脫硫吸收塔水平衡失衡的影響及對(duì)策

蘇輝平

上海上電電力運(yùn)營(yíng)有限公司

1 前言

上海長(zhǎng)興島熱電有限責(zé)任公司2臺(tái)10MW機(jī)組采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，脫硫裝置采用一爐一塔的方案，單套脫硫裝置的煙氣處理能力為一臺(tái)鍋爐100%BMCR工況時(shí)的煙氣量，脫硫效率在燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)不小于95%。在超低排放改造時(shí)，因新增了漿液冷卻系統(tǒng)，出現(xiàn)了系統(tǒng)水平衡被破壞、可用于除霧器沖洗的水量受限等問(wèn)題。本文以該脫硫裝置改造前后各系統(tǒng)水量變化為依據(jù)，對(duì)脫硫裝置的水平衡進(jìn)行分析，并提出切實(shí)有效的調(diào)整措施。

2 脫硫系統(tǒng)水平衡概述

脫硫系統(tǒng)水平衡是指進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的所有水量（包括原煙氣帶水、設(shè)備沖洗水、氧化風(fēng)增濕水、皮帶濾布沖洗水、真空皮帶密封水、除霧器沖洗水、供漿漿液所含水等）等于脫硫系統(tǒng)水損失量（包括石膏內(nèi)外在水、脫硫外排廢水、凈煙氣蒸發(fā)攜帶水）。由于脫硫系統(tǒng)水損失量中煙氣蒸發(fā)損失約占總損失90%以上，而決定該損失水量的因素為原煙氣成分、溫度、濕度和煙氣量，脫硫運(yùn)行專(zhuān)業(yè)除多排脫硫廢水外無(wú)其他調(diào)整手段來(lái)控制脫硫系統(tǒng)水的損失量，因此脫硫運(yùn)行中只能從控制進(jìn)入系統(tǒng)的水量入手來(lái)維持系統(tǒng)水量處于動(dòng)態(tài)平衡。

在實(shí)際運(yùn)行中控制脫硫系統(tǒng)水平衡主要根據(jù)系統(tǒng)水損失量來(lái)控制進(jìn)入系統(tǒng)的水量使兩者保持動(dòng)態(tài)平衡，即在總進(jìn)水量等于總損失量的前提下通過(guò)控制進(jìn)入系統(tǒng)的其他水量，如減少或杜絕直接排入系統(tǒng)的工藝水和工業(yè)水，降低設(shè)備啟停頻次以降低設(shè)備管道沖洗水量、合理控制皮帶濾布沖洗水量、杜絕沖洗水閥門(mén)內(nèi)漏等，盡可能提高通過(guò)除霧器沖洗方式進(jìn)入系統(tǒng)的水量。

3 濕法脫硫系統(tǒng)(FGD)用水分析

濕法煙氣脫硫系統(tǒng)(FGD)裝置消耗掉的水量，即鍋爐煙氣完成脫硫反應(yīng)時(shí)通過(guò)整個(gè)FGD系統(tǒng)所消耗的工藝水量是FGD耗水量的主要考核指標(biāo)。FGD裝置的用水主要分為以下兩個(gè)部分：

一是工藝水：主要是指間接或直接參與脫硫系統(tǒng)反應(yīng)的水，即在鍋爐煙氣通過(guò)FGD系統(tǒng)完成脫硫反應(yīng)的過(guò)程中服務(wù)于脫硫反應(yīng)或參與脫硫反應(yīng)的用水。脫硫系統(tǒng)工藝水的水質(zhì)滿足以下條件：ρ(SS)＜500 mg/L、ρ(Ca2+)＜300 mg/L 、pH＜7、ρ(SO2-4)＜800 mg/L;水 中 沒(méi) 有 大 于100μm大顆粒雜質(zhì)，且無(wú)油。

二是工業(yè)水：主要是指FGD系統(tǒng)大型輔機(jī)設(shè)備的冷卻水。在工程上除鹽水和非除鹽水是可以提供給脫硫系統(tǒng)大型輔機(jī)的主要冷卻水，通常在條件允許的情況下采用前者，將有利于節(jié)水及設(shè)備維護(hù)。

濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的用水可分為5大類(lèi)：石灰石制漿用水、設(shè)備沖洗用水、設(shè)備冷卻用水、啟動(dòng)/調(diào)整用水及廢水處理系統(tǒng)用水。

3.1 石灰石制漿用水

制漿用水主要是指將石灰石加工成濃度為15%～30%的漿液時(shí)的用水。石灰石漿液的制備有兩種模式：一是采用濕式球磨機(jī)制漿，二是采用石灰石粉加水制漿。而制漿用水由兩路來(lái)源，一路是濾液水，即旋流器分離出來(lái)的上清液和脫水機(jī)出來(lái)的濾液;另一路來(lái)自于工藝水。從理論而言制漿本身并不消耗任何形式的水，只是將石灰石以漿液的形式輸送入吸收塔參與脫硫反應(yīng)。制漿用水量為整個(gè)FGD系統(tǒng)用水量的25%-30%。

3.2 設(shè)備沖洗用水

(1)除霧器沖洗水

除霧器安裝在吸收塔頂部，其作用是除去經(jīng)脫硫反應(yīng)后煙氣中的液態(tài)水和鹽霧。流經(jīng)除霧器的液態(tài)水和鹽霧被截留并附著在除霧器表面，為保證煙氣的正常流通，需要大量的水來(lái)沖洗。除霧器沖洗水也起到了對(duì)脫硫后的煙氣進(jìn)行二次洗滌的作用。這部分沖洗水的用量較大，約占整個(gè)FGD系統(tǒng)總用水量的58%～68%，同時(shí)除霧器的沖洗水作為FGD系統(tǒng)補(bǔ)充水進(jìn)入吸收塔漿液池中，起到了調(diào)節(jié)吸收塔液位平衡的作用。

(2)真空皮帶脫水機(jī)沖洗用水

為保持濾布清潔及控制FGD石膏中細(xì)灰雜質(zhì)、可溶性鹽類(lèi)、氯離子等成分的含量，確保石膏品質(zhì)，在石膏脫水過(guò)程中需對(duì)濾布和石膏濾餅進(jìn)行沖洗。皮帶機(jī)沖洗水約占FGD系統(tǒng)總用水量的12%～17%，而真空皮帶脫水機(jī)沖洗后的濾液水收集后被FGD系統(tǒng)循環(huán)利用，一部分送去制漿，另一部分返回吸收塔或者繼續(xù)用于真空皮帶機(jī)的沖洗。

除此之外，漿液的輸送管道、漿液儲(chǔ)存箱罐、漿液循環(huán)泵、氧化空氣管道及吸收塔干濕界面等處也需要沖洗水。這些沖洗水在FGD系統(tǒng)中不連續(xù)使用，但可以通過(guò)收集或系統(tǒng)改造使之循環(huán)利用。

(3)設(shè)備冷卻用水

冷卻用水主要指脫硫系統(tǒng)的增壓風(fēng)機(jī)、氣—?dú)鈸Q熱器(GGH)及各種泵的冷卻用水。

(4)啟動(dòng)/調(diào)整用水

FGD系統(tǒng)啟動(dòng)前，吸收劑制備系統(tǒng)要提前啟動(dòng)，向吸收塔漿液池內(nèi)提前注入一定量的漿液，并加入石膏晶種，培植出生成石膏的必要條件。此外，在運(yùn)行過(guò)程中為調(diào)整吸收塔內(nèi)的漿液的液位，有時(shí)需要適當(dāng)?shù)募铀?/p>

(5)廢水處理系統(tǒng)用水

濕法脫硫系統(tǒng)不可避免的要產(chǎn)生一定量的廢水，處理脫硫廢水時(shí)需要配置藥劑等工作，消耗一定量的工藝水，其用水量約為FGD系統(tǒng)總用水量的2%-3%。

4 濕法脫硫系統(tǒng)(FGD)耗水分析及計(jì)算

濕法脫硫系統(tǒng)的耗水點(diǎn)主要有：煙氣以氣態(tài)形式帶入到大氣中的水(即塔內(nèi)蒸發(fā)水)、煙氣以液態(tài)水的形式帶入到大氣中的水、石膏排出時(shí)的附著水和結(jié)晶水以及FGD系統(tǒng)排出的廢水。

4.1 塔內(nèi)蒸發(fā)水

煙氣以氣態(tài)形式帶入到大氣中的水(塔內(nèi)蒸發(fā)水)經(jīng)鍋爐煙氣在吸收塔內(nèi)經(jīng)石灰石漿液洗滌后，煙氣中的水蒸氣達(dá)到飽和，并在煙氣中出現(xiàn)了液態(tài)水。塔內(nèi)蒸發(fā)水占FGD系統(tǒng)耗水量的90%左右，是該系統(tǒng)水平衡中水耗的主要部分。

塔內(nèi)蒸發(fā)水量與鍋爐排煙量、吸收塔出口煙溫及煤質(zhì)等有關(guān)。煙氣量越大，煙氣帶水量越大;吸收塔出口煙溫越高，煙氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)水蒸氣分壓越高，提高了煙氣含濕量，從而增加了煙氣帶水量。

4.2 石膏結(jié)晶水的計(jì)算

脫硫的副產(chǎn)物石膏(CaSO4·2H2O)帶有一定量的結(jié)晶水，根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量計(jì)算得石膏結(jié)晶水量：Qs×36/172=8×36/172=1.67kg/h式中：Qs為純石膏產(chǎn)量(kg/h)。

石膏表面附著水按石膏產(chǎn)量的10%計(jì)算，原因有兩方面：一是由于石膏經(jīng)二級(jí)脫水后水量未能完全脫除;二是因?yàn)槭嘀羞€夾雜著部分灰塵，所以石膏產(chǎn)量并不是理論計(jì)算出的數(shù)值，實(shí)際產(chǎn)量比理論值要大。所以石膏表面附著水量為：Qs×0.1=8×0.1=0.8 kg/h

4.3 外排廢水量的計(jì)算

FGD系統(tǒng)必須定期排放一定的廢水，以降低石灰石漿液中氯離子和氟離子濃度，提高煙氣脫硫效率。按照Cl-濃度來(lái)計(jì)算外排廢水的量，而脫硫廢水量主要取決于煙氣中HCl質(zhì)量濃度，煙氣中的HCl來(lái)自機(jī)組燃煤。所以燃煤中Cl-質(zhì)量濃度越高，外排廢水量就越大。

5 影響濕法脫硫系統(tǒng)用水與水平衡的主要因素

(1)燃煤硫分

當(dāng)燃煤的收到基硫分增加時(shí)，二氧化硫的質(zhì)量濃度就會(huì)增加，參與反應(yīng)的物料增加即石灰石漿液量增大，整個(gè)FGD系統(tǒng)的各用水點(diǎn)的耗水量上升，故整個(gè)FGD系統(tǒng)整體耗水量增加。

(2)石膏脫水

石膏脫水時(shí)，濾液返回水由旋流器返回水、皮帶脫水機(jī)濾布沖洗水、密封水、氣液分離器排水、真空泵冷卻水匯集濾液箱后返回FGD。而排出水量只有到廢水處理的脫硫廢水(排入脫硫廢水量低于設(shè)計(jì)處理量12t/h)。濾液返回水量進(jìn)入FGD后將使FGD的水平衡破壞，造成FGD液位上漲。

(3)濾液反水量

發(fā)現(xiàn)FGD進(jìn)水量大于排出量(蒸發(fā)量)其中濾液反水量是造成FGD進(jìn)水量大的主要原因。

(4)吸收塔出口煙溫

吸收塔出口煙溫決定了吸收塔出口煙氣攜帶氣態(tài)水的能力即煙氣的含濕量。若原煙氣參數(shù)不變，吸收塔出口煙溫發(fā)生變化時(shí)，F(xiàn)GD系統(tǒng)的耗水量會(huì)有很大變化。

6 吸收塔系統(tǒng)水平衡失衡帶來(lái)的影響

1)液位過(guò)高的時(shí)候（注：吸收塔正常液位9.5米；吸收塔最高液位10米；吸收塔最低液位9米）。

(1)溶液造成吸收塔的溢流。

(2)入口硫份高，在高負(fù)荷的情況下容易造成出口硫超標(biāo)，脫硫效率低于95%。

(3)高PH情況下，容易對(duì)吸收塔的塔體造成損害（注：吸收塔PH5.2到6.0之間）。

(4)高密度情況下，容易對(duì)吸收塔的塔體造成損害，噴淋層噴嘴堵塞。

2)液位過(guò)低的時(shí)候

(1)低PH情況下，容易對(duì)吸收塔的塔體造成腐蝕。

(2)影響脫硫效率

7 對(duì)策

7.1 吸收塔虛假液位的消除

保證吸收塔密度計(jì)的精準(zhǔn)性，對(duì)吸收塔起泡現(xiàn)象及時(shí)控制（添加消泡劑），保證吸收塔液位的真實(shí)性。

7.2 維持吸收塔液位水平衡

1)減少冷凝水的產(chǎn)生

漿液冷卻系統(tǒng)，在冷卻漿液的同時(shí)，會(huì)有大量冷凝水產(chǎn)生。同時(shí)吸收塔內(nèi)煙氣溫度降低后,煙氣攜帶的水分大幅度減少，導(dǎo)致水分消耗量減少。為了后續(xù)消除白煙，煙氣降溫?zé)o法調(diào)節(jié)。因此只能通過(guò)減少冷卻增壓水泵的出口流量，減少冷凝水的產(chǎn)生。緩解吸收塔水分消耗量與產(chǎn)生量的動(dòng)態(tài)失衡。

2)集水坑至石灰石漿液箱加裝管道

原石灰石漿液箱制漿所用水源為廠用工藝水，每次制漿都會(huì)有大量水分進(jìn)入系統(tǒng)，而如今將集水坑水源作為制漿水源，消除制漿環(huán)節(jié)所帶入的水分。

3)檢查設(shè)備冷卻水

泵的冷卻水只要能保證設(shè)備正常運(yùn)行就可不需要開(kāi)得很大，巡檢人員應(yīng)在設(shè)備停運(yùn)時(shí)，及時(shí)關(guān)閉冷卻水。冷卻水量大的設(shè)備應(yīng)盡量接主機(jī)的閉冷水，如增壓風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵等。

4)檢查外來(lái)水源

應(yīng)及時(shí)檢查有無(wú)外水如雨水、污水等流入脫硫系統(tǒng)中。

總結(jié)

通過(guò)對(duì)用水系統(tǒng)運(yùn)行方式的調(diào)整，設(shè)備的更換以及提高脫硫系統(tǒng)內(nèi)工藝水的回收率等措施，完全能夠?qū)崿F(xiàn)電廠30%-100%負(fù)荷條件下脫硫裝置水系統(tǒng)的平衡，避免除霧器沖洗系統(tǒng)不能投運(yùn)，控制了因除霧器不能正常沖洗造成的除霧器堵塞，結(jié)構(gòu)損壞等問(wèn)題，確保了脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。