聶鵬飛，馬磊，張鵬

(河北大唐國(guó)際王灘發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 唐山 063611)

0 引言

目前，石灰石－石膏濕法脫硫(FGD)技術(shù)在燃煤電廠煙氣脫硫中廣泛應(yīng)用，具有技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)。但是，濕法FGD系統(tǒng)龐大，影響其運(yùn)行的因素也較為復(fù)雜。因此，河北大唐國(guó)際王灘發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱王灘發(fā)電公司)自脫硫系統(tǒng)投產(chǎn)之初，就把如何提高濕法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化水平擺在很重要的位置。本文對(duì)王灘發(fā)電公司石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)(噴淋塔)優(yōu)化運(yùn)行的一些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)概況

王灘發(fā)電公司#1，#2機(jī)組為600MW燃煤發(fā)電機(jī)組，各采用1套石灰石－石膏濕法煙氣脫硫裝置，無煙氣換熱器(GGH)及球磨機(jī)系統(tǒng)，外購(gòu)石灰粉。其中，工藝水系統(tǒng)、石灰石制漿系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、事故漿液罐、壓縮空氣系統(tǒng)為公用系統(tǒng)。2套系統(tǒng)于2006年6月投入運(yùn)行，系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 王灘發(fā)電公司脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 運(yùn)行優(yōu)化策略

根據(jù)王灘發(fā)電公司#1，#2濕法脫硫系統(tǒng)工藝、設(shè)備及運(yùn)行情況，檢測(cè)運(yùn)行參數(shù)及試驗(yàn)?zāi)M。通過測(cè)定煙氣中HCl，HF，SO3的質(zhì)量濃度及煙氣濕度，了解吸收塔內(nèi)Cl－，F(xiàn)－等離子組分的狀況，測(cè)定石灰石成分，研究飛灰、亞硫酸對(duì)石灰石溶解活性的影響，定期測(cè)定漿液及石膏成分，分析吸收塔運(yùn)行情況。統(tǒng)計(jì)2臺(tái)機(jī)組吸收塔相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，通過繪制曲線分析各參數(shù)之間的關(guān)系。

3 檢測(cè)運(yùn)行參數(shù)及模擬試驗(yàn)

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化包括煤質(zhì)、漿液循環(huán)量、石灰粉粒度、吸收塔石膏漿液品質(zhì)等方面，下面主要針對(duì)煙氣、石灰石漿液的品質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)分析。

3.1 煙氣部分

某時(shí)段機(jī)組負(fù)荷為550MW，入口SO2質(zhì)量濃度為2500 mg/m3，#1，#2機(jī)組脫硫系統(tǒng)出、入口煙氣參數(shù)見表2。

表2 #1，#2機(jī)組脫硫系統(tǒng)出、入口煙氣參數(shù) mg/m3

由表2可知，原煙氣攜帶的Cl－及F－的質(zhì)量濃度較高。經(jīng)過脫硫后的凈煙氣帶走大量水分，而原煙氣中的大部分離子被漿液吸收并在吸收塔中富集。

3.2 石灰石活性部分

圖1 石灰石活性試驗(yàn)裝置示意圖

石灰石溶解活性試驗(yàn)考察了煙氣中含塵量對(duì)吸收塔中石灰石溶解性的影響(試驗(yàn)裝置如圖1所示)，試驗(yàn)采用連續(xù)恒定加酸的方式，通過酸液的加入模擬煙氣中二氧化硫進(jìn)入吸收塔的過程，酸液進(jìn)入石灰石漿液與石灰石反應(yīng)，過量的酸使?jié){液pH值進(jìn)一步降低，當(dāng)pH值降至4.5時(shí)，停止加酸。pH值降至4.5所用時(shí)間越長(zhǎng)，說明石灰石活性越高。石灰石溶解活性試驗(yàn)結(jié)果見表3，飛灰對(duì)石灰石溶解活性影響見表4。

表3 石灰石溶解活性試驗(yàn)結(jié)果 min

從表3、表4中可以看出:

(1)煙氣中含少量飛灰時(shí)，由于飛灰提供的堿度對(duì)脫硫系統(tǒng)有積極作用，當(dāng)加入1.0 g，1.5 g飛灰時(shí)，達(dá)到相同的脫硫效果可以節(jié)約 2.63%和4.39%的石灰石用量。

(2)當(dāng)飛灰達(dá)到一定濃度時(shí)，堿度對(duì)脫硫系統(tǒng)的積極作用已經(jīng)不明顯，而飛灰中一些成分對(duì)脫硫反應(yīng)的抑制作用開始顯現(xiàn)。當(dāng)飛灰加入量超過1.5 g(如 2.0 g，3.0 g)時(shí)，達(dá)到相同的中和效果，需要增加0.90%，2.80%的石灰石使用量，而當(dāng)加入3.5 g飛灰時(shí)，需要增加的石灰石用量高達(dá)10.00%。

(3)簡(jiǎn)言之，飛灰對(duì)石灰石利用率的影響有一個(gè)閾值，在閾值之前，飛灰有著積極的作用，而且飛灰量越大，積極作用越大;當(dāng)飛灰量超過閾值時(shí)，飛灰會(huì)抑制石灰石活性，而且飛灰量越大，活性降低越快。

(4)建議控制吸收塔入口含塵量在80 mg/m3以下。

4 統(tǒng)計(jì)分析

4.1 脫硫效率與入口含塵量的關(guān)系

統(tǒng)計(jì)分析某段時(shí)間連續(xù)2d內(nèi)脫硫效率與入口含塵量之間的關(guān)系，如圖2所示。

由圖2可知:當(dāng)入口煙氣含塵量低于80 mg/m3時(shí)，脫硫效率達(dá)到94%以上，說明含塵量低有利于SO2的去除;當(dāng)入口煙氣含塵量高于80 mg/m3時(shí)，脫硫效率有所降低，一般在92%以下。通過控制電除塵系統(tǒng)可將含塵量降到80 mg/m3以下，此時(shí)可獲得較高的脫硫效率。

4.2 pH值對(duì)石灰石溶解活性的影響

圖2 脫硫效率與入口含塵量之間的關(guān)系

從吸收塔內(nèi)取一定量石膏漿液進(jìn)行活性試驗(yàn)，在恒定pH值條件下測(cè)定石灰石的反應(yīng)活性。將一定吸收塔中漿液置于玻璃釜式反應(yīng)器中，在恒溫且不斷攪拌的情況下，用一定濃度的亞硫酸以連續(xù)固定加酸率向反應(yīng)器中加酸，隨著加酸的進(jìn)行，漿液的pH值逐漸下降，利用自動(dòng)滴加儀加入適量的石灰石漿液，維持pH值恒定。石灰石活性試驗(yàn)裝置如圖3所示，試驗(yàn)結(jié)果分析見表5。

圖3 石灰石活性試驗(yàn)裝置

表5 試驗(yàn)結(jié)果分析

從表5可以看出:

(1)當(dāng)控制 pH 值為4.5，5.0 和 5.5 時(shí)，相同亞硫酸通入量下，所需的補(bǔ)漿量分別為 100.11g，237.84 g和459.41 g，固硫率分別為 90%，94% 和98%。

(2)維持的pH值越高，所需的補(bǔ)漿量越大，石灰石漿液的利用率越低，但固硫率越高，反之亦然。

(3)存在一個(gè)合適的pH值范圍，建議控制pH值在 4.9 ～5.3。

(4)當(dāng)增加補(bǔ)漿量也無法提高脫硫率時(shí)，可先降低pH值一段時(shí)間，然后再正常運(yùn)行。

4.3 漿液及石膏部分

(2)石膏分析項(xiàng)目:CaCO3，CaSO3·1/2H2O 及CaSO4·2H2O的質(zhì)量濃度。

(3)石膏庫取樣測(cè)固體石膏含水率。

石灰石及漿液粒徑分布如圖4所示。從圖4中可以看出:吸收塔石膏漿液中粒徑較大的顆粒占漿液比重比石灰石大，吸收塔漿液中也有較多粒徑較小的顆粒。

通過漿液及石膏的分析，計(jì)算得出影響脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的主要參數(shù)。

(1)鈣硫比(bCa/bS)。用石膏中各物質(zhì)的組分進(jìn)行計(jì)算(單位為mol/g)。

圖4 石灰石及漿液粒徑分布

計(jì)算平均值為1.028，接近設(shè)計(jì)值1.020。

(2)吸收劑利用率。數(shù)值是鈣硫比(bCa/bS)的倒數(shù)，計(jì)算平均值為97.27%，說明石灰石的利用率較高。

(3)液氣比。機(jī)組負(fù)荷560 MW時(shí)

計(jì)算平均值為9 L/m3。計(jì)算值較設(shè)計(jì)值偏低，可能會(huì)影響脫硫效率，可以通過調(diào)整漿液循環(huán)泵運(yùn)行數(shù)量增加液氣比可以提高脫硫效率。

(4)漿液固體停留時(shí)間(min)。

計(jì)算值為4.52 min，推薦值為 3.00 ～7.00 min，5.00 min為最佳值，可以通過調(diào)節(jié)吸收塔液位和循環(huán)漿液量來控制。

脫硫效率與入口SO2質(zhì)量濃度之間的關(guān)系如圖5所示。由圖5可知:當(dāng)入口 SO2質(zhì)量濃度為2100～2 700 mg/m3時(shí)，脫硫效率在94%以上;當(dāng)SO2質(zhì)量濃度大于2700 mg/m3時(shí)，脫硫效率降低到92%以下。

若在高濃度下仍想達(dá)到較高的脫硫效率，可采取增大補(bǔ)漿量、增大液氣比、改變機(jī)組負(fù)荷等措施來實(shí)現(xiàn)。

脫硫效率與入口煙溫之間的關(guān)系如圖6所示。由圖6可知:當(dāng)入口煙溫低于125℃時(shí)，脫硫效率普遍偏低(90% ～92%)，低于脫硫效率的平均值;當(dāng)入口煙溫高于135℃時(shí)，脫硫效率沒有明顯升高的趨勢(shì)，甚至有所降低。上述現(xiàn)象說明，將入口煙溫控制在合理范圍(125～135℃)，能獲得較為理想的脫硫效率。

吸收塔漿液氯離子濃度與漿液中CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖7所示。從統(tǒng)計(jì)的角度看，圖7中大多數(shù)點(diǎn)處隨著氯離子質(zhì)量濃度的升高，石膏中CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之升高，隨著氯離子質(zhì)量濃度的降低，石膏中CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之降低。

吸收塔漿液氯離子濃度與石膏含水率的關(guān)系如圖8所示。圖8中大多數(shù)點(diǎn)處隨著氯離子質(zhì)量濃度升高，石膏含水率隨之升高，隨著氯離子質(zhì)量濃度降低，石膏含水率也隨之降低。

圖8 吸收塔漿液氯離子濃度與石膏含水率關(guān)系

5 結(jié)論

通過對(duì)脫硫系統(tǒng)中煙氣成分、吸收塔漿液性質(zhì)及石膏成分的檢測(cè)分析，并模擬飛灰對(duì)石灰石反應(yīng)活性的影響，結(jié)合脫硫系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論:

(1)吸收塔內(nèi)氯離子濃度過高，會(huì)影響石灰石利用率及石膏脫水效果，需要加強(qiáng)外排脫硫廢水以降低氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，盡量控制在1.5%以下;

(2)飛灰含量大時(shí)，會(huì)抑制石灰石反應(yīng)活性并降低脫硫效率，通過調(diào)節(jié)電除塵效果降低含塵量，盡量控制吸收塔入口含塵量在80 mg/m3之下;

(3)鈣硫比(bCa/bS)反映吸收劑利用效果，需要定期測(cè)定石膏中CaCO3，CaSO4及CaSO3的質(zhì)量濃度，同時(shí)定期(每天)統(tǒng)計(jì)石灰石粉消耗量;

(4)吸收塔液氣比設(shè)計(jì)值偏低，當(dāng)脫硫效率不能滿足要求時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機(jī)開度及循環(huán)漿液量適當(dāng)增加液氣比;

(5)入口SO2質(zhì)量濃度對(duì)脫硫效率有影響，需要加強(qiáng)各種煤種的摻燒，盡量控制脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi);

(6)入口煙溫高低會(huì)影響脫硫效率，需將入口煙溫控制在合理范圍(125～135℃)內(nèi);

(7)脫硫吸收塔pH值應(yīng)控制在一個(gè)合適的范圍(4.9 ～5.3)內(nèi)。

王灘發(fā)電公司通過運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)研究得到的參數(shù)是在該廠條件下得到的，各廠應(yīng)根據(jù)各自的條件確定最佳值，本文提供的試驗(yàn)方法可供相關(guān)技術(shù)人員參考。

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