石灰石-石膏濕法吸收系統(tǒng)高效運(yùn)行的分析
摘要:為解決我國日趨嚴(yán)重的大氣污染,石灰石- 石膏法脫硫技術(shù)在電力行業(yè)二氧化硫控制上得到廣泛應(yīng)用。為了保證石灰石- 石膏法FGD 工藝的良好運(yùn)行,重點(diǎn)從吸收設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作上分析了影響該法運(yùn)行的因素,并闡述了保證吸收操作效果的措施,特別是針對腐蝕和結(jié)垢堵塞問題提出了解決的觀點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:石灰石-石膏法脫硫,影響脫硫效率因素,腐蝕和結(jié)垢堵塞
0 引言
煙氣脫硫是控制火電廠SO2 污染的重要措施,隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,作為主要大氣污染物的二氧化硫在“十五”期間排放量不僅沒有減少,反而增加27 % ,二氧化硫污染非常嚴(yán)重。進(jìn)入“十一五”國家加大了二氧化硫的控制力度,采取了一系列行政、法律、政策、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)措施,到2007 年底,我國火電廠煙氣脫硫裝機(jī)容量超過270 MW,約占火電裝機(jī)總?cè)萘康?0 %。從2007 年首次出現(xiàn)排量下降, 到2008 年上半年排放總量 1 213.3 萬t ,與2007 年同期(1 263.4 萬t) 相比下降 3.96 %。
按照《國家酸雨和二氧化硫污染防治“十一五”規(guī)劃》要求,控制重點(diǎn)放在了火電廠的二氧化硫排放,新 (擴(kuò)) 建燃煤電廠除國家規(guī)定的燃用特低硫煤的坑口電廠外,必須同步建設(shè)脫硫設(shè)施。超過國家和地方二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)或總量控制要求的現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組,必須安裝煙氣脫硫設(shè)施或采取其他減排措施。到 2010 年底,現(xiàn)役燃煤機(jī)組50 %以上采取脫硫措施,全國脫硫燃煤機(jī)組裝機(jī)容量達(dá)到460 MW左右,約占當(dāng)年燃煤機(jī)組裝機(jī)容量的三分之二。二氧化硫排放的嚴(yán)格控制為脫硫行業(yè)提供了很大的發(fā)展空間。從相關(guān)資料報(bào)道看,脫硫技術(shù)也得到快速發(fā)展, 尤其在我國探索使用的方法就有幾十種[1 ] 。但從凈化效率、運(yùn)行穩(wěn)定性等方面綜合分析看,石灰石石膏法煙氣脫硫是我國煙氣脫硫的主力技術(shù)。成為龍?jiān)喘h(huán)保、武漢凱迪、北京博奇、山東三融、浙大網(wǎng)新、中電投遠(yuǎn)達(dá)、清華同方、浙江菲達(dá)等幾大脫硫公司脫硫工藝的首選方案。
根據(jù)國家環(huán)保部2008 年上半年主要污染物排放量指標(biāo)公報(bào)顯示,中國大唐集團(tuán)公司保定熱電廠、中國國電集團(tuán)公司太原第一熱電廠等9 家企業(yè)脫硫設(shè)施運(yùn)行不正常。這其中有觀念、管理等方面的原因, 也有技術(shù)、運(yùn)行操作方面的原因。本文針對在石灰石石膏脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常見問題進(jìn)行分析,為脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與操作人員提供一定的技術(shù)參考。
1 工藝簡介
石灰石石膏法脫硫系統(tǒng)主要包括原料輸送系統(tǒng)、吸收劑漿液配制系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、SO2 吸收系統(tǒng)、石膏脫水及貯存和石膏回收系統(tǒng)等。煙氣從鍋爐引出后進(jìn)入FGD 系統(tǒng),首先通過氣氣熱交換器( GGH) 對未脫硫煙氣進(jìn)行降溫,再進(jìn)入吸收塔進(jìn)行脫硫反應(yīng),完成脫硫后的凈化煙氣經(jīng)除霧后再通過GGH 熱交換器為煙氣加熱,升溫至80 ℃以上后經(jīng)煙囪排出[2 ] 。處理流程中最關(guān)鍵的部分是吸收塔,吸收塔的正常高效操作對整個系統(tǒng)的運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。煙氣從吸收塔下側(cè)進(jìn)入,漿液從吸收塔漿池經(jīng)循環(huán)漿液泵打至噴淋層,在噴嘴處霧化成細(xì)小的液滴,自上而下落下。煙氣與吸收漿液逆流接觸,在塔內(nèi)進(jìn)行吸收反應(yīng),二氧化硫與漿液中的石灰石反應(yīng)生成亞硫酸鹽,后者在漿池中由空氣氧化生成硫酸鹽,最后得到副產(chǎn)品石膏。經(jīng)吸收劑洗滌脫硫后的清潔煙氣,通過塔上部的除霧器除去霧滴后進(jìn)入煙氣換熱器升溫側(cè), 加熱后排出吸收塔。
2 影響SO2 脫除效率的因素與控制
影響吸收塔操作的幾個重要因素包括:吸收塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、吸收液參數(shù)控制、噴淋系統(tǒng)操作和除霧器運(yùn)行效果等。要針對吸收塔運(yùn)行存在的問題,有側(cè)重的采取措施,保證吸收塔的良好使用。
2.1 吸收塔結(jié)構(gòu)
不同的吸收塔有不同的吸收區(qū)設(shè)計(jì)。其中柵格式吸收塔由于系統(tǒng)阻力大、柵格易堵和易結(jié)垢等問題逐漸被淘汰;鼓泡式吸收塔也由于系統(tǒng)阻力大、脫硫率相對偏低等問題應(yīng)用較少;噴淋式吸收塔由于脫硫效率能達(dá)到95 %以上,系統(tǒng)阻力小,目前應(yīng)用較多。但該塔噴嘴磨損大且易堵塞,為系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來一定的影響;另外一種新型的吸收塔是液柱塔,由于其脫硫率高,系統(tǒng)阻力小,能有效防止噴嘴堵塞、結(jié)垢問題,應(yīng)用前景廣闊。
因此在吸收塔的設(shè)計(jì)選擇上應(yīng)綜合考慮廠方的要求和經(jīng)濟(jì)性,液柱塔是首選方案,其次是噴淋塔。煙氣脫硫一般采用單吸反應(yīng)完成,吸收塔內(nèi)部除了噴淋管和吸收塔出口處的除霧器外,一般不配裝其他內(nèi)部部件。吸收塔的內(nèi)表面盡可能制做得光滑平整,這樣,漿液在產(chǎn)生固體物沉淀或可能出現(xiàn)的結(jié)垢會迅速輕易地從漿池排出,減少了氣流阻力,減少了結(jié)垢的產(chǎn)生。
為保證氣液充分接觸,必須保證塔內(nèi)一定高度的液滴區(qū)。一般需要設(shè)置幾層噴淋層來實(shí)現(xiàn),一般設(shè)置 2～3 個噴淋層,每個噴淋層設(shè)置足夠多的噴嘴,噴嘴采用耐磨性能極佳的SiC 材料,采取旋轉(zhuǎn)空錐霧化, 可以將漿液細(xì)密地噴淋到煙氣區(qū),覆蓋整個氣流流過界面,并能保證噴嘴的使用壽命[3 ] 。
2.1 吸收塔運(yùn)行參數(shù)控制
在吸收塔使用中造成吸收效率低的因素包括: pH值過低( < 5.5) 、煙氣流量增加、SO2 入口濃度增大、漿液循環(huán)流量減小、氯化物濃度過高、從原煙氣到凈煙氣泄漏等方面。因此為提高吸收塔的使用效率, 采取的措施包括:
2.2.1 提高吸收液的pH 值
吸收液控制的重要參數(shù)是pH 值大小,一般單回路吸收塔中最佳的pH 值選擇在5.6～5.8 之間,如果 pH值超過此值,吸收塔會有結(jié)垢問題出現(xiàn);如果pH 值低于此值,漿液的吸收能力下降,最終影響到SO2 的脫除效率和石膏的質(zhì)量。在實(shí)際操作上一般通過控制加入的石灰石劑量和保持石灰石良好的反應(yīng)性能來實(shí)現(xiàn)。
2.2.2 增加氣液接觸的機(jī)會
增加氣液接觸反應(yīng)機(jī)會的措施包括:
1) 增加氣液比,增加一定處理煙氣下噴入液體的量,提高反應(yīng)幾率。
2) 控制吸收液的過飽和,防止石膏凝結(jié)結(jié)垢減少液體的使用效率。
3) 保持循環(huán)泵的良好運(yùn)行,使液體循環(huán)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
2.2.3 石灰石的粒度控制
吸收系統(tǒng)采用的脫硫劑是石灰石粉,除了對石灰石含有的碳酸鈣量有一定要求之外,更重要的要求是其必須具有相當(dāng)?shù)募?xì)度,才能保證漿液的吸收效率。一般要求配制漿液的石灰石粒徑≤325 目的比例達(dá)到90 %以上。因此,原料準(zhǔn)備階段必須嚴(yán)格控制粒度。
2.2.4 除霧器的設(shè)置
除霧器的作用是將煙氣中夾帶的大部分漿液分離出來。使煙氣出口含霧滴< 10 mgPm3 。為保證除霧器的良好使用,必須保持其表面不變形和清潔,為此必須經(jīng)常進(jìn)行沖洗。除霧器的沖洗由一個沖洗程序控制,沖洗方式為脈沖式。當(dāng)吸收塔漿液池液位較高時,沖洗的脈沖間隔時間就長一些。但為了防止除霧器因煙氣帶出的漿液液滴產(chǎn)生結(jié)垢,應(yīng)該縮短沖洗間隔。
2.2.5 吸收塔底的控制
吸收塔下部漿池需要充分?jǐn)嚢?從而使其中的脫硫有效物質(zhì)(CaCO3 ) 微粒在漿液中保持均勻懸浮狀態(tài),保證漿液的氧化作用盡可能完全。因此必須設(shè)置若干個攪拌器,保持?jǐn)嚢杵鞯某掷m(xù)運(yùn)行,即使在吸收塔停止使用時也要保持運(yùn)行,使?jié){液處于流動狀態(tài)。
2.2.6 防止煙氣泄露
為防止煙氣泄露影響凈化效果,一般在擋板閥、 GGH 等處理煙氣與未處理煙氣接觸的部位設(shè)置密封風(fēng)機(jī)。通過將密封空氣導(dǎo)入到關(guān)閉的擋板或接觸處, 以防止煙氣泄露。因此保證密封風(fēng)機(jī)的良好運(yùn)行是防止泄露的關(guān)鍵,加強(qiáng)日常的檢查、維護(hù)和維修是必要的。
3 保證吸收塔穩(wěn)定運(yùn)行必須解決的難題
吸收塔在使用時經(jīng)常出現(xiàn)的問題是腐蝕和結(jié)垢, 這也是FGD 系統(tǒng)運(yùn)行的難題,下面針對這兩個主要問題分析控制的思路:
3.1 腐蝕問題
腐蝕問題是濕法脫硫中最常見的問題。石灰石- 石膏法脫硫系統(tǒng)中造成腐蝕的因素主要有煙氣中含有的硫化物及氯化物、煙氣溫度和石灰漿的酸堿度等。
橡膠襯里在耐磨性、抗?jié)B透性方而較好,但耐熱性比涂層差。一般應(yīng)用于機(jī)械負(fù)荷大而介質(zhì)或內(nèi)部環(huán)境溫度較低的區(qū)域,如吸收塔內(nèi)部、石灰石漿液系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、溫度較低的煙道等。玻璃鱗片由于抗腐蝕性、耐磨性、耐熱性都較好,被廣泛用于煙道、吸收塔等煙氣脫硫裝置的各個區(qū)域。整體玻璃鋼可作為單元設(shè)備應(yīng)用在煙氣脫硫裝置中。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮防腐措施。如用合金材料制造設(shè)備和管道、使用襯里材料、用玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂、采用旁路熱煙氣調(diào)節(jié)等[4 ] 。
根據(jù)目前運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn),煙道、GGH、吸收塔、地溝地坑、箱罐等采用玻璃鱗片襯里;高溫區(qū)(如原煙道) 防腐襯里材料使用耐高溫玻璃鱗片樹脂AJF - 6200 (耐溫140～160 ℃) ,低溫區(qū)(如凈煙道) 防腐襯里材料使用耐高溫玻璃鱗片樹脂AJF - 3200 (耐溫80～ 100 ℃) ,厚度2 mm以上。法蘭采用2 mmFRP 襯里;各種管道采用襯膠或襯塑,究竟采取什么措施,通過綜合考慮介質(zhì)腐蝕性、故態(tài)物含量、燃煤成分、所采用的煙氣脫硫系統(tǒng)類型及經(jīng)濟(jì)狀況而定[5 ] 。
3.2 結(jié)垢和堵塞問題
結(jié)垢和堵塞是濕法脫硫工藝中最嚴(yán)重的問題,是目前造成設(shè)備停運(yùn)的重要原因之一。吸收塔、氧化槽、管道、噴嘴、除霧器、換熱器等設(shè)備的結(jié)垢將影響使用效果,嚴(yán)重的結(jié)垢將會造成壓損增大,設(shè)備堵塞, 系統(tǒng)停運(yùn)[6 ] 。
從結(jié)垢的類型看,包括碳酸鹽結(jié)垢、亞硫酸鹽結(jié)垢、硫酸鹽結(jié)垢。pH 值較低時,亞硫酸鹽能達(dá)到較高的過飽和度,從而在石灰石P石灰系統(tǒng)中亞硫酸鹽結(jié)晶現(xiàn)象難以發(fā)生。控制pH 值保持在9 以下時,碳酸鹽結(jié)垢和亞硫酸鹽結(jié)垢可以得到很好控制。對于硫酸鹽結(jié)垢,防止的方法是保持5 %的石膏濃度,提供大量的石膏晶種,從而使過飽和的石膏沉積在晶體表面。為達(dá)到所需的5 %石膏濃度,采取控制氧化措施,采用抑止氧化或強(qiáng)制氧化方式將氧化率控制在 < 15 %或> 95 %。一般采取強(qiáng)制氧化,即通過向洗滌液鼓入空氣, 使氧化反應(yīng)趨于完全, 氧化率高于 95 % ,保證漿液有足夠的石膏品種用于晶體成長。
4 結(jié)束語
作為二氧化硫控制的主流工藝,吸收操作影響因素較多。為保證吸收塔良好使用并延長使用壽命,我們必須從吸收塔的結(jié)構(gòu)入手,采用簡潔的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 并控制吸收液pH 值在5.6～5.8 之間,石灰石粒徑≤ 325 目的達(dá)到90 %以上。通過保持充足的液體量、良好的氣液接觸、充足的漿液氧化度、必要的煙氣防泄露措施保持高效率。特別是必須解決好腐蝕和堵塞問題,通過必要的防腐措施和防設(shè)備結(jié)垢措施,使石灰石- 石膏法脫硫工藝得到經(jīng)濟(jì)的高效運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
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