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1、论火电厂湿法烟气脱硫装置的运行特性 摘要 本文以杭州半山发电有限公司两台125MW机组湿法烟气脱硫装置的运行特性为研究对象 围绕Ca S摩尔比和液 气比等影响脱硫效率的因素进行分析 寻找最佳的控制点 提出合理控制吸收塔内浆液的pH值 石膏浆液的密度和石灰石粉的颗粒度 优化浆液循环泵和氧化风机的运行方式 加强烟气系统和废水系统的管理等保证FGD高效稳定运行的技术措施 对运行维护 操作具有一定的指导意义 关键词 湿法脱硫运行特性脱硫效率 众所周知 我国是燃煤大国 煤炭占一次能源消费总量的75 火电机组在燃煤发电的同时 会排放出大量的SO2 对周边环境产生污染 随着煤炭消费的不断增长 燃煤排放的二氧
2、化硫也不断增加 连续多年超过2000万吨 已居世界首位 致使我国酸雨和二氧化硫污染日趋严重 已成为制约我国经济和社会发展的重要因素 因此 控制二氧化硫排放使其降到规定的残余浓度 已成社会和经济可持续发展的迫切要求 以石灰石作为吸收剂 石膏为副产品的湿法烟气脱硫技术 以下简称FGD 正在世界许多国家和地区的燃煤电厂中得到广泛应用 随着湿法烟气脱硫在国内应用厂家的增多 确保脱硫装置高效稳定运行 发挥FGD最大社会效益是所有使用者非常关注的问题 湿法脱硫的系统组成 1 烟气系统2 吸收塔系统3 石灰石粉的磨制储运及浆液制备系统4 事故浆池及浆液疏排系统5 石膏脱水及储运系统6 工艺水系统7 废水处理
3、系统 湿法烟气脱硫工艺流程图 原烟气经FGD的增压风机至气一气加热器 GGH 冷却后的原烟气随即进入吸收塔与脱硫剂接触反应 烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应 最终反应产物为石膏 经脱硫后的净烟气通过除雾器 以除去夹带的液滴 然后再返至GGH加热 最后通过烟囱排出 脱硫剂石灰石粉则由磨石粉厂破碎磨细成粉状 通过制浆系统制成一定浓度的石灰石浆液 运行时根据FGD处理的烟气量和SO2的浓度 由循环泵不断地补充到吸收塔内 塔内石膏浆液未达设定密度时一般由外排泵打至旋流站 经旋流后返回吸收塔 当塔内石膏浆液达设定密度时 排出的石膏浆液经一级旋流 二级真空皮带脱水后 得到含水
4、率低于10 的石膏 装车外运 湿法脱硫的吸收原理 SO2 2H2O CaCO3 1 2O2 CaSO4 2H2O CO2 湿法烟气脱硫是由物理吸收和化学吸收两个过程组成的 物理吸收过程中SO2溶解于吸收剂中 只要气相中被吸收的分压大于液相呈平衡时该气体分压时 吸收过程就会进行 吸收的程度 取决于气 液平衡 满足亨利定律 由于物理吸收过程的推动力很小 所以吸收速率较低 化学吸收过程使被吸收的气体组分与吸收液的组分发生化学反应从而有效的降低了溶液表面上被吸收气体的分压 增加了吸收过程的推动力 吸收速率较快 当化学反应达到平衡时 是化学吸收过程的极限 脱硫装置的运行特性 合理控制吸收塔反应浆液的pH
5、值优化吸收塔浆液循环泵的运行组合提供充足的反应氧量控制吸收塔的浆液密度控制吸收剂石灰石的纯度和颗粒度控制进入FGD的粉尘含量控制烟气进口温度和烟道压力加强废水排放 吸收塔反应浆液的pH值确定 从湿法烟气脱硫工艺过程不难发现 随着烟气中SO2含量的变化 吸收剂石灰石浆液的加入量是以SO2脱除率为函数 SO2负荷决定于干烟气体积流量和原烟气的SO2含量 加入的CaCO3流量取决于SO2负荷并与CaCO3和SO2克分子重量比和质量因素有关 随着吸收剂CaCO3的加入 吸收塔浆液将达到某一pH值 高pH的浆液环境有利于SO2的吸收 而低pH则有助于Ca2 的析出 最佳pH值应综合考虑防垢 脱硫效率和吸
6、收剂CaCO3的利用率 根据工艺设计和调试结果一般控制吸收塔浆液的pH值在5 0 5 4之间的某一个值 保持充足的反应氧量和反应液 气比 可获得较为理想的脱硫效率 吸收塔反应浆液的pH值异常排查 正常运行时比较设定的pH值和实际的pH值来控制石灰石的加料量 但当出现不断补充CaCO3不能满足烟气脱硫的需要时应从以下进行排查 pH测量计是否需要校正 原烟气 净烟气的SO2浓度含量是否出现测量偏差 石灰石粉仓料位是否低于最低限定料位 石灰石浆液罐的液位 制浆水源是否正常 石灰石粉的品质是否合格 密度是否控制在1120kg m3左右 石灰石浆液补充到吸收塔管线上的调节阀是否正常工作 给料管线是否由于
7、长期运行后因补充流量小 密度大引起堵管等方面检查 吸收塔浆液循环泵 实践证明 增加浆液循环泵的投用数量或使用高扬程浆液循环泵脱硫效率会明显提高 这是因为在吸收塔内烟气自下而上流动 与喷淋而下的石灰石浆液雾滴接触反应 增加浆液循环泵数量和高扬程泵的方法能加强气液两相的扰动量 改变相对速度 加大了CaCO3与SO2的接触反应机会和数量来提高吸收的推动力 浆液循环泵与 液 气比 在湿法烟气脱硫技术中常用 液 气比 来反映了吸收剂量与吸收气体量之间的关系 增加浆液循环泵的投用数量 液 气比 将增加有利用提高了SO2的去除率 但当液气比过大时 会加重烟气带水现象 排烟温度降得过低 加重GGH的工作负担
8、不利于烟气的抬升扩散 一般在脱硫效率已达到环保要求的情况下 以选择较小的液 气比为宜 浆液循环泵的优化与组合 在吸收塔内每层喷淋盘都对应一台循环泵 排列顺序为l 2 3 4号自下而上如图 4号循环泵对应的喷淋盘位置最高 与烟气接触洗涤的时间最长 因此投运4号循环泵有利于烟气和脱硫剂充分反应 相应的脱硫率也高 但 4循环泵的扬程要比 1循环泵的扬程高5 1m 正常运行电耗高出35kw h左右 故不利于经济运行 吸收塔结构示意图 图中1 4为循环泵 运行实践中对浆液循环泵运行方式进行了如下优化 说明 1 2 3 4分别代表一号浆液循环泵 二号浆液循环泵 三号浆液循环泵 四号浆液循环泵 上述运行工况
9、是氧化风机投2台 烟气进口SO2浓度1600 2500mg m3dr 氧量5 8 7 2 粉尘浓度小于350mg m3dr 吸收塔浆液密度在1085kg m3左右 吸收剂石灰石浆液密度在1120kg m3左右 吸收塔浆液pH值5 0 5 4的某一值 浆液泵循环使用中的注意事项 切换操作时要特别注意石灰石浆液补充管线的切换 以确保新鲜吸收剂的补充 停用循环泵后要做好冲洗和注水工作 注水时母管压力应达到0 05MPa 以防下次启动时气蚀给循环泵带来危害 长期运行后 随着吸收塔浆液中CaSO3垢物增加 可能会引起浆液循环泵进口粗滤网局部堵塞 增加对循环泵叶轮与泵壳磨损和气蚀 引起出力下降等情况 运行
10、人员应根据泵运行的出口压力 电流参数的变化 加以分析及早发现由于浆液的循环量的下降对液 气比产生的影响 并做好防范工作 氧化风机的作用 烟气中的SO2与石灰石反应生成的亚硫酸盐 必须经氧化后才能形成石膏 维持浆液中有足够的氧量 有利于亚硫酸盐的转换 提高脱硫效率 但烟气中的氧量不能完全满足这一要求时 需要由氧化风机通过吸收塔的壁式搅拌器压力侧的喷嘴喷入塔内反应浆液内 随着O2含量的增加 CaSO4 2H2O的形成加快 石膏品质越高 脱硫率也呈上升趋势 氧化效果比较 氧化效果比较结果 采用2台氧化风机石膏中亚硫酸钙含量明显小于1台氧化风机运行时石膏中亚硫酸钙的含量 氧化风机的优化 运行人员可根据
11、原烟气中SO2的含量高低投停氧化风机 当烟气中氧量较高 7 5 处理的原烟气中SO2的含量低于1600mg m3dr时 可以考虑用一台氧化风机 以减少电耗 但当烟气中氧量小于6 5 处理的原烟气中SO2的含量大于2350mg m3dr时 可以考虑开三台氧化风机 一般情况下投用两台 吸收塔的浆液密度 随着烟气与脱硫剂反应的进行 吸收塔的浆液密度大于一定值时混合浆液中CaSO4 2H2O的浓度己趋于饱和 CaSO4 2H2O对SO2的吸收有抑制作用 脱硫效率会有所下降 当石膏浆液密度低于一定值时其中部分CaCO3还没有完全反应 此时如果排出吸收塔 将导致石膏中CaCO3含量增高 影响石膏品质 而且
12、浪费了吸收剂石灰石 因此运行中控制反应浆液密度在1085kg m3左右 将有利于FGD的高效经济运行 控制吸收塔浆液密度的方法 及时外排 正常运行时不管负荷如何 石膏浆液都会经外排泵从吸收塔中排入石膏旋流站 经旋流后再返回吸收塔内 当塔内石膏浆液达设定密度时 排出的石膏浆液经一级旋流 二级真空皮带脱水后 得到含水率低于10 的石膏 直至达到预先设定的最小密度 然后浆液流再切换回吸收塔 并根据浆液密度变化不断循环往复 浆液外排的注意事项 石膏旋流站两路分配器的运行控制方式应为自动模式 且经常注视其状态 以确保石膏浆液箱液位稳定 浆液箱液位低于设定值将会造成真空皮带机的保护停运 重视石膏浆液外排泵
13、和石膏浆液泵出口母管的压力监视工作 当压力偏离正常工作值时 应及时对管路的堵塞或缩孔的磨损情况及压力表本身进行检查判断 必要时可对泵的叶轮和泵壳磨损情况进行检查检修 运行中曾出现吸收塔衬胶跌落堵塞外排泵进口和石膏浆液泵出口回流稳流缩孔严重磨损而影响正常出石膏的情况 对石膏浆液泵和管线应加强停运后的冲洗工作严防堵塞 真空泵密封水流量不够 真空皮带机的滤布上的石膏厚度不均匀都将会造成设备保护停运 每班定期对石膏样品进行取样分析 以便根据化验结果对运行工况作必要的调整 吸收剂石灰石品质 石灰石粉的品质 纯度和细度 是影响脱硫效率的另一个重要因素 石灰石粉颗粒纯度高细度好 单位质量的化学反应的接触面积
14、越大 可加快吸收SO2气体 根据计算为保证脱硫效率大于95 工程所需的石灰石粉的纯度CaCO3含量大于90 细度大于32 m湿筛的剩余物应小于10 而小于20 m湿筛的剩余物应在70 左右 研磨机分离器的转速与石灰石粉细度的关系 石灰石粉细度受控于立式研磨机的通风量和分离器的转速 在磨机出力一定的情况下 磨机的通风量也基本上保持不变 因此磨机分离器的转速是调节石灰石粉细度的主要手段 随着分离器转速的提高 石灰石粉细度也越细 两者基本上呈线性变化关系 一般分离器转速 250r min时 才能达到规定细度要求 分离器转速石灰石细度的关系 与 粉尘与脱硫效率 原烟气中的飞灰在一定程度上阻碍了SO2与
15、脱硫剂的接触 降低了石灰石中Ca2 的溶解速率 同时飞灰中不断溶出的一些重金属如Hg Mg Zn等离子会抑制Ca2 与HSO3 的反应 过高的飞灰还会影响副产品石膏的品质 也是FGD各组成部分结垢的诱因之一 因此运行时还应加强电除尘的管理工作 采取各种有效措施减少进入FGD系统的粉尘 烟气的温度与脱硫效率 FGD接收烟气的温度低于设计值时将会影响脱硫后的烟气再热效应 对烟囱的防腐 散尘和GGH的膨胀间隙不利 增压风机动叶调整与烟道压力 当FGD接收烟气的温度低于设计值或烟气粉尘浓度大于400mg Nm3dr会保护打开旁路烟气挡板 在挡板开启过程中会引起烟道压力波动 因此 合理调节增压风机动叶
16、维持烟道压力在 0 6kPa 0 2kPa的范围 以确保锅炉安全运行 运行中曾经出现过烟道负压过大导致温度较低的净烟气通过旁路烟道重新引入FGD系统 引起FGD系统保护停运情况 GGH在运行中的注意事项 GGH在运行中会由于积灰引起通流面积减小 导致进出口压差增加 不但换热效率差 还会诱发增压风机喘振 因此每班必须进行高压空气吹扫 以便能及时清除积灰 废水排放的意义 原烟气中HCl HF和飞灰都会进入吸收塔浆液中 长期运行后吸收塔浆液的氯离子和飞灰中不断溶出的一些重金属离子浓度会逐渐升高 不断增加的氯根和重金属离子浓度及滤液中过量的沉淀物都会对吸收塔内SO2去除有负面影响 并且过量氯根将大量吸收Ca2 因此将一部分浆液通过石膏旋流站的溢流排入废水处理系统进行处理是非常重要的 正常运行时进入废水处理系统的流量一般控制在2 3 2 8m3 h之间 若烟气中粉尘含量持续较高 400mg m3 则可适当提高废水排放流量 结论一 吸收剂石灰石浆液的加入量是根据烟气中SO2含量的变化实施闭环控制 吸收塔反应浆液的pH值应综合考虑脱硫效率 吸收剂CaCO3的利用率和防垢的要求 控制在5 0 5 4之
