王劍鋒

(大唐國際陡河發(fā)電廠，河北 唐山 063028)

0 引言

石灰石濕法煙氣脫硫FGD(Flue Gas Desulphuration)裝置的脫硫效率取決于多種因素，其化學反應眾多且復雜。對于一個已投運的FGD系統(tǒng)而言，實際運行工況經常偏離設計工況(鍋爐燃煤、負荷、煙氣溫度、煙塵濃度、吸收劑的品質等參數(shù)是經常變化的)，因此，應根據(jù)各個系統(tǒng)的具體情況進行實時優(yōu)化，使FGD處于最佳運行狀態(tài)。

1 影響石灰石濕法脫硫系統(tǒng)性能的因素分析

1.1 SO2質量濃度對脫硫效率的影響

當煙氣中的SO2質量濃度較低時，由于吸收塔出口SO2濃度不會低于其平衡濃度，因此不會獲得很高的脫硫效率。實際上，對于固定的脫硫設施來說，隨著SO2質量濃度的增加，脫硫效率會獲得一個峰值，亦即在某一SO2質量濃度值下脫硫效率達到最高。超過此值時，脫硫效率隨著SO2質量濃度的增加而降低。煙氣中SO2質量濃度與脫硫效率的關系如圖1所示。

圖1 煙氣中SO2質量濃度與脫硫效率的關系

1.2 脫硫劑(石灰石)品質的影響

1.2.1 石灰石的純度

石灰石純度太低由于雜質較多會給脫硫塔的運行帶來一些問題，造成吸收劑的耗量及生產費用增加，影響石膏的純度和脫硫效率的提高。

1.2.2 石灰石的反應活性

吸收劑的反應活性表示吸收劑在一種酸性環(huán)境下的轉化特性，如果其他因素相同，活性高的石灰石在保持相同石灰石利用率的情況下，可以獲得較高的SO2脫除率。石灰石活性的另一重要影響是對石膏純度的影響。

1.2.3 石灰石粒徑(細度)

石灰石的細度決定了石灰石的比表面積。而FGD系統(tǒng)中溶解固體石灰石的總表面積直接影響漿液pH值和吸收塔內溶解的石灰石總量，這些變化決定了脫硫效率。

1.3 運行因素的影響

運行因素主要包括漿液pH值、漿液飽和度、液氣比、漿液量及停留時間等，本文著重介紹漿液pH值。

漿液pH值是石灰石濕法脫硫系統(tǒng)的重要運行參數(shù)，從反應方程來看，較高的pH值意味著漿液中石灰石的濃度很高，有利于SO2的吸收。為了保證較高的SO2吸收速率，必須保證較高的pH值，吸收塔中的pH值通過不斷加石灰石進行補充控制，但也不是pH值越高越好。pH值高的漿液有利于SO2的吸收，而pH值的低漿液則有助于Ca2+的溶出，二者相互對立。因此，漿液pH值既不能太高也不能太低，一般情況下，應控制吸收塔漿液的pH值在5.0 ～6.0。

1.4 其他因素

1.4.1 煙氣分析儀

煙氣分析儀的準確性不僅影響參數(shù)的準確性，同時影響運行人員對于工況的分析判斷，從而嚴重干擾脫硫系統(tǒng)的運行調整，因此，必須對煙氣分析儀定期校驗。

1.4.2 煙氣含塵影響

電除塵裝置效率降低，大量飛灰進入脫硫系統(tǒng)，對脫硫系統(tǒng)產生有害影響，主要包括降低石膏品質、加劇設備磨損、增加脫水難度、“封閉”吸收劑使其失去活性及增加廢水排放量等。

1.4.3 Cl－影響

Cl－是脫硫系統(tǒng)中難以脫除的成分，因此，脫硫塔在運行一段時間后會產生Cl－的大量積聚。其負面影響主要表現(xiàn)在造成設備腐蝕、脫水困難及增加廢水排放等方面。

2 脫硫系統(tǒng)運行優(yōu)化策略

脫硫系統(tǒng)運行優(yōu)化的目的是在滿足環(huán)保要求的前提下實現(xiàn)安全、經濟和穩(wěn)定運行。針對以上分析提出了相應的運行優(yōu)化策略。

2.1 循環(huán)泵優(yōu)化運行

液、氣比決定吸收酸性氣體所需的吸收面積。在其他參數(shù)一定的情況下，提高液、氣比相當于增大了吸收塔內的噴淋密度，使氣液間的接觸面積增大，吸收過程的推動力增大，脫硫效率也增大。但液、氣比超過一定程度，吸收率將不會顯著提高，而吸收劑及動力的消耗急劇增大。液、氣比對脫硫效率的影響如圖2所示。

圖2 液、氣比對脫硫效率的影響

吸收塔的液、氣比隨鍋爐負荷的改變而改變。根據(jù)鍋爐負荷和煙氣量及煙氣中SO2含量等參數(shù)變化，決定漿液循環(huán)泵的開、啟數(shù)量和組合方式(主要有#1/#2/#3，#1/#2，#1/#3，#2/#3 4種組合方式)，在不降低脫硫效率的情況下，降低耗電量。同時，循環(huán)泵投入減少，脫硫系統(tǒng)阻力降低，相應增壓風機功耗降低。

對于設計余量相對較低的脫硫機組，循環(huán)泵的優(yōu)化組合比較困難，特別對于燃煤硫分及機組負荷波動較大的工況，運行人員的選擇余地會大大減小。對此，根據(jù)運行試驗給出如下優(yōu)化建議:

(1)低負荷及低硫分工況，選擇下面2層循環(huán)泵運行，穩(wěn)定pH值在5.6以下;

(2)高負荷及高硫分工況，選擇3臺循環(huán)泵同時運行，控制較高的pH值(6.2以下)，必要時選擇添加增效劑;

(3)低負荷及高硫分工況，選擇上、中2層循環(huán)泵運行，控制適當?shù)膒H值;

(4)高負荷及低硫分工況，選擇上、下2層循環(huán)泵運行，控制適當?shù)膒H值。

2.2 pH 值控制

2.2.1 吸收塔漿液pH值控制的難點

(1)過程本身具有嚴重的非線性。

(2)少量的雜質會使過程特性發(fā)生嚴重畸變，難以建立準確的數(shù)學模型。

(3)pH傳感器的動態(tài)特性易受外界環(huán)境(如溫度、壓力、電極的清潔度等)變化的影響。

(4)其實際反應大多發(fā)生在容器和循環(huán)管路中，且反應過程中還存在著混合和測量等滯后因素，因而系統(tǒng)存在較大時滯，增加了pH值控制的難度。

2.2.2 解決辦法

(1)解決pH值控制的關鍵在于解決復雜的非線性控制問題。

(2)合理控制石灰石的濃度。(3)添加緩沖劑。

2.2.3 運行控制優(yōu)化策略

吸收塔供漿液流量的控制目標是既達到預期的脫硫效率又獲得吸收劑的最佳利用率，同時還要考慮pH值的穩(wěn)定性，防止對副產品石膏品質產生影響及對設備造成腐蝕。

(1)供漿控制，采取小流量連續(xù)供漿方式，在SO2質量濃度設計范圍內，保持pH值穩(wěn)定可控，避免大幅波動(pH值控制在5.0～6.0較適宜)。

(2)在SO2質量濃度偏高時(超越設計值/實際控制能力)，增加供漿量，適當提高pH值(≤6.2)，高pH值不宜保持時間過長，否則會造成亞硫酸鹽質量濃度升高、漿液質量下降、脫硫塔內反應惡化、脫硫效率下降，同時導致設備結垢。

(3)供漿自動調節(jié)。漿液流量控制回路中，以吸收塔漿液pH值作為反饋控制信號，采用吸收塔入口SO2負荷信號(入口煙氣體積流量與入口SO2質量濃度的乘積)作為前饋信號。目前，大多采用煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)CEMS(Continuous Emission Monitoring System)來獲得入口SO2體積流量和質量濃度這一前饋信號，從而改善調節(jié)回路的響應時間。pH值調節(jié)器和石灰石流量調節(jié)器構成串級回路，在這種調節(jié)方式中，吸收塔供漿流量的設定值與吸收塔入口SO2負荷成正比。根據(jù)吸收塔漿液pH值來微調漿液供給量。

這種調節(jié)方式可以迅速跟蹤鍋爐負荷和燃煤含硫量的變化，獲得較好的響應時間，同時可以使循環(huán)漿液的pH值保持在合適的變化范圍內。由于選用了吸收塔漿液流量為副調節(jié)參數(shù)，減少了漿液流量波動對pH值的影響。如果考慮入口煙氣參數(shù)對煙氣流量的影響，可以根據(jù)入口煙氣的溫度、壓力和濕度來修正入口煙氣流量。

根據(jù)煙氣中SO2的質量分數(shù)，按SO2吸收率計算石灰石(CaCO3)用量(漿液石灰石質量分數(shù)按25%計)來調節(jié)石灰石漿流量

式中:qVCaCO3為石灰石漿液體積流量，m3/h;qVG為煙氣體積流量，m3/h;φ(SO2)為SO2體積分數(shù)，%;X為SO2吸收率，%;100/64為SO2和 CaCO3的相當量;25%為質量分數(shù);ρ為漿液質量濃度，kg/m3;η1為石灰石純度，0.80～0.92;η2為石灰石利用率0.90 ～0.98。

(1)pH值修正(設煙氣流量修正系數(shù)為α)。5.0 ＜pH 值 ＜5.6，正常，無需修正;pH 值 ＞5.6，偏高，α 取0.9;pH 值 ＜5.0，偏低，α 取 1.1。

(2)煙氣流量修正(設煙氣流量修正系數(shù)為 β)。

［273/(273+t)］× qV1β =273/(273+t)，式中:t為增壓風機入口煙溫，110～160℃;qV1為煙氣流量。

經過修正，吸收塔供漿調節(jié)閥流量設定值

2.3 漿液濃度控制

合理的石膏漿液密度，可大大提高石灰石的利用率，從而提高SO2的吸收率，同時有利于石膏品質的提高?？刂仆緩接?種:一種是控制漿液停留時間，另一種是控制吸收漿液的過飽和度。

漿液停留時間長有利于石灰石與SO2完全反應并使亞硫酸鹽充分氧化，形成高品質石膏。漿液停留時間取決于吸收塔的體積，石灰石濕法脫硫工藝停留時間一般控制在12～24 h。

吸收塔漿液過飽和度主要通過以下途徑控制:增加氧化風，強制氧化，促進氧化進程;啟動初期及運行中向循環(huán)漿液中添加CaSO4·2H2O晶種，降低CaSO4的過飽和度;增加添加劑。

2.4 添加劑的應用

在脫硫系統(tǒng)運行過程中，SO2質量濃度及機組負荷大幅波動及電除塵故障等因素，常會使脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)異常(如石灰石盲區(qū)、漿液中毒、漿液大量起泡等)，在運行中適當投入添加劑可有效緩解。

(1)短時無法正常供漿及吸收塔漿液有“中毒”現(xiàn)象，pH值無法保持時，適量添加氫氧化鈣(若漿液中毒嚴重，必須同時采取換漿措施)。

(2)供漿正常、pH值維持正常，循環(huán)泵全部投入或不能正常投入，脫硫效率難以控制，適量添加增效劑。

(3)消泡劑每天添加1.25 L/(臺·次)，當機組連續(xù)或頻繁投油時，應及時增加消泡劑。

3 化驗分析在脫硫運行優(yōu)化中的應用

3.1 化驗項目及周期

化驗項目及周期見表1。

3.2 化驗分析的重要作用及運行優(yōu)化

(1)通過對石灰石純度、細度、活性的檢測，可以從源頭上控制石灰石的品質，從而配制高品質的吸收漿液，同時對于因石灰石品質及活性降低影響脫硫效率的工況能夠及時做出調整。

(2)由于pH計、密度計受介質及環(huán)境等因素的影響，在線監(jiān)測會產生偏差，因此，定期化驗指標，可以校正在線參數(shù)，從而提高在線監(jiān)測儀表的準確性，對于工況分析及運行調整都是必要的。

表1 化驗項目及周期

續(xù)表

(3)通過漿液化驗指標分析，可以直接發(fā)現(xiàn)脫硫塔內反應的好壞及異常情況，從而指導運行調整。若發(fā)現(xiàn)漿液中酸不溶物超標或氯離子質量分數(shù)超標嚴重，必須增加廢水排放，必要時置換漿液。

(4)通過石膏成分分析，發(fā)現(xiàn)石膏品質好壞并能據(jù)此做出有效調整。

脫硫過程包含一系列復雜的化學反應進程，從反應介質、反應過程到終產物化學參數(shù)的監(jiān)測對于脫硫系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行起到十分重要的作用，同時，也是運行優(yōu)化的依據(jù)。因此，在日常工作中，應加強對脫硫過程化學參數(shù)的定期檢測，以此來調整FGD裝置的運行工況。

4 結束語

脫硫運行優(yōu)化基于每套脫硫系統(tǒng)，分析決定性的化學成分，在此基礎上進行運行優(yōu)化。實踐證明，通過運行優(yōu)化可以達到控制環(huán)保指標、降低腐蝕及結垢、提高經濟性的目的。

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