电厂脱硫系统改造运行总结

卢建国（内蒙古亿利化学工业有限公司，内蒙古鄂尔多斯014300）



电厂脱硫系统改造运行总结

卢建国
（内蒙古亿利化学工业有限公司，内蒙古鄂尔多斯014300）

摘要：本文介绍了内蒙古亿利化学工业有限公司采用石膏脱硫技术脱除锅炉烟气中二氧化硫的工艺原理、脱硫装置开车后的运行状况、环保效益分析及该装置存在的问题。

关键词：石膏脱硫；环保效益

内蒙古亿利化学工业有限公司是年产50万t聚氯乙烯、37万t烧碱的电石法氯碱生产企业，配套设计自备电厂规模为2×50MW，全厂用蒸汽全部来自自备电厂，采用国产抽凝式机组，配套3台220 t/h煤粉锅炉，3台锅炉共配2套烟气脱硫装置（3炉2塔）。采用电石渣浆液石膏湿法脱硫工艺进行烟气脱硫（简称FGD），处理烟气量597 000 Nm3/h。

脱硫系统扩容改造完成后于2014年10月正式投产运行，目前生产平稳，各项指标正常，达到了预期目的。

1　脱硫工艺介绍

煤在锅炉中燃烧时，煤中的硫发生氧化反应，产生各种含硫的化合物，其中主要是SO2，煤中硫的含量越高，锅炉燃烧后产生烟气中的SO2的含量也越高。由于环境中SO2的排放国家有严格的规定，所以在SO2排出烟囱进入大气前，必须脱除所产生的硫化物。SO2的蒸发温度和凝结温度分别是-10℃和-73℃，简单的分离法不仅难以操作而且费用高，不太可行。该公司用电石渣浆液（Ca（OH）2）取代水，把电石渣浆液喷向烟气，可以吸取出烟气中的SO2，产生亚硫酸钙固体（CaSO3）和硫酸钙固体（CaSO4），在这一过程中，再注入空气，使CaSO3氧化成CaSO4，而CaSO4又结晶成石膏（CaSO4·2H2O）。

1.1脱硫原理［1］

电石渣石膏湿法脱硫系统中，在气体、液体和固体物质中发生如下化学反应：

在电石渣石膏湿法脱硫系统中发生的化学反应可以分为吸收、中和、氧化和结晶几步。尽管反应步骤是依次表述的，但其实际化学反应却是同时进行的。

1.1.1吸收

吸收SO2并将其转化成溶液是脱硫过程中的第一步，吸收是将可溶性气体转化成液体的过程。在吸收塔中，当SO2遇到滴状的浆液时就被吸附了，浆液中的水吸收了SO2，使其变成了含有硫元素的酸性溶液，并返回到反应池。吸收过程中发生的化学反应用下列方程式表示：

1.1.2中和

在中和反应中，已溶于水的SO2与电石渣浆液发生反应，产生新的产物：亚硫酸钙（CaSO3）和硫酸钙（CaSO4）或石膏。中和反应发生在吸收塔的喷淋区。然而，形成固体的反应也可以在反应池里发生。中和反应的产物是二氧化碳，它将被排放到大气中。中和过程中发生的化学反应用下列方程式表示：

1.1.3氧化

氧化过程是物质与氧气结合的过程，通过氧化作用，亚硫酸盐转变成了硫酸盐。当产生的硫酸盐和钙离子结合时就生成了硫酸钙或石膏，由于烟气中氧气的存在，不可避免会发生一些氧化反应。但是烟气中的氧气含量有限，并不能把所有的亚硫酸盐（SO3）转变成硫酸盐（SO4）。所以为了保证所有的亚硫酸盐都转变成硫酸盐，特设了一个外部供氧装置来提供反应所需的氧气。氧化过程中发生的化学反应可以用下列方程式表示：

1.1.4结晶

结晶是指在溶液中发生反应，从而使一种物质在溶液中饱和，结晶分离出来。在反应池里，亚硫酸盐和硫酸盐都是溶解在水里的，直到溶液达到饱和，不能再溶解任何物质时，亚硫酸盐和硫酸盐才会结晶出来。

1.2脱硫工艺流程

3台锅炉6台引风机把烟气送入FGD的入口烟道，3台锅炉的烟气分别通过各自的入口挡板后，经增压风机提升压力，合并后通过FGD总入口烟道，进入2台并联的吸收塔。吸收塔是一个将SO2从烟气中分离出的装置。该公司3个锅炉配置了2台吸收塔，处理烟气量为597 000 Nm3/h。

烟气在吸收塔中通过3层喷淋层喷淋后，脱除SO2后，经吸收塔顶部的除雾器除去烟气中的浆液雾滴、水汽，通过出口挡板送入烟囱排放到大气中。烟气处理系统由增压风机入口挡板、增压风机、增压风机出口挡板（FGD入口挡板）、吸收塔、FGD出口挡板及将它们相连接的烟道组成。

当烟气进入吸收塔后，就会有浆液从吸收塔上部的喷淋层喷向烟气，每台吸收塔浆液循环系统有3台循环泵，负责把吸收塔反应池中的浆液输送到3个喷淋层。当烟气和浆液接触时，吸收了其中的大部分二氧化硫。当混合物进入反应池时，反应还将继续进行。在进入吸收塔出口之前，已冲洗过的烟气将会上升到除雾器中，除雾器可以去除悬浮的湿气和浆液雾滴，当气体中的液滴撞击除雾器叶片时，各个液滴便会融合直至掉下。除雾器配备着1套冲洗设备，用以防止除雾器的堵塞。残留的浆液和冲洗水都会流入反应池。浆液液滴从喷淋区掉入反应池，在反应池中，二氧化硫与水、电石渣浆液颗粒、氧气反应生成亚硫酸钙和硫酸钙。反应池装有3个侧进式搅拌器来保持固体颗粒的悬浮状态，并且使每个搅拌器前注入反应池的空气均匀分布。控制反应池内反应的2个主要变量是pH值和浆液浓度。设定pH值和浆液浓度的目的是为了用最少的电石渣浆液来去除最多的二氧化硫，这2个变量都是由石膏排放泵出口管道上的仪器测得的。这些管道从反应池中抽取浆液，并把浆液运到一次脱水系统。把旋流器的溢流送到旋流器溢流箱和滤液处理系统。可以根据pH计的测量值来调整反应剂给料系统中电石渣浆液的添加量。与反应池有关的另一变量是液位。水分以蒸发、以水蒸气形式混入烟气排出系统、形成石膏（自由水和结晶水）的方式在吸收系统中被消耗。为了保证吸收塔的正常运行，必须不断加水来弥补上述过程中水的消耗。而水的主要补充来源来自除雾器冲洗系统，根据反应池中的液位状况，除雾器冲洗系统会调节冲洗的频次；补充水也会随着电石渣浆液、一次脱水系统溢流、二次脱水系统的滤液、设备冷却水、真空泵密封水注入吸收塔反应池。

该公司烟气脱硫系统副产品是石膏。通过空气强制氧化，99%的亚硫酸钙可以转化成硫酸钙。氧化空气系统由2个氧化风机组成。运行时，通常是一个风机运行另一个风机作为备用。氧化风机先压缩空气，再把空气输送到位于每个反应池搅拌器前的空气喷枪中，搅拌器能确保空气在反应池浆液中的均匀分布。在进入反应池前，空气要通过水冷却，防止系统堵塞，并保护FRP管免受高温侵袭。

该公司采用距脱硫岛2.5 kM处的乙炔分厂电石废渣（浓度为12%～16%）作为脱硫吸收剂，采用2台浆液输送泵将浆液输送到FGD区域的浓缩箱中；经过浓缩后的浓液用2台浓液输送泵输送到电石渣浆液箱，浓缩后的清液及电石渣浆液箱溢流液直接溢流至返回水箱，通过返回水泵送回2.5 km外的化工厂乙炔分厂；电石渣浆液箱内的浆液经过搅拌后用2台浆液输送泵直接输送到吸收塔。2台炉共设1套吸收剂浆液制备系统。

为了保持反应池中pH值在正常范围，吸收剂给料系统通过浆液输送泵为吸收塔提供电石渣浆液。电石渣浆液输送泵可以通过一个回路把浆液循环至电石渣浆液箱。通常，管路上装有调节阀，用以调节向吸收塔反应池添料。调节阀根据烟气量、含硫量、脱硫率、pH值等对电石渣浆液流量作出调整。

一次脱水系统的功能是增加浆液中固体物质的浓度，该浆液则是由石膏排放泵不断从吸收塔中抽取出来的，随后把浆液输送到旋流器或通过再循环把浆液送回吸收塔反应池或者输送至返回水箱。由旋流器产生的溢流被输送至旋流器溢流箱，经溢流管借助重力自流至滤液箱，而粘稠的底流受重力影响则流向二次脱水系统。一次脱水系统由2台石膏排出泵、2台滤液泵、1个旋流器和辅助阀门及管道构成。

二次脱水系统由1个石膏浆液箱、2台石膏浆液泵、1台水平真空皮带脱水系统及辅助设备构成。旋流器的底流含有大约50%的固体。底流由于受到重力作用而流向石膏浆液箱，然后通过石膏浆液泵打至真空皮带脱水机。在滤布上，使用真空泵使石膏脱水。真空泵使空气通过滤布和滤饼，同时带走石膏滤饼中的游离水，在真空罐中气液分离，滤液通过管道流入滤液箱。为了降低石膏中氯离子的含量，提高石膏成品的质量，使用干净的水对石膏滤饼进行冲洗。最后石膏成品在带式过滤器的末端落入石膏储存堆放。滤布和滤饼冲洗水利用围堰进行收集后通过管道及地沟排至吸收区排水坑。

一次脱水系统中旋流器的溢流和二次脱水系统的滤液汇聚在滤液箱中，经滤液泵及相应的阀门、管道，输送回吸收塔反应池或返回水箱或排入脱硫废水回收系统，由于溢流及滤液的产生与石膏的排放相关，因而滤液泵的运行是不连续的。通过滤液泵、石膏排出泵排出和经过浓缩箱及电石渣浆液箱溢流至返回水箱的浆液，通过2台返回水泵送回至2.5 km外的乙炔分厂。脱硫系统流程图见图1。

图1　脱硫系统流程图

1.3脱硫工艺指标控制情况

1.3.1吸收塔的液位调整

吸收塔正常液位控制在7.0～7.5 m，吸收塔液位对于脱硫效果及系统安全影响极大。如吸收塔液位高，会缩短吸收剂与烟气的反应空间，降低脱硫效果，严重时甚至造成脱硫原烟道和氧化空气管道进浆；如液位低，会降低氧化反应空间，影响石膏品质，严重时可能造成搅拌器振动、轴封损坏，甚至停机。如果液位高，应确认排浆管路阀门开关正确，控制系统无误，同时，手动关闭除雾器冲洗水门及吸收塔补水门，并减小或关闭至吸收塔的滤液水量；必要时可排浆至事故浆液箱或开启底部排空阀排浆至正常液位。如果液位低，应确认吸收塔补水管路无泄漏或堵塞，除雾器冲洗水喷雾正常，同时，调整除雾器冲洗时间间隔，并增加吸收塔石膏排除泵至吸收塔的回流量（根据吸收塔浓度配合使用）。

1.3.2吸收塔浆液浓度调整

吸收塔浆液浓度对于整个脱硫装置的运行十分重要，如果调整不当，就可能造成管道及泵的磨损、腐蚀结垢及堵塞，从而影响脱硫装置的正常运行。如果吸收塔浆液浓度低，应加大石膏溢流至吸收塔的回流量，并减小进入吸收塔的工艺水量，必要时停止石膏旋流，使石膏浆液全部返回吸收塔，反之相反。

1.3.3脱硫率、pH值及电石渣浆液给浆量调整

电石渣浆液给浆量的大小对脱硫装置的影响很大。如果给浆量太少，就不能满足烟气负荷的脱硫要求，出口烟气含硫量增加，从而降低脱硫率。如果给浆太多，就可能使石膏电石渣含量增加，从而降低石膏纯度。同时，对电石渣的利用率降低，造成了极大浪费。

正常运行时pH值为5.0～5.8，给浆量可根据pH值、入口原烟气SO2浓度、脱硫率及电石渣浆液浓度联合进行调节。当pH值及电石渣浆液浓度降低时，可加大给浆量；当出口SO2浓度增加时，可适当开大电石渣给浆调节门的开度，增加电石渣浆液给浆量。

若脱硫率太低，不能达到设计值，则加大给浆量，必要时对系统进行全面分析，查找原因，予以消除。

1.3.4石膏品质调整

石膏品质调整需要注意以下几个问题。

（1）若石膏水分含量大于10%，则应及时调整真空皮带脱水机给浆量或转速，保证脱水机真空度和石膏厚度在合格范围内；

（2）若石膏中含尘量过大，应及时检查静电除尘器的除尘效果，并予以调整，降低原烟气中的粉尘含量；

（3）若石膏中CaCO3过多，应及时调整给浆量，并化验电石渣浆液品质，如果电石渣浆液粒径过粗，应调整该粒度在合格范围内；

（4）若石膏中CaSO3过多，应及时调整氧化空气量，以保证吸收塔氧化池中CaSO3得以充分氧化。

1.4控制系统

本工程的DCS控制系统选用南京科远控制工程有限公司的成套产品NETWORK—6000控制系统，分布在脱硫岛（1#-2#操作员站，1个工程师站），脱硫岛电子间配置0#DCS控制柜（电源柜），1#--3#DCS控制柜，在操作员站上同时配有少量硬操作按钮，可以在控制室内完成系统的启停及正常工况的监视和控制，异常工况的报警和紧急事故处理。

2　脱硫运行情况及效益分析

2.1脱硫运行情况

脱硫系统运行数据见表1。

表1　脱硫系统运行数据

通过上述数据分析目前增容改造后的脱硫系统完全可满足国家环保要求小于200 mg/Nm3的排放标准。

2.2脱硫环保效益分析

扩容后的脱硫系统通过近几个月的运行可以明显看出，该系统能有效、安全、无污染地脱除二氧化硫。完全能解决扩容前处理能力不够的瓶颈，能完全处理满负荷下全部烟气，脱硫指标可满足国家环保要求，符合国家环保政策。同时增容改造后的脱硫增加了废水处理系统，目前可把脱硫系统产生的废水完全处理回收利用。

3　脱硫装置存在问题

增容改造后的脱硫系统从目前运行情况看主要存在以下问题。

（1）浆液循环泵的叶轮和入口变径管磨损严重，主要原因为：叶轮、管道材质选型不当，腐蚀、磨损严重。到现在已更换成耐腐蚀、耐磨损材料，运行正常；

（2）浆液循环泵入口、出口管道更换，B、C浆液循环泵入口管道现在已更换为316 L材质；原衬胶管道衬胶脱落管道破损，分析原因为衬胶厂家技术不合格；

（3）浆液循环泵轴承损坏频繁，分析原因为QJ228轴承为角接触球轴承极容易损坏。

4　结论

电石渣浆液石膏湿法脱硫工艺从技术角度看是成熟的，湿法烟气脱硫系统能有效、经济、安全、无污染地脱除二氧化硫，符合国家环保要求。

参考文献：

［1］徐宝东.烟气脱硫工艺手册.北京：化学工业出版社，2013：30-35.

Power plant desulfurization system reform operation summary

LU Jian-guo
（Inner Mongolia Elion Chemical Industry Co.，Ltd.，Ordos 014300，China）

Abstract：This paper introduces the process principle of removing sulfur dioxide from boiler flue gas by using the technology of gypsum desulfurization technology，analysis of the operating condition，the environmental protection benefit and the existing problems of the device in our company.

Key words：gypsum desulfurization；environmental benefits

中图分类号：X701.3

文献标识码：B

文章编号：1009-1785（2016）01-0044-04

收稿日期：2015-10-20