chǎn)生大量黏稠濃酸液，這些酸液對GGH的換熱元件和殼體有很強(qiáng)的腐蝕作用，而且會粘附大量煙氣中的飛灰，飛灰具有水硬性，含有氧化鈣成分，氧化鈣的存在會激發(fā)飛灰的活性，換熱元件上沉積的硫酸鈣、冷凝產(chǎn)生的硫酸和飛灰在高溫下相互作用形成硫酸鹽、硅酸鹽等硬垢。穿過除霧器的微小漿液霧滴在進(jìn)入GGH凈煙道時(shí)，水分蒸發(fā)，剩下石膏小顆粒殘留在換熱元件上形成積垢，經(jīng)高溫?zé)煔夂婵咀兂捎矇K。這些積垢使GGH換熱元件的通流面積變小，造成壓差升高。
　　2.處理方法
　　(1)保證氧化風(fēng)機(jī)向吸收塔充分供氣,使氧化反應(yīng)趨于完全,確保吸收塔漿液中有足夠濃度的石膏晶種。
　　(2)杜絕石子等雜物進(jìn)入吸收塔，嚴(yán)防噴嘴堵塞。
　　(3)在運(yùn)行中,控制吸收劑水分蒸發(fā)速度和蒸發(fā)量,使得溶液中石膏過飽和度最大不超過1.4。
　　(4)控制溶液的pH值,尤其避免運(yùn)行中pH值急劇變化,一般控制在4.5~6.0之間。
　　(5)吸收液中加入石膏或亞硫酸鈣晶種。
　　(6)適當(dāng)增大液氣比也是防止系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞的重要技術(shù)措施。
　　(7)根據(jù)相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)(壓力、流量、電流等)和各種漿液的化學(xué)分析結(jié)果來判斷結(jié)垢的趨勢。
　　(8)在系統(tǒng)停運(yùn)之前,要對相關(guān)漿液管道進(jìn)行徹底沖洗,并排盡積漿,以防設(shè)備、管道腐蝕和堵塞。
　　（9）GGH的堵塞問題需要從三個(gè)方面分析：一是積垢的來源，二是對GGH換熱元件的吹掃，三是換熱元件波紋板波紋型式。通過加強(qiáng)沖洗、更換GGH換熱元件、調(diào)整運(yùn)行方式等措施基本可以解決此問題。
　　三、脫硫系統(tǒng)的腐蝕、防腐及磨損
　　1.腐蝕機(jī)理
　　(1)煙氣中的SO2、HCl、HF等酸性氣體在與液體接觸時(shí),生成相應(yīng)的酸液,其中SO32-、Cl-、SO42-對金屬有很強(qiáng)的腐蝕性,對防腐內(nèi)襯也有很強(qiáng)的擴(kuò)散滲透破壞作用。
　　(2)存在于同一電解質(zhì)溶液中的不同金屬表面將發(fā)生電化學(xué)腐蝕。
　　(3)結(jié)晶腐蝕。溶液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽隨溶液滲入防腐內(nèi)襯及其疏松孔隙內(nèi),當(dāng)系統(tǒng)停運(yùn)后,吸收塔內(nèi)逐漸變干,溶液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽析出并結(jié)晶,隨后體積發(fā)生膨脹,使防腐內(nèi)襯承受應(yīng)力,產(chǎn)生剝離損壞。
　　(4)環(huán)境溫度的影響。由于GGH故障或漿液循環(huán)系統(tǒng)故障,導(dǎo)致塔內(nèi)煙溫升高,其防腐材料的許用應(yīng)力隨溫度升高而急劇降低。
　　(5)脫硫系統(tǒng)的箱、罐、反應(yīng)容器內(nèi)部均設(shè)有攪拌器,該設(shè)備運(yùn)行時(shí),對這些容器內(nèi)表面的防腐材料造成一定沖刷和破壞。
　　2.防腐技術(shù)措施
　　(1)嚴(yán)格控制塔內(nèi)漿液的pH值在規(guī)定范圍4.5~6.0,防止PH值急劇變化。
　　(2)根據(jù)FGD設(shè)計(jì)的入口煙溫,選擇與入口煙溫、塔內(nèi)設(shè)計(jì)溫度相匹配的內(nèi)襯材料以保證脫硫設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
　　(3)嚴(yán)把防腐內(nèi)襯的施工質(zhì)量關(guān)。
　　(4)施工或檢修過程中要嚴(yán)格把關(guān),保證脫硫設(shè)備、管材合理和優(yōu)質(zhì)的焊接工藝。
　　(5)脫硫系統(tǒng)設(shè)有的箱、罐、反應(yīng)容器內(nèi)部的防腐材料要符合環(huán)保及國家規(guī)定控制危險(xiǎn)源所必須的相關(guān)要求。
　　3.脫硫系統(tǒng)的磨損
　　脫硫漿液含固量較高，對設(shè)備造成磨損，當(dāng)漿液的PH值呈較強(qiáng)酸性時(shí)，對設(shè)備的磨損更快、更嚴(yán)重。因此要減輕磨損，必須控制漿液的含固量不能太高，漿液的PH值也應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。此外對于一些磨損嚴(yán)重的管件可使用不銹鋼管件來代替。實(shí)踐證明，在襯膠或碳鋼管件磨蝕較快的部位用316不銹鋼管件代替后，使用時(shí)間較長，目前復(fù)合陶瓷鋼管在脫硫系統(tǒng)使用也較多。必要時(shí)也可將該管件前后的閥門或附件位置變動，以改變管道內(nèi)漿液的流場減輕擾流。
　　四、影響脫硫效率的因素分析
　　1.吸收劑的pH值
　　煙氣中SO2與吸收塔漿液接觸后發(fā)生如下一些化學(xué)反應(yīng):
　　            
　　產(chǎn)生的H+促進(jìn)了CaCO3的溶解,生成一定濃度的
　　結(jié)合，生成CaSO3和Ca(HSO3)2:
　　
　　反應(yīng)過程中,一部分SO32-和HSO3-被氧化成SO42-和
　　
　　最后吸收液中存在的大量SO32-和HSO3-,可以通過鼓入空氣進(jìn)行強(qiáng)制氧化轉(zhuǎn)化為SO42-,最后生成石膏結(jié)晶:
　　
　　脫硫反應(yīng)的基礎(chǔ)是溶液中H+的生成,只有H+的存在才促進(jìn)了Ca2+的生成,因此,吸收速率主要取決于溶液的pH值。故濕法脫硫工藝的應(yīng)用中控制合適的pH值和保持pH值的穩(wěn)定是保證脫硫效率的關(guān)鍵。
　　pH值為6.0時(shí),二氧化硫吸收效果最佳,但此時(shí)易發(fā)生結(jié)垢,堵塞現(xiàn)象。而低的pH值有利于亞硫酸鈣的氧化,石灰石溶解度增加,但二氧化硫的吸收受到抑制,脫硫效率大幅度降低;當(dāng)pH值為4.5時(shí),二氧化硫的吸收幾乎無法進(jìn)行,且吸收液呈酸性,對設(shè)備也有腐蝕。調(diào)試某電廠新建機(jī)組脫硫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)漿液pH值在4.5~6.0之間較為妥當(dāng)。
　　2.液氣比及漿液循環(huán)量
　　液氣比增大,表明氣液接觸機(jī)率增加,脫硫率增大。但二氧化硫與吸收液有一個(gè)氣液平衡,液氣比超過一定值后,脫硫率將不在增加。初始的石灰石漿液噴淋下來后與煙氣接觸,SO2等氣體與石灰石漿液的反應(yīng)并不完全,需要不斷地循環(huán)反應(yīng),增加漿液的循環(huán)量,也就加大了CaCO3與SO2的接觸反應(yīng)機(jī)會,從而提高了脫硫效率。若吸收塔噴嘴或漿液循環(huán)泵入口堵塞、噴淋效果較差、漿液循環(huán)泵內(nèi)部磨蝕嚴(yán)重等,使運(yùn)行壓力不足,均會導(dǎo)致脫硫效率下降。
　　3.煙氣與吸收劑接觸時(shí)間
　　煙氣自GGH進(jìn)入吸收塔后,自下而上流動,與噴淋而下的石灰石漿液霧滴接觸反應(yīng),接觸時(shí)間越長,反應(yīng)越完全。
　　4.石灰石粒度及純度
　　石灰石是目前濕法脫硫中最常用的吸收劑。石灰石顆粒越細(xì),純度越高,其表面積越大,反應(yīng)越充分,吸收速率越快,石灰石的利用率越高。一般要求石灰石粉的90%能通過325目篩(44μm)或250目篩(63μm),并且CaCO3含量大于93%。
　　5.氧化空氣量
　　O2參與煙氣脫硫的化學(xué)過程,使HSO3-氧化為SO42-,隨著煙氣中O2含量的增加,CaSO4•2H2O的形成速度加快,脫硫率也呈上升趨勢。保證氧化風(fēng)機(jī)向吸收塔的供氣量可提高脫硫率。
　　6.煙氣中灰塵含量
　　影響吸收塔內(nèi)水質(zhì)的因素之一是煙氣中塵埃含量大。由于脫硫過程中煙氣中灰塵大量進(jìn)入吸收塔內(nèi),與塔內(nèi)漿液混合,阻礙了石灰石漿液對SO2的吸收,降低了石灰石中Ca2+的溶解速率,同時(shí)煙塵或溶液中不斷溶出的一些重金屬離子會抑制了Ca2+與HSO3-的反應(yīng)。若煙氣中粉塵含量持續(xù)超過設(shè)計(jì)允許量,將使脫硫率大為下降。同時(shí)成品石膏中也含有大量的灰塵及消耗的石灰石量也相應(yīng)增加,影響石膏品質(zhì)。
　　7.煙氣溫度
　　若進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度較高,煙氣膨脹,流速和壓力增大,會使脫硫效率下降;若進(jìn)入吸收塔煙氣溫度越低,越利于SO2氣體溶于漿液,形成HSO3-,即:低溫有利于吸收,高溫有利于解吸。通常,將煙氣冷卻到60℃左右有利于吸收SO2;煙氣較高溫度時(shí),SO2的吸收效率降低。
　　8.煤質(zhì)影響
　　由于煤質(zhì)的不同,煤中所含的微量物質(zhì)也不同,某些燃煤煙氣中HCl、HF含量較高,由于吸收塔內(nèi)漿液濃度在20%左右,HCl、HF就會溶解于漿液中而使F-、Cl-含量增加,從而影響石灰石漿液對SO2吸收,影響PH值的測量。
　　9.Cl-含量
　　Cl-對系統(tǒng)性能的影響是潛在的,在系統(tǒng)中主要以氯化鈣形式存在,去除困難,影響脫硫效率,達(dá)到一定程度時(shí)才會顯現(xiàn),主要是干擾了離子間的反應(yīng)。通常Cl-的設(shè)計(jì)上限為20000mg/L,實(shí)際上一般當(dāng)Cl-高于12000mg/L時(shí),就表現(xiàn)出對FGD運(yùn)行的一些負(fù)面影響,如pH值的自控能力稍微減弱,副產(chǎn)物石膏中CaCO3含量略有增加等。漿液Cl-濃度高低與原煙氣中HCl的含量直接相關(guān),也與系統(tǒng)的廢水排放量有關(guān)。
　　10.煙氣流量變化
　　機(jī)組負(fù)荷增減時(shí),進(jìn)入吸收塔的煙氣量隨之變化。首先要保證增壓風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行,然后調(diào)節(jié)石灰石漿液的供漿量,以穩(wěn)定漿液pH值;再適時(shí)改變有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行方式。一般開式噴淋塔的液氣比控制在13~16L/m3。因此,可根據(jù)實(shí)際煙氣量來決定增減循環(huán)泵的運(yùn)行臺數(shù)或切換循環(huán)泵,不同循環(huán)泵之間的優(yōu)化組合運(yùn)行方式需經(jīng)過多次試驗(yàn)后才能確定。氧化空氣的量一般為鼓入空氣中的氧與SO2摩爾比為1.5左右,所以煙氣量變化后也應(yīng)改變氧化風(fēng)機(jī)的供氣量。
　　11.原煙氣SO2濃度波動
　　燃煤硫分變動的情況經(jīng)常發(fā)生,原煙氣中SO2濃度并不穩(wěn)定。SO2濃度的突然上升往往使吸收塔漿液pH值在短時(shí)間內(nèi)下降,如果此時(shí)控制系統(tǒng)跟不上工況變化,就可能造成pH值無法恢復(fù)到正常值,降低脫硫效率,影響石膏品質(zhì)。
　　12.煙氣旁路檔板密封不嚴(yán)滲漏
　　正常運(yùn)行中,煙氣旁路檔板密封不嚴(yán)泄漏,使得少部分原煙氣從旁路煙道通過,與經(jīng)FGD處理的凈煙氣相混合,從而導(dǎo)致出口煙氣中的SO2濃度超標(biāo),降低了脫硫效率。
　　13.儀表指示影響
　　在線檢測系統(tǒng)(CEMS)傳輸信號不準(zhǔn),導(dǎo)致控制系統(tǒng)(或人為判斷)出現(xiàn)問題,從而影響脫硫效率。因此,保證儀表的準(zhǔn)確投運(yùn),對于提高脫硫效率尤為重要。
　　14.煙氣中含油成分
　　當(dāng)鍋爐投油燃燒,來不及退出電除塵、脫硫系統(tǒng),煙氣中的油氣進(jìn)入吸收塔,導(dǎo)致漿液污染,甚至脫硫系統(tǒng)中毒癱瘓。因此,嚴(yán)格執(zhí)行《電除塵、脫硫系統(tǒng)投退管理規(guī)定》也是確保脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要方面。
　　15.設(shè)備故障引發(fā)脫硫效率下降
　　脫硫設(shè)備故障也會引發(fā)脫硫效率下降，所以必須加強(qiáng)脫硫設(shè)備日常維護(hù)。制漿系統(tǒng)出力不足、煙道膨脹節(jié)破裂、脫水系統(tǒng)故障、GGH堵塞、管道磨損、吸收塔墻壁磨穿等都可引發(fā)的脫硫效率降低甚致停運(yùn)脫硫。因此要提高設(shè)備科學(xué)管理水平，加強(qiáng)檢修維護(hù)的計(jì)劃性、嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)定期工作、提高設(shè)備管理人員實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，減少重復(fù)性缺陷的發(fā)生，從而大大提高整個(gè)脫硫系統(tǒng)的可靠性。
　　五、國內(nèi)電廠脫硫設(shè)備現(xiàn)狀
　　目前國內(nèi)電廠脫硫系統(tǒng)核心設(shè)備仍然以進(jìn)口為主。增壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子、漿液循環(huán)泵、噴淋管及噴嘴、供漿調(diào)節(jié)閥、脫水機(jī)、真空泵、氧化風(fēng)機(jī)、旋流器等設(shè)備仍然依賴進(jìn)口。進(jìn)口設(shè)備從使用的情況來看，故障率較低，主要是定期維護(hù)和正常磨損。其它設(shè)備則以國產(chǎn)為主，包括振動給料機(jī)、斗提機(jī)、螺旋輸送機(jī)、濕式球磨機(jī)、皮帶輸送機(jī)、渣漿泵、襯膠管道、稱重給料機(jī)等，但日常缺陷率較高，主要體現(xiàn)在，球磨機(jī)入口漏漿、機(jī)械密封使用壽命短、皮帶輸送機(jī)皮帶跑偏等缺陷。除此之外，脫硫系統(tǒng)還有許多固有問題，比如管道磨損、堵塞、GGH堵塞、腐蝕等問題都無法避免。很多設(shè)備露天布置、工作環(huán)境惡劣，很多零部件都在粉塵、漿液、水霧等環(huán)境下工作，容易銹蝕和磨損，所以需要嚴(yán)格執(zhí)行加油脂、換油、更換零部件等定期工作，才不致于出現(xiàn)被動應(yīng)付的局面。因此，我們只有經(jīng)過多年實(shí)踐、長期探索、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并制定一套科學(xué)的設(shè)備運(yùn)行、檢修、維護(hù)管理方法，包括建立排產(chǎn)計(jì)劃、轉(zhuǎn)動設(shè)備振動異常監(jiān)測分析、油定期化驗(yàn)、精細(xì)化管理、臺帳等一系列制度，對設(shè)備進(jìn)行科學(xué)管理、優(yōu)化運(yùn)行，從一個(gè)長周期的角度對設(shè)備進(jìn)行全壽命管理，即從設(shè)備使用壽命和系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性兩方面考慮問題，才能保證整個(gè)脫硫系統(tǒng)處在一個(gè)合理、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。
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