郭靜東， 廖冬梅， 顏海偉

（1.華能海南發(fā)電股份有限公司?？陔姀S，海南 海口 572600；2.武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院，湖北 武漢 430072）

0 引言

隨著我國對能源需求的日益增長，以及國家對燃煤電廠三廢排放的嚴(yán)格管控，在今后一段時(shí)期，脫硫石膏的產(chǎn)量也將隨著煙氣脫硫裝置的不斷建設(shè)而持續(xù)上升[1]。脫硫石膏的綜合利用，一方面，可以減少天然石膏的開采，節(jié)約資源，大大減少開采、運(yùn)輸過程對生態(tài)環(huán)境的破壞和環(huán)境污染；另一方面，有效的綜合利用是脫硫副產(chǎn)物最合理的出路，可以減少灰渣場的占地面積，同時(shí)可以為電廠創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

市場決定需求，符合行業(yè)質(zhì)量要求的產(chǎn)品才能受到市場的歡迎，并且脫硫石膏的大規(guī)模綜合利用必須以穩(wěn)定的產(chǎn)出和穩(wěn)定合格的品質(zhì)為基礎(chǔ)[3]。以下分析了電廠脫硫系統(tǒng)過程中造成石膏品質(zhì)不合格的多種因素并且提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 脫硫系統(tǒng)概述

東方電廠一期脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫。這種技術(shù)是當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用范圍最廣的煙氣脫硫（Flue Gas Desulfurization，F(xiàn)GD）技術(shù)，它采用價(jià)廉易得的石灰石作為脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)破碎磨細(xì)成粉狀，與水混合攪拌成漿液或直接與水混磨成漿液。在吸收塔內(nèi)，吸收漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)被脫除，反應(yīng)生成脫硫石膏CaSO4.2H2O，最后脫硫石膏經(jīng)脫水裝置脫水后回收[4]。具體化學(xué)反應(yīng)原理如下：

東方電廠脫硫系統(tǒng)中，從鍋爐引風(fēng)機(jī)后煙道引出的煙氣，進(jìn)入電除塵，經(jīng)過脫硫系統(tǒng)原煙氣擋板，通過靜葉可調(diào)軸流式增壓風(fēng)機(jī)升壓，進(jìn)入吸收塔。煙氣中90%以上的SO2，在塔內(nèi)與吸收劑逆流接觸并進(jìn)行吸收反應(yīng)，反應(yīng)物在吸收塔漿液池進(jìn)行強(qiáng)制氧化，從而得到脫硫副產(chǎn)品二水石膏(CaSO4·2H2O)；另一方面，原煙氣經(jīng)過脫硫之后溫度降至53℃左右，兩級除霧器除去水霧將含水量降至75 mg/m3，由于系統(tǒng)中不設(shè)GGH，所以直接進(jìn)入凈煙氣擋板經(jīng)煙囪排放。

#1、#2吸收塔漿液循環(huán)系統(tǒng)由三臺漿液循環(huán)泵和三個(gè)噴淋層組成。吸收塔各設(shè)置2臺氧化風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式為一運(yùn)一備，分別向吸收塔供應(yīng)氧化空氣。

#1、#2機(jī)組脫硫裝置的石膏漿液脫水系統(tǒng)，單獨(dú)設(shè)置各自的一級石膏旋流器，二級石膏脫水裝置為公用的A、B真空皮帶脫水機(jī)及輔助設(shè)備。二臺脫硫裝置的石膏漿液一級脫水系統(tǒng)，包括各自兩臺石膏排漿泵（一運(yùn)一備）、一套一級石膏旋流器（旋流子四運(yùn)一備），經(jīng)一級石膏旋流器脫水后的底流石膏漿液含固量達(dá)到50%左右，送入公用的二級脫水裝置真空皮帶脫水機(jī)處理；二級脫水后的石膏（含水約l0%）貯存于石膏倉庫間。

2 石膏品質(zhì)不合格的主要原因

石膏購買商對石膏的品質(zhì)驗(yàn)收要求見表1。

表1 脫硫石膏驗(yàn)收品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 The acceptance standards of Gypsum quality

東方電廠脫硫系統(tǒng)在投產(chǎn)運(yùn)行初期，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)石膏品質(zhì)不合格的現(xiàn)象，脫硫石膏品質(zhì)分析指標(biāo)見表2。

分析幾次石膏品質(zhì)不合格的運(yùn)行工況，發(fā)現(xiàn)大多是在滿負(fù)荷工況下，原煙氣SO2含量在3000mg/m3以上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)吸收塔密度居高不下、石膏脫水效果不好的情況，通過對其相關(guān)運(yùn)行控制指標(biāo)分析，發(fā)現(xiàn)有以下幾個(gè)方面因素影響石膏品質(zhì)。

表2 脫硫石膏品質(zhì)分析指標(biāo)Tab.2 The quality analysis index of Desulfurization gypsum

2.1 運(yùn)行工況遠(yuǎn)偏離脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)值

2.1.1 高負(fù)荷時(shí)入口原煙氣二氧化硫濃度超設(shè)計(jì)值

電廠脫硫系統(tǒng)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，入口原煙氣二氧化硫濃度達(dá)到4000mg/Nm3（設(shè)計(jì)入口原煙氣二氧化硫濃度3393mg/Nm3），入口煙溫高達(dá)160℃（設(shè)計(jì)入口煙溫為123℃）。吸收塔密度高，真空皮帶脫水機(jī)上的石膏成黑色泥狀，脫水困難，脫硫石膏含水量高，亞硫酸鹽含量高（23.8%），原因?yàn)檫M(jìn)入吸收塔的二氧化硫處理量增大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了設(shè)計(jì)工況，造成吸收塔吸收及氧化效果不佳，亞硫酸鹽含量大，不易脫水，石膏品質(zhì)不合格[6]。

2.1.2 入口原煙氣溫度超設(shè)計(jì)值

設(shè)計(jì)入口煙溫為123℃，但由于省煤器及空氣預(yù)熱器設(shè)備設(shè)計(jì)缺陷，入口煙溫高達(dá)165℃，造成脫硫系統(tǒng)吸收效果不好，脫硫效率下降，煙囪入口二氧化硫濃度升高。為保證滿足環(huán)保排放要求，吸收塔pH值控制較高，高pH值控制不利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行，石膏結(jié)晶效果不好，亞硫酸鹽向硫酸鹽氧化比例不大，不利于脫水[5]。

2.1.3 入爐煤發(fā)熱量比設(shè)計(jì)值低

設(shè)計(jì)入爐煤發(fā)熱量為5300kJ/kg，鍋爐用煤量為129t/h，而實(shí)際入爐煤發(fā)熱量為4900kJ/kg，鍋爐實(shí)際用煤量在145t/h左右。由于設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱量高，造成原煤量增加10%以上；同時(shí)原煙氣流量增大，單位時(shí)間內(nèi)處理二氧化硫量大，超出脫硫系統(tǒng)的處理能力，運(yùn)行一臺氧化風(fēng)機(jī)（一用一備）的氧化效果不好，吸收及氧化充分反應(yīng)條件不滿足，造成吸收塔石膏漿液氧化不徹底，漿液亞硫酸根含量超標(biāo)，石膏結(jié)晶時(shí)間過短，石膏過飽和度達(dá)不到1.3左右的要求，石膏濾餅品質(zhì)差，脫水困難。

2.2 入爐煤的配燒受限

受原煤供應(yīng)（煤源不穩(wěn)定，來煤礦點(diǎn)多，煤種較雜）和煤場容量偏小堆（燃煤分類存放空間受限）影響，運(yùn)行的配煤摻燒受到限制；特別是在煤場存煤較少時(shí)，配煤工作無法進(jìn)行，造成有時(shí)煤場只有含硫量低但發(fā)熱量也低的印尼煤，有時(shí)又只有含硫量高而發(fā)熱量低的平朔煤，燃燒時(shí)煙氣處理量大。在燃燒高含硫量低發(fā)熱量平朔煤時(shí)，脫硫系統(tǒng)無法適應(yīng)滿足處理能力，造成石膏品質(zhì)不合格。

2.3 電除塵設(shè)備除塵效率較低

電除塵設(shè)備運(yùn)行模式有節(jié)電模式一、節(jié)電模式二和火花跟蹤三種，從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性考慮，電除塵常在節(jié)電模式下運(yùn)行，相對除塵效果差，石膏中粉塵雜質(zhì)含量高。

2.4 旋流子出力不足

由于機(jī)組運(yùn)行時(shí)的工況與設(shè)計(jì)條件下的相差甚遠(yuǎn)，石膏旋流器只安裝五個(gè)旋流子，四運(yùn)一備，留有一備用孔；但在系統(tǒng)負(fù)荷高、原煙氣含硫高時(shí)，石膏產(chǎn)量大，脫水機(jī)24h運(yùn)行吸收塔密度仍然居高不下，石膏旋流器滿足不了生產(chǎn)需要。

3 處理對策

3.1 入口煙氣控制

通過調(diào)整煤場容量和配煤摻燒、提高省煤器和空氣預(yù)熱器換熱性能、提高電除塵效率和減少設(shè)備故障，電廠分別控制入口煙氣的二氧化硫濃度、入口煙氣溫度和粉塵含量，具體措施如下。

3.1.1 調(diào)整煤場容量和配煤摻燒

要求燃料供應(yīng)部門根據(jù)現(xiàn)場情況提供可摻燒的煤種，加快二期圓形煤場的施工建設(shè)，保證煤場存煤量足夠，通過加強(qiáng)現(xiàn)場配煤摻燒控制入爐煤發(fā)熱量和含硫量，以滿足脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的運(yùn)行工況，保證煙囪入口二氧化硫排放濃度合格。

3.1.2 提高省煤器和空氣預(yù)熱器換熱性能

對省煤器和空氣預(yù)熱器進(jìn)行改造，增加省煤器管圈、更換空預(yù)器熱端傳熱元件，增加換熱面積50%。#1爐改造后排煙溫度比考核試驗(yàn)時(shí)低了12.3℃左右，#2爐改造后排煙溫度比考核試驗(yàn)時(shí)低了18℃左右，煙溫從改造前的160℃左右降到145℃左右，大大降低了入口煙溫，使得吸收塔內(nèi)反應(yīng)容易控制，吸收效率大大升高。

3.1.3 提高電除塵效率和減少設(shè)備故障

在保證環(huán)保排放的前提下選定電除塵的投運(yùn)模式，提高電除塵器除塵效率。提高檢修對設(shè)備的消缺率，減少除灰設(shè)備故障、避免鍋爐燃油或避免電除塵連續(xù)振打所引起的二次飛揚(yáng)造成的粉塵含量增加，降低石膏中粉塵含量[6]。

3.2 脫硫系統(tǒng)運(yùn)行控制

3.2.1 漿液pH值的控制

濕法脫硫工程的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明， 在其它參數(shù)基本穩(wěn)定的工況下，升高漿液pH值即增加石灰石漿液量，可在一定程度上提高脫硫效率。但若長時(shí)間保持高pH運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致石膏中未完全反應(yīng)的CaCO3和CaSO3含量增加，品質(zhì)下降；因?yàn)楫?dāng)pH＞5.9時(shí)，石灰石中Ca2+的溶出速度會(huì)減慢。同時(shí)，當(dāng)pH＞5.9時(shí)SO32-的氧化也受到抑制，因?yàn)镾O32-氧化的最佳pH在4.5～4.7（如圖1所示），此環(huán)境下只要鼓入足夠的氧化空氣，SO32-幾乎可以全部氧化，而且此范圍pH同時(shí)也是石膏結(jié)晶的最佳pH環(huán)境。但較低值的pH會(huì)使SO2的吸收受抑制，若pH為4.0，SO2幾乎不被漿液吸收，而且加劇了設(shè)備的腐蝕。因此工藝控制中必須兼顧煙氣脫硫和SO32-氧化對漿液pH的要求[7]。

圖1 pH對SO32-氧化速率的影響Fig.1 The effect of pH on SO32-oxidation rate

同時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)吸收塔煙氣量增加較多、含硫量增加時(shí)，可通過適當(dāng)添加脫硫增效劑加強(qiáng)對煤種的適應(yīng)性，加快吸收化學(xué)反應(yīng)過程，增強(qiáng)石灰石的溶解特性，降低吸收塔運(yùn)行pH值，從而有利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行，石膏品質(zhì)得到較大的改善。

3.2.2 保證亞硫酸鈣的氧化效果

在含硫量高及石膏脫水困難時(shí)，保持合適的pH值，間斷地啟動(dòng)兩臺氧化風(fēng)機(jī)保證氧化效果，使脫硫反應(yīng)中生成的亞硫酸鈣(CaSO3)氧化為硫酸鈣(CaSO4)，并生成石膏(CaSO4·2H2O)晶體，通過控制石膏過飽和度在1.3左右，保證石膏結(jié)晶成粗棒狀晶型，使得石膏具有良好的脫水性能[8]。

3.2.3 控制吸收塔漿液密度

在機(jī)組負(fù)荷高、原煙氣二氧化硫濃度高時(shí)，吸收塔漿液密度達(dá)到1130kg/m3時(shí)，啟動(dòng)真空脫水系統(tǒng)和石膏排漿泵，盡早做好降低吸收塔漿液密度的措施。

3.2.4 安裝備用孔旋流子

在石膏旋流器的備用孔加裝一個(gè)旋流子，當(dāng)出現(xiàn)吸收塔密度大幅升高、居高不下時(shí)，可通過運(yùn)行六個(gè)旋流子（設(shè)計(jì)為四用一備），加大石膏的產(chǎn)出量，有效地降低吸收塔石膏漿液密度。

3.2.5 加強(qiáng)脫硫廢水系統(tǒng)投運(yùn)以及維護(hù)工作

原煙氣中HCl、HF和飛灰都會(huì)進(jìn)入吸收塔漿液中；長期運(yùn)行后，吸收塔漿液的氯離子和飛灰中不斷溶出的一些重金屬離子濃度會(huì)逐漸升高，從而對SO2的吸收反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響[9]。所以在廢水系統(tǒng)設(shè)備正常的情況下，啟動(dòng)脫水系統(tǒng)時(shí)必須啟動(dòng)脫硫廢水系統(tǒng)，加大對吸收塔內(nèi)氯離子以及其他雜質(zhì)離子的排放，為產(chǎn)出好品質(zhì)石膏創(chuàng)造良好的內(nèi)部環(huán)境。

3.2.6 在線儀表的定期標(biāo)定

要求檢修部門定期對脫硫系統(tǒng)中SO2分析儀、粉塵含量測試儀、pH計(jì)、吸收塔液位計(jì)、漿液密度計(jì)等在線儀表定期標(biāo)定，保證運(yùn)行控制參數(shù)的準(zhǔn)確；運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整運(yùn)行工況，控制吸收塔內(nèi)的吸收氧化結(jié)晶化學(xué)反應(yīng)條件，保證環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)排放，不發(fā)生影響環(huán)保形象的事件，順利通過環(huán)保核查。

3.3 加強(qiáng)環(huán)保實(shí)驗(yàn)室分析工作

加強(qiáng)對石灰石粉的采樣頻度，每周對采的總樣分析一次，對石灰石粉的純度和細(xì)度進(jìn)行分析，保證在驗(yàn)收合格指標(biāo)范圍內(nèi)。另外，每天對石膏漿液進(jìn)行pH值、密度化學(xué)分析，比對校準(zhǔn)現(xiàn)場在線儀表，供運(yùn)行調(diào)整參數(shù)時(shí)參考。

4 結(jié)論

目前，東方電廠四臺機(jī)組都完成了超低改造，脫硫系統(tǒng)二氧化硫排放含量控制在35mg/Nm3以下。同時(shí)，通過更換原煤、改造省煤器及空氣預(yù)熱器、適當(dāng)添加脫硫增效劑和控制吸收塔Ph值及密度，其生產(chǎn)的脫硫石膏從未出現(xiàn)脫水困難和石膏品質(zhì)不合格的情況，得到了石膏購買商的肯定，石膏價(jià)格因此而上漲，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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