1、石灰石石膏法煙氣脫硫工藝設計常見問題分析 1前言煙氣脫硫是控制火電廠SO2污染的重要措施，隨著近年來我國經濟的飛速發展，電力供應不足的矛盾日益突出，國家在積極建設電廠的同時充分注意火電廠煙氣排放帶來的嚴重環境污染問題，相繼制訂了火電廠相關政策法規、積極推動火電廠安裝煙氣脫硫設施，如2000年9月1日開始實施的新中華人民共和國大氣污染防治法第30條規定：“新建或擴建排放二氧化硫的火電廠和其他大中型企業超過規定的污染物排放標準或者總量控制指標的，必須建設配套脫硫。除塵裝置或者采取其他控制二氧化硫排放、除塵的措施。在酸雨控制區和二氧化硫污染控制區內，屬于已建企業超過規定的污染物排放標準排放大氣污染物

2、的，依照本法第四十八條的規定限期治理。”據相關研究表明1在目前國內外開發出的上百種脫硫技術中，石灰石石膏法煙氣脫硫是我國火電廠大中型機組煙氣脫硫改造的首選方案。隨著重慶珞璜電廠引進日本三菱重工的兩套濕式石灰石石膏法煙氣脫硫技術和設備，國華北京熱電廠半山電廠和太原第一熱電廠等都相繼采用了石灰石石膏法脫硫。該法脫硫率高，運行工況穩定，為當地帶來了良好的環境經濟效應。在這些運行經驗基礎上其它火電廠也加快了脫硫工程改造步伐，石灰石石膏法脫硫工藝往往成了大多數電廠的脫硫首選方案。石灰石石膏法煙氣脫硫工藝系統盡管優點多，但系統復雜，在系統設計方面要充分進行優化選擇，考慮設計參數寬裕度以及對鍋爐本體影響等問

3、題，往往由于設計不完善為后期系統的調試運行加大難度或達不到設計效果。本文就是針對在石灰石石膏脫硫系統設計中常見問題進行分析，為脫硫系統的設計人員提供一定的技術參考。2.石灰石石膏法脫硫工藝中常見問題以及相應措施2.1石灰石石膏法脫硫工藝簡介圖給出了石灰石石膏法脫硫流程示意圖。主要包括原料輸送系統、吸收劑漿液配制系統、煙氣系統、SO2吸收系統、石膏脫水及貯存和石膏拋棄系統。從鍋爐引風機引出的煙氣全部進入FGD系統，首先通過氣氣熱交換器(MGGH)對未脫硫煙氣進行降溫，再進入吸收塔進行脫硫反應，完成脫硫后的凈化煙氣經溢流槽及兩級除霧后，再通過MGGH熱交換器的煙氣吸熱側，被重新加熱到88以上經煙囪

4、排出。2.2常見問題分析2.2.1 吸收系統吸收系統是脫硫工藝的核心部分。由于設計人員要綜合考慮脫硫效率和脫硫系統經濟性能以及運行維護量的問題，吸收塔的選擇成了設計的核心問題。目前該脫硫系統吸收塔的型式主要有四種，結構型式見圖25。不同的吸收塔有不同的吸收區設計，其中柵格式吸收塔由于系統阻力大柵格宜堵和宜結垢等問題逐漸被淘汰；鼓泡式吸收塔也由于系統阻力大脫硫率相對偏低等問題應用較少；噴淋式吸收塔由于脫硫效率能達到95以上，系統阻力小，目前應用較多，但該塔噴嘴磨損大且宜堵塞，需要定期檢修，為系統的正常運行帶來一定的影響，目前設計人員對噴嘴進行了技術改進，系統維護量相對降低；對于液柱塔由于其脫硫率

5、高，系統阻力小，能有效防止噴嘴堵塞、結垢問題，應用前景廣闊。因此在吸收塔的設計選擇上應綜合考慮廠方的要求和經濟性，液柱塔是首選方案，其次是噴淋塔。目前國內電廠在脫硫系統中核心設備上均采用進口設備，特別是吸收塔，由于技術含量比較高，因此基本上都采用進口設備。因此設計人員主要的工作要重點把握吸裝置的技術指標和相應要求的技術參數。如：珞璜電廠于1988年引進了日本三菱重工濕式石灰石石膏法煙氣脫硫裝置，配360MW凝汽式發電機組2。表1 日本三菱重工濕式石灰石石膏FGD裝置技術指標參數煤種含硫量脫硫率鈣硫比進口煙溫出口煙溫水霧含量吸收塔煙氣流速停留時間指標5%95%1.11.21429030mg/m3

6、9.3m/s3.3s2.2.2 煙氣及再熱器系統 煙氣再熱器系統在脫硫工藝中占很重要的位置，在煙氣系統和再熱器系統設計上存在的常見問題較多，據經驗表明設計中應注意的主要問題總結如下：（1）FGD入口SO2濃度。很多進行脫硫改造的電廠往往都會對來煤品質進行一定的調整，有些電廠會采用低硫份煤和高硫份煤摻燒的方案，由于混煤不均勻，入爐硫含量變化快，鍋爐燃燒排放出的SO2濃度波動較大，在FGD入口SO2濃度變化頻率大而FGD運行慣性大，一旦系統進入自動運行狀態，系統脫硫率波動大；同時由于SO2濃度變化大，在一定的工況周期內吸收塔內PH值不能滿足要求（一般要求為5.56.5），系統脫硫率達不到設計要求。

7、因此在脫硫系統設計時應對電廠提出保證混煤均勻的要求或方案。（2）FGD入口煙塵濃度。為了脫硫系統的穩定運行，在FGD入口應設計安裝煙塵濃度檢測裝置。主要原因是考慮到除塵器在達不到設計效率時，往往煙塵濃度過高，會嚴重影響到脫硫系統的正常運行。因此設計時人員應對廠家提出該投資建議。（3）旁路擋板和進出口擋板的設計。FGD系統啟停時煙氣在旁路和主煙道間切換，在實際煙道設計時一般兩路煙道阻力不同，此時對鍋爐的負壓會產生一定的影響。如果兩路阻力壓力相差懸殊，在FGD系統啟停時鍋爐的負壓會出現較大的波動。如果燃用劣質煤，在較短的時間內鍋爐運行人員難以迅速調整，有可能造成熄火。因此在旁路擋板的設計應充分考慮

8、擋板切換的時間值。設計的關鍵在于選擇合適的彈簧，一般經驗值旁路擋板通過預拉彈簧打開時間應大于2.53。另外在進出口擋板設計上要考慮FGD系統停運時由于擋板有間隙存在，加上進出口煙道阻力不同，在一般設計中停運采用集中供應密封風，往往造成煙氣滲透，有可能出現熱煙氣漏入FGD系統，造成系統腐蝕，影響系統壽命。所以設計停運密封風時應對進出口擋板單獨配備一臺風機。（4）煙氣換熱器GGH選擇。脫硫系統中，設置GGH的目的：一是降低進入脫硫塔的煙氣溫度到100以下，保護塔及塔內防腐內襯；二是使脫硫塔出口煙氣溫度升至80以上，減少煙氣對煙道及煙囪的腐蝕。經驗表明脫硫系統自動時出口煙溫一般都達不到實際的出口煙溫

9、，為了減小因出口煙溫低對下游的腐蝕，因此在設計出口煙溫時應考慮510的寬裕度。在考慮是否設置GGH存在兩種觀點：一種認為不上GGH能節約初投資，可以從腐蝕材料上解決腐蝕問題；一種認為不上GGH節約的初投資，不足以補償為解決防腐問題而花在防腐上的投資。不裝GGH，低溫排放的優點是簡化系統，減少GGH所需投資；缺點是吸收塔后至煙囪出口均要處于嚴重腐蝕區域內，煙道與煙囪內襯投資很高；與此同時，煙囪出口熱升力減小，常冒白煙，不裝GGH，部分煙氣（1550%）不進吸收塔，通過旁路煙道與處理后的煙氣混合，從而使其排煙溫度上升，這僅適用于要求脫硫效率不高的工程如黃島、珞璜二期等工程。因此對于要求高脫硫率的工

10、程一般都設GGH。目前脫硫裝置煙氣再熱系統一般采用回轉式、管式、蒸汽加熱等幾種方式。采用蒸汽加熱器投資省但能耗大，運行費用很高，采用此方式需作慎重考慮，目前在國內應用較少。國外脫硫裝置中回轉式換熱器應用較多，這是因為國外回轉式投資比管式低，在國內，運用于脫硫裝置的回轉式換熱器生產廠較少，且均使用國外專利商技術，所以回轉式價格比管式略高。回轉式換熱器有3%左右的泄露率，即有3%的未脫硫煙氣泄露到已脫硫的煙氣中，這將要求更高的吸收脫硫效率，使整個系統運行費用提高。管式換熱則器設備龐大，電耗大。 因此在脫硫系統設計過程中應根據設計脫硫率鍋爐尾部煙氣量尾部煙道材料以及脫硫預留場地等情況進行方案，選出最

11、合理的方案。 2.2.3 吸收劑漿液配制系統在脫硫工藝方案選擇時一般對石灰石來源和品質都應做過調查，石灰石來源應充足，能保證脫系統長期運行的供應量，一般考慮15年左右的設計年限，設計人員可根據電廠的實際情況進行調整。但石灰石品質一定要能達到品質要求（見表2）。石灰石品質不高，雜質較多，會經常造成閥門堵塞和損壞，嚴重時會造成脫硫塔的管道堵塞，特別易造成噴嘴堵塞損壞，影響脫硫系統的正常運行。在制漿系統石灰石粉送入前應保證得到良好的空氣干燥，以防送粉管道堵塞，同時對整個送粉管道應設計流暢，減少閥門和連接部件，特別是漿液管的溢流管應根據系統設計良好的密封風以防止石灰石的外漏，對制漿車間和廠區造成二次污

12、染。表2 石灰石質量指標參數CaOMgO細度要求R325酸不溶物鐵鋁氧化物指標>52%2%5%1%2%2.2.4 石膏脫水及貯存和石膏拋棄系統該系統中最大的問題主要是由于石膏的黏性附著，經常使水力旋轉器漏斗堵塞，導致脫水系統停運。因此在漏斗底部可以設計工藝水供應管道周期進行清洗，或者提出方案建議工作人員定期進行人工清洗。煙氣脫硫后的石膏一部分通過拋棄泵將石膏漿液輸送到電廠的灰渣池內，設計輸送管道時應充分考慮石膏的特性，盡量考慮輸送管道縮短或者在管道中設計易拆卸法蘭為今后的檢修帶來方便。有的電廠如湘潭電廠由于脫硫副產品有很好的銷售市場，能帶來一定的經濟效應。因此應考慮合理的方案提高石膏的品

13、質。一般提高石膏品質途徑包括：提高石灰石的品質；提高脫硫率；提高除塵器的除塵效率；強化氧化系統以及定期清洗。相關研究表明3，石膏的生成速率將隨著脫硫效率的提高而增大，并且其質量也將隨著脫硫效率的提高而得到改善。 在對SO2的吸收過程中，吸收塔的設計、煙氣溫度的合理選取、脫硫劑的選用及用量等因素都將影響脫硫效率，從而影響到石膏的質量。吸收塔的合理設計應當能夠提供合理的液氣比、減小液滴直徑，增加傳質表面積，延長煙氣與脫硫劑的接觸時間，有利于脫硫效率的提高，有利于脫硫反應的完全。較高的煙氣溫度，不僅能提高脫硫效率，而且能使漿池內溫度升高，提高亞硫酸鈣的氧化速率。吸收劑的化學當量對脫硫過程有直接的影響

14、，吸收時所用石灰石濃度與數量影響到反應速度，有資料表明，在考慮到經濟性問題以及化學當量與脫硫的關系等因素后，一般使用化學當量為1.2的吸收劑5。脫硫劑將很大程度上決定生成石膏的質量。當石灰石質量不高、粒度不合理時，生成石膏中的雜質也將隨之增多，從而影響石膏的質量和使用。有資料表明，石灰石中的惰性成分如石英砂會造成磨損，陶土礦物質會影響石膏漿的脫水性能5。另外，石灰石在酸內溶解后會殘留一種不溶解的礦渣，其對石膏的質量有不利的影響。因此，應當盡可能提高石灰石的純度并采用合理的粉細度。煙氣中的雜質，如飛灰、粉焦、煙怠、焦碳等，雖然經過脫硫裝置的洗滌后，會有一部分沉淀下來，但還會有一部分進入漿池內，影

15、響到石膏的質量。而且，這些雜質的存在也會對脫硫裝置本身的安全運行帶來一定危害。因此，應當努力提高除塵裝置的除塵效果，當煙氣內雜質過高，對脫硫裝置產生危害時，應果斷地旁路脫硫裝置。定期清洗脫硫塔底部、漿池及管道，避免殘存的雜質對石膏質量的影響。對石膏脫水設備（如離心式分離器及帶式脫水機等）也應進行定期的清洗，保證設備的安全運行和效率。Hjuler和Dam-Johansen在1994年曾有試驗報道發現在亞硫酸鹽的氧化過程中會有SO2放出4,同時在反應過程中會出現未完全氧化的亞硫酸氫鈣。為了保證生成石膏過程中實現充分反應，驅逐反應生成的SO2，并將未完全反應的亞硫酸氫鈣氧化為硫酸鈣，須增設一套氧化系

16、統，一般可采用漿池中鼓風的措施。2.2.5 供水系統脫硫系統的工藝供水一般有兩種方案，一種工藝供水來源于鍋爐機組的工業水。由于脫硫系統供水成周期性，會使機組設備的冷卻水壓力降低和波動，造成送引風機、排粉風機、磨煤機等設備的軸承冷卻效果變差，并引起電廠工業用水緊張。因此該種供水方案前提是鍋爐機組工業水的寬裕度較大。另一種方案脫硫工藝設計單獨的供水系統，一般在新電廠脫硫系統的設計中應用較多，對于老廠改造應根據實際情況進行優化設計。2.2.6 其它腐蝕問題是濕法脫硫中常見問題。石灰石石膏法脫硫系統中造成腐蝕的因素主要有煙氣中硫化物氯化物煙溫以及由于石灰漿黏性附著對管道的堵塞等。因此在設計中應考慮防腐

17、措施。煙氣脫硫系統的防腐措施很多，如用合金材料制造設備和管道、使用襯里材料、用玻璃纖維增強熱固性能樹脂、采用旁路熱煙氣調節等，究竟采取什么措施，需依燃煤成分、所采用的煙氣脫硫系統類型及經濟狀況而定。結垢和堵塞是濕法脫硫工藝中最嚴重的問題，可造成吸收塔、氧化槽、管道、噴嘴、除霧器甚至換熱器結石膏垢。嚴重的結垢將會造成壓損增大，設備堵塞，因此結垢是目前造成設備停運的重要原因之一。結垢主要包括以下幾種類型：碳酸鹽結垢、亞硫酸鹽結垢、硫酸鹽結垢。大量運行經驗表明3，前兩種結垢通常可以通過將pH值保持在9以下而得到很好的控制。在實際運行中，由于pH值較低，且在漿液到達反應槽過程中亞硫酸鹽達到一個較高的過飽和度，從而在石灰石/石灰系統中亞硫酸鹽結晶現象難以發生，因此很少發生亞硫酸鹽的結垢現象。然而對于硫酸鹽而言，其結垢現象是難以得到有效控制的。防止硫酸鹽結垢的方法是使大量的石膏進行反復循環從而使得沉積發生在晶體表面而不是在塔內表面上。5%的石膏濃度就足以達到這個目的。為達到所需的5%石膏濃度其中一個辦法就是采取控制氧化措施。當氧化率為15%95%，鈣的