1、脫硫裝置脫硫效率影響因素分析* 國家科技支撐計劃資助（2007BAC24B00）張寬友中電投遠達環保工程有限公司，重慶市 401122Influencing Factor Analysis for Desulphurization Efficiency of a 360MW Power PlantZhang KuanyouNo.96 Jjnyu Rd. Chongqing North Zone Chongqing China, 401122ABSTRACT: The desulphurization efficiency of FGD plant of a certain power plan

2、t descended after near ten-years operation, which was mainly caused by changes of design coal. Through technical retrofit, the efficiency has been improved and reached 9395. This thesis focused on analyzing the main influencing factors of the desulphurization efficiency: power of generator, oxidatio

3、n air, absorber liquid level, slurry pH value, flue gas temperature, nozzle verticality etc. Measures to improve defoam in slurry tank and to add the absorber internals for improving G/L mass transfer were suggested for increasing the desulphurization efficiency further.KEY WORDS: Desulphurization E

4、fficiency; Influencing Factor; Analysis摘要： 某電廠脫硫裝置運行近十年后，脫硫效率下降，主要為設計煤種改變所致，經過技改后脫硫效率有所提高，達到9395。本文就影響脫硫效率的主要因素：發電機功率、氧化空氣、吸收塔液位、漿液pH值、煙氣溫度、噴嘴垂直度等進行分析，建議采取改善漿液池切泡、增加塔內構件改善氣液傳質等措施進一步提高脫硫效率。關鍵詞：脫硫效率；影響因素；分析 1 概述某2360MW燃煤機組脫硫裝置采用石灰石濕法脫硫液柱塔技術，一爐一塔配置，單臺脫硫裝置設計處理能力為對應機組鍋爐煙氣量的85%，即煙氣量915500m3N/H(w)，SO23500p

5、pm(w),煙氣溫度142，FGD脫硫效率不低于95%。圖1 原裝置設計系統圖原裝置工藝流程如下：鍋爐引風機后的煙氣經換熱器降溫后進入順流塔預脫硫，再經U頸進入逆流塔繼續脫硫凈化，FGD出口煙氣經換熱器加熱后通過增壓風機送到煙囪排放；當脫硫裝置停運或事故時，FGD裝置入口擋板關閉，煙氣由旁路煙道排向煙囪；旁路煙道不設置關斷門，煙氣量大小通過增壓風機導葉開度進行調節；每套脫硫裝置漿液循環泵設計4臺，母管制噴淋。氧化風機設計1臺，塔內氧化風噴嘴出口距塔底高度約300mm，噴口直徑為DN15布置數量較多；循環泵進口漿池為切泡池，切泡池與氧化池通過隔墻隔離，隔墻高度3000mm；氧化池漿液超過3000

6、mm時，才能達到切泡池；吸收塔調整運行液位5700mm；反應生成的石膏漿液一部分通過脫水系統生成石膏，一部分直接通過拋漿系統排出裝置。2 裝置技改為適應高硫煤種，該電廠脫硫裝置于2008年至2009年進行改造，FGD進出口煙道內加熱器取消，漿液循環量由原來的22500m3/h增加到42500m3/h。液汽比由原來的20.4增加到35.4，吸收塔漿池運行液位仍然為5700mm，漿池容積由799 m3增加到1325m3。漿液循環時間由原來的2.13min縮短至1.87min。吸收塔漿池中石膏停留時間由原來的10.133h增加到12.44h。煙氣量由原來的1087200Nm3/h增加到1200000

7、Nm3/h，煙氣溫度由原來的142提高到152，順流塔空塔煙氣的流速由原設計14.1m/s降低到9.69m/s。順流塔Ug流速維持在7.96m/s。逆流塔空塔煙氣的流速由原設計4.66m/s降低到3.91m/s。逆流塔Ug流速維持在3.81m/s。吸收塔出口煙氣溫度由原設計48.9提高53。漿液循環泵在原有4臺各7500m3/h基礎上增加2臺各10000m3/h 的漿液循環泵，在原氧化風機1臺35000Nm3/h基礎上增加1臺30000 Nm3/h的氧化風機。脫水系統新增一套皮帶脫水機，擴容后的吸收塔漿液移出吸收塔仍采用一半脫水一半拋漿的方式。3 改造后裝置運行參數為進一步提升脫硫效率而采取新

8、的措施提供可靠的數據支持，調試單位收集了一段時間內脫硫裝置的運行參數及其趨勢并進行了一些相應試驗。圖2氧化風機運行對循環泵電流的影響圖3 氧化風機停運對循環泵電流的影響注:圖中紅色虛線框內為氧化風機停運后循環泵電流運行趨勢。循環泵電流波動幅度小，處于穩定狀態。虛線框外為氧化風機運行時的循環泵電流波動情況。表1 運行參數匯總表漿液密度(g/m3)液位(m)負荷(MW)含硫量（mg/Nm3）脫硫率氧化空氣壓力（KPa）1239.1975.392355.84112024.30792.72578.4291245.7585.467354.77313430.02393.09279.4591280.1675

9、.627356.17711333.84695.45881.0261198.1645.042352.24011726.76293.01874.5571182.6935.314356.23811822.12994.14973.1991148.5565.284354.74212649.91691.95073.1691168.3855.311355.04813410.94992.62374.2371159.9595.418346.25911610.41290.49074.9391164.5355.700345.55712760.54395.04275.3051156.6195.909332.06811

10、740.11192.24073.7031183.2745.411359.71712522.12593.43875.6131293.3655.479358.86212087.25093.34477.3301293.1375.337357.42811082.07696.83976.5291285.3555.036233.16010528.94595.04475.0411248.5055.023355.71911993.78990.36275.8424 影響因素分析從以上氧化風機對循環泵電流運行趨勢的影響和其它因素對脫硫效率的影響的歷史數據繪制成的表格可以得出，氧化空氣是引起循環泵電流波動范圍較大的

11、主要原因。漿液密度、吸收塔液位、吸收塔漿液pH值、負荷以及煤質含硫量對脫硫效率均有較大影響。但影響脫硫效率的因素不限于上述因素，還包括漿液噴嘴垂直度，漿液噴射高度、漿液噴嘴間距、覆蓋率、煙氣溫度、煙氣流速、循環泵出力等因素。4.1發電機功率影響負荷增加，脫硫效率短時上升，但隨后逐漸減小。這是因為負荷增加，增加的煙氣量因吸收塔行程，進出口煙氣量還未達到平衡，出口SO2總量低于進口SO2總量。隨著時間推移，吸收塔出口SO2總量逐漸增加，入口SO2總量保持不變，脫硫效率逐漸減小。同時，入口SO2總量增加，漿液中的SO2量越來越多，如果吸收塔漿液容量足夠，溶于漿液中的SO2量將達到一個穩定值。如果吸收

12、塔漿液容量不足，溶于漿液中的SO2量達到飽和溶解度，不再吸收，未被吸收的SO2量從吸收塔出口排走。負荷增加，煙氣量增加，煙氣在吸收塔內的流速增加，在塔內停留的時間變短，煙氣與漿液的接觸時間縮短，傳質不充分，吸收塔出口SO2量增加，脫硫效率呈下降趨勢，最終達到一個穩定狀態。負荷減少，煙氣量減少，脫硫效率應有大幅上升，但事實表明，脫硫裝置上升的幅度不大，在負荷230MW時，也僅能達到96%。這一現象說明，可能是漿液中SO2溶解度達到飽和或者是塔內存在煙氣走廊的現象。4.2氧化空氣影響本套脫硫裝置由于塔內氧化空氣布置較特殊，氧化空氣噴口至塔底間距約300mm，吸收塔液位5700mm，氧化空氣從噴口噴

13、出后需要穿越高度5400mm的漿液層，這樣氧化池中的漿液將會含有大量空氣，漿液循環泵抽取的漿液中也因此攜帶大量空氣，空氣經循環泵壓縮變成小氣泡，當其到達噴淋噴嘴出口時，由于噴嘴出口背壓較低，小氣泡噴出后迅速膨脹，體積擴大。擴大后的氣泡與后續漿液碰撞，減小了其勢能，因而液柱垂直高度降低。液柱高度降低引起漿液在塔內吸收段行程縮短，吸收不充分。漿液中氧化空氣較多對設備運行也非常不利。空氣隱沒于漿液中進入循環泵，引起漿液循環總量減少，循環泵出口母管壓力降低，液柱高度降低。氧化空氣進入循環泵，容易造成泵葉輪發生汽蝕，這是氧化空氣帶給設備的最大危害。氣泡不停地進入循環泵，經泵壓縮后體積呈時大時小變化，引起

14、泵出口壓力不穩定，作用于葉輪上的反作用力不穩定，引起泵振動和軸向竄動。從趨勢圖中可以看出，氧化風機停運后對循環泵電流的影響已經大幅減小，但仍能還有波動，證明漿液中應該還含有氣泡。氣泡怎么產生的呢？經分析，循環泵進口的切泡池上部無遮液板，漿液在下落過程中與煙氣接觸，漿液中溶有氣體，降落到切泡池再進入循環泵所致。加裝遮液板后，循環泵電流波動明顯減小。關鍵問題在于氧化風機運行時，如何減少氧化空氣進入循環泵的量是必須考慮的問題。4.3吸收塔液位影響吸收塔液位越高，循環泵入口漿液靜壓頭越高，循環泵抽取的漿液量越多，母管壓力越高，噴淋高度越高，漿液在塔內停留時間長，與氣體接觸的時間延長，接觸界面增加，氣體

15、穿越氣膜/液膜界面機會多，吸收效果更佳。同時液位高，氧化區高度增加，氧化反應充分，有利于提高脫硫率。亞硫酸鈣氧化不充分會導致過飽和，因亞硫酸鈣溶解度大于碳酸鈣，會抑制石灰石的溶解，要提高脫硫率，就得補入更多的石灰石漿液。另外亞硫酸鈣的溶解會增強漿液酸性，不利于對SO2的吸收，進而降低脫硫率。4.4吸收塔漿液pH值影響吸收塔漿液pH值過低或者過高，漿液的酸堿度對SO2的吸收也有非常明顯的影響。當pH值較低，亞硫酸鹽溶解度急劇上升，硫酸鹽溶解度略有下降，會有石膏在很短時間內大量產生并析出，產生硬垢，阻礙漿液對SO2的吸收。而高pH值亞硫酸鹽溶解度降低，會引起亞硫酸鹽析出，產生軟垢。在堿性pH值運行

16、會產生碳酸鈣硬垢。根據煙氣中SO2與吸收塔漿液接觸后發生的化學反應即：SO2H2OHSO3H CaCO3HHCO3Ca2 HSO312O2SO42H SO42Ca22H2OCaSO42H2O 從以上反應歷程不難發現，高pH的漿液環境有利于SO2的吸收，而低pH則有助于Ca2的析出，二者互相對立。因此選擇一合適的pH值對煙氣脫硫反應至關重要。典型試驗表明，高pH漿液中有較多的CaCO3存在，對脫硫有益，但pH5.8后脫硫率反而降低，原因是H+濃度的降低，Ca2析出越來越困難；pH=5.9時，漿液中CaCO3達到2.98%，而CaSO42H20低于90%。此時SO2與脫硫劑的反應不徹底，既浪費了石

17、灰石，又降低了石膏品質。低pH值能促進石灰石溶解，但不利于脫硫，也易造成設備酸性腐蝕。該電廠脫硫裝置改造后系統運行參數pH值一般控制在5.56.1，屬合理的控制范圍，但實測漿液中HSO3含量卻較高。4.5漿液品質影響漿液品質一般指漿液成分和雜質的含量。雜質一般指漿液中粉塵、樹脂脫落物、SiO2以及石灰石中含的雜質等。漿液中如果粉塵含量較多，將嚴重影響漿液品質。飛灰對漿液有二方面的影響：（1）飛灰在一定程度上阻礙了SO2與脫硫劑的接觸機會，降低了石灰石漿液中Ca2的溶解速率，同時飛灰中不斷溶出的一些重金屬會抑制Ca2與HSO3的反應。煙氣中粉塵含量持續超過設計允許量，將使脫硫率大為下降，管道內部

18、逐漸沉淀堵塞。（2）飛灰呈堿性，當其進入漿液后，漿液pH值將升高。由于運行中pH值控制不再通過Ca/S計算，而是只用pH值反饋控制，相應減少了石灰石漿液量，但粉塵不會被消耗掉，因此造成虛假pH值升高，脫硫效率反而下降。其它雜物對脫硫效率的影響主要體現在堵塞噴嘴和母管管道末端、噴嘴母管末端。一旦以上部位堵塞，必將造成漿液流量減少，液柱高度降低，擴散半徑減小，形成“煙氣走廊”的機率大為增加，因而降低脫硫效率。從該脫硫裝置每次停機檢修的情況檢查，均發現母管末端和最后二排噴嘴堵塞嚴重的現象。甚至順流塔干濕界面下部塔壁上覆蓋大量亞硫酸鈣結垢物。分析堵塞物成分，均是石灰石顆粒、SiO2、樹脂鱗片、亞硫酸鈣

19、結垢物等。順流塔塔壁結垢，主要是干濕界面沖洗水噴嘴堵塞或者水壓小或者漿液液柱超過設計高度得不到有效沖洗而結垢。4.6吸收塔噴淋液柱高度、漿液噴嘴水平度及間距影響在吸收塔液位及密度和pH值和漿液品質正常的情況下，影響脫硫效率的額外因素是漿液噴射高度及噴射形狀。噴射高度決定于漿液噴嘴形狀、噴嘴水平度、漿液中含有的氣體量、漿液量大小及間距。噴嘴形狀不同，漿液噴射高度和噴射形狀有差別。該電廠改造脫硫裝置采用的噴嘴為國產形狀與進口原裝噴嘴形狀一致，因此新裝噴嘴與原裝噴嘴液柱高度及擴散半徑基本一致。噴嘴安裝垂直度偏差較大，噴射出來的漿液方向越來越偏離垂直方向，漿液的運行軌跡呈拋物線狀，降低了應有的高度。液

20、柱傾斜，易造成漿液分布不均，形成“煙氣走廊”。在漿液母管壓力較低時，漿液分離作用不明顯，母管壓力越高，噴射高度越高時，液柱在上升過程中的傾斜和分離作用將會越來越明顯。這可以通過噴嘴的靜態噴水試驗來觀察噴嘴安裝垂直度情況。漿液中氣體含量多少也影響漿液液柱高度。氣體在漿液中占據了部分漿液的體積，相應減少了漿液量，自然地降低了液柱高度。漿液量的大小與吸收塔液位和漿液中是否攜帶氣體有關。噴嘴間距是通過計算，噴嘴噴出漿液后散開能夠覆蓋的安全間距。如果間距過大，噴出的漿液擴散范圍不能相互重疊，極易形成“煙氣走廊”，降低脫硫效率。停機后檢查噴嘴水平度、噴嘴之間間距，發現間距有嚴重超標的現象，最大值達到120

21、mm。通過橫向和縱向測試噴嘴水平度，偏差太多，這樣勢必引起噴射后的漿液傾斜，“煙氣走廊”就不可避免了。4.7煙氣溫度影響進入脫硫裝置的煙氣溫度升高，等效于進入脫硫裝置的煙氣量增加了，煙氣量增加，導致煙氣在塔內流速增加。根據FGD氣體吸收過程雙膜理論公式NTU=ln(SO2,in /SO2,out)=KA/G，NTU隨著煙氣流速（G）的增大而降低。因此在其他條件不變時，煙速的增大會降低SO2脫除效率。換句話說，煙速增大導致煙氣在同一吸收表面上停留時間縮短，進而使SO2的相對吸收份額降低。增大煙氣流速，可以降低煙氣與液滴表面之間的膜厚度。但煙速過高，吸收塔中的霧化液滴就會被煙氣帶走，損失液膜，減少

22、了氣液接觸的機會。設計煙氣溫度152，實際運行中達到170左右，煙氣量較設計值增加300000m3N/H(w)左右，需要的漿液量更多，效率達不到設計值也就成了順理成章的了。4.8漿液密度的影響吸收塔漿液密度越大，單位體積內的質量越多，循環泵抽取的質量流量越多，母管壓力越高，噴射高度變長，吸收時間增加，吸收效果變好。4.9漿液循環停留時間影響改造前漿液循環停留時間為2.13min，改造后的漿液循環停留時間為1.87min。漿液循環停留時間縮短意味著漿液在氧化池內的結晶時間較短，亞硫酸鹽不能充分氧化成硫酸鹽，造成亞硫酸鹽偏含量高，對SO2吸收效果變差。本脫硫裝置在建造完成調試期間，外方調試專家將切

23、泡池和氧化池隔墻下部隔斷，漿液從隔墻上部進入切泡池，其目的就是延長固體物在塔內的停留時間和除泡，以便足夠氧化。同時將吸收塔液位從5200mm逐步調整到5700mm，也是為了增加漿液循環量和漿液停留時間。改造后在滿負荷情況下，亞硫酸鹽含量仍然偏高，氧化結晶時間不夠，未能形成大量石膏晶體，便被排出塔外。4.10漿液循環泵葉輪是否磨損影響液氣比增加，脫硫效率相應增加。提高液氣比相當于增大了塔內的洗滌液噴淋密度，提高了吸收段的傳質面積；同時也增大了可用于吸收SO2的總堿度。循環泵葉輪如果磨損，葉輪直徑減小和葉輪表面出現凹凸狀，凹凸狀將增加漿液的局部阻力損失，造成葉輪出力降低。特別是集流器磨損直徑變大與

24、葉輪直徑的減小或者流道改變，葉輪與蝸殼之間的容積損失增加，均將導致泵的出力減小，漿液循環量減少。漿液在泵內高速流動，對泵殼內表面的沖刷磨損也是非常巨大的。經常出現泵殼壁厚變薄，膜穿的情況。當泵殼減薄后，經葉輪作功后的漿液回流量相應增加，漿液循環總量減小，液柱理所當然達不到應有的高度，吸收效果變差，因此脫硫效率降低。4.11煤質含硫量影響煤質含硫量越低，煙氣中SO2越少，需要的漿液量就越少，吸收更充分，脫硫效率增加。5 提高脫硫效率的措施5.1氧化空氣的布局氧化空氣在塔內的布局還需重新考慮，繼續減少氧化空氣對漿液液柱的影響。這可以通過延長氧化池漿液進入切泡池的行程，延長氧化空氣在漿液中的逸出時間

25、。在氧化池內，氧化空氣含量越多越好，但在切泡池內氧化空氣含量越少越好，這樣既能保證亞硫酸鹽得到充分氧化，又能保證漿液噴淋時的液柱高度，保證漿液對SO2吸收效果，提高脫硫效率。在切泡池上部加遮液板，避免漿液上行和下行過程中吸收的煙氣返回切泡池再次參與循環，讓其掉落到氧化池，在由氧化池到切泡池的過程中，最大限度地從漿液中逸出。5.2噴嘴安裝水平度、間距調整噴嘴安裝水平度、間距到設計范圍內，避免形成“煙氣走廊”。噴嘴水平度易于調整，但噴嘴間距調整則相對困難。考慮到移動管道末端的固定支座，重新防腐需較長時間，電廠方不太可能長時間停機，可以通過其它方式彌補噴嘴間距對脫硫效率的影響。5.3干濕界面沖洗提高干濕界面沖洗水的壓力、水量以及水質，保持水質潔凈度，同時對噴嘴重新選型，保證相鄰噴嘴之間噴出的水呈扇狀，相互重疊。冷態時觀察漿液液柱高度和沖洗水噴射高度，若漿液高度高于設計高度，則需在順流塔漿液母管上加裝適當孔徑的節流孔板，減少漿液量，從而適當降低其噴射高度。由于測試漿液噴射高度較困難，可以采用逐個試驗不同孔徑的節流孔板試驗方法。5.4增加一層噴淋增加一層AEE技術噴淋層。通過確定安裝噴淋層高度及噴淋漿液量，在備用泵的基礎上重新選型一臺漿液循環泵，該層覆蓋率達到150%200%。其作用增加液氣比，傳質效果更佳；其次加裝該層噴淋后，相鄰噴嘴之間噴射的漿液能