曲立濤，陶莉，楊小玲，周艷明

(1.湖南省湘電鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司，湖南 長沙 410007;2.湖南省電力公司科學研究院，湖南 長沙 410007)

根據國家環(huán)保部《關于火電企業(yè)脫硫設施旁路煙道擋板實施鉛封的通知》 (環(huán)辦〔2010〕91號)的要求，各級環(huán)保部門和各電力集團公司要積極鼓勵火電企業(yè)逐步拆除已建脫硫設施的旁路煙道。對暫時保留旁路煙道的，所有旁路擋板必須實行鉛封。要求所有新建燃煤機組不得設置脫硫旁路煙道。湖南省目前300 MW及以上機組共計33臺，僅某電廠三期#5，#6機組設置了脫硫系統(tǒng)啟動塔，其余機組煙氣旁路進行鉛封或拆除處理。鍋爐在啟動、停機時，電廠通常采取開煙氣旁路的方式來保證脫硫塔的正常運行，但機組在低負荷及調峰情況下采用投油穩(wěn)燃時，煙氣旁路處于封閉狀態(tài)，鍋爐投油燃燒時的產物及未燃燒完全的燃油全部進入脫硫系統(tǒng)吸收塔漿液內，嚴重影響脫硫系統(tǒng)的正常運行。

1 鍋爐投油燃燒情況

目前，我國大型燃煤發(fā)電鍋爐在啟動、停運、低負荷穩(wěn)燃及深度調峰階段由于設計、燃煤等原因均需耗用大量的燃油助燃，尤其是在鍋爐冷態(tài)啟動過程中，鍋爐爐膛溫度較低，參數上升較慢，投油量大，所投燃油有相當一部分燃燒不完全，以600 MW超臨界無煙煤“W”火焰鍋爐為例，一次冷態(tài)啟動須耗用#0柴油50～70 t。低負荷穩(wěn)燃及深度調峰情況在湖南省也較為普遍，目前湖南省電網負荷峰谷差較大，最大峰谷差超過800萬kW，各廠均需進行深度調峰，部分火電廠最低調峰負荷僅為30%BMCR(BMCR為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量)，在深度調峰過程中需消耗大量#0柴油用于鍋爐穩(wěn)燃。

2 鍋爐投油燃燒對脫硫系統(tǒng)的影響

煙氣系統(tǒng)鉛封旁路門后，在鍋爐投油燃燒時，燃燒形成油污和油灰 (部分未燃的碳氫化合物)等細小顆粒將全部進入吸收塔系統(tǒng)，對脫硫系統(tǒng)產生一系列影響。

2.1 對脫硫效率及吸收塔漿液pH值的影響

以某廠#3，#4機組為例，煙氣脫硫系統(tǒng)采用某公司石灰石/石膏濕法FGD技術。表1是該機組配置的FGD裝置設計參數。

表1 FGD裝置部分設計參數

該機組基本維持在500 MW以下，最低負荷為351 MW。燃煤煤質差，低位發(fā)熱量低且平均全硫含量在1.4%以上，#3、#4主機分別于2011年1月10—13日、2011年1月11—13日多次采用投油助燃。在投油助燃期間均未開啟旁路門，投油助燃后脫硫系統(tǒng)效率明顯下降。表2，3分別為#3機組投油情況統(tǒng)計、#3機組脫硫系統(tǒng)運行情況。

表2 #3機組主機投油情況統(tǒng)計

表3 #3機組投油燃燒后脫硫系統(tǒng)運行參數

查閱主機操作記錄，在統(tǒng)計期間#3機組共計投油5 614.91 kg，#4機組共計投油6 496.09 kg。分析表3數值，#3機組鍋爐投油燃燒后，隨著時間的延長，在機組負荷減小，原煙氣SO2濃度下降，供漿量不變的情況下，#3機組脫硫系統(tǒng)效率由最高98.47%下降至97.49%，漿液pH值由最高5.55下降至5.24。由于脫硫系統(tǒng)各設備的運行狀態(tài)未作變動，而#3機組鍋爐一直進行投油助燃，故效率下降應與吸收塔漿液品質下降有關。

經取樣化驗分析，1月12日#3，#4機組吸收塔漿液中油含量分別為7.21，4.38 mg/L。

FGD脫硫系統(tǒng)主要依據酸堿中和原理進行脫硫，即酸性的SO2與堿性的CaCO3進行反應，從而達到脫出煙氣中SO2的目的。在吸收塔內，主要存在以下化學反應〔2〕:

氣相SO2被液相吸收過程

吸收劑溶解和中和反應

其中，由于 CaCO3在水中的溶解度小，式(4)是整個FGD反應的關鍵步驟之一。油進入吸收塔漿液后，在攪拌、噴淋等相互作用下快速分散在吸收塔漿液中，并在吸收塔漿液中石灰石、亞硫酸鈣等顆粒的表面形成一層薄薄的油膜，對石灰石等顆粒形成包裹，阻礙了石灰石的溶解，使式(4)的反應速率下降，式 (5)隨之受到影響，吸收塔漿液pH值下降，出現“石灰石致盲”現象〔3，4〕，即采取加大供漿量 pH值也會持續(xù)下降，直接導致脫硫效率下降甚至無法維持。從表3可以發(fā)現，#3機組吸收塔漿液油含量達到7.21 mg/L后，脫硫效率雖然在95%以上，但脫硫效率及吸收塔漿液pH值已呈持續(xù)明顯下降的趨勢。據查，#4機組也有類似情況出現，這說明，主機長時間的投油運行，導致吸收塔漿液開始出現惡化勢頭。

2.2 對吸收塔液位及漿液的影響

油污中含有的有機物成分，進入吸收塔漿液后，在吸收塔內強烈擾動狀態(tài)下，極易形成細碎泡沫，大量聚集于漿液表面。而吸收塔液位的測量一般采用安裝在吸收塔底部的壓差式液位計 (如圖1所示)，在DCS上顯示的液位是根據測得的差壓與吸收塔內吸收塔漿液密度計算所得到的值，計算公式如下〔5〕:

圖1 吸收塔液位計示意圖

式中 H為吸收塔漿液池高度;H1為吸收塔壓力變送器至塔底標高;H2為吸收塔壓力變送器至漿液池面標高;P為壓力變送器測量值;ρ為取樣處漿液的密度值。

由于氣泡和泡沫的比重較小，浮于吸收塔漿液上層，吸收塔內真實液位則會遠高于DCS上顯示液位，從而非常容易導致吸收塔漿液溢流。表4列舉了某電廠3臺機組脫硫系統(tǒng)因吸收塔漿液含油而導致漿液溢流的現象。

主機操作記錄顯示 3，4機組投油量分別為9 192.1，7 431.2 kg，為進一步研究主機投油對吸收塔漿液的影響，對吸收塔漿液取樣并化學分析，分析結果如表5所示。

表4 脫硫吸收塔漿液異常情況比對

表5 吸收塔漿液分析數據

從表4可知，在石灰石品質相同的情況下，投油對吸收塔漿液溢流產生較大影響，投油量較大的#3，#4機組吸收塔均出現了黑色泡沫的溢流。表5數據顯示，3臺機組吸收塔漿液中油的含量差別較大，#2塔漿液中油含量為3.21 mg/L，#3，#4吸收塔漿液中油的含量分別達到13.28，9.18 mg/L;#2吸收塔脫硫效率為96.2%，而#3，#4吸收塔脫硫效率分別為89.5%，92.4%，這說明漿液中的油含量越高，對機組FGD脫硫效率的影響越大。運行中發(fā)現，#3吸收塔脫硫效率下降后進行3次增加石灰石供漿量操作，但吸收塔漿液pH值并未升高，反而降低，后采用漿液置換處理情況才有所好轉，說明#3機組吸收塔石灰石的溶解受到抑制，吸收塔漿液已出現中毒現象。

2.3 對石膏真空脫水系統(tǒng)的影響

含油的吸收塔漿液通過石膏排出泵進入石膏脫水系統(tǒng)，由于油污以及未完全氧化的亞硫酸產物等的存在，容易造成真空皮帶機濾布空隙的堵塞，旋流器和真空皮帶機的效率下降，導致石膏漿液脫水困難。

表6列舉了鍋爐未投油燃燒與投油燃燒對石膏品質的影響。

表6 脫水石膏品質對比 %

表6數據顯示，鍋爐投油燃燒對脫水石膏品質有較大影響，現場查看，發(fā)現鍋爐投油后的吸收塔漿液進行真空脫水時，脫水系統(tǒng)真空度明顯高于未投油時的真空度，但前者脫水石膏中含水量約為后者的 2倍，達 16.58%，且 CaSO3·1/2H2O，CaCO3均高于后者，而CaSO4·2H2O含量偏低，取該機組配套的吸收塔漿液進行漿液的含油量分析時發(fā)現，該漿液含油量達9.8 mg/L，說明投油對脫水石膏品質有明顯影響。

圖2，3分別為鍋爐未投油和投油燃燒后脫水石膏的對比照片，與鍋爐未投油燃燒時的脫水石膏相比，投油燃燒后的脫水石膏顏色明顯為暗黑色，影響石膏的綜合利用。為解決石膏脫水困難問題運行人員常采用降低石膏排出泵出力及真空皮帶機速度的方法來提高石膏脫水效果，而這樣會導致吸收塔內漿液密度逐漸升高，漿液循環(huán)泵電流增大，影響脫硫系統(tǒng)的安全運行。

3 結論

1)鍋爐投油燃燒產物伴隨煙氣進入吸收塔后對脫硫系統(tǒng)多個方面造成影響，實際運行結果顯示，當吸收塔漿液中油含量達到9.18 mg/L時，吸收塔脫硫效率、吸收塔漿液pH值均呈下降趨勢，吸收塔漿液出現起泡、溢流的現象，當吸收塔漿液中含油量達13.28 mg/L時，吸收塔漿液出現石灰石致盲現象。

2)鍋爐投油燃燒對石膏真空脫水系統(tǒng)、石膏品質產生較大影響。實際運行中發(fā)現，吸收塔漿液含油達9.8 mg/L時，石膏品質明顯下降，亞硫酸鈣、碳酸鈣含量較高，脫水也較為困難，石膏含水量約為未投油的2倍。

3)有必要進一步研究掌握油污進入脫硫系統(tǒng)后的影響機理及影響程度，制訂預防、減輕或消除投油燃燒時對脫硫系統(tǒng)影響的方法和措施，以保證脫硫系統(tǒng)的安全性及高效、穩(wěn)定和優(yōu)化的運行。

〔1〕杜博，張建軍，魯先超，等.鍋爐投油運行對環(huán)保設備的影響和對策〔J〕.山東電力，2011，184(06):58-60.

〔2〕周志祥，段建中，等.火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊〔M〕.北京:中國電力出版社，2006.

〔3〕楊晨.石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)運行中“盲區(qū)”問題探討〔C〕.全國電力行業(yè)脫硫脫硝技術協(xié)作網年會暨技術研討會論文集.2008，31-33.

〔4〕李國勇，陶莉，柳進云.濕法脫硫裝置運行中脫硫效率不高原因分析〔J〕.電力科技與環(huán)保，2011，27(03):38-39.

〔5〕張啟玖，張瑞明.石膏濕法脫硫吸收塔石膏漿液pH及液位調節(jié)分析〔J〕.華北電力技術，2005，34(10):25-27.