煙氣調制系統的加入對脫硫系統的影響及解決方法

　　1.1設計規模

　　同煤大唐塔山發(fā)電有限責任公司2?600MW火力發(fā)電機組煙氣脫硫系統采用典型的石灰石-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(guò)破碎磨細制成吸收漿液，在吸收塔內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，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(guò)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計承建，于2008年7月以后陸續投產(chǎn)運行。截止到2011年2月的兩年半中，系統運行工況及各項運行參數始終符合設計要求，脫硫效率達到了95%以上的良好狀態(tài)，僅存在著(zhù)電廠(chǎng)改為燃用劣質(zhì)煤后，由于灰分過(guò)高經(jīng)常引起電除塵電場(chǎng)跳閘、導致脫硫系統GGH嚴重堵塞、影響機組長(cháng)周期安全運行的問(wèn)題。

　　1.3增加煙氣調制系統

　　為了適應燃用劣質(zhì)煤,能夠保持電除塵的正常運行，不使脫硫系統工況惡化，塔山電廠(chǎng)在電除塵前增加了煙氣調質(zhì)系統，來(lái)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備，當燃用灰分高的煤時(shí)，經(jīng)常會(huì )遇到粉塵高比電阻問(wèn)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(huì )抑制電暈電流的產(chǎn)生，并容易引起火花甚至反電暈，嚴重惡化電除塵器各電場(chǎng)的供電質(zhì)量，降低電暈密度。供電質(zhì)量惡化會(huì )使電除塵器工作困難，除塵效率下降，粉塵排放超標。傳統解決高比電阻的問(wèn)題是用混媒或控制電流的方法，不能從根本上解決問(wèn)題，增加煙氣調質(zhì)是在鍋爐煙氣進(jìn)入電除塵前噴入特殊的調制劑，來(lái)提高電除塵效率。

　　1.4 改變調整手段保證正常運行

　　塔山電廠(chǎng)煙氣調質(zhì)系統投入運行后，出現了石膏脫水不干含水量大的問(wèn)題，運維業(yè)務(wù)部和塔山項目部進(jìn)行了積極調整分析，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，最后采取脫硫系統拋漿重新注漿，進(jìn)行運行試驗觀(guān)察的方法，逐步認識到增加煙氣調質(zhì)系統后對脫硫系統的影響，提出和采取了相應的處理措施和方法，加大廢水外排力度，改變了傳統的運行調整手段，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的不懈努力，保證了脫硫系統的正常運行。

2．脫硫系統運行出現異?，F象

　　2.1直接現象。2011年3月21日塔山運維項目?jì)商酌摿蛳到y相繼出現了石膏脫水效果較差的現象，石膏從皮帶機下料口落至石膏庫大量游離水析出，導致石膏庫內積水較多，由于石膏品質(zhì)過(guò)差，拉運過(guò)程中需要拌入大量的粉煤灰，給運輸帶來(lái)極大不便，同時(shí)對石膏庫周?chē)沫h(huán)境污染嚴重。

　　2.2運行參數反應。由于本次出現的情況在以往的運行過(guò)程中未曾遇到，且兩套系統的PH和效率均正常，主要的問(wèn)題在于石膏漿液經(jīng)石膏旋流器底流至皮帶脫水機后，石膏濾餅出現大面積裂縫，導致真空度大量泄漏，正常運行真空度維持在-40- -60KPa，濾餅出現裂縫時(shí)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(gè)側面反應，同時(shí)石膏作為脫硫系統的標志性產(chǎn)物，品質(zhì)越差直接反映系統的運行情況（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，脫硫效率相應下降，而本次出現的問(wèn)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，含水量嚴重超標）給調整工作帶來(lái)很大不便，此問(wèn)題維持了近3個(gè)月。

3．異?，F象的運行分析及處理措施

　　為了解決石膏脫水的問(wèn)題，我們一方面從形成石膏化學(xué)反應過(guò)程上尋找原因，一方面從設備上尋找原因。

　　3.1改善影響石膏化學(xué)反應的因素：

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

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

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

　　3.2檢查設備出力是否符合設計要求。

　　1檢查石膏脫水皮帶機的真空度，現場(chǎng)用塑料布鋪滿(mǎn)濾餅皮帶機的真空度能上升至-40KPa左右，確認系統真空無(wú)泄漏，可以排除皮帶機的問(wèn)題。

　　2聯(lián)系石膏脫水皮帶機制造廠(chǎng)家到現場(chǎng)檢查皮帶機和石膏旋流器均未發(fā)現問(wèn)題。

　　3.3系統拋漿重新啟動(dòng)進(jìn)行試驗觀(guān)察

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

　　為了找出問(wèn)題的焦點(diǎn)徹底排除離子的干擾，我們決定首先對#2脫硫系統進(jìn)行拋漿處理，檢查吸收塔內部設備，重新對系統進(jìn)水、進(jìn)漿、加石膏晶種，建立系統新的平衡。

　　2011年5月19日至2011年5月23日申請停運#2脫硫系統對#2系統進(jìn)行了拋漿處理，系統停運后進(jìn)行檢查，打開(kāi)除霧器人孔門(mén)看到一級除霧器堵塞比往常嚴重很多，打開(kāi)吸收塔人孔門(mén)看到塔內漿液沉積很是嚴重，石膏黏度相當大。5月23日對系統進(jìn)水、進(jìn)石灰石漿液、加入80噸石膏晶種后重新啟動(dòng)系統，啟動(dòng)系統后8小時(shí)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脫硫系統密度上升至1160Kg/m3,啟動(dòng)脫水系統石膏品質(zhì)很好，28、29日均正常，30日早#2脫硫系統石膏脫水恢復到以前的情況，濾餅裂縫嚴重，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脫硫系統進(jìn)行了拋漿處理，開(kāi)啟除霧器和吸收塔人孔門(mén)檢查看到的情況和#2系統一樣。向#1塔注漿時(shí)，為了節省水和降低事故漿液箱的液位我們將#2系統和事故漿液箱的部分漿液返至#1塔，系統整套啟動(dòng)后發(fā)現漿液沉淀很慢，啟動(dòng)脫水系統后濾餅裂縫嚴重，真空度降至-30KPa。

　　通過(guò)對兩套脫硫系統拋漿重新建立平衡可以看出，設備本身不存在問(wèn)題，短期能使兩套系統漿液出現同樣問(wèn)題的因素歸根到底必然是兩套系統所共用的三個(gè)方面：煙氣、水、石灰石。

4. 確立脫硫系統正確的調整思路及過(guò)程

　　4.1 #1脫硫系統調整經(jīng)過(guò)

　　建立在兩套系統拋漿重新建立平衡可以使石膏脫干的基礎上，通過(guò)對前期脫硫系統運行的對比和目前存在的問(wèn)題分析，我們認為短期內離子的富集不可能導致漿液很快產(chǎn)生問(wèn)題，必然是一種物質(zhì)直接參與了化學(xué)反應，對#2系統的化驗數據進(jìn)行了分析，拋漿后7天內的化驗數據均正常，只有Mg2 從最初的700mg/L，5天內上升至3000mg/L,考慮到目前煙氣成分變化新增加進(jìn)入脫硫系統的化學(xué)物質(zhì)就SO3一種，很快將此問(wèn)題和前面煙氣調制產(chǎn)生的SO3聯(lián)系在了一起，為了驗證問(wèn)題存在的可能性，2011年5月30日下午我們申請#1煙氣調制系統退出運行，將#2煙氣調制的硫磺量減為一半，利用化驗室現有的化驗條件，我們對#1脫硫系統的Mg2 進(jìn)行跟蹤化驗，利用外排廢水和外排漿液將Mg2 降至1500mg/L時(shí)#1脫硫系統石膏恢復正常，隨后我們試著(zhù)將Mg2 含量試著(zhù)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系統基本正常。

　　4.2 #2脫硫系統調整經(jīng)過(guò)

　　由于#2煙氣調制一直未能退出運行，且二期場(chǎng)地不足不能外排漿液，#2脫硫系統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(guān)，6月27日#2脫硫系統進(jìn)行離線(xiàn)沖洗，計劃利用此次機會(huì )將Mg2 降至1500mg/L以下。2011年6月27日至2011年6月30日由于#2GGH和除霧器堵塞嚴重，#2脫硫系統停運沖洗，此時(shí)旁路全開(kāi)（等于將煙氣調制中的SO3排除）利用此次機會(huì )加大漿液外排最終將#2脫硫系統的Mg2 降至1500mg/L以下，2011年7月3日#2脫硫系統第一次脫水石膏脫干。

　　至此兩套脫硫系統經(jīng)過(guò)近三個(gè)月的調整，兩套全部恢復正常！

5.結論

　　5.1通過(guò)對兩套系統拋漿重新建立系統內平衡來(lái)看造成石膏品質(zhì)差的問(wèn)題歸結于兩套系統的共同原料：水、煙氣、石灰石。

　　5.2作為煙氣調制和脫硫系統兩個(gè)系統來(lái)講，單獨的運行都不存在任何問(wèn)題，前期脫硫系統石灰石含量較低，Mg2 含量高于目前很多，且大量的補工業(yè)廢水，系統內Mg2 維持在5000mg/L左右，依然運行正常，但兩個(gè)系統共同運行后就出現了石膏脫不干的現象。

　　5.3通過(guò)對2脫硫系統調整經(jīng)過(guò)的分析，可以看出：一旦系統建立平衡（#1脫硫系統）石膏結晶正常，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排出整個(gè)脫硫系統，一部分鎂離子通過(guò)事故漿液箱外排，這是#1脫硫系統Mg2 基本能維持在1500mg/L以下運行的根本原因；#2脫硫系統石膏晶體遲遲不能長(cháng)大，導致石膏濾餅裂縫嚴重，且由于事故漿液箱不能外排漿液降低鎂離子，導致#2系統Mg2 遲遲不能降至1500mg/L以下，系統主平衡一直未建立。

　　5.4通過(guò)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”現象，該“霜”經(jīng)過(guò)化學(xué)分析，其中含MgO，CaO，SO3，x-衍射測出主要物相是當MgSO4?4H2O，也就說(shuō)當系統中MgO，CaO，SO3大量存在時(shí)，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)，可從制品內部析到表面，當遇到空氣中濕度較大時(shí)，吸潮而成鎂鹽。

　　同時(shí)，鎂離子在結晶過(guò)程中也是一種晶體污染物，它將顯著(zhù)地降低副產(chǎn)物地結晶性能。硫酸鎂會(huì )影響石膏的純度，同時(shí)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(cháng)期很差的原因是SO3隨煙氣源源不斷的進(jìn)入脫硫系統，直接與脫硫系統中的Mg2 （Mg2 主要來(lái)源為原料石灰石和工藝水）反應生成MgSO4?nH2O結晶，此結晶直接對CaSO4?2H2O結晶產(chǎn)生影響，抑制其結晶的生成。

　　從化學(xué)反應的角度和實(shí)際運行調整的過(guò)程來(lái)分析，過(guò)量的SO3和過(guò)量的Mg2 生成大量的MgSO4?nH2O結晶，對系統的影響是致命的，一旦大量的MgSO4?nH2O結晶生成，石膏品質(zhì)瞬間發(fā)生變化。試驗過(guò)程中我們試著(zhù)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為系統的零界點(diǎn)，一旦系統內Mg2 》1500mg/L，石膏就會(huì )脫不干。

　　從化學(xué)反應來(lái)講，運行正常后我們對于SO3一塊未作定量要求，只是把系統內Mg2 維持在了1500mg/L左右，即SO3持續過(guò)量而Mg2 定量維持在1500mg/L左右，故生成的MgSO4?4H2O結晶的量是一定的，且降到了最低，不會(huì )明顯影響主反應CaSO4?2H2O結晶的生成。

6.后期運行存在的問(wèn)題及建議

　　6.1外排場(chǎng)地必須考慮

　　從目前#1脫硫系統的運行情況來(lái)看Mg2 維持在1500mg/L左右，濾餅裂縫依然存在不過(guò)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(shuō)目前的運行狀況Mg2 必須維持在1500mg/L左右。但對整個(gè)脫硫系統來(lái)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內消化，一旦石膏出現問(wèn)題（Mg2 ≥1500mg/L)必須大量外排漿液來(lái)處理此問(wèn)題，外排場(chǎng)地必須考慮。

　　6.2慎重選擇補充水源

　　在整個(gè)脫硫系統中Mg2 的來(lái)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，所以從目前系統運行情況來(lái)看工業(yè)廢水應該少用或者不用。

　　6.3需重新核定Mg2 和SO3最大含量

　　從目前的情況來(lái)看我們只對脫硫系統內的Mg2 進(jìn)行了定量，而未對SO3做定量試驗，由于局限于化驗設備和化驗手段，僅僅是從運行現象上分析認識，來(lái)把握兩者的關(guān)系，最終還需要從化學(xué)反應平衡角度做進(jìn)一步實(shí)驗，掌握準確的數據，才能全面認識石膏含水量大的機理。
　　注：本文僅是運行經(jīng)驗的總結，因受技術(shù)條件限制，只是從脫硫表面現象上進(jìn)行總結分析，其中反應因素的內在機理還需要進(jìn)一步用科學(xué)手段驗證。