王強(qiáng)

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華中電力試驗(yàn)研究院，鄭州 450000)

0 引言

目前國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組脫硫系統(tǒng)普遍采用的是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。脫硫系統(tǒng)在確保環(huán)保達(dá)標(biāo)(SO2平均排放質(zhì)量濃度≤35 mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2))的基礎(chǔ)上[1-2]，將提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性作為未來燃煤電廠環(huán)保運(yùn)行關(guān)注的焦點(diǎn)，而其中一個(gè)方法就是使用脫硫添加劑[3]。將脫硫添加劑作為一種類似活性劑的物質(zhì)加入脫硫塔漿液中，一方面可以有效地強(qiáng)化氣、液相傳質(zhì)[4]，促進(jìn)CaCO3的溶解和利用，從而提高脫硫效率；另一方面能減緩脫硫設(shè)備的結(jié)垢和堵塞、減輕磨損、緩沖漿液pH值波動(dòng)[5]，對(duì)提高脫硫工藝運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有很大幫助[6]。

1 系統(tǒng)概述

大唐林州熱電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱林州熱電)#2機(jī)組為350 MW超臨界發(fā)電機(jī)組，其脫硫工程采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，無煙氣換熱器(GGH)、一爐一塔處理全部煙氣量。2016年對(duì)#2機(jī)組進(jìn)行了超低排放改造：在吸收塔噴淋層下增加煙氣均流裝置，對(duì)吸收塔及各噴淋系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，噴淋層和噴嘴全部更換；在吸收塔5層噴淋層的適當(dāng)位置設(shè)置4層煙氣分布環(huán)板，防止煙氣走旁路；脫硫系統(tǒng)配置5臺(tái)漿液循環(huán)泵，額定功率分別為489，533，574，620，664 kW。脫硫系統(tǒng)超低排放改造設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 脫硫系統(tǒng)超低排放改造后主要設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Main design parameters of desulfurization system after ultra-low emission reform

2 試驗(yàn)內(nèi)容

本次脫硫添加劑探究試驗(yàn)采用HZY-1高效脫硫添加劑。HZY-1的主要成分為復(fù)合多元酸的有機(jī)酸，主要作用是加快氣膜和液膜的傳質(zhì)過程，提高反應(yīng)速率[7]。試驗(yàn)分4個(gè)階段進(jìn)行：(1)添加前準(zhǔn)備階段；(2)添加過程；(3)添加量摸底試驗(yàn)；(4)添加后石膏及脫硫廢水化學(xué)需氧量(COD)的化驗(yàn)。

2.1 前期準(zhǔn)備

林州熱電#2機(jī)組近期負(fù)荷、煤質(zhì)較穩(wěn)定，具備較好脫硫添加劑探究試驗(yàn)的條件。

#2機(jī)組在滿足環(huán)保部門要求的條件下，為了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，一般將脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度維持在25～28 mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2)。此時(shí)為低pH值(4.6～4.8)運(yùn)行模式，運(yùn)行4臺(tái)漿液循環(huán)泵，2A，2B，2C，2D。

為確保機(jī)組的達(dá)標(biāo)排放及脫硫添加劑的順利添加,運(yùn)行人員對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了2 h的調(diào)整，調(diào)整后脫硫漿液pH值為5.43，運(yùn)行3臺(tái)漿液循環(huán)泵(2A，2C，2D)，試驗(yàn)前分散控制系統(tǒng)(DCS)表盤上脫硫漿液密度、進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度分別為1 198.0 kg/m3，3 641.5/24.9 mg/m3(以下無特殊說明情況下均為實(shí)測(cè)值)。

2.2 添加過程

(1)2018-10-23 T 14:58,在脫硫系統(tǒng)地坑中添加HZY-1高效脫硫添加劑20桶(12.5 kg/桶，共計(jì)250 kg)，15:22再次加入添加劑10桶，第1次共加入添加劑30桶。

觀察出口SO2質(zhì)量濃度變化情況，此時(shí)pH值為5.44，進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度為3 506.0/16.6 mg/m3。因?yàn)樘砑觿﹦┝枯^小，對(duì)出口SO2質(zhì)量濃度影響不太明顯。

(2)15:40加入脫硫添加劑10桶，此時(shí)漿液中的脫硫添加劑質(zhì)量濃度約為250 mg/L，出口SO2的質(zhì)量濃度隨著添加劑劑量的增加而降低。16:15，漿液pH值為5.40，脫硫系統(tǒng)進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度為3 620.0/12.3 mg/m3。

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，添加劑添加后#2機(jī)組脫硫塔在pH值保持不變的情況下出口SO2質(zhì)量濃度明顯降低。

(3)考慮到脫硫廢水排放和漿液攜帶，添加劑的質(zhì)量濃度會(huì)逐漸降低，16:20開始再次加入添加劑10桶，此時(shí)漿液中的脫硫添加劑質(zhì)量濃度約為300 mg/L，出口SO2質(zhì)量濃度雖逐步降低，但降低速度不再明顯，而脫硫塔脫硫效率的穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)。17:00，pH值為5.41，進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度分別為3 707.0/11.2 mg/m3。整個(gè)添加劑添加過程中，數(shù)據(jù)變化如圖1所示。

2.3 添加劑添加量的摸底試驗(yàn)

2.3.1 第1次摸底試驗(yàn)

通過約3 d的運(yùn)行，2018年10月26日#2機(jī)組脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度比剛加入添加劑時(shí)略有上升。09:25—10:00再次向脫硫塔地坑內(nèi)加入10桶添加劑，加入添加劑前后數(shù)據(jù)見表2。

通過表2可以得出，#2機(jī)組再次加入添加劑10桶后，在脫硫塔入口SO2質(zhì)量濃度、漿液pH值無明顯變化的情況下，出口SO2質(zhì)量濃度與10月23日加入添加劑后的接近，說明這段時(shí)間內(nèi)(3 d)#2機(jī)組脫硫塔漿液里添加劑的減少量約等于10月26日的添加量，即125 kg。

表2 添加添加劑前后數(shù)據(jù)對(duì)比(2018-10-26)Tab.2 Data comparison before and after adding additives (2018-10-26)

注：加藥前后脫硫系統(tǒng)均保持2A，2C，2D漿液循環(huán)泵運(yùn)行。

圖1 添加劑添加過程中系統(tǒng)進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度變化情況Fig.1 Changes of the SO2 mass concentration at system inlet/outlet during additive addition

2.3.2 第2次摸底試驗(yàn)

2018-10-30 T 13:40，#2機(jī)組脫硫塔pH值為5.30，進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度濃度分別為3 704.0/17.0 mg/m3，相比于2018-10-23 T 17:00的數(shù)值(3 707.0/11.2 mg/m3)，脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度明顯上升。原因是排出的脫硫廢水及石膏中攜帶有添加劑，HZY-1在漿液里的質(zhì)量濃度降低。為維持脫硫系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度，需啟動(dòng)2B漿液循環(huán)泵或者繼續(xù)加入添加劑來提高脫硫塔漿液中添加劑的濃度。林州熱電選擇后者，并于2018-10-30 T 13:40加入14桶添加劑。加入后觀察漿液pH值、進(jìn)/出口SO2質(zhì)量濃度，見表3。

表3 加入添加劑后數(shù)據(jù)(2018-10-30)Tab.3 Data after adding additives (2018-10-30)

注：加藥前后脫硫系統(tǒng)均保持2A，2C，2D漿液循環(huán)泵運(yùn)行。

通過以上2次添加劑添加量的摸底試驗(yàn)，要想達(dá)到10月23日添加添加劑后脫硫塔出口SO2的質(zhì)量濃度(12.3 mg/m3)，添加劑(藥)的添加量為45～50 kg/d。

2.4 石膏及脫硫廢水COD化驗(yàn)

石膏中CaCO3，CaSO3·0.5H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及廢水中COD化驗(yàn)結(jié)果見表4。從表4可以得出以下結(jié)論。

(1)石膏中的CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)從添加劑添加前的5.64%降低到添加后的3.74%(平均值)，相當(dāng)于減少了石灰石的耗量。試驗(yàn)期間林州熱電#2機(jī)組共產(chǎn)出石膏約為1 100 t(2018-10-23—29)，通過石膏中CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少折算出減少消耗的石灰石量約為23 t(石灰石中CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)按90%計(jì)算)。

表4 試驗(yàn)期間石膏成分、脫硫廢水COD化驗(yàn)結(jié)果(2018年)Tab.4 COD test results of gypsum composition and desulfurization wastewater during the test(2018)

(2)脫硫廢水中COD略有上升，但對(duì)漿液品質(zhì)影響很小，試驗(yàn)后至今，脫硫塔未發(fā)生漿液起泡現(xiàn)象。從以上化驗(yàn)結(jié)果可以看出，加入添加劑后不但可以減少石灰石的耗量，而且可以改善石膏品質(zhì)。

3 添加劑加入后經(jīng)濟(jì)和安全評(píng)價(jià)

3.1 停1臺(tái)漿液循環(huán)泵的工況

加入HZY-1脫硫添加劑后，#2機(jī)組要保持脫硫裝置出口SO2質(zhì)量濃度約11.0 mg/m3不變，2B漿液循環(huán)泵(533 kW)可以不運(yùn)行，按照0.39元/(kW·h)的電價(jià)計(jì)算，停運(yùn)2B漿液循環(huán)泵約節(jié)約電費(fèi)200元/h。

3.2 脫硫用石灰石減少量

加入HZY-1脫硫添加劑后，石膏中CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少約1.9百分點(diǎn)，折算后2018-10-23—29約減少石灰石日消耗23 t，在#2機(jī)組180 MW負(fù)荷每天24 h運(yùn)行條件下，平均節(jié)約石灰石3～4 t/d，節(jié)約石灰石成本約480元/d。

3.3 添加劑加入量的成本

按HZY-1添加劑的價(jià)格為3萬元/t、#2機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間4 500 h計(jì)算，每年節(jié)省電費(fèi)與減少石灰石的費(fèi)用約為100萬元，添加劑的使用費(fèi)及人工成本費(fèi)約為45萬元(其中添加劑成本約24萬元，人工成本費(fèi)約21萬元)。綜合計(jì)算，加入添加劑后每年#2機(jī)組脫硫裝置可節(jié)省55萬元。從上述分析可以看出，使用脫硫添加劑不僅增加了脫硫裝置運(yùn)行的靈活性，增強(qiáng)了脫硫系統(tǒng)的適應(yīng)能力，更能帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 添加劑加入后安全評(píng)價(jià)

HZY-1脫硫添加劑在純水中基本呈弱酸性，其溶解度很高，能在吸收塔漿液中瞬間溶解，對(duì)吸收塔漿液的pH值擾動(dòng)很小。在液相環(huán)境中，脫硫添加劑不沉淀不揮發(fā)[8]。在#2機(jī)組吸收塔漿液中HZY-1脫硫添加劑的質(zhì)量濃度不高于300 mg/L，在實(shí)際的漿液環(huán)境里，低濃度的添加劑對(duì)吸收塔內(nèi)壁的玻璃鱗片無明顯腐蝕作用，使用脫硫添加劑對(duì)脫硫設(shè)備的安全運(yùn)行無不利影響[9-10]。

4 結(jié)束語(yǔ)

脫硫添加劑作為石灰石-石膏濕法脫硫增加脫硫效率的一種方法，不僅提高了脫硫系統(tǒng)脫硫效率和增強(qiáng)脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且能夠減少?gòu)S用電和石灰石的耗量，降低了運(yùn)行成本，減少了設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的磨損及人工檢修等，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，HZY-1脫硫添加劑有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。