火电厂湿法脱硫性能指标及其测试技术的研究

易玉萍，张文杰，周道斌，李军状

(国电环境保护研究院，江苏南京 210031)

火电厂湿法脱硫性能指标及其测试技术的研究

易玉萍，张文杰，周道斌，李军状

(国电环境保护研究院，江苏南京 210031)

随着我国火电厂湿法烟气脱硫装置的大量投运，为保证脱硫系统的可靠、稳定运行，对脱硫系统应进行性能检测以评价脱硫系统是否满足设计要求，并且对投运后环境指标和经济指标的实现情况进行评价，为火电厂的环境管理、脱硫工程的技术监督管理及SO2减排量提供技术依据。

脱硫系统;性能检测;环境指标;经济指标

1 燃煤电厂烟气脱硫的现状

2010年底我国发电装机容量达到9.5亿kW左右，其中火电为7亿kW，约占73.68%。据统计，截至2010年底，我国80%以上的火电厂均安装了脱硫装置。我国完成了“十一五”SO2减排指标，大幅度削减SO2排放总量，同时严格控制NOx排放增长。到2020年，消除重度酸沉降区域，酸雨区受到损害的生态环境将逐步恢复。

2007年上半年，我国SO2排放总量1263万t，同比下降了0.88%，初步扭转了SO2排放量近年来连续上升的势头，首次实现了主要污染物排放量双下降，COD和SO2排放量比上年分别下降3.14%和4.66%;2008年上半年，COD和SO2排放量继续双下降，同比分别下降3.96%和2.48%;2009年，SO2排放总量2214万t，比2008年下降了4.60%。脱硫系统的正常运行对降低SO2排放具有重要的意义。

目前，脱硫技术主要有钙法、钠法、镁法、锰法、氨法、炭法、海水法、生物法、等离子法。石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术具有脱硫效率高，设备运行稳定，可利用率高，副产物可综合利用等优点，在火电厂得到广泛应用，全国在建的大型机组其配套脱硫系统主要为钙法脱硫工艺。

2 脱硫系统性能指标及检测方法

2.1 性能指标

脱硫系统性能主要是指环境指标和经济指标。其中，环境指标包括脱硫效率、SO2质量浓度、烟尘质量浓度、烟气温度、石膏品质、脱硫废水水质等;经济指标包括水耗、电耗、石灰石/石灰耗量等。

2.2 检测方法

2.2.1 脱硫效率及SO2质量浓度

由于脱硫系统出口烟气中的SO2浓度比较小，烟气中的水分对SO2有吸附作用，所以对SO2检测仪器的精度要求比较高。在检测SO2浓度时，要求对烟气进行全程伴热，采用紫外分析方法，其SO2最低检测限要求低于3.7mg/m3，保证数据的准确性。

2.2.2 烟尘排放浓度、烟气流量及烟气温度

为了降低工程造价或由于电厂场地限制置，脱硫系统进、出口烟道设置较短，烟气参数检测孔的位置无法满足标准《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB 16157－1996)的要求，且烟尘、烟气流量、烟气温度等分布具有不均匀性，采样时必需采用网格法，多点布置，增加采样时间，以保证采样的重现性和准确性。

2.2.3 石灰石消耗量、工艺水耗及电耗

石灰石消耗量的检测除通过石灰石加浆流量计计量外，还应该通过检测原烟气中的SO2质量浓度、O2体积分数和烟气参数，石灰石和石膏样品质，依据钙硫比和脱硫效率计算石灰石的耗量。

进入脱硫系统总的工艺水源补充量即工艺水消耗量。工艺水消耗是间断不连续的，其消耗应平摊至24h;也可以在工艺水出水管道上安装超声波流量计，由流量计直接计量出工艺水的流量。

脱硫系统设备的电能消耗总和即是总电耗。统计时应连续进行测量，因为部分公用设备是间歇式工作的(如湿磨系统、真空皮带脱水系统、石灰石输送系统等)，其电耗应平摊至24h。

2.2.4 石膏品质

在石灰石—石膏湿法脱硫系统运行过程中，分析石膏的品质，对系统的正常运行起着监控作用，也为生产出高品质、具有商业应用价值的石膏提供依据。石膏品质指标如下:

(1)纯度。在石膏样品的溶解过程中应加入过氧化氢将其中的亚硫酸盐氧化为硫酸盐，用阳离子树脂去除样品中的阳离子，以偶氮胂Ⅲ为指示剂，用氯化钡标准溶液滴定，根据氯化钡标准溶液的浓度和体积计算出硫酸盐的含量，从而换算出石膏的纯度。石膏的纯度是评价石膏品质的首要指标，石膏的纯度一般要求在90%～95%之间。

(2)亚硫酸盐含量。在酸性条件下，亚硫酸盐被碘氧化为硫酸盐，过量的碘用硫代硫酸钠标准溶液滴定，根据硫代硫酸钠标准溶液的浓度和体积可以计算出石膏中亚硫酸盐的质量分数。由于CaSO3·1/2H2O在水中的溶解度只有0.0043g，极易达到饱和而结晶，在塔壁和管道内部形成垢层，造成设备堵塞而使系统无法正常运行。所以控制吸收塔内浆液的pH值，使CaSO3·1/2H2O的含量维持在正常水平尤为关键。石膏中CaSO3·1/2H2O的最理想指标为≤0.5%。

(3)碳酸钙含量。在石膏样品中加入过量的盐酸溶液以分解样品中的碳酸盐，在加入盐酸之前，加入过氧化氢用以氧化样品中的亚硫酸盐，避免分解亚硫酸盐而增加盐酸的消耗量。过量的盐酸通过氢氧化钠标准溶液进行滴定，根据氢氧化钠标准溶液的浓度和体积，计算出石膏中碳酸钙的质量分数。控制石膏中碳酸钙的含量，可以提高石灰石的利用率，一般控制石膏中碳酸钙≤3%，如果CaCO3含量过高会引起石灰石闭塞，危及脱硫系统安全。

(4)可溶性氯的含量。由于石膏中可溶性氯的浓度较低，用常规的硝酸银滴定法很难准确分析其含量，必须采用反滴定法。在酸性条件下，加入过量的硝酸银，以硫酸铁铵为指示剂，用硫氰酸钾标准溶液滴定，以硝酸银溶液的实际消耗量计算石膏中氯的质量分数。石膏中氯、氟的含量应较低，否则会降低石膏的煅烧温度，引起设备腐蚀。石膏中氯、氟的含量一般控制≤0.01%。

(5)附着水的含量。石膏中附着水含量采用重量法分析，应该在45℃±3℃烘箱中烘干。在湿法烟气脱硫系统中，石膏的含水量一般控制≤10%。当石膏含水量过高(12%～15%)时，石膏在处置和运输过程中会出现粘结和堵塞;当石膏含水量过低时，则会出现扬尘。

2.2.5 脱硫废水水质

吸收塔浆液内的水在不断循环的过程中，会富集重金属元素和Cl－等，一方面加速脱硫设备的腐蚀，另一方面影响石膏的品质，因此，脱硫装置要间歇式排放一定量的废水。废水水质的主要控制指标有:pH值、悬浮物、化学耗氧量、氟化物和重金属。其分析方法按照《中国环境保护标准汇编之水质分析方法》要求进行。

3 检测结果与讨论

3.1 脱硫效率的检测结果

我们分别对A～J电厂的300MW、600MW、1000MW机组配套脱硫系统在燃用不同煤种时脱硫效率进行了检测，其检测结果见表1(表中a/b，a为设计值，b为检测值，下同)。其中，A电厂1、2号机组负荷1000MW，B电厂1号、C电厂1、2号、D电厂1号、E电厂1号、F电厂1、2号及G电厂1号机组负荷600MW，H电厂5、6号机组、I电厂1、2号机组及J电厂1、2机组负荷为300MW。

从表1可以看出，当原烟气中的SO2浓度接近设计值时，电厂的脱硫效率和净烟气SO2质量浓度都能达到设计要求;当原烟气中的SO2浓度远高于设计值时，脱硫效率和净烟气SO2质量浓度都不能达到设计值要求。

表1 脱硫效率检测结果

3.2 石灰石消耗量、电耗及工艺水耗量检测结果

A～I电厂脱硫系统石灰石消耗量、电耗及工艺水耗量检测结果见表2。

从表2可以看出，A～I电厂脱硫系统的石灰石消耗量基本上均高于设计值，这主要是因为原烟气中SO2浓度高于设计值，石灰石加入过量，导致系统的Ca/S比增大。

A电厂2号、B电厂1号脱硫系统的总电耗高于设计值，是因为燃用煤质产生烟气量大于设计值，增加风机的出力，风机的电耗增加。C电厂1号脱硫系统和I电厂1、2号脱硫系统的总电耗高于设计值，是因为原烟气中SO2浓度远高于设计值，导致磨机系统、真空皮带系统长时间运行。

A～I电厂脱硫系统的工艺水耗量均小于保证值，达到了设计要求。

表2 石灰石消耗量、电耗及工艺水耗量检测结果

3.3 石膏品质检测结果

A～I电厂脱硫石膏检测结果见表3。石膏纯度与石灰石纯度、烟尘浓度有关，石灰石的纯度越高，石膏的纯度也越高。从表3可以看出，当石灰石纯度≥90%时，石膏纯度也≥90%。CaSO3·1/2H2O质量分数与氧化风机的性能有关，在氧化风机正常运行时，CaSO3·1/2H2O的质量分数较低;在燃用高硫煤时，由于氧化风量小，CaSO3·1/2H2O的质量分数会过高，不利于石膏脱水，石膏所含的水分也较高。石膏的含水量与CaSO3·1/2H2O及CaCO3的质量分数成正比的关系。CaCO3质量分数与石灰石浆液投加量有关，适当降低浆液pH值和石灰石加入量有利于控制CaCO3质量分数。

A电厂1、2号、C电厂1号、G电厂1号和H电厂5、6号脱硫系统副产品石膏中的可溶性氯质量分数均≤0.01%，这主要是因为排出石膏时，开启了滤饼冲洗水，而没有开启滤饼冲洗水排出的石膏其可溶性氯质量分数均超标。

表3 A～I电厂湿法脱硫系统石膏品质检测结果

3.4 脱硫废水水质检测结果

A～I电厂脱硫废水检测结果见表4。由于脱硫废水排放量较小，电厂对废水处理系统管理松，导致废水系统不能正常运行。从数据看，废水处理系统对pH值、悬浮物、氟化物、重金属处理比较好，都能达到排放标准，而F、H、I电厂废水中的CODCr达不到设计要求，是由于废水中的Cl－1含量较高。

表4 废水水质检测结果

4 结语

(1)锅炉在燃烧设计煤质时，环境指标和经济指标均达到设计要求，但燃煤硫分过高时，系统性能难以满足设计要求，建议电厂在满负荷工况下燃用设计煤种，在低负荷工况下燃用高硫煤。

(2)定期对石灰石样品进行分析，保证石灰石品质，为能生产高品质石膏，建议石灰石纯度要求≥90%。在保证脱硫效率的前提下，尽量少加石灰石浆液，以保证吸收塔浆液品质。

(3)排出石膏时建议开启滤饼冲洗水。定期运行废水处理系统，以改善脱硫塔内浆液的品质。定期分析吸收塔浆液和石膏的品质，根据分析数据调节脱硫运行参数，有利于系统安全、稳定运行。

［1］郝吉明，王书肖，陆永琪.燃煤SO2污染控制技术手册［M］.北京:化学工业出版社，2001.

［2］阎维平，刘忠，王春波，等.电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制［M］.北京:中国电力出版社，2005.

［3］DL/T 986－2005，湿法烟气脱硫工艺性能检测技术规范［S］.

［4］王志轩.电力节能减排法规体系建设思考［J］.电力环境保护，2009，25(4):1－5.

［5］胡秀丽.湿法烟气脱硫经济运行研究［J］.电力设备，2006，7(8): 12－15.

［6］钟秦.燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例［M］.北京:化学工业出版社，2002.

［7］中国标准出版社第二辑室.中国环境保护标准汇编水质分析方法［M］.北京:中国标准出版社，2001.

Study on performance index and its test technology of wet flue gas desulfurization system in coal－fired power plants

As more and more wet flue gas desulfurization equipments have been put into operated in our country，the performance test on flue gas desulfurization system in thermal power plants are required.It is important to ensure the safe and steady operation of flue gas desulfurization system，and evaluate if the system can full fill the design requests.Meanwhile，the performance test can evaluate realization of environmental index and economic index，and it can provide technical basis on environmental management，engineering supervision and sulfur dioxide reduction quantity for coal－fired power plants.

flue gas desulfurization system;performance test;environmental index;economic index

X701.3

B

1674－8069(2012)01－019－04

火电厂环境监测技术规范(10373)

2011-09-06;

2011-12-20

易玉萍(1965-)，女，江西萍乡人，高级工程师，长期从事电力环境保护、烟气脱硫脱硝检测等工作。E－mail:yiyuping65 @163.com