柴福東——1000MW機組濕法煙氣脫硫效率影響要素分析

1、1000MW機組濕法煙氣脫硫效率影響要素分析v柴福東 孫普春 張成立v華電鄒縣發(fā)電有限公司華電鄒縣發(fā)電有限公司 郵編郵編:273522:273522摘要：v從煙氣SO2的吸收反應(yīng)原理出發(fā)，找出影響脫硫效率的主要因素，并制定運行控制措施，以保證煙氣脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行。關(guān)鍵詞：v吸收反應(yīng)；脫硫效率；控制措施；穩(wěn)定高效運行前言v華電鄒縣發(fā)電有限公司兩臺1000MW燃煤發(fā)電機組煙氣脫硫系統(tǒng)自投入運行以來，總體運行狀況較好，能夠保持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，并且脫硫效率在95%以上。但是，在前期出現(xiàn)了幾次煙氣脫硫效率大幅波動的現(xiàn)象，脫脫效率由95%逐漸降到80%左右，經(jīng)過處理調(diào)整，脫硫效率又逐步提高到95

2、%。脫硫效率的不穩(wěn)定，造成煙氣SO2排放量增加，達(dá)不到國家環(huán)保要求。本文將從脫硫系統(tǒng)煙氣SO2的吸收反應(yīng)原理出發(fā)，找出影響脫硫效率的主要因素，并制定控制措施，以保證煙氣脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行。1 、脫硫系統(tǒng)整體概述v華電鄒縣公司兩臺1000MW燃煤發(fā)電機組，其煙氣脫硫系統(tǒng)共設(shè)置兩套石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置，采用一爐一塔，每套脫硫裝置的煙氣處理能力為每臺鍋爐100%BMCR工況時的煙氣量，脫硫效率按不小于95%設(shè)計。石灰石石膏濕法煙氣脫硫，脫硫劑為石灰石與水配置的懸浮漿液，在吸收塔內(nèi)煙氣中的SO2與石灰石反應(yīng)后生成亞硫酸鈣，并就地強制氧化為石膏，石膏經(jīng)二級脫水處理作為副產(chǎn)品外售。2 、脫硫

3、吸收塔內(nèi)SO2的吸收過程v煙氣中SO2在吸收塔內(nèi)的吸收反應(yīng)過程可分為三個區(qū)域，即吸收區(qū)、氧化區(qū)、中和區(qū)。v2.1吸收區(qū)內(nèi)的反應(yīng)過程：SO2 + H2O H2SO3SO3 + H2O H2SO4 2 、脫硫吸收塔內(nèi)SO2的吸收過程v2.2氧化區(qū)內(nèi)的反應(yīng)過程：H+ + HSO3- +1/2O2 2H+ + SO42- CaCO3+2H+ Ca2+ H2O+CO2 Ca2+ + SO42-+2H2O CaSO42H2Ov2.3中和區(qū)的反應(yīng)過程CaCO3+2H+ Ca2+ H2O+CO2Ca2+ + SO42-+2H2O CaSO42H2O3、影響石灰石石膏煙氣濕法脫硫效率的主要因素分析：v3.1脫硫

4、系統(tǒng)的煙氣量大小及原煙氣中SO2的含量。在脫硫系統(tǒng)設(shè)備運行方式一定，運行工況穩(wěn)定，無其它影響因素時，當(dāng)處理煙氣量及原煙氣中SO2的含量升高時，脫硫效率將下降。因為入口SO2的增加，能很快的消耗循環(huán)漿液中可提供的堿量，造成漿液液滴吸收SO2的能力減弱。3.2煙氣中所含的灰塵。v煙氣中的灰塵在經(jīng)過脫硫吸收塔洗滌時，大部分灰塵都留在漿液中，其中一部分通過廢水處理后排出，另一部分仍留在吸收塔中。飛灰在一定程度上阻礙了SO2與CaCO3接觸，降低了石灰石中CaCO3的溶解速率。吸收塔內(nèi)飛灰中不斷溶解出的一些重金屬，如Hg、Mg、Zn等離子會抑制Ca2+與HSO3-的反應(yīng)。同時，因灰塵中帶入的Al3+與煙

5、氣氣體中帶入的F-形成的絡(luò)化物達(dá)到一定濃度時，會吸附在CaCO3固體顆粒的表面，“封閉”了CaCO3的活性，嚴(yán)重減緩了CaCO3的溶解速度，造成脫硫效率的降低。實際運行中，煙氣中粉塵濃度過高還會造成石膏中CaSO42H2O的含量降低，白度減少。3.3煙氣中的HCl。v當(dāng)煙氣通過脫硫吸收塔時，煙氣中的HCl幾乎全部溶于吸收漿液中，因Cl-比SO42-的活性高（鹽酸比硫酸酸性更強），更易與CaCO3發(fā)生反應(yīng)，生成易溶于水的CaCl2，從而使?jié){液中Ca2+的濃度增大，由于同離子效應(yīng)，其將抑制CaCO3的溶解速度，會造成脫硫效率的降低。同時，由于離子強度和溶液黏度的增大，漿液中離子的擴散速度變慢，致使

6、漿液液滴中有較高的SO32-，從而降低了SO2向漿液中的傳質(zhì)速度，也會造成脫硫效率的降低。3.4吸收塔內(nèi)循環(huán)漿液的pH值。v脫硫系統(tǒng)中，吸收塔內(nèi)循環(huán)漿液的pH值是運行人員控制的主要參數(shù)之一，漿液的pH值對脫硫效率的影響最明顯。提高循環(huán)漿液的pH值就是增加循環(huán)漿液中未溶解的石灰石的總量，當(dāng)循環(huán)漿液液滴在吸收塔內(nèi)下落過程中吸收SO2堿度降低后，液滴中有較多的吸收劑可供溶解，保證循環(huán)漿液能夠隨時具有吸收SO2的能力。同時，提高漿液的pH值就意味著增加了可溶性堿物質(zhì)的濃度，提高了漿液中和吸收SO2后產(chǎn)生的H+的作用。因此，提高pH值就可直接提高脫硫系統(tǒng)的脫硫效率。3.5氧化空氣。v脫硫系統(tǒng)采取強制氧化

7、方式運行，若氧化空氣流量不足，或氧化空氣進(jìn)行吸收塔的位置距液面沒有足夠的深度，漿液中的亞硫酸鹽含量將增加，即HSO3-濃度增大，當(dāng)其相對飽和度較高時，會發(fā)生亞硫酸鹽嚴(yán)重抑制作用（反應(yīng)封閉）。發(fā)生此種情況的現(xiàn)象是運行漿液的pH值下降，而加入石灰石漿液時，pH值也沒有明顯提高，脫硫效率下降，漿液中未反應(yīng)的石灰石濃度增加。因此運行中必須保證進(jìn)入脫硫吸收塔的氧化空氣量能夠滿足系統(tǒng)需求。3.6吸收系統(tǒng)的鈣硫摩爾比（Ca/S）。v鈣硫摩爾比是指每脫除1摩爾SO2所需加入系統(tǒng)的CaCO3 摩爾數(shù)。從理論上講，鈣硫摩爾比為1。但是在實際運行中，為保證脫硫系統(tǒng)運行效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，要保持鈣硫摩爾比稍大于1。因

8、為Ca/S過低不能滿足運行要求，不能有效除去煙氣中的SO2，使系統(tǒng)脫硫效率降低。但是Ca/S過高，又造成石灰石粉的浪費和石膏品質(zhì)的降低。3.7吸收劑石灰石的性質(zhì)。v石灰石中CaCO3的含量，石灰石中CaCO3的含量若過低，含其它雜質(zhì)過多，給運行帶來一些問題，造成吸收劑耗量的增加，同時也使石膏的純度下降。吸收劑的特性不僅包括其化學(xué)成分，也包括其反應(yīng)活性。吸收劑的活性影響到吸收劑的溶解速度和溶解度。其活性越好，吸收SO2的能力就越強，對提高脫硫效率越有利。3.8石灰石的細(xì)度的影響。v石灰石越細(xì)，就越是增加了石灰石溶解的表面積，其直接影響到循環(huán)漿液的運行pH值，因此，石灰石越細(xì)，對脫硫效率的提高就越

9、有利。3.9化學(xué)添加劑對脫硫效率的影響。v化學(xué)添加劑是指除吸收劑外，人為投入濕法煙氣脫硫工藝過程中，目的在于進(jìn)一步提高脫硫效率的化學(xué)物質(zhì)?；瘜W(xué)添加劑的投入，能夠提高吸收塔內(nèi)SO2吸收過程中液相的堿度，以提高吸收反應(yīng)過程中液膜的擴散速率，從而提高濕法煙氣脫硫效率。目前濕法煙氣脫硫裝置用來提高脫硫效率的添加劑主要有：鎂鹽、二元酸和甲酸等。其中石灰石石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)主要以有機酸作為提高SO2脫除效率的添加劑。v此外，影響煙氣脫硫效率的因素還有煙氣流速，煙氣流速越快，就提高了漿液液滴下降時的擾動，能夠促進(jìn)煙氣中SO2與漿液的反應(yīng)速度，對提高脫硫效率越有利；循環(huán)漿液的濃度對脫硫效率也有一定影響，當(dāng)循

10、環(huán)漿液的濃度過高時，漿液中所含Ca2+也相對較高，影響了CaCO3的離解，同時也減小了煙氣中SO2與漿液液體的接觸面積。因此循環(huán)漿液的濃度過高對提高煙氣脫硫效率是無益的，在運行中，應(yīng)加強對循環(huán)漿液濃度的控制；煙氣溫度的變化也對脫硫效率造成一定的影響，百萬千瓦機組設(shè)計煙氣溫度較低，對脫硫效率影響不大。4、煙氣脫硫系統(tǒng)運行中主要控制措施v4.1加強對煙氣含塵量的控制。 經(jīng)前面分析，煙氣中含塵濃度高時，會因煙氣中各種惰性物質(zhì)的存在造成石灰石顆粒反應(yīng)閉塞，將造成脫硫效率的下降。此外，煙氣含塵濃度高時，還會加大循環(huán)漿液對設(shè)備和管道的磨損。因此，在運行中，應(yīng)確保煙氣脫硫系統(tǒng)上一級設(shè)備靜電除塵器的高效運行，

11、保證除塵效率大于99.5%，出口含塵量50mg/m3.4.2對吸收系統(tǒng)水質(zhì)的控制。v當(dāng)煙氣通過脫硫吸收塔時，煙氣中的HCl幾乎全溶于吸收漿液中，造成漿液中Cl-含量高，使脫硫效率降低。因此，應(yīng)降低漿液中Cl-的含量。Cl-主要以CaCl2、MgCl2、NaCl、KCl以及其它金屬氯化物的形式存在。要除去循環(huán)漿液中的Cl-，就要加強對脫硫系統(tǒng)廢水處理的運行維護(hù)，保證循環(huán)漿液中氯離子的有效去除、排出,石膏漿液中的雜質(zhì)穩(wěn)定控制在石膏漿液中的雜質(zhì)穩(wěn)定控制在5000mg /l5000mg /l以下以下 .4.3控制循環(huán)漿液pH值。v循環(huán)漿液的pH值是運行人員控制煙氣脫硫效率的主要參數(shù)，提高循環(huán)漿液的pH

12、值可直接提高脫硫系統(tǒng)的脫硫效率。pH值過低，能提高石膏的品質(zhì)，但不能保證脫硫效率；而pH值過高，會造成石灰石粉的浪費，降低了石膏的品質(zhì)，增加了循環(huán)漿液的密度，加大了對設(shè)備的磨損。并且當(dāng)循環(huán)漿液pH值大于5.7后，再提高pH值對提高脫硫效率影響并不大，一般運行控制pH值不大于6。目前脫硫系統(tǒng)循環(huán)漿液pH值控制在5.0-5.6之間。4.4提高液氣比。v液氣比是指吸收塔洗滌單位體積的煙氣需要的循環(huán)漿液量。在其它條件不變的情況下，增加吸收塔循環(huán)漿液量即增大液氣比，脫硫效率隨之升高。在運行中，為保證脫硫效率，應(yīng)增加漿液循環(huán)泵的運行臺數(shù)。4.5控制入口二氧化硫含量：v 入口原煙氣二氧化硫量設(shè)計最大值為入口

13、原煙氣二氧化硫量設(shè)計最大值為2099mg/Nm3，一般運行時在，一般運行時在2000mg/Nm3左右，由于機組煤質(zhì)波動較大，入口原煙氣左右，由于機組煤質(zhì)波動較大，入口原煙氣二氧化硫最高值與最低值有時相差二氧化硫最高值與最低值有時相差2倍左右。倍左右。若入口原煙氣含硫量大于若入口原煙氣含硫量大于2500mg/Nm3時，時，為了保證脫硫效率達(dá)標(biāo)，則應(yīng)結(jié)合實際情況為了保證脫硫效率達(dá)標(biāo)，則應(yīng)結(jié)合實際情況增加一臺循環(huán)漿液泵運行，適當(dāng)提高增加一臺循環(huán)漿液泵運行，適當(dāng)提高pH值。值。 4.6確保吸收劑石灰石的性質(zhì)。v石灰石中CaCO3的含量百分比、石灰石的活性、石灰石的細(xì)度，對脫硫效率都有影響，因此在運行中

14、，應(yīng)加強對入口石灰石粉品質(zhì)的檢查和控制，以保證脫硫效率的穩(wěn)定。4.7投加脫硫添加劑。v脫硫添加劑的投入可以做到在脫硫吸收系統(tǒng)低液氣比、低pH值的運行工況下，或在鍋爐燃高硫煤的工況下，使脫硫系統(tǒng)達(dá)到規(guī)定的脫硫效率，提高了脫硫系統(tǒng)運行的靈活性。但是，化學(xué)添加劑的投入也使脫硫系統(tǒng)廢水的處理負(fù)擔(dān)加重，特別是需要加強對化學(xué)需氧量的控制和處理。另外，隨著有機酸的添加，會改變脫硫固體副產(chǎn)物晶體的大小和形狀，可能會造成石膏脫水系統(tǒng)設(shè)備運行的不穩(wěn)定。4.8控制吸收塔漿液密度。v當(dāng)循環(huán)漿液密度過高時，漿液黏度增大，相對減小了漿液與煙氣的接觸面積，造成漿液中離子的擴散速度變慢，降低了SO2向漿液中的傳質(zhì)速度。因此在運行中應(yīng)控制好循環(huán)漿液的密度，現(xiàn)我公司脫硫系統(tǒng)循環(huán)漿液密度控制在10801120kg/m3，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。4.9其他因素如測點、其他因素如測點、CEMSCEMS儀表標(biāo)定、儀表標(biāo)定、維護(hù)影響。影響。v脫硫系統(tǒng)測點、CEMS儀表的準(zhǔn)確性對脫硫效率的影響也是較大的，除了對儀表定期吹掃外，檢修人員應(yīng)定期對儀表進(jìn)行標(biāo)定，以確保儀表的準(zhǔn)確性。5、 結(jié)束語v運行中通過對SO2吸收系統(tǒng)各運行參數(shù)的控制，目前，煙氣脫硫系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項指標(biāo)達(dá)到環(huán)保要求。