石灰石石膏法煙氣脫硫工藝設計常見問題介紹

1、石灰石石膏法煙氣脫硫工藝設計常見問題分析 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)濟的飛速發(fā)展，電力供應不足的矛盾日益突出，國家在積極建設電廠的同時充分注意火電廠煙氣排放帶來的嚴重環(huán)境污染問題，相繼制訂了火電廠相關(guān)政策法規(guī)、積極推動火電廠安裝煙氣脫硫設施，如2000年9月1日開始實施的新中華人民共和國大氣污染防治法第30條規(guī)定：“新建或擴建排放二氧化硫的火電廠和其他大中型企業(yè)超過規(guī)定的污染物排放標準或者總量控制指標的，必須建設配套脫硫。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)定的污染物排放標準排放大氣污染物

2、的，依照本法第四十八條的規(guī)定限期治理。”據(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組煙氣脫硫改造的首選方案。隨著重慶珞璜電廠引進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，運行工況穩(wěn)定，為當?shù)貛砹肆己玫沫h(huán)境經(jīng)濟效應。在這些運行經(jīng)驗基礎上其它火電廠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)點多，但系統(tǒng)復雜，在系統(tǒng)設計方面要充分進行優(yōu)化選擇，考慮設計參數(shù)寬裕度以及對鍋爐本體影響等問

3、題，往往由于設計不完善為后期系統(tǒng)的調(diào)試運行加大難度或達不到設計效果。本文就是針對在石灰石石膏脫硫系統(tǒng)設計中常見問題進行分析，為脫硫系統(tǒng)的設計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)。從鍋爐引風機引出的煙氣全部進入FGD系統(tǒng)，首先通過氣氣熱交換器(MGGH)對未脫硫煙氣進行降溫，再進入吸收塔進行脫硫反應，完成脫硫后的凈化煙氣經(jīng)溢流槽及兩級除霧后，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

4、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。由于設計人員要綜合考慮脫硫效率和脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟性能以及運行維護量的問題，吸收塔的選擇成了設計的核心問題。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)設計，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)阻力大脫硫率相對偏低等問題應用較少；噴淋式吸收塔由于脫硫效率能達到95以上，系統(tǒng)阻力小，目前應用較多，但該塔噴嘴磨損大且宜堵塞，需要定期檢修，為系統(tǒng)的正常運行帶來一定的影響，目前設計人員對噴嘴進行了技術(shù)改進，系統(tǒng)維護量相對降低；對于液柱塔由于其脫硫率

5、高，系統(tǒng)阻力小，能有效防止噴嘴堵塞、結(jié)垢問題，應用前景廣闊。因此在吸收塔的設計選擇上應綜合考慮廠方的要求和經(jīng)濟性，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)中核心設備上均采用進口設備，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口設備。因此設計人員主要的工作要重點把握吸裝置的技術(shù)指標和相應要求的技術(shù)參數(shù)。如：珞璜電廠于1988年引進了日本三菱重工濕式石灰石石膏法煙氣脫硫裝置，配360MW凝汽式發(fā)電機組2。表1 日本三菱重工濕式石灰石石膏FGD裝置技術(shù)指標參數(shù)煤種含硫量脫硫率鈣硫比進口煙溫出口煙溫水霧含量吸收塔煙氣流速停留時間指標5%95%1.11.21429030mg/m3

6、9.3m/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)設計上存在的常見問題較多，據(jù)經(jīng)驗表明設計中應注意的主要問題總結(jié)如下：（1）FGD入口SO2濃度。很多進行脫硫改造的電廠往往都會對來煤品質(zhì)進行一定的調(diào)整，有些電廠會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濃度波動較大，在FGD入口SO2濃度變化頻率大而FGD運行慣性大，一旦系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài)，系統(tǒng)脫硫率波動大；同時由于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)脫硫率達不到設計要求。

7、因此在脫硫系統(tǒng)設計時應對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)定運行，在FGD入口應設計安裝煙塵濃度檢測裝置。主要原因是考慮到除塵器在達不到設計效率時，往往煙塵濃度過高，會嚴重影響到脫硫系統(tǒng)的正常運行。因此設計時人員應對廠家提出該投資建議。（3）旁路擋板和進出口擋板的設計。FGD系統(tǒng)啟停時煙氣在旁路和主煙道間切換，在實際煙道設計時一般兩路煙道阻力不同，此時對鍋爐的負壓會產(chǎn)生一定的影響。如果兩路阻力壓力相差懸殊，在FGD系統(tǒng)啟停時鍋爐的負壓會出現(xiàn)較大的波動。如果燃用劣質(zhì)煤，在較短的時間內(nèi)鍋爐運行人員難以迅速調(diào)整，有可能造成熄火。因此在旁路擋板的設計應充分考慮

8、擋板切換的時間值。設計的關(guān)鍵在于選擇合適的彈簧，一般經(jīng)驗值旁路擋板通過預拉彈簧打開時間應大于2.53。另外在進出口擋板設計上要考慮FGD系統(tǒng)停運時由于擋板有間隙存在，加上進出口煙道阻力不同，在一般設計中停運采用集中供應密封風，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。所以設計停運密封風時應對進出口擋板單獨配備一臺風機。（4）煙氣換熱器GGH選擇。脫硫系統(tǒng)中，設置GGH的目的：一是降低進入脫硫塔的煙氣溫度到100以下，保護塔及塔內(nèi)防腐內(nèi)襯；二是使脫硫塔出口煙氣溫度升至80以上，減少煙氣對煙道及煙囪的腐蝕。經(jīng)驗表明脫硫系統(tǒng)自動時出口煙溫一般都達不到實際的出口煙溫

9、，為了減小因出口煙溫低對下游的腐蝕，因此在設計出口煙溫時應考慮510的寬裕度。在考慮是否設置GGH存在兩種觀點：一種認為不上GGH能節(jié)約初投資，可以從腐蝕材料上解決腐蝕問題；一種認為不上GGH節(jié)約的初投資，不足以補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)點是簡化系統(tǒng)，減少GGH所需投資；缺點是吸收塔后至煙囪出口均要處于嚴重腐蝕區(qū)域內(nèi)，煙道與煙囪內(nèi)襯投資很高；與此同時，煙囪出口熱升力減小，常冒白煙，不裝GGH，部分煙氣（1550%）不進吸收塔，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。因此對于要求高脫硫率的工

10、程一般都設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，運行費用很高，采用此方式需作慎重考慮，目前在國內(nèi)應用較少。國外脫硫裝置中回轉(zhuǎn)式換熱器應用較多，這是因為國外回轉(zhuǎn)式投資比管式低，在國內(nèi)，運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)式價格比管式略高。回轉(zhuǎn)式換熱器有3%左右的泄露率，即有3%的未脫硫煙氣泄露到已脫硫的煙氣中，這將要求更高的吸收脫硫效率，使整個系統(tǒng)運行費用提高。管式換熱則器設備龐大，電耗大。 因此在脫硫系統(tǒng)設計過程中應根據(jù)設計脫硫率鍋爐尾部煙氣量尾部煙道材料以及脫硫預留場地等情況進行方案，選出最

11、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一般對石灰石來源和品質(zhì)都應做過調(diào)查，石灰石來源應充足，能保證脫系統(tǒng)長期運行的供應量，一般考慮15年左右的設計年限，設計人員可根據(jù)電廠的實際情況進行調(diào)整。但石灰石品質(zhì)一定要能達到品質(zhì)要求（見表2）。石灰石品質(zhì)不高，雜質(zhì)較多，會經(jīng)常造成閥門堵塞和損壞，嚴重時會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)的正常運行。在制漿系統(tǒng)石灰石粉送入前應保證得到良好的空氣干燥，以防送粉管道堵塞，同時對整個送粉管道應設計流暢，減少閥門和連接部件，特別是漿液管的溢流管應根據(jù)系統(tǒng)設計良好的密封風以防止石灰石的外漏，對制漿車間和廠區(qū)造成二次污

12、染。表2 石灰石質(zhì)量指標參數(shù)CaOMgO細度要求R325酸不溶物鐵鋁氧化物指標>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，導致脫水系統(tǒng)停運。因此在漏斗底部可以設計工藝水供應管道周期進行清洗，或者提出方案建議工作人員定期進行人工清洗。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)，設計輸送管道時應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計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)濟效應。因此應考慮合理的方案提高石膏的品

13、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SO2的吸收過程中，吸收塔的設計、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。吸收塔的合理設計應當能夠提供合理的液氣比、減小液滴直徑，增加傳質(zhì)表面積，延長煙氣與脫硫劑的接觸時間，有利于脫硫效率的提高，有利于脫硫反應的完全。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。吸收劑的化學當量對脫硫過程有直接的影響

14、，吸收時所用石灰石濃度與數(shù)量影響到反應速度，有資料表明，在考慮到經(jīng)濟性問題以及化學當量與脫硫的關(guān)系等因素后，一般使用化學當量為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。當石灰石質(zhì)量不高、粒度不合理時，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造成磨損，陶土礦物質(zhì)會影響石膏漿的脫水性能5。另外，石灰石在酸內(nèi)溶解后會殘留一種不溶解的礦渣，其對石膏的質(zhì)量有不利的影響。因此，應當盡可能提高石灰石的純度并采用合理的粉細度。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，會有一部分沉淀下來，但還會有一部分進入漿池內(nèi)，影

15、響到石膏的質(zhì)量。而且，這些雜質(zhì)的存在也會對脫硫裝置本身的安全運行帶來一定危害。因此，應當努力提高除塵裝置的除塵效果，當煙氣內(nèi)雜質(zhì)過高，對脫硫裝置產(chǎn)生危害時，應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)對石膏質(zhì)量的影響。對石膏脫水設備（如離心式分離器及帶式脫水機等）也應進行定期的清洗，保證設備的安全運行和效率。Hjuler和Dam-Johansen在1994年曾有試驗報道發(fā)現(xiàn)在亞硫酸鹽的氧化過程中會有SO2放出4,同時在反應過程中會出現(xiàn)未完全氧化的亞硫酸氫鈣。為了保證生成石膏過程中實現(xiàn)充分反應，驅(qū)逐反應生成的SO2，并將未完全反應的亞硫酸氫鈣氧化為硫酸鈣，須增設一套氧化系

16、統(tǒng)，一般可采用漿池中鼓風的措施。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組的工業(yè)水。由于脫硫系統(tǒng)供水成周期性，會使機組設備的冷卻水壓力降低和波動，造成送引風機、排粉風機、磨煤機等設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組工業(yè)水的寬裕度較大。另一種方案脫硫工藝設計單獨的供水系統(tǒng)，一般在新電廠脫硫系統(tǒng)的設計中應用較多，對于老廠改造應根據(jù)實際情況進行優(yōu)化設計。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管道的堵塞等。因此在設計中應考慮防腐

17、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備和管道、使用襯里材料、用玻璃纖維增強熱固性能樹脂、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)濟狀況而定。結(jié)垢和堵塞是濕法脫硫工藝中最嚴重的問題，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。嚴重的結(jié)垢將會造成壓損增大，設備堵塞，因此結(jié)垢是目前造成設備停運的重要原因之一。結(jié)垢主要包括以下幾種類型：碳酸鹽結(jié)垢、亞硫酸鹽結(jié)垢、硫酸鹽結(jié)垢。大量運行經(jīng)驗表明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。在實際運行中，由于pH值較低，且在漿液到達反應槽過程中亞硫酸鹽達到一個較高的過飽和度，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行反復循環(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到這個目的。為達到所需的5%石膏濃度其中一個辦法就是采取控制氧化措施。當氧化率為15%95%，鈣的