石灰石-石膏湿法烟气脱硫设施常见故障及影响脱硫效率因素分析

吕新锋

(华润电力(贺州)有限公司，广西 贺州 542700)

0 引言

石灰石-石膏湿法脱硫技术是目前世界上应用最广泛的脱硫技术，该工艺技术成熟，运行稳定可靠，吸收剂利用率高，对煤种的适应性强，脱硫效率可达到98%[1-4]。但在实际应用中易出现系统结垢、堵塞、腐蚀等问题[5-9]。本文分析了脱硫系统结垢、堵塞的原因，提出了具体的防腐措施，并就影响脱硫效率的问题因素进行了分析探讨。

1 脱硫系统的腐蚀、结垢与解决措施

1.1 腐蚀机理与防腐对策

烟气中的SO2、HCl、HF等酸性气体在与液体接触时，生成相应的酸液，对金属有很强的腐蚀性，对防腐内衬亦有很强的扩散渗透破坏作用。金属表面与水及电解质形成电化学腐蚀，在焊缝处比较明显。另外，吸收塔溶液中的硫酸盐和亚硫酸盐析出并结晶导致结晶腐蚀，环境温度的急剧变化，导致防腐内衬与基体不同步的膨胀，使内衬粘接强度下降。浆液中由于含有固态物，落下时对塔内物质有一定的冲刷作用。

解决措施：

(1)选择合理的FGD(脱硫设备)烟气入口温度，并选择与之相配套的防腐内衬。一般设计FGD系统至少能承受原烟气长期160℃,短时(20min)180℃左右的高温烟气工况。

(2)严把防腐内衬的施工质量，主要包括原材料进场验收、预处理工序质量控制、施工环境条件控制、施工过程控制要点等。原材料胶板验收项目包括品种、厚度、硬度、电火花(检查孔洞)检测和外观。防腐施工中的预处理主要是基体补焊打磨、喷砂和衬胶施工中的胶板打磨。衬胶及玻璃鳞片施工现场要求温度最佳控制范围为l5～30℃，相对湿度控制在75%以下。施工过程控制要点主要包括配料、工序衔接、衬胶搭接及涂磷的原则与工艺、防腐验收等过程。

(3)吸收塔制作工艺合理。吸收塔现场制作过程中保证焊口满焊，焊缝光滑平整无缺陷，内支撑件及框架不能用角钢、槽钢、工字钢，应用圆钢、方钢为主，外接管不能用焊接，要用法兰连接。

(4)选择合理的防腐材料。塔防腐材料国内目前一般多选择内衬玻璃鳞片2～4mm或内衬丁基橡胶4～8mm；脱硫区箱体搅拌器采用顶进式搅拌器；低温烟道或接触低温烟气的设备一般多做内衬玻璃鳞片或内衬丁基橡胶防腐及采用FRP管道等。

(5)运行中合理控制浆液的pH值和Cl-的浓度。一般控制吸收塔浆液pH在4～6之间，加强对浆液的定期取样分析检测，重点是Cl-的检测，尤其在pH值降低之后，监控Cl-的浓度不要超过运行控制范围；加强脱硫废水排放，尽量将酸不溶物通过废水处理系统排放出脱硫系统，防止系统中Cl-的富集，同时应注意塔浆液的密度(或含固量)不得超过设计要求，以防系统内调节门、旋流器及浆液循环泵叶轮等设备的磨损增大及管道的堵塞等。

1.2 脱硫系统的结垢、堵塞与解决措施

脱硫系统结垢、堵塞原因主要包括石膏包裹垢、CaSO3包裹垢、粉尘垢及氟化铝络合物包裹垢和CaSO4、CaSO3及CaCO3垢等。石膏终产物浓度超过了浆液的吸收极限，石膏就会以晶体的形式开始沉积，当相对饱和浓度达到一定值时，石膏晶体将在悬浮液中已有的石膏晶体表面进行生长，当饱和度达到更高值时，就会形成晶核，同时，晶体也会在其它各种物体表面上(包括石灰石表面上)生长，导致吸收塔内壁结垢，同时使石灰石利用率下降。如果吸收塔入口粉尘浓度超标，不仅使塔入口产生粉尘堆积，而且粉尘中的AL3+会与F-反应，生成氟化铝络合物，该络合物对石灰石有包裹作用，使石灰石溶解度下降，并在塔内沉降。运行中吸收塔浆液pH值剧烈变化，低pH值时，亚硫酸盐溶解度急剧上升，硫酸盐溶解度略有下降，会有石膏在很短时间内大量产生并析出，产生CaSO4硬垢。pH值较高时，亚硫酸盐溶解度降低，会产生CaSO3软垢。在碱性条件下运行还会产生CaCO3硬垢。故在运行中手动调节时，一定要缓慢调节石灰石浆液的增减。

解决措施：

(1)采用强制氧化工艺，使氧化反应趋于完全，控制亚硫酸钙的氧化率在95%以上，保持浆液中有足够密度的石膏晶种。一般多采用罗次风机向吸收塔连续鼓入足够的空气进行氧化。

(2)严格除尘，提高电除尘效率，严防喷嘴堵塞及塔入口粉尘堆积。一般要求FGD入口粉尘浓度小于200mg/m3，塔喷淋母管上多用螺旋空心SiC耐磨防堵喷嘴。在塔入口烟道周围安装合金喷嘴，定时对塔入口进行冲洗。试验证明：若烟气中粉尘含量(干)持续超过400mg/m3，则脱硫效率下降1%～2%，并且石膏中的 CaSO4·2H2O含量降低，白度减少，影响品质，更重要的是粉尘会造成脱硫塔内部结构发生严重堵塞与结垢。

(3)控制吸收液中水份蒸发速度和蒸发量，运行中控制溶液中石膏过饱和度最大不超过130%。及时将吸收塔内密度高的塔浆液排向石膏脱水系统。塔内浆液密度一般控制在1110-1180kg/m3范围，具体数值由塔内浆液池体积及脱硫工艺决定。

(4)控制塔溶液的pH值，尤其避免运行中pH值的急剧变化。在脱硫系统稳定后，石灰石浆液加入量、除雾器的冲洗时间调节投入自动运行。一般通过监视塔浆液的pH值、液位、浓度等，及时自动调整除雾器的冲洗时间、塔液位、加入新鲜石灰石浆液量、塔浆液排出量等手段，可维持塔溶液的pH值在合适范围(pH=5.2～5.6)并长期保持稳定。

(5)启动前向吸收塔中加入新鲜的的二水硫酸钙或亚硫酸钙晶种使塔内浓度达4%～5%，通烟后加石灰石粉运行使塔浆液的含固量在12%以上即可开始排出石膏。长期停用后，再次启动前要向吸收塔内加入新鲜足够的晶种。

(6)适当的增大液气比也是防止系统结垢、堵塞的重要措施。缺点是系统电耗增加。

(7)确保吸收塔搅拌器的正常稳定运行。确保所选机械密封良好并能实现在线更换，同时合理设计塔搅拌器的数量、大小、转速及搅拌器轴与水平面及垂直面的安装角度合理，使吸收塔内搅拌动力足够、塔内浆液搅拌均匀、在运行中形成浆液由塔中心向外的旋转状态，确保塔中心及塔壁基本无结垢、堆积现象。目前搅拌器轴与水平面的安装角度一般为7～10°，与垂直面的安装角度一般为3～6°为宜。吸收塔搅拌器叶片下方塔壁处多加装搅拌器启动冲洗系统等。

(8)脱硫系统浆液管道及有关设备在停运后要及时进行排空并反冲洗，一般都应做在DCS逻辑中，有关设备停后自动反冲洗。吸收塔开塔后及时检查并清理塔入口、塔底部、塔壁及各部位的轻微堆积物与结垢。

2 影响脱硫效率的因素分析

2.1 吸收液的pH值

烟气中SO2与吸收塔浆液接触后发生一些化学反应,高pH值的浆液环境有利于SO2的吸收，而低pH值则有助于Ca2+的析出，二者互相对立。pH值=6时，SO2吸收效果最佳，但此时易发生结垢，堵塞现象。而低的pH值有利于亚硫酸钙的氧化，石灰石溶解度增加，却使SO2的吸收受到抑制，脱硫效率大大降低，当pH=4时，SO2的吸收几乎无法进行，且吸收液呈酸性，对设备也有腐蚀。具体pH值应在调试后得出，但一般pH在5.2～5.6之间。

2.2 液气比及浆液循环量

液气比增大，代表气液接触机率增加，脱硫效率增大。但SO2与吸收液有一个气液平衡，液气比超过16后，脱硫效率将不在增加。新鲜的石灰石浆液喷淋下来后与烟气接触后，SO2等气体与石灰石的反应并不完全，需要不断地循环反应，增加浆液的循环量，也就加大了CaCO3与SO2的接触反应机会，从而提高了SO2的去除率。

2.3 烟气与脱硫剂接触时间

烟气自气-气加热器进入吸收塔后，自下而上流动，与喷淋而下的石灰石浆液雾滴接触反应，接触时间越长，反应进行得越完全。因此长期投运对应高位喷淋盘的循环泵，有利于烟气和脱硫剂充分反应，相应的脱硫率也高。

2.4 石灰石粒度及纯度

石灰石颗粒越细，其表面积越大，反应越充分，吸收速率越快，石灰石的利用率越高。一般要求为：90%通过325目筛或250目筛，石灰石纯度一般要求为大于90%。

2.5 氧化空气量

O2参与烟气脱硫的化学过程，使HSO3-氧化为SO42-，随着烟气中O2含量的增加，CaSO4·2H2O的形成加快，脱硫率也呈上升趋势。增加氧化风量可提高脱硫效率。

2.6 Cl-含量

Cl-在系统中主要以CaCl2形式存在，去除困难，影响脱硫效率，后续处理工艺复杂，在运行中应严格控制系统中Cl-含量在15000μL/L以内。

2.7 烟气温度

进入吸收塔烟气温度越低，越利于SO2气体溶于浆液，形成HSO3-。通常，将烟气冷却到60℃左右再进行吸收操作最为适宜，较高的吸收操作温度，会使SO2的吸收效率降低。脱硫系统一般设计将塔入口烟温控制在90～115℃，烟气进入塔后进一步冷却到50℃左右。

2.8 烟尘

原烟气中的飞灰在一定程度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触，降低了石灰石中Ca2+的溶解速率，同时飞灰中不断溶出的一些重金属会抑制Ca2+与HSO3-的反应。烟气中粉尘含量持续超过设计允许量，粉尘中的Al3+离子会与液相中的F+离子发生复杂的反应，生成氟化铝络合物，该络合物对石灰石有包裹作用，使石灰石溶解度下降，塔内浆液反应活性下降、脱硫率大大降低，喷头及管道堵塞、后续工艺石膏脱水困难等一系列问题，一般要求FGD入口粉尘含量小于200mg/m3为宜。

3 结语

石灰石-石膏湿法脱硫(WFGD)是国内应用最多的脱硫工艺，在实际应用中如果不能正确处理结垢、堵塞、腐蚀等问题，将达不到预期的脱硫效果,严重影响环境保护设施的运行及环保排放。提出的方法可基本解决湿法烟气脱硫系统运行中的技术问题，使其脱硫效率达到设计及环保的各项要求。

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