李文華，劉含笑，酈建國

(1.浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 樂清 325602；2.浙江菲達環(huán)保科技股份有限公司,浙江 諸暨 311800)

“石膏雨”生成原因及治理措施研究

李文華1，劉含笑2，酈建國2

(1.浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 樂清 325602；2.浙江菲達環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?浙江 諸暨 311800)

對“石膏雨”成因素進行了分析，WFGD取消GGH致使排煙溫度降低是"石膏雨"產(chǎn)生的主因，另外，還包括設(shè)備設(shè)計、運行及外界環(huán)境等?；诖耍瑲w納了“石膏雨”治理的主要措施：WFGD的設(shè)計運行優(yōu)化、尾部煙道設(shè)計優(yōu)化及增設(shè)濕式靜電除塵器等。

WFGD；石膏雨；WESP；除霧器

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫(WFGD)是我國應(yīng)用最廣泛的脫硫技術(shù)，新建機組大多采用了不裝設(shè)GGH，原有的系統(tǒng)也已經(jīng)取消GGH裝置。沒有GGH的WFGD系統(tǒng)，因于無煙氣再熱措施，排煙溫度降低，飽和濕煙氣排出后難以有效抬升、擴散，煙氣中攜帶的石膏漿液聚集在煙囪附近，落地形成“石膏雨”，不僅嚴(yán)重影響電廠周邊環(huán)境，甚至腐蝕設(shè)備。根據(jù)文獻中對無GGH的“濕煙囪”的調(diào)研及理論計算表明，可察覺的液滴的沉降區(qū)域通常在以煙囪為中心、半徑為800m的范圍內(nèi)，如圖1所示。

圖1 理論計算的煙囪出口霧滴沉降軌跡

1 “石膏雨”生成原因分析

國內(nèi)研究人員普遍認(rèn)為"石膏雨"的成因與GGH、除霧器、煙囪等設(shè)備因素以及吸收塔煙氣流量、流速、液氣比、煙溫等設(shè)計或運行情況有關(guān)，另外，環(huán)境因素也對"石膏雨"的形成也有一定關(guān)系，結(jié)合國內(nèi)文獻調(diào)研，可將"石膏雨"生成原因歸納為如下幾點：

1.1 脫硫系統(tǒng)問題

1.1.1 除霧器設(shè)計不合理

除霧效果未滿足要求(一般要求除霧器后煙氣含液態(tài)水量75mg/m3)，經(jīng)過除霧后的煙氣含液量很高，液體中并不僅僅是液態(tài)水，還有石膏漿液。含液量很高的煙氣經(jīng)過煙囪后溫度降低，水霧產(chǎn)生凝結(jié)，會產(chǎn)生“石膏雨”現(xiàn)象。

在“石膏雨”現(xiàn)象中，脫硫后煙氣除霧器的除霧效果較差，煙氣中直徑20μm以上的液滴含量較高(一般在100mg/m3以上)。

1.1.2 脫硫系統(tǒng)實際煙氣量遠大于設(shè)計煙氣量

這導(dǎo)致進入除霧器的煙氣流速超過除霧器極限流速，產(chǎn)生了已被去除漿液的“二次攜帶”，被高速煙氣帶走的漿液一部分從煙囪排出，隨著飽和蒸汽冷凝水滴落，從而造成“石膏雨”現(xiàn)象。

1.1.3 除霧器前方煙氣流場不均勻

這導(dǎo)致進入除霧器部分區(qū)域的煙氣流速超過除霧器的允許極限流速，同樣會加劇除霧器堵塞和“石膏雨”現(xiàn)象的產(chǎn)生。

1.1.4 噴淋漿液管距離除霧器太近

漿液經(jīng)過噴嘴霧化進入噴淋塔內(nèi)，細小霧滴被煙氣夾帶進入除霧器，如果噴淋漿液管距離除霧器較遠，細小的霧滴就會有足夠的時間聚集成較大的霧滴顆粒，從而通過重力沉降進入漿液池內(nèi)。如果噴淋漿液管距離除霧器太近，進入除霧器的漿液量就會大大增加，加快除霧器堵塞以及增加進入除霧器煙氣的流速，從而造成煙囪出口形成“石膏雨”現(xiàn)象。

1.1.5 除霧器堵塞

除霧器堵塞造成除霧器流通面積減少，進入除霧器的煙氣流速超過除霧器極限流速，同樣會產(chǎn)生“二次攜帶”和“石膏雨”。

1.2 煙氣經(jīng)脫硫后溫度較低

進入吸收塔的煙氣溫度為100～130℃ ，通過吸收塔脫硫后出來的煙氣溫度為60～70℃ ，經(jīng)過二級除霧器的沖洗水減溫，溫度將進一步下降到50℃左右，這將使煙氣在離開煙囪爬升距離減少，很快凝結(jié)成小液滴落下。

1.3 煙囪結(jié)構(gòu)形式及防腐材質(zhì)的選擇

火電廠一般采用直筒型煙囪，煙囪防腐層采用輕質(zhì)泡沫?；u防腐，表面粗糙度大，當(dāng)機組負(fù)荷低時，煙氣流速低，煙氣攜帶的污染物易附著在防腐層表面，當(dāng)機組負(fù)荷較高時，煙氣流速較快，附著在防腐層表面的污染物將隨煙氣帶出煙囪，成為"石膏雨"的在組成部分。

1.4 運行操作問題

運行操作上不夠精細、合理，不能及時發(fā)現(xiàn)問題和處理問題，不能保證脫硫裝置與機組的同步運行，脫硫裝置利用率低，也容易產(chǎn)生煙氣攜帶脫硫漿液的現(xiàn)象。

2 “石膏雨”治理措施

通過對"石膏雨"生成原因分析，可以考慮從脫硫系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化(包括除霧器選型優(yōu)化布置)、增設(shè)煙氣再加熱及濕式靜電除塵器等方式減輕甚至消除"石膏雨"現(xiàn)象。結(jié)合文獻調(diào)研，歸納如下：

2.1 脫硫系統(tǒng)采用措施

2.1.1 按實際運行最大煙氣量進行脫硫設(shè)計

煙氣量應(yīng)該根據(jù)實際運行最大煙氣量設(shè)計，并留有一定余量，保證進入除霧器的流速不會超過極限流速，減少石膏漿液的“二次攜帶”。

2.1.2 提高除霧器除霧效果

在投資允許的情況下，大機組脫硫裝置中盡量采用屋脊式除霧器，提高除霧器的除霧效果，減少煙氣中的水霧和漿液攜帶量。

2.1.3 除霧器前煙氣流場均勻分布

除霧器設(shè)計時優(yōu)化噴淋層噴嘴的布置，使得漿液的重疊覆蓋率在整個吸收塔截面上保持均勻，避免出現(xiàn)煙氣短路現(xiàn)象，從而保證進入除霧器的前的煙氣流場均勻分布，避免局部流速超過除霧器允許的極限流速。如安徽某電廠脫硫塔內(nèi)原流速分布不均勻，除霧器除霧效率只有74.41%，石膏雨現(xiàn)象明顯，經(jīng)CFD計算，改入口條件下加弧形導(dǎo)流板，除霧器效率提升8.12%，噴嘴換成實心錐噴嘴，石膏雨現(xiàn)象明顯減輕。

2.1.4 增加漿液噴淋管與除霧器之間的距離

使得漿液霧滴有足夠的沉降高度，此距離也不宜太高，太高會增加投資，而且當(dāng)達到一定高度時，再增加高度，效果已不再明顯。根據(jù)工程經(jīng)驗，此距離一般取2.5m。

2.1.5 除霧器選型

選擇極限霧滴粒徑較小的除霧器，同時，優(yōu)化沖洗水的布置位置，除霧器沖洗距離除霧器葉片的間距要按運行情況設(shè)計，特別是逆風(fēng)面沖洗。

2.1.6 采用三級除霧器

脫硫塔一般設(shè)計為兩層除霧器，增加一級除霧器可以改善除霧效果，但是由于第二級除霧器已經(jīng)是精細除霧，逃逸出來的液滴粒徑非常小，第三級除霧器要取得較好的效果，葉片形式、葉片間距、距離第二級除霧器的距離以及沖洗等都要經(jīng)過特殊設(shè)計。

2.1.7 除霧器沖洗應(yīng)該得到保證

不能因為其他原因長時間停止除霧器沖洗，如果除霧器沖洗設(shè)備出現(xiàn)故障應(yīng)該及時進行維修處理。嚴(yán)格按照設(shè)備廠家要求的沖洗頻率進行除霧器沖洗，保證除霧器沖洗水的水量和水壓，保證除霧器除霧效果，減少煙氣中的水霧和漿液攜帶量。

2.1.8 檢修除霧器堵塞

在停運或小修期間，仔細檢查除霧器堵塞情況，如果出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞，需及時清理干凈，同時進行原因分析，并采取行之有效的解決措施。

2.2 提高煙氣溫度

2.2.1 添加蒸汽加熱器

在吸收塔除霧器上方或出口煙道內(nèi)安裝蒸汽加熱器(SGH)，利用高溫蒸汽加熱吸收塔出口的低溫凈煙氣，使凈煙氣溫度升高，以確保煙囪的入口煙溫在70℃以上，減少冷凝液的析出。

2.2.2 三維內(nèi)肋管式換熱器

利用原煙氣加熱凈煙氣，在吸收塔原煙道和凈煙道上加裝新型三維內(nèi)肋管換熱器，解決常規(guī)GGH腐蝕、泄露等主要問題。

2.2.3 采用二次風(fēng)加熱裝置

利用鍋爐二次風(fēng)的裕量，從空氣預(yù)熱器后二次風(fēng)風(fēng)道抽取二次熱風(fēng)，直接注入脫硫系統(tǒng)出口煙道，在混合段內(nèi)二次熱風(fēng)與脫硫后凈煙氣混合加熱，提升凈煙氣溫度，提高煙囪排煙的抬升高度，同時減少煙道煙氣與揭露積酸，以消除“石膏雨”的形成。

2.3 煙囪內(nèi)筒型式的設(shè)計

2.3.1 “濕煙囪”內(nèi)筒型式的改進

煙囪內(nèi)筒由"直筒型"改為"直筒型+出口收縮段"型式設(shè)計，這樣可以減少煙流下洗，便于煙氣擴散，避免凈煙氣冷凝液在煙道或煙囪里面沉積，同時在單臺機組運行時，煙道與煙囪入口位置為微負(fù)壓狀態(tài)，還可有效避免運行中的煙氣串風(fēng)現(xiàn)象。此方案的實施應(yīng)在設(shè)計時綜合考慮其經(jīng)濟性和可行性。

2.3.2 煙囪內(nèi)筒設(shè)置積液槽

為及時排出冷凝液，防止酸液的二次攜帶，對采用鋼內(nèi)筒的煙囪的酸液排出設(shè)計建議采用煙囪底部不設(shè)置排灰斗的型式。由于煙囪底部的淤積物中含有酸液、灰塵、吸收塔逃逸的漿液等，淤積物的粘度較大，可能造成酸液排出管的堵塞和結(jié)垢，必要時煙囪底部的積液槽或灰斗處應(yīng)設(shè)置沖洗管道和沖洗噴嘴。

2.4 運行操作中的注意事項

2.3.1 除霧器壓差

在操作過程中，除霧器壓差是一個重點關(guān)注的參數(shù)。除霧器壓差一般為100～150Pa，壓差增大，會形成"石膏雨"。除霧器壓差增大是因為堵塞造成的，堵塞的原因有多種，如：煙氣流速高、漿液pH值高、液氣比高等都會造成除霧器堵塞，當(dāng)發(fā)現(xiàn)除霧器堵塞，首先要正確判斷堵塞的原因，然后采取合理的處理措施。

2.3.2 pH值

pH值高對“石膏雨”的形成有一定的影響。正常工況下，pH 值應(yīng)控制在5.6～5.8范圍內(nèi)，漿液pH 值高，能提高脫硫效果，但高的pH值也會帶來負(fù)面的影響。由于pH值高，漿液中碳酸鈣濃度增大，易在系統(tǒng)表面結(jié)垢，會造成除霧器的堵塞，因此，漿液pH值應(yīng)在設(shè)計值范圍內(nèi)操作，在操作過程中不宜以提高pH值來提高脫硫效率。

2.3.3 漿液密度

脫硫裝置中漿液密度會隨石灰石中的碳酸鎂含量變化，一般情況漿液密度控制在1.15kg/L，所對應(yīng)漿液固含量在20%左右。漿液密度高，漿液的粘度會有所提高，易附著在除霧器表面導(dǎo)致結(jié)垢，因此在操作時，漿液密度應(yīng)控制在設(shè)計范圍內(nèi)。

2.3.4 運行調(diào)整

“石膏雨”現(xiàn)象多出現(xiàn)在鍋爐高負(fù)荷運行期間，這與煙氣流量有關(guān)。當(dāng)機組帶大負(fù)荷時，在保證鍋爐正常燃燒用氧前提下，適當(dāng)減少風(fēng)量，控制爐膛負(fù)壓與升壓風(fēng)機壓力，降低煙氣流量與流速。

2.5 采用濕式電除塵(WESP)技術(shù)

WESP收塵機理與干式電除塵器完全相同，與振打清灰不同的是，WESP采用的是液體沖洗集塵極、放電極表面來進行清灰，可有效收集微細顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有機污染物(多環(huán)芳烴、二惡英)等，煙塵排放可達5mg/m3以下甚至更低，是解決"石膏雨"問題的有效措施之一。

3 結(jié)語

通過脫硫系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化(包括除霧器選型優(yōu)化布置)、增設(shè)煙氣再加熱及濕式靜電除塵器等方式可減輕甚至消除"石膏雨"現(xiàn)象，同時采用單塔或組合式分區(qū)吸收技術(shù)，改變氣液傳質(zhì)平衡條件，優(yōu)化漿液pH值、漿液霧化粒徑、氧硫比、液氣比等參數(shù)，優(yōu)化塔內(nèi)煙氣流場，改善噴淋層設(shè)計等，可提高除霧器性能等提高脫硫效率，保證除霧器出口液滴濃度為20～40mg/m3。

另外，有研究表明，石膏漿液中26.5μm以下直徑的顆粒占總粒徑的重量比小于37.57%，而一般屋脊式除霧器的極限粒徑為22 ～24μm左右，超過極限粒徑的液滴全部被除霧器捕獲。吸收塔內(nèi)石膏漿液含固量通常為20%，假設(shè)小粒徑段顆粒在漿液中均勻分布，即大、小液滴中小粒徑段顆粒的濃度相等，通過除霧器的小液滴中只能含有小粒徑段的石膏顆粒，則通過除霧器的液滴含固量理論值應(yīng)為20%×37.35%=7.5%，而并非國內(nèi)業(yè)界一直認(rèn)為的除霧器出口霧滴含固量等同于塔內(nèi)石膏含固量。當(dāng)除霧器廠家可保證脫硫出口液滴濃度分別小于75,40,20mg/m3時，霧滴對煙塵貢獻分別僅為5.6,3,1.5mg/m3。

綜上，濕法脫硫可有效解決"石膏雨"現(xiàn)象，實現(xiàn)較低的顆粒物排放。

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(本文文獻格式：李文華，劉含笑，酈建國.“石膏雨”生成原因及治理措施研究[J].山東化工，2017，46(06)：175-177.)

Origin and Solution of the "Gypsum Rain" Problem of WFGD

LiWenhua1，LiuHanxiao2，LiJianguo2

(1.Zhejiang Zheneng Wenzhou Power Plant Co., Ltd., Leqing 325602, China;2.Feida Environmental Protection Technology Co., Ltd., Zhuji 311800, China;)

In this paper，the factors affecting the formation of "gypsum rain" were analyzed. The main reason for "gypsum rain" was canceling GGH in the WFGD system which lowered exhaust temperature，and other influence factors included equipment design，operation parameters and external environment. Three solutions of design and operation optimization of dust removal equipment and WFGD system，design optimization of tail flue gas duct，and additional WESP were proposed.

WFGD；gypsum rain；WESP； demister

2017-02-12

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(2013AA065002)；國家重點研發(fā)計劃(2016YFC0203704)；國家重點研發(fā)計劃(2016YFC0209107)；浙江省科技計劃項目(2013C11G6080001)。

李文華(1975—)，高級工程師，大學(xué)本科，熱能動力專業(yè)，長期從事火電廠設(shè)備管理；通信作者：劉含笑(1987—)，碩士，工作單位：浙江菲達環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?。

X773

A

1008-021X(2017)06-0175-03