陳雪梅

（廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東 汕尾 516600）

1 石灰石-石膏濕法脫硫工藝及脫硫原理

某電廠2×600MW超臨界燃煤機(jī)組，煙氣脫硫工程采用美國(guó)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(guò)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(guò)兩級(jí)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(dòng)時(shí)，旁路擋板打開，煙氣經(jīng)旁路煙道直接排入煙囪。

2 脫硫系統(tǒng)的結(jié)垢、堵塞與處理方法

2.1 結(jié)垢、堵塞機(jī)理

2.1.1 石膏濃度過(guò)飽和后會(huì)出現(xiàn)晶束，進(jìn)而形成晶種、晶體。石膏結(jié)晶是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，新晶種的形成和晶體長(zhǎng)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(guò)飽和狀態(tài)。經(jīng)驗(yàn)表明比較理想的石膏相對(duì)過(guò)飽和度應(yīng)控制在1.25~1.30。

2.1.2 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Ca(SO3)0.8(SO4)0.21/2H2O。

2.1.3 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(huì)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(huì)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(duì)SO32-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(huì)有石膏大量產(chǎn)生并析出，產(chǎn)生硬垢。pH值較低會(huì)使SO2的吸收受到抑制，脫硫效率將大大降低。

2.1.4 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。

2.1.5 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(duì)GGH的換熱元件和殼體有很強(qiáng)的腐蝕作用，而且會(huì)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(huì)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(guò)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。

2.2 處理方法

2.2.1 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。

2.2.2 杜絕石子等雜物進(jìn)入吸收塔，嚴(yán)防噴嘴堵塞。

2.2.3 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(guò)飽和度最大不超過(guò)1.4。

2.2.4 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。

2.2.5 吸收液中加入石膏或亞硫酸鈣晶種。

2.2.6 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。

2.2.7 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(lái)判斷結(jié)垢的趨勢(shì)。

2.2.8 在系統(tǒng)停運(yùn)之前，要對(duì)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。

2.2.9 GGH的堵塞問(wèn)題需要從三個(gè)方面分析：一是積垢的來(lái)源，二是對(duì)GGH換熱元件的吹掃，三是換熱元件波紋板波紋型式。通過(guò)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(wèn)題。

3 脫硫系統(tǒng)的腐蝕、防腐及磨損

3.1 腐蝕機(jī)理

3.1.1 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(duì)金屬有很強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)防腐內(nèi)襯也有很強(qiáng)的擴(kuò)散滲透破壞作用。

3.1.2 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。

3.1.3 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。

3.1.4 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。

3.1.5 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(duì)這些容器內(nèi)表面的防腐材料造成一定沖刷和破壞。

3.2 防腐技術(shù)措施

3.2.1 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。

3.2.2 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。

3.2.3 嚴(yán)把防腐內(nèi)襯的施工質(zhì)量關(guān)。

3.2.4 施工或檢修過(guò)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。

3.2.5 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(guó)家規(guī)定控制危險(xiǎn)源所必須的相關(guān)要求。

3.3 脫硫系統(tǒng)的磨損

脫硫漿液含固量較高，對(duì)設(shè)備造成磨損，當(dāng)漿液的PH值呈較強(qiáng)酸性時(shí)，對(duì)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(duì)于一些磨損嚴(yán)重的管件可使用不銹鋼管件來(lái)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(zhǎng)，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(dòng)，以改變管道內(nèi)漿液的流場(chǎng)減輕擾流。

4 影響脫硫效率的因素分析

4.1 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Ca2+：CaCO3+H+=HCO3-+Ca2+

Ca2+與 SO32-或 HSO3－結(jié)合，生成 CaSO3和Ca(HSO3)2:

反應(yīng)過(guò)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(guò)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(wú)法進(jìn)行，且吸收液呈酸性，對(duì)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)。

4.2 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(guò)一定值后，脫硫率將不在增加。初始的石灰石漿液噴淋下來(lái)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(huì)，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(huì)導(dǎo)致脫硫效率下降。

4.3.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(dòng)，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(zhǎng)，反應(yīng)越完全。

4.4 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(guò)325目篩(44μm)或 250 目篩(63μm)，并且 CaCO3含量大于93%。

4.5 氧化空氣量

O2參與煙氣脫硫的化學(xué)過(guò)程，使HSO3-氧化為SO42-，隨著煙氣中O2含量的增加，Ca－SO4·2 H2O的形成速度加快，脫硫率也呈上升趨勢(shì)。保證氧化風(fēng)機(jī)向吸收塔的供氣量可提高脫硫率。

4.6 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(guò)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(duì)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(huì)抑制了Ca2+與HSO3-的反應(yīng)。若煙氣中粉塵含量持續(xù)超過(guò)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)。

4.7 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(huì)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。

4.8 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(huì)溶解于漿液中而使F-、Cl-含量增加，從而影響石灰石漿液對(duì)SO2吸收，影響PH值的測(cè)量。

4.9 Cl-含量

Cl-對(duì)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(huì)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(duì)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)。

4.10 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(lái)決定增減循環(huán)泵的運(yùn)行臺(tái)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(guò)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。

4.11 原煙氣SO2濃度波動(dòng)

燃煤硫分變動(dòng)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(wú)法恢復(fù)到正常值，降低脫硫效率，影響石膏品質(zhì)。

4.12 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(guò)，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。

4.13 儀表指示影響

在線檢測(cè)系統(tǒng)(CEMS)傳輸信號(hào)不準(zhǔn)，導(dǎo)致控制系統(tǒng)(或人為判斷)出現(xiàn)問(wèn)題，從而影響脫硫效率。因此，保證儀表的準(zhǔn)確投運(yùn)，對(duì)于提高脫硫效率尤為重要。

4.14 煙氣中含油成分

當(dāng)鍋爐投油燃燒，來(lái)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。

4.15 設(shè)備故障引發(fā)脫硫效率下降

脫硫設(shè)備故障也會(huì)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。

5 國(guó)內(nèi)電廠脫硫設(shè)備現(xiàn)狀

目前國(guó)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(lái)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(guó)產(chǎn)為主，包括振動(dòng)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(wèn)題，比如管道磨損、堵塞、GGH堵塞、腐蝕等問(wèn)題都無(wú)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(dòng)應(yīng)付的局面。因此，我們只有經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐、長(zhǎng)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(dòng)設(shè)備振動(dòng)異常監(jiān)測(cè)分析、油定期化驗(yàn)、精細(xì)化管理、臺(tái)帳等一系列制度，對(duì)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)管理、優(yōu)化運(yùn)行，從一個(gè)長(zhǎng)周期的角度對(duì)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(wèn)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)。

[1]周至祥，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊(cè) [M].北京:中國(guó)電力出版社，2006.

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