胡 競，趙 紅，李 賀，劉劍軍

(武漢凱迪電力環(huán)保有限公司，湖北武漢 430223)

1 概述

隨著新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)頒布實施，國家對火電廠SO2的排放控制提出了更高的要求［1］。為達(dá)到節(jié)能及降低運行成本的目的，減輕結(jié)垢和堵塞的現(xiàn)象，很多國內(nèi)外機(jī)構(gòu)都對脫硫添加劑進(jìn)行了研究。由于燃煤儲量的減少，煤質(zhì)好的低硫煤越來越難買到，大多數(shù)電廠都無法購買到符合當(dāng)初設(shè)計要求的燃煤［2］，且燃煤硫分偏高。為滿足環(huán)保要求，同時又減少改造工程投資，增加以后脫硫運行的靈活性，我們采用了一種深度脫硫增效添加劑，并在2×600MW燃煤機(jī)組同期配套的石灰石/石膏濕法脫硫裝置上進(jìn)行了應(yīng)用試驗研究。

2 脫硫添加劑工程應(yīng)用試驗研究

本應(yīng)用試驗的目的是提高系統(tǒng)脫硫效率，增強(qiáng)電廠脫硫系統(tǒng)對高硫煤質(zhì)的適應(yīng)性。由于漿液循環(huán)泵是SO2吸收系統(tǒng)中最主要的耗電設(shè)備［3］，使用脫硫添加劑后，擬在執(zhí)行目前400mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)時，減少一層噴淋層，停運一臺漿液循環(huán)泵，降低液氣比，達(dá)到節(jié)能的目的;在開啟全部5層噴淋層時，添加劑的應(yīng)用可將SO2排放濃度降至200mg/m3以下以達(dá)到更高的環(huán)保要求。

2.1 脫硫添加劑原理

石灰石/石膏法煙氣脫硫技術(shù)是利用石灰石作為吸收劑，在吸收塔中與煙氣中的SO2和其他污染物發(fā)生復(fù)雜的傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)，從而除去煙氣中污染物。利用石灰石吸收劑吸收SO2等污染物過程的機(jī)理有過不同的理論，其中應(yīng)用最廣泛且較為成熟的是“雙膜理論”［4］;根據(jù)“雙膜理論”可以認(rèn)為，SO2吸收過程中的傳質(zhì)總阻力取決于通過氣、液兩膜的分子擴(kuò)散速率，也就是說SO2脫除速率受SO2在氣、液兩膜總分子擴(kuò)散速率的控制。

在濕法FGD工藝，由于CaCO3較難溶于水，為提高CaCO3的溶解速度，漿液一般為弱酸性。實際上，除了上述的氣－液界面外，還存在液－固界面，在非常復(fù)雜的氣－液－固三相反應(yīng)過程中，CaCO3的溶解速度控制了吸收過程的總速率，因此，提高CaCO3的溶解速度是提高脫硫效率的關(guān)鍵因素。通過加入一定量的脫硫添加劑，可以明顯改善化學(xué)反應(yīng)與傳質(zhì)過程，能促進(jìn) CaCO3的溶解［5－6］，緩沖漿液的pH值下降，加速SO2的化學(xué)吸收。

2.2 系統(tǒng)介紹

應(yīng)用試驗的脫硫裝置采用一爐一塔單元配置，無GGH裝置，設(shè)計煤種硫分2.9%，實際煤質(zhì)硫分3.2%，設(shè)計入口煙氣SO2濃度8492mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)，脫硫效率不低于95.3%。

吸收塔采用變徑塔，底部直徑17.6m，上部直徑16.8m，吸收塔總高度為44.41m。吸收塔設(shè)計液位14.04m，吸收塔漿液池容積為3414m3，漿液循環(huán)時間5.97min，液氣比14L/m3。吸收塔共設(shè)有5層噴淋層，1層托盤。第三層和第四層流量為6085m3/h，每層噴嘴數(shù)為122個;其他各層流量均為7300m3/h，每層噴嘴數(shù)為146個;吸收塔共設(shè)有5臺氧化風(fēng)機(jī)，4臺運行，1臺備用。

2.3 試驗工況

當(dāng)入口SO2濃度和pH值一定時，機(jī)組負(fù)荷越高脫硫效率越低［7］。為更好的檢驗脫硫添加劑的使用效果，我們進(jìn)行了設(shè)備摸底，在保證電除塵效率達(dá)標(biāo)，脫硫系統(tǒng)運行正常，儀表設(shè)備準(zhǔn)確就位的情況下，決定進(jìn)行脫硫添加劑試驗。試驗工況采用實際煤質(zhì)高硫煤。試驗過程中，通過對入口含硫量的調(diào)整以及循環(huán)泵的組合運行，作為本次試驗的工況。同時組織人員對吸收塔漿液和石膏成分進(jìn)行跟蹤測試，保證脫硫系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)。添加劑的初次添加是通過濾液水箱補(bǔ)入漿液補(bǔ)充，之后每天將脫硫添加劑定量補(bǔ)充入石灰石漿液箱。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 脫硫添加劑對脫硫效率的影響

不添加脫硫劑，5層噴淋層全開時，脫硫效率及SO2出口濃度見表1。采用添加劑，開啟5層噴淋和4層噴淋時結(jié)果見表2、表3。

表1 不加添加劑，開啟5層噴淋

表2 采用添加劑，開啟5層噴淋

從表1可知，在不添加脫硫劑時，5層噴淋層全開，在SO2入口濃度接近設(shè)計值時，SO2出口濃度基本可以達(dá)到環(huán)保排放要求，但一旦燃煤硫分提高則很有可能超標(biāo)。

從表2可知，開啟5層噴淋，并加入脫硫添加劑時，同樣負(fù)荷下運行，在SO2入口平均濃度較高，出口濃度可控制在200mg/m3以下，脫硫效率較使用之前提高，pH值略有降低，在保證脫硫效率的前提下，pH值降低有利于Ca的析出［8］。對于西南地區(qū)火電廠，在應(yīng)用了脫硫添加劑之后可達(dá)到一般地區(qū)環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。而如果不使用脫硫添加劑，如需使出口SO2排放濃度降至200mg/m3以下，則需對原有脫硫系統(tǒng)進(jìn)行增容改造，增加一層噴淋層，不僅會帶來一系列的改造費用，而且會造成電廠停爐。

如不添加脫硫劑，同樣負(fù)荷下運行，僅開啟4層噴淋，SO2出口濃度嚴(yán)重超標(biāo)，脫硫效率下降，無法達(dá)到環(huán)保要求。

表3 采用添加劑，開啟4層噴淋層

表3為關(guān)閉頂層噴淋系統(tǒng)，采用脫硫添加劑的工況試驗數(shù)據(jù)。從表3可知，添加劑加入后4層噴淋的脫硫效率略高于加入添加劑前5層噴淋全開的效率。SO2出口平均濃度低于目前電廠執(zhí)行的400mg/m3標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到環(huán)保要求。

3.2 添加劑對石膏成分的影響

脫硫添加劑對石膏成分的影響見表4。

表4 添加劑對石膏成分的影響 %

從表4可知，在使用脫硫添加劑后，石膏品質(zhì)較好。CaCO3和CaSO3·1/2H2O的含量均有所下降，這是因為脫硫系統(tǒng)中添加適量的脫硫添加劑可以改善化學(xué)反應(yīng)與傳質(zhì)過程，能促進(jìn)CaCO3的溶解，緩沖漿液的pH值下降，加速SO2的化學(xué)吸收。由于SO2和CaCO3的溶解度都有限，脫硫添加劑的加入提供了堿性基團(tuán)，增強(qiáng)了液膜傳質(zhì)因子，不僅可以促進(jìn)CaCO3的溶解，提高其解離速率，減少液相阻力，同時也促進(jìn)了SO2的溶解，減少了氣相阻力。脫硫添加劑的存在使石灰石漿液循環(huán)吸收SO2的反應(yīng)重復(fù)發(fā)生，脫硫添加劑起著類似催化劑的作用。

3.3 脫硫劑的添加及耗損

添加劑初次通過濾液水箱補(bǔ)入，然后進(jìn)入吸收塔內(nèi)，之后每天通過石灰石漿液箱給料補(bǔ)充。采用添加劑提高了煙氣脫硫裝置的洗滌效率，但同時也增加了一定的運行費用，添加劑的費用主要取決于添加劑的價格和損耗率。添加劑的損耗主要分為“溶液”和“非溶液”損耗。為維持一定的脫硫添加劑的濃度，每隔8h需要對添加劑進(jìn)行一次補(bǔ)給。試驗中脫硫添加劑的損耗主要是由以下部分組成:石膏濾餅帶走部分;脫硫廢水排放將帶走一部分添加劑，直接造成損失;煙氣中帶走的添加劑;添加劑伴隨著亞硫酸鈣沉淀而沉淀;添加劑降解損失，主要是由于部分添加劑與溶液中的酸發(fā)生反應(yīng)形成副產(chǎn)物而造成的損耗。上述幾個方面中，除了廢水排放和降解損失帶走部分添加劑，其他損耗非常小。

3.4 脫硫添加劑的效益

本次試驗分兩個方案，方案A為停運頂層噴淋層后，只需保證連續(xù)補(bǔ)入添加劑的量，維持添加劑濃度，就可以滿足400mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn);方案B為保持原5臺漿液循環(huán)泵、噴淋層系統(tǒng)，添加脫硫劑后使出口SO2濃度降至200mg/m3，添加劑補(bǔ)給量和漿液循環(huán)泵及增壓風(fēng)機(jī)節(jié)省電耗見表5。

表5 不同條件下的添加劑消耗量及能耗節(jié)省

添加劑的價格按30000元/t;石灰石價格按40元/t、電價按 0.4元/(kW·h)，年運行時間按5000h計算，如采用維持SO2出口濃度400mg/m3，停運頂層噴淋方案，2臺機(jī)組年節(jié)省運行費用約204.6萬元;如采用保持5層噴淋不變，將SO2出口濃度降至200mg/m3方案，相對于開啟6層噴淋層，2臺機(jī)組年節(jié)省運行費用約290萬元。從上述分析可以看出，使用脫硫添加劑不僅增加了脫硫裝置運行的靈活性，也增強(qiáng)了脫硫系統(tǒng)的適應(yīng)能力，更能帶來不錯的經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 脫硫添加劑對脫硫系統(tǒng)的影響

試驗中添加劑的濃度遠(yuǎn)低于漿液中的Cl－濃度，很容易被沖洗水清洗，故對石膏品質(zhì)影響很小，同時，采用了添加劑后，可以提高反應(yīng)速度，提高了石灰石的利用率，對石膏品質(zhì)和真空皮帶機(jī)脫水效率有提高的作用。由于CaSO3含量降低，還可以減輕除霧器的結(jié)垢堵塞問題。

本試驗采用的脫硫添加劑溶解度極大，可在石灰石漿液中迅速溶解，從測試數(shù)據(jù)可以看出，使用脫硫添加劑對脫硫系統(tǒng)的pH值影響很小，且該脫硫添加劑屬于易燃易爆的危險化學(xué)品，熔點沸點都很高，不會揮發(fā)而夾帶在煙氣中產(chǎn)生二次污染，故對煙氣系統(tǒng)沒有影響。

脫硫添加劑在純水溶液中基本呈中性，長時間高濃度的浸泡試驗表明脫硫添加劑對襯膠、鱗片無任何腐蝕作用。脫硫添加劑能較好地應(yīng)用于使用高硫煤為燃料的石灰石/石膏濕法脫硫裝置中。

4 結(jié)語

(1)脫硫添加劑在燃用高硫煤的電廠脫硫裝置上有較好的使用效果，一方面為電廠在燃煤的選用上提供了較為合適的操作彈性;另一方面也為電廠在常規(guī)運行中提供了進(jìn)一步節(jié)能降耗的手段。

(2)由于脫硫添加劑具有緩沖性能，F(xiàn)GD系統(tǒng)可以在較低的pH值下運行，并達(dá)到規(guī)定的脫硫效率，這有利于提高吸收劑的利用率，降低脫硫石膏中未反應(yīng)的CaCO3含量，提高石膏的純度，滿足石膏最終用戶的技術(shù)要求，這對于要求生產(chǎn)商業(yè)品質(zhì)石膏的強(qiáng)制氧化裝置來說是一個突出優(yōu)點。

(3)由于添加劑在整個吸收反應(yīng)過程中起到的是催化劑作用。因此應(yīng)盡量通過調(diào)整運行參數(shù)，如適當(dāng)提高漿液系統(tǒng)中Cl－的含量，減少廢水排放，以降低添加劑的損耗。添加劑的補(bǔ)入應(yīng)盡可能結(jié)合現(xiàn)場實際情況，盡量利用現(xiàn)有漿液系統(tǒng)的設(shè)備及管道等設(shè)施以減少投資。

［1］GB 13223－2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］管一明，薛建明，張 荀，等.火電廠脫硫等環(huán)保設(shè)施存在的主要問題及對策［J］.電力科技與環(huán)保，2012，27(6):27 －29.

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［5］王乃光，阿娜爾，劉啟旺，等.有機(jī)酸鹽強(qiáng)化石灰石濕法煙氣脫硫試驗研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2008，28(17):61 －65.

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