火电厂湿法烟气脱硫装置运行特性及注意事项.doc

火电厂湿法烟气脱硫装置运行特性及注意事项摘要:阐述了湿法烟气脱硫的工艺流程与吸收原理，分析研究脱硫装置的运行特性，根据Ca/S摩尔比、浆液密度、pH值和液/气比等影响脱硫效率的因素，确定了维持FGD高效率运行时的吸收塔内浆液密度和pH值，优化了浆液循环泵和氧化风机的运行方式，确保了FGD高效稳定经济运行。随着 湿 法 烟气脱硫(FGD)在国内应用厂家的增多，确保脱硫装置高效稳定运行，发挥其最大社会效益是所有使用者非常关注的问题。本文以两台125 MW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，提出了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。1 湿法脱硫的工艺流程与吸收原理湿法脱硫装置设在烟气通道中电除尘器的下游，由2个主系统和5个辅助系统构成。两个主系统是烟气系统和吸收塔系统;五个辅助系统是石灰石粉的磨制、储运及浆液制备系统，事故浆池及浆液疏排系统，石膏脱水储运系统，工艺水系统及废水处理系统。湿法烟气脱硫主要工艺流程如图1所示。图 1 F GD 工 艺 流 程 简 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人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人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，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。当塔内石膏浆液达一定浓度后由外排泵排出，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，装车外运。湿法烟气脱硫是由物理吸收和化学吸收两个过程组成的。在物理吸收过程中S02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一液平衡，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，而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，则为化学吸收过程的极限。吸收原理如下:S02+ 2H20+CaC03+1/202CaS04 2H20+C022 脱硫装置的运行特性及注意事项2.1 吸收塔反应浆液的pH值随着烟气中SO2含量的变化，吸收剂石灰石浆液的加人量以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。加人的CaCO3。流量取决于so,负荷与CaCO3 和so2摩尔比。随着吸收剂CaCO3 的加人，吸收塔浆液将达到某一pH值。高pH的浆液环境有利于S02的吸收，而低pH则有助于Ca2的析出，因此选择合适的pH值对烟气脱硫反应至关重要。有关研究资料表明，应用碱液吸收酸性气体时，碱液浓度的高低对化学吸收的传质速度有很大的影响。当碱液的浓度较低时，化学传质的速度较低;当提高碱液浓度时，传质速度也随之增大;当碱液浓度提高到某一值时，传质速度达到最大值，此时碱液的浓度称为临界浓度。烟气脱硫的化学吸收过程中，以碱液为吸收剂吸收烟气中的SO:时，适当提高碱液(吸收剂)的浓度，可以提高对SO2的吸收效率，吸收剂达临界浓度时脱硫效率最高。但是，当碱液的浓度超过临界浓度之后，进一步提高碱液的浓度并不能提高脱硫效率。为此应控制合适的pH值，此时脱硫效率最高，Ca/S摩尔比最合理，吸收剂利用最佳。在调试时做了这样一个试验:在连续一段时间(10 h)内，人为调整石灰石浆液进吸收塔的流量，使浆液的pH值先从小到大，然后又逐渐减少，发现在一定范围内随着吸收塔浆液pH的升高，脱硫率一般也呈上升趋势，但当pH5.8后脱硫率不会继续升高，反而降低。pH =5.9时，石膏浆液中CaCO3的含量达到2.98%，而CaS042H20含量也低于90%，显然此时SO2与脱硫剂的反应不彻底，既浪费了石灰石，又降低了石膏的品质。pH再下降时，石膏浆液中CaS04. 2H 20含量又回升，CaC03百分含量则下降，因此实际情况与理论推断相符。根据工艺设计和调试结果，一般控制吸收塔浆液pH值在5.0一5.4之间，反应浆液密度在1 080 kg/m3左右，这样能使脱硫反应的Ca/S摩尔比保持在设计值1.028左右，获得较为理想的脱硫效率。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，当出现不断补充CaC03无法维持pH值，不能满足烟气脱硫的需要时，运行人员应从下列各方面加以控制:(1) pH仪是否需要校正;(2)原烟气、净烟气的SO2浓度含量是否出现测量偏差;(3)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，密度是否控制在规定范围;(4)石灰石浆液补充到吸收塔管线上的调节阀是否正常工作，给料管线是否堵管等。从而排除故障点以维持正常运行的pH值。2.2 吸收塔浆液循环泵在湿法烟气脱硫技术中常用“液/气比”来反映吸收剂量与吸收气体量之间的关系。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可使脱硫效率明显提高。这是因为加强了气液两相的扰动，增加了接触反应时间或改变了相对速度，消除气膜与液膜的阻力，加大了CaC03与SO2的接触反应机会，提高吸收的推动力，从而提高了S02的去除率。研究表明烟气中的S02被吸收剂完全吸收需要不断进行循环反应，增加浆液的循环量，有利于促进混合浆液中的HS03氧化成SO42形成石膏，提高脱硫效率。但当液气比过大时，会加重烟气带水现象，使排烟温度降得过低，加重GGH的工作负担，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。在吸收塔内每层喷淋盘均对应一台循环泵，排列顺序为1 ,2 ,3 ,4号自下而上(见图1),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号循环泵的扬程要比1号循环泵的扬程高5. 1 m，正常运行电耗高出35 kW/h左右，故不利于经济运行。为此在运行实践中对浆液循环泵运行方式进行了优化(表1)。注:运行工况为:氧化风机投2台;烟气进口SO:浓度1 600一2500 m岁m3(标准状态下);氧量5.8%一7.2%;粉尘浓度小于350m岁m3(标准状态下);吸收塔浆液密度在1 085 k盯耐左右;吸收剂石灰石浆液密度在11 20k g/m 3左右;吸收塔浆液pH值5.0-5.40.实际上当烟气量和烟气中So2的含量发生较大变化，pH值的改变对脱硫效率的影响力度不够时，可通过调整循环浆液泵的数量和组合控制液/气比来实现对脱硫效率的有效控制。另外 ，循环浆液泵使用中还应注意以下几点:(1)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。(2)停用环泵后要做好冲洗和注水工作(注水时母管压力应达到0.05 M Pa) ，以防下次启动时气蚀给循环泵带来危害。(3)长期运行后，随着吸收塔浆液中CaS03垢增加，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。2.3 氧化风机烟气中的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人塔内反应浆液内，浆液吸收O2的能力随着压力的升高而增大，在搅拌器强涡流高剪切力的作用下，液体被强制地在空气泡周围流动而产生强烈的搅拌，使得HS03在液相中完全氧化成硫酸盐，推动化学吸收的进程。实践中发现在烟气量、SO2浓度、Ca/S摩尔比、烟温等参数基本恒定的情况下随着02含量的增加，石膏的形成加快，其品质越高，脱硫率也呈上升趋势。并且采用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。表2为1台与2台氧化风机运行的氧化效果的比较。运行人员可根据原烟气中SO2的含量高低投停氧化风机。当烟气中氧量较高(7.5%)、原烟气中S02的含量低于1600mg/m3(干状态)时，可考虑用1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2350 mg/m3 (干状态)时，应考虑开3台氧化风机；一般情况下投用2台。为提高氧化风机效率，设备维护人员应注意观察氧化风机滤网进口压差变化情况，压差过大时应立即清扫进口滤网，除去灰尘。保持吸收塔浆液内充足的反应氧量，不但是提高脱硫效率的需要，也是有效防止吸收塔和石膏浆液管路CaS03垢物形成的关键所在。2.4 吸收塔的浆液密度随着烟气与脱硫剂反应的进行，吸收塔的浆液密度不断升高，当密度大于一定值时混合浆液中CaS04 . 2H20的浓度已趋于饱和，CaS042H20对so,的吸收有抑制作用，脱硫效率会有所下降。为了维持脱硫效率往往会补充过量的CaCO3，但这样不利于经济运行。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，且浪费了石灰石。运行中控制反应浆液密度在1080 k岁耐左右，将有利于FGD的高效经济运行。而控制吸收塔浆液密度的有效方法是使其能够正常外排。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人石膏旋流器站，达到预先设定的最大值时石膏旋流器的悬浮液将被送往石膏浆液罐，泵人脱水皮带上脱水后外运。直至达到预先设定的最小的固体浓度，然后浆液流再切换回吸收塔，此过程是根据浆液浓度变化不断循环往复。每次外排时要注意:(1)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。(2)重视石膏浆液外排泵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。(3)对石膏浆液泵和管线应加强停运后的冲洗。(4)真空泵密封水流量不够及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。(5)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。2.5 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。根据计算，为保证脱硫效率大于95%，工程所需的石灰石粉中CaC03的含量应大于90%，细度大于32m湿筛的剩余物应小于10%，而小于20m 湿筛的剩余物应在70%左右。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。一般分离器转速大于250 r/min时，才能达到规定细度要求。2.6 烟气系统原烟气中的飞灰在一定程度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触，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，减少进人FGD系统的粉尘。烟气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