百萬火電機組脫硫運行效率影響因素分析

張小建

(國能寧夏鴛鴦湖第一發電有限公司 寧夏銀川 750410)

近年來，隨著環保要求的日趨嚴格，同時燃煤價格不斷飆升，火電廠燃料成本水漲船高，很多電廠入不敷出。而高硫煤能夠在一定程度上降低燃料成本，燃燒高硫煤已成為常態化。但是燃燒高硫煤帶來的便是吸收塔效率低、環保超限隱患，因此保持較高的脫硫效率十分重要。

1 鴛鴦湖電廠百萬機組脫硫工藝介紹

國家能源集團寧夏鴛鴦湖發電有限公司安裝建設2×1 100 MW 超超臨界燃煤間接空冷汽輪發電機組。鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產的超超臨界參數變壓直流爐，型號SG-3243/29.3-M7005，單爐膛、一次中間再熱、四角雙切圓燃燒方式、平衡通風、全鋼構架、緊身封閉布置、固態排渣、全懸吊結構Π型鍋爐。設計入爐煤收到基硫1.49%。每臺爐配一套煙氣脫硫裝置。100%BMCR 工況下，在FGD 裝置SO2脫除率不小于99.16%（SO2入口濃度≤4 172 mg/Nm3，FGD 出口SO2濃度≤35 mg/Nm3）。

該工程脫硫系統設計采用美國B&W 公司的石灰石—石膏就地強制氧化濕法脫硫工藝。脫硫吸收劑為石灰石粉（細度≤250 目，篩余小于10%），裝有成品石灰石粉的罐車通過氣力卸料方式將粉卸入石灰石粉貯倉。落料至石灰石漿液箱通過加水攪拌制成懸浮漿液，經石灰石漿液輸送泵送至吸收塔；在吸收塔內煙氣中的SO2與石灰石反應后生成亞硫酸鈣，并就地強制氧化為石膏，石膏經一、二級脫水處理后，作為副產品外售。吸收塔采用單回路噴淋塔設計，并將設置有氧化空氣管道的漿池直接布置在吸收塔下部，塔內吸收段設置五層噴淋，均為標準噴淋層，塔上部設置三級屋脊式除霧器。塔內煙氣入口上方設有兩層托盤，保證入塔煙氣均勻分布，提高吸收效率。該工藝技術經廣泛應用證明是十分成熟可靠的[1]。

石灰石濕法脫硫主要的化學反應機理為石灰石法：SO2+CaCO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O+CO2。

2 鴛鴦湖電廠百萬機組脫硫存在的問題

自2019年投產以來，鴛鴦湖二期電廠兩臺百萬機組均出現不同程度的吸收塔效率低的問題，因環保指標受限，被迫降負荷的情況時有發生，特別時在80%以上負荷運行期間，入爐煤硫份不得不限制在1.2%以下，極大地增加了燃料成本，同時還有環保超限的風險。

3 影響脫硫效率的可能因素分析

（1）控制漿液的pH值，SO2溶解過程中會產生大量的氫離子，pH高有利于氫離子的吸收，也就有利于SO2的溶解，而低的pH 則有助于CaCO3的溶解，而吸收塔反應都是在SO2、CaCO3的溶解前提下進行的，所以pH過高、過低都會降低脫硫效率[2]。

（2）漿液循環泵出力低。漿液循環泵可能存在葉輪磨損或運行臺數少的情況，造成吸收塔漿液與煙氣接觸面積減少，吸收塔效率下降。

（3）吸收塔密度高，多因高負荷為保證環保指標合格，不注意漿液的補給量而大量供漿。此時塔內漿液以碳酸鈣為主，由于脫水困難，漿液中的硫酸鈣不斷增加，過多的硫酸鈣不僅抑制SO2的溶解，還會抑制CaCO3的溶解（被硫酸鹽包裹，不能與煙氣接觸），從而降低脫硫效率；同時漿液密度長期過高，或氧化風量不足的情況下，漿液中的亞硫酸鈣很難被氧化成硫酸鈣，從而使漿液失去活性，這種情況只能通過添加石膏晶種或增加氧化風量甚至置換漿液來調整[3]。

（4）供漿量過少或后繼反應不及時且液位高，會因大量煙氣進入吸收塔造成煙氣中的SO2溶于水后形成弱酸性，從而大大抑制SO2的溶解。另外，此時的漿液多半以半水亞硫酸鈣居多會使溶液中的硫酸鈣難以形成和脫水，為保證環保指標，又大量供漿，而漿液中的半水亞硫酸鈣和不能脫水的硫酸鈣會阻止CaCO3和SO2的溶解吸收，使漿液活性大大降低，這種情況最為復雜和難以處理[4]。

（5）煙氣中的煙塵含量大或工藝水水質差油、重金屬含量大，在漿液中形成一個穩定的化合物，附著在石灰石顆粒表面，從而影響石灰石的溶解，漿液活性被破壞。

（6）另外就是吸收塔煙氣含硫份較高，石灰石粉品質差、液位高等。

4 鴛鴦湖二期電廠脫硫效率低問題確認

4.1 吸收塔漿液pH控制不當造成漿液循環泵葉輪腐蝕嚴重

2020年初期，通過檢查脫硫效率低運行期間的參數來看，吸收塔漿液密度合格，并且存在供漿量大，脫水效果極差的情況，脫硫效率惡化極快，只能通過降低機組負荷，降低入爐煤硫份來控制。而且負荷降低后，吸收塔漿液pH直線上升，吸收塔出口SO2出現長期為0 的現象，長期不用供漿。進一步檢查發現吸收塔漿液pH不在設計值范圍內，為控制機組在低負荷運行期間的出口SO2在10～35 mg/m3范圍內，運行兩臺漿液循環泵的情況下，不得不降低吸收塔pH，通過降低吸收塔PH 值來控制出口SO2在一定范圍內，pH 設計值為5.65，而通常低負荷控制4.0 左右，但是這種情況低負荷能夠滿足，在高負荷情況下，雖然增加供漿量，pH能夠上升至5.6左右，但是吸收塔效率仍然很低。檢查發現各漿液循環泵電流上升較大，且就地振動明顯，最終解體檢查發現，吸收塔漿液循環泵葉輪均存在不同程度的腐蝕現象。吸收塔漿液pH控制低，使得漿液循環泵葉輪腐蝕，漿液循環效果差，吸收塔效率低的原因找到。經過對漿液循環泵葉輪逐一更換，同時控制吸收塔漿液密度不低于5.0，長期以來，漿液循環泵葉輪未再出現腐蝕情況[5]。

4.2 吸收塔氧化風量不足

2021 年上半年，脫硫效率再次頻繁出現下降情況，因吸收塔效率低，多次降負荷運行。脫硫效率惡化期間，負荷均在800 MW以上，減負荷后吸收塔效率恢復正常，且同樣出現吸收塔出口SO2長時間為零的情況。對參數進行全面檢查：漿液循環泵5臺運行已滿出力，入爐煤硫份在1.4%，未超過設計值；吸收塔漿液化驗密度1 110 mg/m3合格（1 080～1 120 kg/m3），pH在5.6（設計5.36～5.65）合格，漿液氯離子在15 000 mg/m3，未超出標準20 000 mg/m3，石灰石供漿密度在1 350 mg/m3正常，脫水皮帶機在脫硫效率惡化時同樣伴隨脫水效果差的情況，以上參數均為發現異常。最終檢查發現氧化風量為40 000 m3/h，低于設計值46 500 m3/h，將氧化風機入口調節門進行檢修后，增大氧化風量至46 500 m3/h 以上，再次增加機組負荷，同等工況下，吸收塔脫硫效率恢復正常。究其原因為氧化風量不足，不能把生成的亞硫酸鈣氧化成石膏（CaSO4·2H2O），使得吸收塔漿液中的亞硫酸鈣不斷增加，漿液失去活性，吸收塔效率快速惡化。同時，由于吸收塔效率下降，運行人員為控制環保指標不超限，不斷增加供漿量，漿液中的硫酸鈣不斷增加，進一步加劇了吸收塔效率的下降。這也就解釋了為什么降負荷后吸收塔出口SO2長期為零的原因，減負荷后，氧化風量足夠將產生的亞硫酸鈣逐漸氧化成石膏，吸收塔漿液品質不斷好轉，同時由于前期大量供漿，吸收塔漿液存有大量碳酸鈣，導致吸收塔出口SO2長期為零，直至漿液中的碳酸鈣消耗完畢[6-7]。

4.3 吸收塔漿液密度超限

2021年下半年自11月開始，鴛鴦湖二期電廠#3、#4 機組開始持續高負荷運行。負荷加至滿負荷后，吸收塔效率便出現惡化，降低機組負荷，并進行倒漿操作，加大吸收塔漿液脫水，效果不明顯。只能將入爐煤硫份控制在1.0%以下，超過1.0%,脫硫效率立即下降。再次對參數進行全面分析：漿液循環泵5 臺運行已滿出力，入爐煤硫份在1.2%，未超過設計值；吸收塔氧化風量51 000 m3/h正常；pH在5.6（設計5.36～5.65）合格，漿液氯離子在17 000 mg/m3,未超出標準20 000 mg/m3,石灰石供漿密度在1 350 mg/m3正常，脫水皮帶機在脫硫效率惡化時同樣伴隨脫水效果差的情況，以上參數均未發現異常。最終檢查確認吸收塔漿液化驗密度1 180 mg/m3不合格（1 080～1 120 kg/m3）。降低機組負荷運行，通知維護人員對脫水皮帶機進行檢修更換濾布、更換旋流子磨損的沉沙嘴后，脫水皮帶機出力上升，漿液脫水力度增大，吸收塔漿液密度逐步下降至1 120 mg/m3，再次高負荷運行，入爐煤硫份1.49%設計值，脫硫效率良好，再未出現脫硫效率惡化的情況。究其原因，吸收塔漿液密度上升影響脫硫效率，漿液密度高時，漿液霧化效果差，煙氣與漿液接觸面減少，脫硫效率下降。同時漿液密度高，漿液中的亞硫酸氫鈣很難被氧化成硫酸鈣，漿液失去活性[8]。

5 鴛鴦湖二期電廠#3、#4機組現脫硫運行參數

圖2 為#4 機組在負荷990 MW 時吸收塔運行參數曲線。從表1、圖1、圖2可以看出，鴛鴦湖二期電廠#3、#4機組吸收塔運行效率完全在設計范圍內，只要保證吸收塔漿液密度、pH、氧化風量，則入爐煤硫份控制在設計值1.49%，可保證環保參數長期穩定運行正常。

表1 鴛鴦湖二期電廠#3、#4機組現脫硫運行參數

圖1 #3機組在負荷960MW時吸收塔運行參數曲線

圖2 #4機組在負荷990MW時吸收塔運行參數曲線

6 結語

經過近兩年鴛鴦湖電廠兩臺百萬機組出現脫硫效率低的問題，總結出影響吸收塔效率的關鍵因素有3點：吸收塔漿液pH、漿液密度、氧化風量，鴛鴦湖兩臺機組控制好這3 個因素后，至今吸收塔效率再未出現惡化情況，甚至入爐煤硫份達到1.8%，也能夠滿足環保參數要求。但是保證以上參數正常，也需要設備維護以及運行參數調整，特別是脫水皮帶機脫水能力、脫硫廢水投運情況等。在運行調整方面也要注意發生吸收塔效率下降的時候，要及時分析原因，檢查各參數是否正常，逐步排查，確認要因，然后進行解決。