300MW机组脱硫效率低的原因分析及解决方案

刘伟,高辉,张南

(辽宁华电铁岭发电有限公司,辽宁铁岭 112000)

辽宁华电铁岭发电有限公司现有4台装机容量为300MW的亚临界汽轮发电机组和2台容量为600MW的超超临界汽轮发电机组,其中,4台300 MW机组在建设时并没有配相应的脱硫设备。2007年,对#3、#4机组烟气系统进行了脱硫改造,于2008年正式投入运行。

2008年12月,机组脱硫效率由95%以上降至90%以下,反复调整也不见成效。因此,需要对整个脱硫系统进行全面检查和原因分析。

1 脱硫原理

脱硫用的石灰石原料经磨机磨碎后,与适量的水配成石灰石浆液进入吸收塔内。在循环水泵的作用下,吸收塔浆液从塔顶喷淋而下,与上升的烟气中的SO2发生反应。

SO2的吸收

在吸收塔的石膏浓度达到要求后,由石膏排除泵输送到旋风分离器,最后到脱水皮带进行脱水即得石膏成品。

2 影响脱硫效率的因素及原因分析

在确定仪表读数准确的情况下,有以下7个可能的原因。

(1)入口烟气中含尘量大,脱硫效率降低。烟气脱硫FGD(FlueGasDesulfurization)入口烟尘增加,会降低脱硫效率。烟尘中HF进入脱硫塔后溶于水,CaCO3中Ca2+与F-发生反应生成CaF2;同时,飞灰中Al3+溶解进脱硫塔内的浆液中,生成AlFn。这些AlFn多核络合物阻碍钙的离子化,使得与SO2的吸收反应无法进行,即使投入等摩尔的CaCO3,也无法与SO2反应,从而导致钙的供给量不足,脱硫浆液pH值降低。此外,粉尘进入吸收塔浆液系统,增加了设备的磨损,使石膏的品质大大下降。

(2)石灰石含量及活性对脱硫效率的影响。CaCO3的含量越高,其活性越好。设计石灰石中CaCO3的质量分数要求高于90%,即CaO的质量分数为50%以上。

(3)石灰石粒径对脱硫效率的影响。石灰石粒径越小,比表面积越大,液-固接触越充分,从而更能有效降低液相阻力,石灰石活性就越好。

(4)温度对脱硫效率的影响。根据化学反应动力学的观点,温度升高时,分子运动加强,化学反应速率升高,因此,石灰石浆液温度升高时石灰石的溶解率也提高。冬季温度低,烟温也较低,对脱硫率有一定影响。

(5)吸收塔部分喷淋管道及喷嘴被鳞片碎片堵塞。部分喷嘴无喷淋浆液,烟气和浆液不能充分接触,造成烟气逃逸,脱硫效率下降。

(6)吸收塔内浆液含固量偏低。吸收塔内浆液含固量的设计值为15%,控制范围为13%～17%,目前,实验室化学分析结果为8%左右;另外,石膏旋流器底流含固量设计值为50%左右,化学分析结果为30%左右,到现场取样,目测明显低于50%。

(7)各种离子质量浓度对脱硫效率的影响。

1)SO2-3影响。当SO2-3质量浓度超过一定值时,CaCO3在石灰石表面的溶解度下降,造成“石灰石屏蔽现象”。另外,SO2-3质量浓度过大会抑制SO2的气相扩散,影响脱硫效率。

2)Cl-影响。Cl-主要来源为燃煤中的氯,辽宁华电铁岭发电有限公司工艺水中Cl-质量浓度偏高,表1为工业水、灰回水的化学分析结果。

表1 工业水、灰回水试验数据

Cl-对石灰石的消溶特性有明显的抑制作用。当溶液中含有Cl-时,Cl-与Ca2+生成CaCl2,溶解CaCl2浓度增加,同离子效应导致液相的离子强度增大,抑制H+的扩散,从而阻止了石灰石消溶反应。此外,Cl-的存在也会造成强烈的腐蚀性。

3)F-影响。浆液中F-质量浓度对石灰石的消溶特性有抑制作用。

3 解决措施

(1)降低烟气中的含尘量。烟气中含尘量高是电除尘设备异常引起的,就检测的数据来看,设计烟气中粉尘质量浓度为200mg/m3,实际质量浓度为270mg/m3左右,超标近50%,严重超出设计范围。在条件允许的情况下,对电除尘设备进行检修,以保证除尘效率。

(2)严格控制石灰石质量。辽宁华电铁岭发电有限公司石灰石样品中CaO的质量分数为51%～52%,从化验结果看,其质量满足要求,从#5、#6机组脱硫运行情况看,也能满足要求。

(3)严格控制石灰石成品浆液的筛分细度。脱硫设计要求石灰石浆液粒径不大于0.044mm(筛分细度要求90%通过325目筛子,化验结果为85%～90%)。

从石灰石浆液泵运行情况分析来看,石灰石浆液泵均发生过被树根、大的石灰石颗粒和其他杂质堵塞的情况,造成该泵不能正常运行,泵运行时能听到大的颗粒撞击管道声造成出口门卡坏内漏。在检修时,应彻底检查制浆系统,找到系统溜料的原因。

(4)清理喷淋管道及喷嘴。在脱硫系统停运期间,可打开吸收塔对其喷嘴进行检查。

(5)提高吸收塔浆液的含固量。

(6)消除有害离子影响。由于除氯离子之外的其他离子和原料及脱硫工艺有关,所以,要降低氯离子的质量浓度可先把工艺水由灰回水换成工业水再观察效果。

4 处理后的效果

在#3机组脱硫系统停运期间,打开吸收塔并开启浆液循环泵观察喷嘴的喷淋情况。辽宁华电铁岭发电有限公司脱硫系统吸收塔为3层喷淋层,每层108个喷嘴。#3机组吸收塔共有70个喷嘴堵塞,其原因是吸收塔入口处原烟道(干湿界面)防腐鳞片脱落。烟道防腐鳞片脱落情况如图1所示,脱落的防腐鳞片如图2所示,被防腐鳞片堵住的喷嘴如图3所示。

#3机组脱硫效率在处理前为85%～88%,在处理完喷嘴后,达89%～93%。

5 结束语

影响脱硫效率的因素很多,该案例主要是因为吸收塔喷嘴被堵住而导致脱硫效率降低,在对其他因素采取相应的措施以后,脱硫效率还会进一步上升。

[1]曾庭华,杨华,廖永进,等.湿法烟气脱硫系统的调试、试验及运行[M].北京:中国电力出版社,2008.

[2]卢飚.浅析电厂烟气湿法脱硫技术问题及脱硫效率[J].中国电力教育,2008(s1):296-298.