火電廠脫硫設備存在問題

及改造方法的探討

河南電力試驗研究院江得厚王賀岑

2014年7月8日1我國1990年后就已在火電廠開始研究、引進應用脫硫技術裝備。“十五”開始，我國就重點抓火電行業的污染控制，主要火電行業是排污大戶，相對其它行業而言，火電技術裝備更成熟一些，污染控制也相對容易實施；此外，當初國家與各行業提出更高污染要求時，只有火電行業很快就接受了。所以，我國煤電環保經過幾十年來尤其是近十年的發展，污染控制水平有顯著提高。有脫硫裝置的機組2012年底比2005年底增長近13倍。全國燃煤脫硫機組共4659臺，占全國火電機組的92％，總裝機容量7.18億千瓦；截至2013年底，已投運火電廠煙氣脫硫機組容量約7.2億千瓦，占全國現役燃煤機組容量的91.6%。2012年底燃煤脫硝機組共548臺，占27.6％，總裝機容量2.26億千瓦。截至2013年底，已投運火電廠煙氣脫硝機組容量約4.3億千瓦，占全國現役火電機組容量的50%；2012年底鋼鐵燒結機脫硫設施389臺，鋼鐵球團脫硫設施44臺；水泥熟料生產線脫硝設施148臺。

1.前言

2從上述數字不難看出，火電行業近十年在污染治理速度之快，數量之大，跟隨著由原來十幾家環保設備制造廠家，突然發展出一百多家制造廠，競爭十分劇烈，低價中標已成常事，國產化后每千瓦造價430多元低到98元，質量很難得到保證，給火電行業環保設備在運行中帶來不少問題；

另外受燃煤市場供需關系的影響，燃煤硫分、灰分和發熱量都嚴重偏離設計值，使煙氣量、SO2濃度、粉塵濃度、煙氣溫度等超出設計范圍，脫硫設施無法長期穩定運行；加上大氣污染物排放控制越來越嚴，隨著《火電廠大氣污染物排放標準》(GBl3223-2011)已經實施，控制SO2排放仍是電力行業環境保護工作的重點。因此，如何提高脫硫效率，控制排放濃度，并能達到投運率和脫硫效率乘積的脫硫綜合效率才能取得脫硫電價的要求。所以，有必要研究探討提高脫硫效率和控制排放濃度在當前存在主要問題如何解決的對策。3葉片ME堵塞嚴重防腐脫落、腐蝕GGH防腐層脫落腐蝕情況GGH結垢堵塞情況ME堵塞嚴重

除霧器堵塞嚴重情況

除霧器堵塞坍塌情況

循環泵葉片腐蝕情況坍塌結垢堵塞防腐脫落、腐蝕結垢堵塞含塵過高的煙氣進入脫硫塔，大部分煙塵仍留在漿液中，阻礙石灰石的消溶，導致pH值降低，脫硫率下降；同時將灰中的一些重金屬等離子溶出，影響化學反應、脫硫效果、石膏沉淀和結晶；煙塵還降低石膏品質[6]和脫水效率，甚至形成石膏漿液淌出；對整個工藝過程產生明顯的不利影響。更重要的是，大量的煙塵加劇循環泵和噴咀等設備的磨損、結垢和損壞，導致不能正常運行。脫硫塔本身的脫硫任務要適應各種工況，已很繁重，特別在新標準中SO2限值100mg/m3，更為嚴重。為保證可靠運行和高的脫硫效率，只能作脫硫用。而除塵器是用來除塵的，是煙塵濃度小于30mg/m3重要保證。不能因在除塵器上省些投資，而使投資更大的脫硫系統設備不能正常運行或很短時間更換設備，影響發電效益，減扣了脫硫電價，且影響大氣污染。設計時脫硫塔入口煙塵濃度應小于30mg/m3，即使脫硫設備停用也滿足嚴格的煙塵減排要求，使脫硫系統可用率高于95%運行。電除塵器對煙塵物化特性很敏感，在某些粉塵特性下用六電場除塵器也難達到30mg/m3的要求[7]，設計時要對粉塵特性分析和經濟技術比較后，才能決定選用那一種除塵器。62012年以前已投用的脫硫系統大都面臨改造增容的問題，改造中有幾個問題要注意的。3.1當煤質與原設計煤種有較大差距

煤質與設計值相差較大，煙氣S02濃度、煙氣量、煙塵濃度、煙氣溫度等參數都發生較大變化，對脫硫率產生不同影響。運行時采用改善吸劑品質、調整液氣比以及Ca/S比和PH值等運行參數，已解決不了SO2長期穩定運行達標排放時，可考慮對脫硫系統改造，關鏈是脫硫塔的改造。同時，還要考慮的除塵器提效改造，根據脫硫系統的需求進行改造。原來是電除塵器，要對煤質參數和煙塵成分進行分析，當粉塵中的A2O3+SiO2大于85％比電阻較高，而且都是微細顆粒，振打時易二次揚塵，將PM10以下的微細粉塵排入大氣，另外Al2O3又有粘性黏電極，降低除塵效率，就會使原4電場除塵器改為5或6電場，仍可能不達標排放。這時應該考慮采用粉塵過濾粉塵的袋式除塵器，排放濃度一般小于20mg/m3和更多捕集PM2.5。另外還有一定的捕集總汞率70％以上的作用。當前，有更多的新濾料可供選用，以滿足各種不同工況采用。

3.脫硫系統更新改造中的幾個問題的討論

71、加大塔徑和增加噴淋層單塔系統

從目前調查了解到大部分塔徑偏小，煙速往往都在4.5～5.5m/S之間，是脫硫系統出現許多問題的重要原因，因此，考慮擴大塔徑，使煙速在3.2～3.5m/S之間。然后根據燃煤含硫量決定加噴淋層的層數。山東荷澤電廠就是釆用這種技術，較果很好。2、脫硫雙塔系統當然有場地的條件下，可以考慮采用雙塔系統，原塔保留，容量不夠部分由副塔承擔，因此塔徑較小，高度較低，這樣工作量相對較少，仃機時間也較短，但注意兩塔間合理的氣流分布。當然也可以采用二爐三塔方案，但這種方案運行操作麻煩，特別當一臺爐仃運時，更為突出，設計時要考慮到這種運行操作方式。并聯雙塔以及二爐三塔系統控制操作較為麻煩很少釆用。3.2脫硫塔改造的方案的選擇8A.冷卻回路煙氣進入吸收塔后首先經過一個鋼性格柵裝置，在格柵上煙氣與從塔底抽上的循環漿液最大程度地接觸，煙氣中的重金屬、1％的飛灰和有一部分S02在液氣接觸中被漿液洗滌，之后，液滴落人塔底進行進一步反應，從而完成吸收塔的第一級脫硫。冷卻回路中的pH值控制在4.O一5.0這個較低的范圍內，這樣有利于亞硫酸鈣的氧化和石灰石的溶解，防止結垢和提高吸收劑的利用率(大部分從吸收塔回路來的過剩的石灰石都能在冷卻回路中得到利用)。B.吸收回路從冷卻回路上來的煙氣將在吸收回路中進行第二級脫硫。首先進入兩個連續運行的噴淋層，與噴淋的漿液進行充分接觸，吸收s02的漿液向下流入集液斗，然后漿液進入到加料槽，一部分吸收塔漿液通過溢流進入冷卻回路，溢流的量取決于清洗除霧器的水量。從噴淋層出來的煙氣最后進入一個除霧器，對溶有H2S04、硫酸鹽等的物粒進行去除，防止S02排放到大氣中污染空氣和腐蝕引風機。除霧器的上下部均設有水噴淋頭，對除霧器進行清洗，通過除霧器后，潔凈煙氣從塔頂排出。吸收回路中的pH值控制在6.0左右，這樣可以高效地吸收SO2，提高脫硫效率。C.主要優點雙回路吸收塔的優點：①采用并流原理使反應塔體積縮小；②降低初始投資費用和運行費用；③脫硫效率高，生產的石膏品位高；④產生一定的經濟效益與脫硫費用形成經濟互補。1012單塔雙循環示意圖6、吸收塔加裝雙托盤改造方案美國巴威公司單托盤噴淋塔國內曾有應用，加裝多孔托盤加強塔內煙氣與液的接觸，使脫硫能力增加1.5倍，相當一層噴淋層。改雙層托盤，增加石灰石漿液濃度到24％。并且在脫硫塔底部增加空氣噴槍加大空氣量以消除亞硫酸鹽致盲等綜合改造后，脫硫率從90％提高到98％。當然阻力也增加，引風機也得改造。目前國內已有使用案例。原裝有文丘里柵棒的脫硫塔，也可考慮加為雙層這種方案。不管采用那種方案，塔內要加裝使用漿液再均布裝置，因為，塔內同截面脫硫效率是不一樣的，中心區總面積2/3的區域煙氣均勻流速高，噴淋密度大，脫硫效率可達99％。塔壁周邊1/3區域形成層流，液滴貼壁，降低噴淋濃度，因此，脫硫效率大幅度下降，加裝這種均布裝置，把收集漿液流回中心區又減少煙氣漏捕，提高液氣交換提高脫硫效率。144.除霧器改造除霧器目前大多采用平板式工程塑料，易結垢、堵塞、坍塌。最好采防腐蝕鋼制屋脊形除霧器，出口霧滴小于45mg/m3，當然，前題條件是塔內煙速設計為3.2～3.5m/S。要有沖洗水噴淋系統，運行加強沖洗維護工作。5.漿液循環泵的選擇漿液循環泵大多很快磨蝕，是運行維護中常見的通病。主要原因是氣蝕、磨蝕、化學磨損。產生氣蝕的原因是用1500n/min的高速泵，建議采用750n/min的低速泵，但體積大，價格高；再有就是煙塵進入脫硫塔，使泵產生磨損，加速損壞。所以，脫硫塔入口粉塵濃度小于30mg/m3為好；化學腐蝕較小，影響不大。15由于運行中容易產生結垢、堵塞，很多電廠已取消了GGH，沒取消的大部分都運行較好，所以，改造中不要輕易就把它拆除。經過多個電廠垢樣檢查分析，結垢的原因是脫硫塔內煙速太高，除霧器效果差，煙氣中攜帶漿液所致，其垢樣50％是灰中的Al2O3、SiO2。再加上沒有按規定期沖洗等原因造成。只要這兩方面的問題得到解決，就不用拆除GGH。GGH不拆除，排煙溫度提高30℃，煙氣抬升高度增加90米，利于擴散，就是有石膏雨，也不會在近地點出現，而稀釋擴散到更遠的地方。當然，脫硫塔內煙速降低和除霧器效率提高后，問題得到改善；另外，煙氣溫度提高后，煙囪正壓區相對減少，對煙囪腐蝕也相對得到改善。6.GGH存在問題與對策16據某電力設計院對全國電廠煙囪防腐狀況調查，全國煙囪防腐情況幾乎都出現問題。甚至,采用復合鈦鋼板的煙囪都產生外墻點腐蝕，主要焊縫有漏點。賓高德玻璃磚也脫落，主要是用膠不當，打底不夠所造成。其它如瓷片、聚尿、膠泥、磷片樹脂等材料都脫落。主要是用材粘結不當，底層打磨不夠。最主要是忽視煙溫變化產生熱應力將接縫拉裂或與底層拉開等，造成煙囪腐蝕。當前，機組容量大都是600MW、1000MW機組，可以考慮采用復合鈦鋼板組合煙囪，小一些的機組可考慮用賓高德玻璃磚，但得用進口的粘膠，也就是兩種材料的膨脹系數大體一致的材料。

7.關于煙囪防腐

17石膏雨產生的原因：煙溫、煙速、煙囪結構、防腐材料、除霧器效率、運行工況、擴散條件(環境溫度和大氣壓)等。(1)、最主要是除霧器效率低；若出口煙氣中霧滴質量濃度不大于75mg/m3，否則極易生石膏雨。若設計不當、間距過大，運行中結垢堵塞造成差壓大于100～150Pa，會形成石膏雨。(2)、脫硫塔煙速過高；會將漿液帶出除霧器進入煙囪和造成除霧器結垢。同樣塔內煙溫過高，也會增加煙速產生同樣效果。當然，煙速過低不利氣液分離，降低霧器效率。

8.石膏雨產生原因及防治

18脫硫系統改造是系統工程，工程完成后要對運行參數優化調整，對吸收劑品質、液氣比、漿液PH值、Ca/S比等進行優化調整，才能經濟、穩定運行。

9.運行調整優化

20(1)、常規的處理方法1)、排放到無浸漏灰場；目前，有些電廠采用這種方法，因為方法簡單，投資最少，對濕排灰或干除灰等方式都適用。但脫硫灰水中Cl-1不斷積累升高對輸灰設備及灰場等設施造成腐蝕，還有可能浸漏至地下，將重金屬等污染物污染地下水。2)、化學沉淀法；通過用堿性物質與脫硫廢水中和，加入硫化劑使一些重金屬等離子形成硫化物沉淀。再用絮凝劑將廢水澄清，使脫硫廢水達標排放。只在當前對排水質要求不高的地方采用。由于投資不高，易實現，所以，很多電廠在應用。3)、流化床法；有資料介紹，國外有電廠采用以石英砂為填料的流化床處理脫硫廢水。先經過緩沖池的廢水和化學藥劑氫氧化鐵、高錳酸鉀進入流化床塔處理，經循環池排出。要得到較高的脫汞率，得用兩級串聯塔，投資和運行費用都較高。隨著對污染物排放要求不斷提高，當前的脫硫廢水工藝技術已經不能滿足環保要求，深化治理脫硫廢水的要求，已提到目前日程上。

10.脫硫廢水處理

214)、電解制次氯酸鈉法經過物化處理的過的廢水含鹽是仍較高，其中含有較高濃度的Cl-，采用電解方法處理脫硫廢水，經過電化學反應，將Cl-氧化生成次氯酸鈉，可以用作循環冷卻水殺菌劑使用。該方法運行方便，有較好的經濟效益。但廢水中其它成分會對電解效果影響，有待進一步研究提高。經過此方法處后的廢水又可作為煤場噴灑用水。沙州電廠2×600MW機組采用此方法。目前，大多