脱硫吸收塔水平衡失衡的影响及对策

苏辉平

上海上电电力运营有限公司

1 前言

上海长兴岛热电有限责任公司2台10MW机组采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，脱硫装置采用一炉一塔的方案，单套脱硫装置的烟气处理能力为一台锅炉100%BMCR工况时的烟气量，脱硫效率在燃用设计煤种时不小于95%。在超低排放改造时，因新增了浆液冷却系统，出现了系统水平衡被破坏、可用于除雾器冲洗的水量受限等问题。本文以该脱硫装置改造前后各系统水量变化为依据，对脱硫装置的水平衡进行分析，并提出切实有效的调整措施。

2 脱硫系统水平衡概述

脱硫系统水平衡是指进入脱硫系统的所有水量（包括原烟气带水、设备冲洗水、氧化风增湿水、皮带滤布冲洗水、真空皮带密封水、除雾器冲洗水、供浆浆液所含水等）等于脱硫系统水损失量（包括石膏内外在水、脱硫外排废水、净烟气蒸发携带水）。由于脱硫系统水损失量中烟气蒸发损失约占总损失90%以上，而决定该损失水量的因素为原烟气成分、温度、湿度和烟气量，脱硫运行专业除多排脱硫废水外无其他调整手段来控制脱硫系统水的损失量，因此脱硫运行中只能从控制进入系统的水量入手来维持系统水量处于动态平衡。

在实际运行中控制脱硫系统水平衡主要根据系统水损失量来控制进入系统的水量使两者保持动态平衡，即在总进水量等于总损失量的前提下通过控制进入系统的其他水量，如减少或杜绝直接排入系统的工艺水和工业水，降低设备启停频次以降低设备管道冲洗水量、合理控制皮带滤布冲洗水量、杜绝冲洗水阀门内漏等，尽可能提高通过除雾器冲洗方式进入系统的水量。

3 湿法脱硫系统(FGD)用水分析

湿法烟气脱硫系统(FGD)装置消耗掉的水量，即锅炉烟气完成脱硫反应时通过整个FGD系统所消耗的工艺水量是FGD耗水量的主要考核指标。FGD装置的用水主要分为以下两个部分：

一是工艺水：主要是指间接或直接参与脱硫系统反应的水，即在锅炉烟气通过FGD系统完成脱硫反应的过程中服务于脱硫反应或参与脱硫反应的用水。脱硫系统工艺水的水质满足以下条件：ρ(SS)＜500 mg/L、ρ(Ca2+)＜300 mg/L 、pH＜7、ρ(SO2-4)＜800 mg/L;水 中 没 有 大 于100μm大颗粒杂质，且无油。

二是工业水：主要是指FGD系统大型辅机设备的冷却水。在工程上除盐水和非除盐水是可以提供给脱硫系统大型辅机的主要冷却水，通常在条件允许的情况下采用前者，将有利于节水及设备维护。

湿法烟气脱硫系统的用水可分为5大类：石灰石制浆用水、设备冲洗用水、设备冷却用水、启动/调整用水及废水处理系统用水。

3.1 石灰石制浆用水

制浆用水主要是指将石灰石加工成浓度为15%～30%的浆液时的用水。石灰石浆液的制备有两种模式：一是采用湿式球磨机制浆，二是采用石灰石粉加水制浆。而制浆用水由两路来源，一路是滤液水，即旋流器分离出来的上清液和脱水机出来的滤液;另一路来自于工艺水。从理论而言制浆本身并不消耗任何形式的水，只是将石灰石以浆液的形式输送入吸收塔参与脱硫反应。制浆用水量为整个FGD系统用水量的25%-30%。

3.2 设备冲洗用水

(1)除雾器冲洗水

除雾器安装在吸收塔顶部，其作用是除去经脱硫反应后烟气中的液态水和盐雾。流经除雾器的液态水和盐雾被截留并附着在除雾器表面，为保证烟气的正常流通，需要大量的水来冲洗。除雾器冲洗水也起到了对脱硫后的烟气进行二次洗涤的作用。这部分冲洗水的用量较大，约占整个FGD系统总用水量的58%～68%，同时除雾器的冲洗水作为FGD系统补充水进入吸收塔浆液池中，起到了调节吸收塔液位平衡的作用。

(2)真空皮带脱水机冲洗用水

为保持滤布清洁及控制FGD石膏中细灰杂质、可溶性盐类、氯离子等成分的含量，确保石膏品质，在石膏脱水过程中需对滤布和石膏滤饼进行冲洗。皮带机冲洗水约占FGD系统总用水量的12%～17%，而真空皮带脱水机冲洗后的滤液水收集后被FGD系统循环利用，一部分送去制浆，另一部分返回吸收塔或者继续用于真空皮带机的冲洗。

除此之外，浆液的输送管道、浆液储存箱罐、浆液循环泵、氧化空气管道及吸收塔干湿界面等处也需要冲洗水。这些冲洗水在FGD系统中不连续使用，但可以通过收集或系统改造使之循环利用。

(3)设备冷却用水

冷却用水主要指脱硫系统的增压风机、气—气换热器(GGH)及各种泵的冷却用水。

(4)启动/调整用水

FGD系统启动前，吸收剂制备系统要提前启动，向吸收塔浆液池内提前注入一定量的浆液，并加入石膏晶种，培植出生成石膏的必要条件。此外，在运行过程中为调整吸收塔内的浆液的液位，有时需要适当的加水。

(5)废水处理系统用水

湿法脱硫系统不可避免的要产生一定量的废水，处理脱硫废水时需要配置药剂等工作，消耗一定量的工艺水，其用水量约为FGD系统总用水量的2%-3%。

4 湿法脱硫系统(FGD)耗水分析及计算

湿法脱硫系统的耗水点主要有：烟气以气态形式带入到大气中的水(即塔内蒸发水)、烟气以液态水的形式带入到大气中的水、石膏排出时的附着水和结晶水以及FGD系统排出的废水。

4.1 塔内蒸发水

烟气以气态形式带入到大气中的水(塔内蒸发水)经锅炉烟气在吸收塔内经石灰石浆液洗涤后，烟气中的水蒸气达到饱和，并在烟气中出现了液态水。塔内蒸发水占FGD系统耗水量的90%左右，是该系统水平衡中水耗的主要部分。

塔内蒸发水量与锅炉排烟量、吸收塔出口烟温及煤质等有关。烟气量越大，烟气带水量越大;吸收塔出口烟温越高，烟气达到饱和状态时水蒸气分压越高，提高了烟气含湿量，从而增加了烟气带水量。

4.2 石膏结晶水的计算

脱硫的副产物石膏(CaSO4·2H2O)带有一定量的结晶水，根据相对分子质量计算得石膏结晶水量：Qs×36/172=8×36/172=1.67kg/h式中：Qs为纯石膏产量(kg/h)。

石膏表面附着水按石膏产量的10%计算，原因有两方面：一是由于石膏经二级脱水后水量未能完全脱除;二是因为石膏中还夹杂着部分灰尘，所以石膏产量并不是理论计算出的数值，实际产量比理论值要大。所以石膏表面附着水量为：Qs×0.1=8×0.1=0.8 kg/h

4.3 外排废水量的计算

FGD系统必须定期排放一定的废水，以降低石灰石浆液中氯离子和氟离子浓度，提高烟气脱硫效率。按照Cl-浓度来计算外排废水的量，而脱硫废水量主要取决于烟气中HCl质量浓度，烟气中的HCl来自机组燃煤。所以燃煤中Cl-质量浓度越高，外排废水量就越大。

5 影响湿法脱硫系统用水与水平衡的主要因素

(1)燃煤硫分

当燃煤的收到基硫分增加时，二氧化硫的质量浓度就会增加，参与反应的物料增加即石灰石浆液量增大，整个FGD系统的各用水点的耗水量上升，故整个FGD系统整体耗水量增加。

(2)石膏脱水

石膏脱水时，滤液返回水由旋流器返回水、皮带脱水机滤布冲洗水、密封水、气液分离器排水、真空泵冷却水汇集滤液箱后返回FGD。而排出水量只有到废水处理的脱硫废水(排入脱硫废水量低于设计处理量12t/h)。滤液返回水量进入FGD后将使FGD的水平衡破坏，造成FGD液位上涨。

(3)滤液反水量

发现FGD进水量大于排出量(蒸发量)其中滤液反水量是造成FGD进水量大的主要原因。

(4)吸收塔出口烟温

吸收塔出口烟温决定了吸收塔出口烟气携带气态水的能力即烟气的含湿量。若原烟气参数不变，吸收塔出口烟温发生变化时，FGD系统的耗水量会有很大变化。

6 吸收塔系统水平衡失衡带来的影响

1)液位过高的时候（注：吸收塔正常液位9.5米；吸收塔最高液位10米；吸收塔最低液位9米）。

(1)溶液造成吸收塔的溢流。

(2)入口硫份高，在高负荷的情况下容易造成出口硫超标，脱硫效率低于95%。

(3)高PH情况下，容易对吸收塔的塔体造成损害（注：吸收塔PH5.2到6.0之间）。

(4)高密度情况下，容易对吸收塔的塔体造成损害，喷淋层喷嘴堵塞。

2)液位过低的时候

(1)低PH情况下，容易对吸收塔的塔体造成腐蚀。

(2)影响脱硫效率

7 对策

7.1 吸收塔虚假液位的消除

保证吸收塔密度计的精准性，对吸收塔起泡现象及时控制（添加消泡剂），保证吸收塔液位的真实性。

7.2 维持吸收塔液位水平衡

1)减少冷凝水的产生

浆液冷却系统，在冷却浆液的同时，会有大量冷凝水产生。同时吸收塔内烟气温度降低后,烟气携带的水分大幅度减少，导致水分消耗量减少。为了后续消除白烟，烟气降温无法调节。因此只能通过减少冷却增压水泵的出口流量，减少冷凝水的产生。缓解吸收塔水分消耗量与产生量的动态失衡。

2)集水坑至石灰石浆液箱加装管道

原石灰石浆液箱制浆所用水源为厂用工艺水，每次制浆都会有大量水分进入系统，而如今将集水坑水源作为制浆水源，消除制浆环节所带入的水分。

3)检查设备冷却水

泵的冷却水只要能保证设备正常运行就可不需要开得很大，巡检人员应在设备停运时，及时关闭冷却水。冷却水量大的设备应尽量接主机的闭冷水，如增压风机、循环泵等。

4)检查外来水源

应及时检查有无外水如雨水、污水等流入脱硫系统中。

总结

通过对用水系统运行方式的调整，设备的更换以及提高脱硫系统内工艺水的回收率等措施，完全能够实现电厂30%-100%负荷条件下脱硫装置水系统的平衡，避免除雾器冲洗系统不能投运，控制了因除雾器不能正常冲洗造成的除雾器堵塞，结构损坏等问题，确保了脱硫系统的稳定运行。