某火电厂FGD脱硫系统效率不高原因分析及处理

杨小玲，周艳明，曲立涛，陶莉

(1． 湖南湘电锅炉压力容器检验中心有限公司，湖南 长沙410007;2． 湖南省电力公司科学研究院，湖南 长沙410007)

石灰石－石膏湿法脱硫工艺因其技术成熟、脱硫效率高而广泛应用于我国燃煤火电厂烟气脱硫。在实际运行中，由于燃煤供应等问题，燃煤中硫份含量远超过设计值，再加上吸收剂、工艺水品质不稳定，设备故障多等原因，机组配套的烟气脱硫装置在实际运行中存在脱硫效率低，净烟气达不到环保排放要求〔1〕。

某电厂#3 机组(300 MW)脱硫系统由湖南永清环保集团承建，采用意大利idreco 石灰石/石膏湿法脱硫技术，2008年底通过168 h 试运行。该系统未设置GGH，锅炉来的原烟气由烟道引出，经增压风机增压后进入吸收塔。烟气脱硫采用石灰石－石膏湿法烟气脱硫技术，烟气中SO2与石灰石浆液反应后生成的亚硫酸钙，就地用空气强制氧化为石膏，石膏经一级脱水，真空皮带过滤后外运。分离的水经滤液回收泵送至各系统再利用。脱硫净化后的烟气，由除雾器除去水雾后，再接入主烟道经烟囱排入大气。

吸收塔塔内上部设置3 层喷淋，除雾器设在喷淋层上方。机组原烟气SO2浓度设计值为1 798.5 mg/Nm3(干态，6%O2)，脱硫系统入口烟气量设计值为1 150 931 Nm3/h。

1 故障简介

该电厂#3 机组脱硫系统运行期间，在线仪表如pH 计、石灰石浆池密度计等陆续出现示值不准现象。另外，进入吸收塔浆液池底部的氧化空气管网断裂脱落。

2011年2月中旬#1 搅拌器因轴承故障而停运。由于在线仪表示值不准，实际操作中运行人员主要以脱硫效率为参照依据，采用间歇方式向吸收塔供给石灰石浆液，机组高负荷入口SO2浓度高于设计值时，采用加入脱硫添加剂的方式以保证脱硫效率。3月上旬，#3 搅拌器因密封漏浆停运，#3 机组吸收塔仅有2 台搅拌器运行。3月28日凌晨，吸收塔供浆管道堵塞，供浆不足，塔内浆液pH 值急剧降低，脱硫效率大幅下降，机组脱硫系统在负荷250～300 MW、入口SO2浓度2 000 mg/Nm3(标态干烟气，6%O2)时，净烟气SO2排放超标，28日19 时供浆管道疏通后，连续供浆20 h 以上，吸收塔浆液pH 值维持在4.3 左右，脱硫效率仅为70%～80%，截止到3月29日15 时，电厂向吸收塔地坑、石灰石浆液箱地坑内投入石灰石粉约20 t，并分批加入HEE－1 脱硫添加剂1 150 kg，同时吸收塔内浆液通过事故浆液箱直排至灰渣前池，并将机组负荷从240 MW 降至180 MW，但情况仍无明显好转。

2 故障原因分析

#3 机组脱硫系统同时出现效率低和吸收塔浆液pH 值无法提高的现象说明，吸收塔浆液中碱性吸收剂的碳酸钙活性成分含量低，导致浆液碱度过低。这通常是由石灰石中的碳酸钙溶解性下降甚至不溶解所引起〔2〕。石灰石中碳酸钙溶解一般受石灰石纯度和杂质含量、石灰石活性、浆液的pH值、Mg2+含量、浆液颗粒被封闭和吸收塔浆液搅拌强度因素控制。

2.1 吸收剂石灰石的影响

石灰石的活性直接影响FGD 系统性能，包括石灰石的溶解性能、反应速率、石灰石利用率、脱硫效率、浆液pH 值及石膏中碳酸钙的含量。石灰石的活性差，会使碳酸钙在浆液中的溶解性差，反应速度慢，石灰石利用率低，吸收塔中的pH 值下降，石膏中碳酸钙的含量上升等。该电厂#3 机组石灰石浆液和石灰石粉的活性测试结果如图1。

图1 石灰石活性曲线

石灰石－石膏湿法脱硫石灰石活性采用美国MET 法测定，该法规定〔3〕，测试时pH 值不能下降太快，且滴加时间为30 min 时，液体pH 值不得低于5.0;石灰石活性曲线中平台维持时间越长，活性越好。图1 显示，滴加30 min 时，对比样品(曲线1)的pH 值为5.48，该电厂的石灰石粉和浆液(曲线3)pH 值分别为4.93，5.22;对比样品的平台维持时间长约40 min，该电厂石灰石浆液平台维持时间为30 min 左右且pH 值下降速度较快。说明该批次石灰石浆液活性稍低于石灰石－石膏湿法脱硫工艺的要求，石灰石粉活性稍强于石灰石浆液，基本符合FGD 吸收剂的活性要求。

石灰石纯度、杂质含量及粒径分布对石灰石活性影响较大。石灰石浆液和石灰石粉的主要成分分析见表1。

表1 #3 石灰石浆液和石灰石粉的主要成分

由表1 数据可知，#3 号机组脱硫系统石灰石浆液和石灰石粉中的碳酸钙含量分别为87.45% 和88.20%，略低于FGD 系统要求值(≥90%);碳酸镁含量分别为4.44%和5.18%，略高于大唐湖南分公司其他电厂;细度分别为10.92%(325目)和20.61%(250 目)，均大于10%。说明粒径均不合格，粒径分布过宽，部分粒径超出FGD系统的要求值，是影响石灰石活性的重要原因之一。

石灰石中的杂质及烟气中灰尘所携带的F－，Cl－，Mg2+易在吸收塔浆液中富集。当其浓度过高时，会恶化浆液品质。经检测，3 号机组脱硫吸收塔滤液中的F－，Cl－，Mg2+含量均较低，因此可排除这几类阴阳离子对石灰石溶解性能的影响。

吸收塔浆液的pH 值通常会随着放置时间的延长而提高。若浆液中颗粒被完全封闭，则浆液的碳酸钙不能溶解，浆液pH 值不会呈上升趋势。该批次吸收塔浆液样品就地取样pH 值测试为4.30，样品放置3～5 d 后实验室pH 值测试为4.67，说明吸收塔浆液中的颗粒未被完全封闭，浆液中的石灰石可缓慢溶解。

2.2 吸收塔浆液pH 值的影响

浆液pH 值对SO2的脱除影响很大。pH 值越低，SO2脱除率越低。本次故障中浆液pH 值维持在4.30，当溶液的pH 值约为4.00 时，SO2的吸收几乎无法进行。由于本次故障发生初期，电厂在#3 机组吸收塔内加入了HEE－1 脱硫添加剂，一定程度上缓解了pH 值对SO2吸收的影响，使系统脱硫效率维持在70%以上。此条件下吸收塔浆液主要成分见表2。

表2 吸收塔浆液主要成分分析

浆液pH 值对亚硫酸钙的氧化及石灰石的溶解影响很大。当搅拌强度、氧化风的分散一定时，浆液pH 值越低，亚硫酸钙的氧化率越高，石灰石的溶解性越好。FGD 系统较佳的浆液反应，pH 值通常为5.00～6.00。表2 中数据显示，放置几天后的吸收塔浆液pH 值为4.67，碳酸钙、亚硫酸钙含量分别为20.60%和11.25%，说明吸收塔内亚硫酸钙的氧化和石灰石的溶解在浆液pH 值较低时也受到了抑制，导致吸收塔浆液pH 值无法上升。

2.3 吸收塔浆液搅拌强度的影响

浆液搅拌系统在FGD 系统中主要起以下作用:

1)使浆液中的固体颗粒处于悬浮状态，不易沉积在吸收塔底部;

2)使浆液相对均匀地输送到下一工艺步骤;

3)分散氧化空气，促进吸收塔内的氧化反应;

4)促进石膏结晶的生长;

5)保持吸收塔浆液流动形态，防止硫酸钙沉积在浆液颗粒表面，促进石灰石的溶解。

当搅拌系统出现故障时，会直接降低浆液的搅拌强度，氧化空气在浆液中的分散性变差，液固相间的接触时间、强度减少，导致亚硫酸钙的氧化反应速率和石灰石的溶解速率降低。本次故障中#3机组脱硫系统2 台搅拌器停运，使塔内浆池中浆液的搅拌强度大幅下降，浆液中的固体颗粒悬浮状态被破坏，颗粒团聚沉积，氧化空气在浆液氧化区分散性变差，从而抑制了亚硫酸钙的氧化和石灰石的溶解，是导致本次故障中吸收塔浆液在低pH 值的情况下亚硫酸钙、碳酸钙含量高的主要原因。

3 结 论

1)#3 机组脱硫塔浆液搅拌器故障导致2 台停运，造成浆液搅拌强度急剧下降，液固相间的接触时间、强度减少，悬浮浆液固体颗粒团聚沉积，石灰石颗粒表面被硫酸钙覆盖，氧化空气分散性差，抑制了亚硫酸钙的氧化和石灰石的溶解，从而导致浆液pH 值难以升高且浆液在较低pH 值下亚硫酸钙和碳酸钙的含量偏高，脱硫效率低。因此，2 台搅拌器停运导致浆液搅拌强度下降是造成这次故障的主要原因。

2)石灰石浆液粒径分布宽、部分粒径超标，石灰石中活性成分含量略低，石灰石的活性略低于FGD 系统对吸收剂的要求，影响了石灰石的溶解性，从而直接影响了系统的脱硫效率。石灰石活性略低，是造成这次故障的原因之一。

3)脱硫系统在线仪表的故障及石灰石供浆管道堵塞，使本次故障进一步加剧。

4)采取退出脱硫系统，抢修浆液搅拌、校准在线pH 计并置换吸收塔浆液等措施进行处理，恢复系统的正常运行状态。

4 处理措施及效果

该电厂3月29日15 时左右，开启#3 机组脱硫系统旁路，退出脱硫系统，对2 台浆液搅拌器进行抢修，并在排空吸收塔浆液后，向吸收塔内加入新的石灰石浆液和石膏晶种。3月30日16 时22 分，浆液搅拌器抢修完毕后FGD 投入运行，并将浆液pH 值控制在正常范围之内，脱硫系统逐步恢复正常。3月30日20 时，#3 机组负荷299 MW 时，原烟气SO2浓度为18 750 mg/Nm3，脱硫效率维持在96.3%左右。

〔1〕李国勇，陶莉，等． 湿法脱硫装置运行中脱硫效率不高原因分析〔J〕. 电力科技与环保． 2011，27(3):38-39．

〔2〕陶莉，周年光，周艳明，等． 火电厂FGD 系统石膏不合格原因分析及处理〔J〕． 湖南电力，2011，31(2):27-29．

〔3〕周志祥，段建中，等． 火电厂湿法烟气脱硫技术手册〔M〕.北京:中国电力出版社，2006．