脫硫添加劑在火電廠煙氣脫硫中的應用

任 罡，閻寒冰，張亞勛

（1.北京國電京緣科技開發有限公司，北京 100044；2.山西電力科學研究院，山西 太原 030001；3.內蒙古大唐國際克什克騰煤質天然氣有限責任公司，內蒙古 赤峰 025350）

脫硫添加劑在火電廠煙氣脫硫中的應用

任 罡1，閻寒冰2，張亞勛3

（1.北京國電京緣科技開發有限公司，北京 100044；2.山西電力科學研究院，山西 太原 030001；3.內蒙古大唐國際克什克騰煤質天然氣有限責任公司，內蒙古 赤峰 025350）

某電廠600MW機組石灰石—石膏法煙氣脫硫系統運行過程中，存在的運行pH值偏高、石膏中亞硫酸鈣含量超標以及脫硫效率下降等問題，通過脫硫添加劑的使用，較好地解決了上述問題，并有效地改善了脫硫系統的運行工況。

火電廠；脫硫添加劑；煙氣脫硫系統

0 引言

石灰石—石膏濕法脫硫WFGD（Wet Flue Gas Desulfurization）工藝技術成熟、脫硫效率高，能適應大容量機組，且吸收劑石灰石來源廣泛、價格便宜，副產品石膏具有綜合利用的商業價值，是目前應用最廣泛的技術[1]。

1 WFGD反應機理

1.1 煙氣中的SO2和SO3的吸收

1.2 SO2和SO3與石灰石反應

1.3 氧化反應

通入吸收塔漿液池內的氧氣將亞硫酸氫根氧化成硫酸根

1.4 石膏形成

添加劑根據其組分可以分為無機添加劑和有機添加劑，其中有機添加劑因具有優異的pH值緩沖性能、減緩鈣的結垢速率和提高系統的可靠性而得到廣泛的應用。該電廠使用的脫硫添加劑由多元弱酸型及高效催化劑復配而成，配合消泡劑的使用，在處理吸收液pH值偏高、結垢嚴重、脫硫率下降等問題方面效果明顯。

2 脫硫添加劑的作用原理

由于石灰石溶解度小且液相傳質差，石灰石利用率低，直接影響脫硫效率。添加劑用于改變脫硫塔內漿液的離子平衡，降低漿液的pH值，促進石灰石的溶解，提高液相傳質系數，促進二氧化硫的吸收，同時，添加劑中的金屬離子對脫硫反應有催化作用，從而大幅度提高系統的脫硫效率[2-3]。

3 非正常運行狀態描述

某電廠2×600MW凝汽式汽輪發電機組配套建設2套濕式石灰石—石膏法煙氣脫硫裝置，采用美國瑪蘇萊公司技術，一爐一塔形式，脫硫塔設置4層噴淋層，配備4臺漿液循環泵，石灰石作為吸收劑，脫硫副產品為石膏，在設計條件下，全煙氣脫硫效率不低于95%。

2009年7月—9月期間，機組的脫硫率降至85%～89%（設計值95%），石膏品質較差（顏色發黑），吸收塔多次發生溢流現象。非正常工況下運行數據見表1。

4 影響脫硫效率的原因分析

影響脫硫效率的因素很多，如機組負荷、入口SO2濃度、粉塵濃度、石灰石的供給量、漿液pH值、液氣比等。根據現場監測數據分析可知主要有以下幾方面因素影響脫硫效果。

a）除霧器差壓變化不大，說明脫硫率下降與機組負荷、吸收塔入口煙氣量以及煙塵含量關系不大。

b）循環泵的電流比正常工況狀態下的電流減小，噴淋區差壓大，說明噴淋層或噴嘴有堵塞，從而造成噴淋密度減小，液氣比下降。

c）吸收塔液位低于正常值，但有溢流現象發生，說明塔內漿液雜質含量高，經驗表明，煙氣中的F-和石灰石雜質中所含的Al3+化合成F－Al復合體，形成包膜覆蓋在石灰石顆粒表面。石灰石雜質中的Mg2+對包膜的形成有很強的促進作用。這種包膜引起石灰石的活性降低，從而影響脫硫效率。

d）漿液pH值是影響脫硫效率的一項重要因素。SO2的吸收過程中，高pH值有利于確保持續高效地捕獲SO2，低pH值有利于碳酸鈣的溶解和析出。通常情況下，5.0～6.0是pH值控制最佳范圍。實際運行操作中，為提高脫硫效率，采取增加石灰石漿液補充量，以提高漿液pH值的方法來提高脫硫效率，但實際效果并不理想：吸收塔漿液pH值高于正常運行值0.6～0.9，但脫硫效率仍達不到90%以上。由于較高的pH值阻礙了鈣離子的進一步析出，使漿液中CaSO3·1/2H2O含量增加，易堵塞管道和噴嘴，并易造成CaSO3沉積在石灰石表面，形成保護殼，鈍化脫硫劑，抑制吸收反應進行。

5 非正常狀態處理措施

a）保持吸收塔液位在12m左右，由于液位不穩定且出現溢流，投加5 kg消泡劑。

b）石膏脫水系統和廢水排放正常使用，保持漿液的氯離子濃度低于20 000μg/g。

表1 吸收塔非正常工況下運行數據

c）保持入口煙塵濃度小于100mg/m3以下。

d）向吸收塔集水坑內投入添加劑，通過提升泵打入脫硫塔內，集水坑的攪拌器保持開啟，確保藥劑的溶解和擴散均勻。

e）根據入口SO2濃度，添加劑投加量為600 kg（500 μg/g）。

f）利用煙氣在線監測系統記錄添加劑加入前后的系統入口SO2濃度和脫硫效率，脫硫塔漿液的pH值現場取樣分析，WFGD副產物石膏中亞硫酸鈣的含量采用現場取樣和化學分析方法得到。

6 脫硫添加劑的應用結果與分析

脫硫添加劑加入脫硫塔25min后，脫硫效率從加入前的87%迅速提高到95%，漿液的pH值從6.4緩慢下降，運行一段時間后穩定在5.6左右，同時石膏中的亞硫酸鈣含量逐步下降。

6.1 添加劑對吸收塔漿液pH值的影響

添加劑對吸收塔漿液pH值的影響曲線見圖1。

圖1 添加劑對吸收塔漿液pH值的影響曲線

添加劑加入前，吸收塔漿液pH值一直維持在6.4以上。加入添加劑后，漿液pH值逐漸下降，運行5 h后pH值基本穩定；即使入口SO2濃度在2 800～3 300mg/m3之間波動，但吸收塔漿液的pH值仍穩定在5.3～5.6之間，說明添加劑具有較好的漿液pH值緩沖性能。

6.2 添加劑對亞硫酸鈣氧化的影響

圖2為加入添加劑后副產物石膏中亞硫酸鈣含量的時間變化曲線。由圖2中可看出，添加劑加入1 d后石膏中亞硫酸鈣的含量也逐步下降，且隨著運行時間的增加而迅速減少；到第4 d時，脫硫塔中的氧化環境逐步改善，石膏中亞硫酸鈣的含量降至5%，達到較佳運行狀態。添加劑的加入，可加快亞硫酸鈣的氧化速率，促進石灰石的消融。

圖2 石膏中亞硫酸鈣含量的時間變化曲線

6.3 添加劑對脫硫率的影響

脫硫添加劑的加入，有效地緩沖脫硫塔漿液的pH值變化，減小了脫硫塔內的傳質阻力，促進了SO2的吸收和碳酸鈣的溶解，加快了液相中碳酸鈣中和SO2的反應速度，從而提高了系統的脫硫效率。

7 結論

a）吸收塔內漿液質量劣化是引起該系統脫硫效率下降的主要原因，為提高脫硫效率采用煙氣脫硫高pH值運行副作用明顯。

b）在600MW機組脫硫系統故障處理中，多元弱酸型有機脫硫添加劑在投加25min后，pH值基本穩定在較理想的范圍內，說明添加劑具有較好的pH緩沖性能。

c）本次案例中，由于多種原因造成pH值調節失效，常規操作無法提高脫硫效率的情況下，脫硫添加劑有效抑制了吸收劑鈍化和封閉效應，促進石灰石消融，脫硫效率顯著提高，表現出較好的應急性能，同時，能夠改善亞硫酸鈣的氧化環境，提高石膏的質量。

［1］ 周至祥，向海清，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊［M］.北京：中國電力出版社，2006：43-45.

［2］ 陶莉，周艷明，李國永.脫硫添加劑在煙氣系統故障處理中的應用［J］.湖南電力，2010（5）：10-13.

［3］ 孫文壽，孟韻，譚天恩.濕式石灰石延期脫硫過程添加劑對傳質的影響［J］.青島大學學報，2006（3）：33-38.

App lication of Desulphurization Additives on Desulphurization System of Thermal Power Plant

REN Gang1，YAN Han-bing2，ZHANG Ya-xun3
（1.Beijing International Electricity Jingyuan Technology Development Co.，Ltd.，Beijing 100044，China；2.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China；3.Inner Mongolia Datang International Keshiketeng Coal Gas Co.，Ltd.，Chifeng，Inner Mongolia 025350，China）

During the operation of the limestone-gypsum FGD system of a 600 MW unit,there are problems like higher pH value，excessive calcium sulfate content in gypsum and low efficiency of desulphurization.The utilization of desulphurization additive can solve the problemsmentioned and effectively improve the operation condition of desulphurization system.

thermal power plant；desulphurization additive；flue gas desulphurization system

X701.3

B

1671-0320（2012）04-0057-03

2012-03-08，

2012-06-25

任 罡（1972-），男，山西太原人，1995年畢業于太原理工大學環境工程專業，工程師，從事火電廠化學技術研究工作；

閻寒冰（1971-），女，山西天鎮人，1994年畢業于山西大學環保專業，高級工程師，從事電力環保研究工作；

張亞勛（1971-），男，山西太原人，1995年畢業于太原理工大學環境工程專業，工程師，從事化工環境保護技術研究工作。