煙氣調(diào)制系統(tǒng)的加入對脫硫系統(tǒng)的影響及解決方法

1.引言：

1.1設(shè)計規(guī)模

同煤大唐塔山發(fā)電有限責(zé)任公司2?600MW火力發(fā)電機組煙氣脫硫系統(tǒng)采用典型的石灰石-石膏濕法FGD脫硫工藝技術(shù)，主要是采用石灰石（CaCO₃）作為脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)過破碎磨細(xì)制成吸收漿液，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發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，二氧化硫從煙氣中去除，最終產(chǎn)物為石膏，脫硫后的煙氣依次經(jīng)過除霧器除去霧滴，經(jīng)GGH換熱升溫后，經(jīng)煙囪排放。

1.2前期運行狀況

同煤大唐塔山煙氣脫硫工程由北京博奇電力科技有限公司設(shè)計承建，于2008年7月以后陸續(xù)投產(chǎn)運行。截止到2011年2月的兩年半中，系統(tǒng)運行工況及各項運行參數(shù)始終符合設(shè)計要求，脫硫效率達(dá)到了95%以上的良好狀態(tài)，僅存在著電廠改為燃用劣質(zhì)煤后，由于灰分過高經(jīng)常引起電除塵電場跳閘、導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)GGH嚴(yán)重堵塞、影響機組長周期安全運行的問題。

1.3增加煙氣調(diào)制系統(tǒng)

為了適應(yīng)燃用劣質(zhì)煤,能夠保持電除塵的正常運行，不使脫硫系統(tǒng)工況惡化，塔山電廠在電除塵前增加了煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)，來改善提高電除塵效率。這是因為大型燃煤鍋爐普遍采用電除塵器作為煙氣除塵設(shè)備，當(dāng)燃用灰分高的煤時，經(jīng)常會遇到粉塵高比電阻問題。高比電阻粉塵不容易荷電或釋放荷電，積聚在極板上的高比電阻灰層會抑制電暈電流的產(chǎn)生，并容易引起火花甚至反電暈，嚴(yán)重惡化電除塵器各電場的供電質(zhì)量，降低電暈密度。供電質(zhì)量惡化會使電除塵器工作困難，除塵效率下降，粉塵排放超標(biāo)。傳統(tǒng)解決高比電阻的問題是用混媒或控制電流的方法，不能從根本上解決問題，增加煙氣調(diào)質(zhì)是在鍋爐煙氣進入電除塵前噴入特殊的調(diào)制劑，來提高電除塵效率。

1.4 改變調(diào)整手段保證正常運行

塔山電廠煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)投入運行后，出現(xiàn)了石膏脫水不干含水量大的問題，運維業(yè)務(wù)部和塔山項目部進行了積極調(diào)整分析，運用排除法手段，逐項尋找和改善影響石膏品質(zhì)的不利因素，最后采取脫硫系統(tǒng)拋漿重新注漿，進行運行試驗觀察的方法，逐步認(rèn)識到增加煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)后對脫硫系統(tǒng)的影響，提出和采取了相應(yīng)的處理措施和方法，加大廢水外排力度，改變了傳統(tǒng)的運行調(diào)整手段，經(jīng)過3個月的不懈努力，保證了脫硫系統(tǒng)的正常運行。

2．脫硫系統(tǒng)運行出現(xiàn)異?，F(xiàn)象

2.1直接現(xiàn)象。2011年3月21日塔山運維項目兩套脫硫系統(tǒng)相繼出現(xiàn)了石膏脫水效果較差的現(xiàn)象，石膏從皮帶機下料口落至石膏庫大量游離水析出，導(dǎo)致石膏庫內(nèi)積水較多，由于石膏品質(zhì)過差，拉運過程中需要拌入大量的粉煤灰，給運輸帶來極大不便，同時對石膏庫周圍的環(huán)境污染嚴(yán)重。

2.2運行參數(shù)反應(yīng)。由于本次出現(xiàn)的情況在以往的運行過程中未曾遇到，且兩套系統(tǒng)的PH和效率均正常，主要的問題在于石膏漿液經(jīng)石膏旋流器底流至皮帶脫水機后，石膏濾餅出現(xiàn)大面積裂縫，導(dǎo)致真空度大量泄漏，正常運行真空度維持在-40- -60KPa，濾餅出現(xiàn)裂縫時真空度維持在-30KPa左右。按照運行經(jīng)驗，石膏濾餅略有裂縫是石膏脫水品質(zhì)較好的一個側(cè)面反應(yīng)，同時石膏作為脫硫系統(tǒng)的標(biāo)志性產(chǎn)物，品質(zhì)越差直接反映系統(tǒng)的運行情況（PH值和效率異常），比如漿液中毒后PH值很難維持在5.2-5.6之間，下降至4.0甚至更低，脫硫效率相應(yīng)下降，而本次出現(xiàn)的問題都與常理不符（PH和效率正常，石膏濾餅裂縫，石膏黏度很大，含水量嚴(yán)重超標(biāo)）給調(diào)整工作帶來很大不便，此問題維持了近3個月。

3．異?，F(xiàn)象的運行分析及處理措施

為了解決石膏脫水的問題，我們一方面從形成石膏化學(xué)反應(yīng)過程上尋找原因，一方面從設(shè)備上尋找原因。

3.1改善影響石膏化學(xué)反應(yīng)的因素：

1由于石膏漿液黏度過大，考慮為氧化風(fēng)量不夠引起，加開一臺氧化風(fēng)機運行，將氧化風(fēng)量增加之前的兩倍達(dá)到10000m³/h,試運行一段時間效果不佳。

2考慮到低PH值利于石膏的氧化結(jié)晶，試著降低PH值運行一段時間效果亦不佳。

3為了保證將系統(tǒng)內(nèi)的有害離子最大限度的排出系統(tǒng)，加大了廢水系統(tǒng)的外排水量，停止工業(yè)廢水回收使用，轉(zhuǎn)而加大新工藝水補水量，對系統(tǒng)漿液進行稀釋處理。

3.2檢查設(shè)備出力是否符合設(shè)計要求。

1檢查石膏脫水皮帶機的真空度，現(xiàn)場用塑料布鋪滿濾餅皮帶機的真空度能上升至-40KPa左右，確認(rèn)系統(tǒng)真空無泄漏，可以排除皮帶機的問題。

2聯(lián)系石膏脫水皮帶機制造廠家到現(xiàn)場檢查皮帶機和石膏旋流器均未發(fā)現(xiàn)問題。

3.3系統(tǒng)拋漿重新啟動進行試驗觀察

    脫硫工藝系統(tǒng)復(fù)雜，影響石膏含水率的因素比較多，各因素之間又相互影響。導(dǎo)致石膏品質(zhì)較差的原因歸結(jié)到底就是系統(tǒng)建立的反應(yīng)平衡被破壞，而往往破壞系統(tǒng)平衡的多為一種或多種化學(xué)物質(zhì)直接參與反應(yīng)或長期離子富集導(dǎo)致某種離子超標(biāo)所引起。

為了找出問題的焦點徹底排除離子的干擾，我們決定首先對#2脫硫系統(tǒng)進行拋漿處理，檢查吸收塔內(nèi)部設(shè)備，重新對系統(tǒng)進水、進漿、加石膏晶種，建立系統(tǒng)新的平衡。

2011年5月19日至2011年5月23日申請停運#2脫硫系統(tǒng)對#2系統(tǒng)進行了拋漿處理，系統(tǒng)停運后進行檢查，打開除霧器人孔門看到一級除霧器堵塞比往常嚴(yán)重很多，打開吸收塔人孔門看到塔內(nèi)漿液沉積很是嚴(yán)重，石膏黏度相當(dāng)大。5月23日對系統(tǒng)進水、進石灰石漿液、加入80噸石膏晶種后重新啟動系統(tǒng)，啟動系統(tǒng)后8小時嘗試第一次脫水，石膏已經(jīng)可以脫干，皮帶機真空度上升至-56KPa,24日嘗試第二次脫水可以脫干，27日#2脫硫系統(tǒng)密度上升至1160Kg/m³,啟動脫水系統(tǒng)石膏品質(zhì)很好，28、29日均正常，30日早#2脫硫系統(tǒng)石膏脫水恢復(fù)到以前的情況，濾餅裂縫嚴(yán)重，真空度降至-30KPa。

2011年5月25日至2011年5月29日我們同樣對#1脫硫系統(tǒng)進行了拋漿處理，開啟除霧器和吸收塔人孔門檢查看到的情況和#2系統(tǒng)一樣。向#1塔注漿時，為了節(jié)省水和降低事故漿液箱的液位我們將#2系統(tǒng)和事故漿液箱的部分漿液返至#1塔，系統(tǒng)整套啟動后發(fā)現(xiàn)漿液沉淀很慢，啟動脫水系統(tǒng)后濾餅裂縫嚴(yán)重，真空度降至-30KPa。

通過對兩套脫硫系統(tǒng)拋漿重新建立平衡可以看出，設(shè)備本身不存在問題，短期能使兩套系統(tǒng)漿液出現(xiàn)同樣問題的因素歸根到底必然是兩套系統(tǒng)所共用的三個方面：煙氣、水、石灰石。

4. 確立脫硫系統(tǒng)正確的調(diào)整思路及過程

4.1  #1脫硫系統(tǒng)調(diào)整經(jīng)過

建立在兩套系統(tǒng)拋漿重新建立平衡可以使石膏脫干的基礎(chǔ)上，通過對前期脫硫系統(tǒng)運行的對比和目前存在的問題分析，我們認(rèn)為短期內(nèi)離子的富集不可能導(dǎo)致漿液很快產(chǎn)生問題，必然是一種物質(zhì)直接參與了化學(xué)反應(yīng)，對#2系統(tǒng)的化驗數(shù)據(jù)進行了分析，拋漿后7天內(nèi)的化驗數(shù)據(jù)均正常，只有Mg² 從最初的700mg/L，5天內(nèi)上升至3000mg/L,考慮到目前煙氣成分變化新增加進入脫硫系統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)就SO₃一種，很快將此問題和前面煙氣調(diào)制產(chǎn)生的SO₃聯(lián)系在了一起，為了驗證問題存在的可能性，2011年5月30日下午我們申請#1煙氣調(diào)制系統(tǒng)退出運行，將#2煙氣調(diào)制的硫磺量減為一半，利用化驗室現(xiàn)有的化驗條件，我們對#1脫硫系統(tǒng)的Mg² 進行跟蹤化驗，利用外排廢水和外排漿液將Mg² 降至1500mg/L時#1脫硫系統(tǒng)石膏恢復(fù)正常，隨后我們試著將Mg² 含量試著升高，一旦Mg² 含量升高石膏品質(zhì)立即變差。如今將Mg² 維持1500mg/L以下運行，#1系統(tǒng)基本正常。

4.2  #2脫硫系統(tǒng)調(diào)整經(jīng)過

由于#2煙氣調(diào)制一直未能退出運行，且二期場地不足不能外排漿液，#2脫硫系統(tǒng)Mg² 從5月30日至6月27日一直未降至1500mg/L以下，石膏品質(zhì)一直未能改觀，6月27日#2脫硫系統(tǒng)進行離線沖洗，計劃利用此次機會將Mg² 降至1500mg/L以下。2011年6月27日至2011年6月30日由于#2GGH和除霧器堵塞嚴(yán)重，#2脫硫系統(tǒng)停運沖洗，此時旁路全開（等于將煙氣調(diào)制中的SO₃排除）利用此次機會加大漿液外排最終將#2脫硫系統(tǒng)的Mg² 降至1500mg/L以下，2011年7月3日#2脫硫系統(tǒng)第一次脫水石膏脫干。

至此兩套脫硫系統(tǒng)經(jīng)過近三個月的調(diào)整，兩套全部恢復(fù)正常！

5.結(jié)論

5.1通過對兩套系統(tǒng)拋漿重新建立系統(tǒng)內(nèi)平衡來看造成石膏品質(zhì)差的問題歸結(jié)于兩套系統(tǒng)的共同原料：水、煙氣、石灰石。

5.2作為煙氣調(diào)制和脫硫系統(tǒng)兩個系統(tǒng)來講，單獨的運行都不存在任何問題，前期脫硫系統(tǒng)石灰石含量較低，Mg² 含量高于目前很多，且大量的補工業(yè)廢水，系統(tǒng)內(nèi)Mg² 維持在5000mg/L左右，依然運行正常，但兩個系統(tǒng)共同運行后就出現(xiàn)了石膏脫不干的現(xiàn)象。

5.3通過對#1#2脫硫系統(tǒng)調(diào)整經(jīng)過的分析，可以看出：一旦系統(tǒng)建立平衡（#1脫硫系統(tǒng)）石膏結(jié)晶正常，石膏旋流器底流濃度增大，利于游離水的析出，一部分鎂離子從廢水系統(tǒng)排出整個脫硫系統(tǒng)，一部分鎂離子通過事故漿液箱外排，這是#1脫硫系統(tǒng)Mg² 基本能維持在1500mg/L以下運行的根本原因；#2脫硫系統(tǒng)石膏晶體遲遲不能長大，導(dǎo)致石膏濾餅裂縫嚴(yán)重，且由于事故漿液箱不能外排漿液降低鎂離子，導(dǎo)致#2系統(tǒng)Mg² 遲遲不能降至1500mg/L以下，系統(tǒng)主平衡一直未建立。

5.4通過查閱資料脫硫石膏制品，在較潮濕的環(huán)境中，表面曾發(fā)生“反霜”現(xiàn)象，該“霜”經(jīng)過化學(xué)分析，其中含MgO，CaO，SO3，x-衍射測出主要物相是當(dāng)MgSO4?4H2O，也就說當(dāng)系統(tǒng)中MgO，CaO，SO3大量存在時，生成物首先是MgSO4?4H2O而非CaSO₄?2H2O。它的形成是：制品中的MgSO4為可溶性物質(zhì)，可從制品內(nèi)部析到表面，當(dāng)遇到空氣中濕度較大時，吸潮而成鎂鹽。

同時，鎂離子在結(jié)晶過程中也是一種晶體污染物，它將顯著地降低副產(chǎn)物地結(jié)晶性能。硫酸鎂會影響石膏的純度，同時也需要更多的沖洗水。

5.5 原因和討論：造成本次石膏品質(zhì)長期很差的原因是SO₃隨煙氣源源不斷的進入脫硫系統(tǒng)，直接與脫硫系統(tǒng)中的Mg² （Mg² 主要來源為原料石灰石和工藝水）反應(yīng)生成MgSO4?nH2O結(jié)晶，此結(jié)晶直接對CaSO₄?2H2O結(jié)晶產(chǎn)生影響，抑制其結(jié)晶的生成。

從化學(xué)反應(yīng)的角度和實際運行調(diào)整的過程來分析，過量的SO₃和過量的Mg² 生成大量的MgSO4?nH2O結(jié)晶，對系統(tǒng)的影響是致命的，一旦大量的MgSO4?nH2O結(jié)晶生成，石膏品質(zhì)瞬間發(fā)生變化。試驗過程中我們試著將事故漿液箱的漿液（Mg² 2000mg/L左右）返至#1吸收塔，瞬間石膏脫不干，由此可以驗證Mg² 1500mg/L為系統(tǒng)的零界點，一旦系統(tǒng)內(nèi)Mg² 》1500mg/L，石膏就會脫不干。

從化學(xué)反應(yīng)來講，運行正常后我們對于SO₃一塊未作定量要求，只是把系統(tǒng)內(nèi)Mg² 維持在了1500mg/L左右，即SO₃持續(xù)過量而Mg² 定量維持在1500mg/L左右，故生成的MgSO4?4H2O結(jié)晶的量是一定的，且降到了最低，不會明顯影響主反應(yīng)CaSO₄?2H2O結(jié)晶的生成。

6.后期運行存在的問題及建議

6.1外排場地必須考慮

從目前#1脫硫系統(tǒng)的運行情況來看Mg² 維持在1500mg/L左右，濾餅裂縫依然存在不過明顯減少，皮帶機真空度能維持在-45KPa左右，石膏脫水正常，但一旦事故漿液箱漿液返塔石膏立即脫不干，這就是說目前的運行狀況Mg² 必須維持在1500mg/L左右。但對整個脫硫系統(tǒng)來講維持如此低的Mg² 量，必須產(chǎn)生大量的外排漿液和廢水，且事故漿液箱的漿液不能返塔在系統(tǒng)內(nèi)消化，一旦石膏出現(xiàn)問題（Mg² ≥1500mg/L)必須大量外排漿液來處理此問題，外排場地必須考慮。

6.2慎重選擇補充水源

在整個脫硫系統(tǒng)中Mg² 的來源主要為石灰石和水，經(jīng)化驗工業(yè)廢水的Mg² 含量為100mg/L左右，工藝水Mg² 含量為50mg/L左右，所以從目前系統(tǒng)運行情況來看工業(yè)廢水應(yīng)該少用或者不用。

6.3需重新核定Mg² 和SO₃最大含量

從目前的情況來看我們只對脫硫系統(tǒng)內(nèi)的Mg² 進行了定量，而未對SO₃做定量試驗，由于局限于化驗設(shè)備和化驗手段，僅僅是從運行現(xiàn)象上分析認(rèn)識，來把握兩者的關(guān)系，最終還需要從化學(xué)反應(yīng)平衡角度做進一步實驗，掌握準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，才能全面認(rèn)識石膏含水量大的機理。

 注：本文僅是運行經(jīng)驗的總結(jié)，因受技術(shù)條件限制，只是從脫硫表面現(xiàn)象上進行總結(jié)分析，其中反應(yīng)因素的內(nèi)在機理還需要進一步用科學(xué)手段驗證。