石灰石—石膏濕法脫硫裝置存在的主要問題及對策
摘要:本文介紹了目前大型火電機組普遍采用的石灰石—石膏濕法脫硫裝在的問題，并對問題進行了分析，提出了相應的解決辦法。
關鍵詞:脫硫,問題,解決辦法
1 前言
燃煤發電廠是二氧化硫的排放大戶。近年來，為了保護環境、減少二氧化硫的排放量，國內大量的燃煤發電機組安裝了煙氣脫硫裝置，主要采用了石灰石－石膏濕法脫硫工藝。國家在發電量上對脫硫機組出臺了一些優惠政策，在上網電價上也對脫硫機組提供一定的電價補貼，要求對脫硫裝置實行連續監控、嚴格考核，脫硫裝置運行的好壞不緊是能否拿到脫硫電價的問題，而且會導致高額的環保罰款甚至影響機組的發電量，但目前脫硫裝置的運行狀況仍不是很好。
2 目前脫硫裝置存在的主要問題
2.1 工程質量存在問題較多
新建電廠要同時建設脫硫設施，已建電廠也要完成脫硫設施改造，逐步形成很大的脫硫市場，為了爭奪市場份額，也逐漸發展到無序競爭。開始時技術到設備幾乎全部從國外引進，造價較高；經逐步國產化后，2006 年4 臺600MW 機組造價低到100 元/kW，為了中標價格低到了不可思議的地步，能否保證工程質量令人擔憂。短時間內大量電廠要建設脫硫設施，使承包工程的公司同時開工的工程多達八九個，戰線拉得很長，工程完成時間短到半年，很難保證工程質量。
工程造價低，完成時間又短，使得不少電廠脫硫裝置投運后需要不斷完善和優化改造；不少設備損壞過快提前更換、脫硫系統維護工作量大是造成目前脫硫裝置投用率不高的主要原因。突出表現在漿液泵和攪拌器機械密封損壞，漿液泵和攪拌器葉輪、葉片腐蝕和磨損，閥門等的磨損和腐蝕，各測量儀表故障，煙道防腐脫落，膨脹節腐蝕，管道堵塞或腐蝕，煙氣擋板泄漏等。
2.2 設計參數選擇不合理，系統很難滿足正常穩定運行
在煙氣量、灰份、含硫量往往選擇過小。脫硫裝置設計不合理主要體現在脫硫裝置入口二氧化硫濃度、煙塵濃度、煙氣量超出設計值較多，脫硫裝置的脫硫能力不能滿足實際需要，系統不能連續、穩定運行；其主要原因是發電企業向脫硫公司提供的煤質和煙氣參數較實際相差甚遠，導致脫硫裝置無法處理全部煙氣。目前已知多個電廠脫硫塔不能滿足實際運行的要求，需要對脫硫塔和系統進行整體改造，造成資源很大的浪費。
2.3 脫硫塔當做除塵器使用[1]使系統不能穩定運行
脫硫塔的確有除塵作用，所以設計單位往往考慮將脫硫塔設計除塵效率為50%，有些設計單位甚至考慮除塵效率達到80%。而且脫硫塔前電除塵大都為雙室四電場，由于電除塵對粉塵物化特性敏感，大都除塵效率運行在96%~99.5%之間，所以脫硫塔入口粉塵濃度約200mg/m3 左右，將有100mg/m3 的粉塵不斷加入石灰石粉脫硫劑中參與循環，使脫硫效率降低；影響石膏結晶和品質，不利于石膏的綜合利用；造成濾布堵塞，出現石膏脫水困難現象；加速循環系統的磨損，如漿液循環泵、攪拌器、風機等轉動機械。所以，在系統設計時，脫硫塔入口粉塵濃度要小于50mg/m3，才能保證脫硫系統長期穩定運行。特別是當前煙塵排放濃度要小于50mg/m3 更嚴的情況下，許多電廠正在由四電場改為六電場電除塵或袋式除塵器。
在河南省某電廠2×600MW 機組，就因為實際燃用煤質與設計值出入較大，四電場電除塵器效率為 98.8%，煙塵排放量平均為487.88kg/h，超標排放直接導致脫硫系統磨損嚴重、漿液中毒、除霧器積塵嚴重坍塌等一系列事故，嚴重影響到脫硫裝置的連續穩定運行；脫硫停運檢查時發現塔內部分地方的積灰達到四米多高，目前計劃將電除塵改為電加袋除塵器。
2.4 管理重視程度不夠、運行監督不力
目前國內脫硫裝置普遍存在著重建設、輕運行和維護的傾向，對已建成脫硫裝置的重視程度不夠，很多電廠的脫硫裝置經脫硫公司移交后趨于停運、半停運狀態。對大部分發電企業來說，煙氣脫硫還是一個新項目，對脫硫裝置的監督體制不健全，很多電廠對脫硫裝置的運行參數化驗項目不全，部分電廠還沒有對脫硫裝置的運行參數進行監督化驗，部分電廠甚至沒有脫硫實驗室。
2.5 火電廠脫硫設備當前運行中存在的主要問題
2.5.1 轉動機械的磨損、腐蝕嚴重
因漿液泵、攪拌器等長期在具有一定含固量的石灰石粉、煙塵以及石膏等混合漿液中連續運行，且漿液中含有濃度較高的氯離子，在對脫硫裝置的運行參數沒有進行深入研究和日常監督不力時，這些轉動機械的磨損、腐蝕較嚴重；下圖是某電廠#3 漿液循環泵運行10 個月后磨損的圖1、圖2。
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2.5.2 GGH 堵塞、腐蝕嚴重
GGH 是脫硫裝置的重要組成部分，其性能及運行的好壞直接影響整個脫硫系統的穩定和經濟運行，為了保持GGH 的清潔，設計了在線空氣吹掃和高壓水沖洗，但大部分GGH 設備運行一定時間后都會因為煤質、除塵器運行以及在線空氣吹掃效果不好和除霧器達不到設計要求等GGH 的堵塞情況相當普遍，造成系統阻力增大，能耗增加；嚴重時導致增壓風機過載跳閘或旁路擋板門自行打開[2]，脫硫系統無法正常運行；而頻繁的高壓水沖洗使GGH 表面防腐層脫落，導致GGH 腐蝕嚴重。目前GGH 的吹掃方式已明顯不能滿足系統長期經濟、穩定運行的要求。下圖是某電廠運行一段時間后GGH 堵塞和腐蝕的圖3、圖4。
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2.5.3 脫硫塔水平衡和除霧器的沖洗頻率難控制
吸收塔水平衡是脫硫裝置長期穩定運行的基礎，除霧器的定期沖洗是保證除霧器長期、高效運行的保障。實際運行中很多電廠由于無法使補充進入脫硫塔的水量和流出脫硫塔的水量保持平衡出現脫硫塔漿液溢流的現象，竟而長期對除霧器不進行沖洗，使除霧器堵塞嚴重，甚至出現過除霧器坍塌的現象，下圖是除霧器嚴重堵塞的圖5、圖6：
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2.5.4 制漿系統運行出力不足
制漿系統主要功能是制備合格的吸收劑漿液，并根據吸收塔系統的需要為其提供足夠的流量，達到合適的脫硫效率。制漿通常分為2種系統：干式制漿系統和濕式制漿系統；濕式制漿系統因占地面積小、噪音低、環境污染小、電耗低等優點被電廠廣為使用。目前濕式制漿系統存在的主要問題是達不到額定的出力，石灰石粉細度達不到設計要求，對脫硫裝置的高效、穩定運行造成一定的影響。
2.5. 5 運行成本高
脫硫裝置的運行成本主要由脫硫裝置的電耗、水耗、石灰石粉耗量、脫硫廢水藥劑等及部分組成。據統計，某電廠2×600MW機組的天運行成本達到10萬元，如何對脫硫裝置的運行進行優化調整，降低脫硫裝置的運行成本是一個值得探討的新課題。
3 電廠脫硫系統出現的問題解決方法
3.1 加強行業管理，規范脫硫市場
現在每年有幾十億元的脫硫裝置投入安裝或運行，首先要規范設備要求和合理的價格，在這方面行業要加強管理，避免無序的競爭，才能保證有可靠的質量有保證的設備。其次要制訂出不同機組、不同工藝技術的施工工期，避免能力不足盲目掄進度，忽視了施工質量，投運后進行技改反而得不償失。
3.2 設計前的基礎參數和條件要認真慎重的選定
國內煤炭供應越來越緊張，來什么煤就燒什么煤，所以，設計時要綜合分析煤炭狀況，慎重訂出設計參數和校核參數，并要考慮一定余量以適應煤種多變的市場，投產后盡量使用設計的煤種和石灰石。目前發電企業使用煤種的實際含硫量、灰份普遍超出設計值較多，脫硫裝置入口二氧化硫濃度、煙氣量超出設計值的現象非常普遍，大部分的脫硫裝置無法處理全部煙氣量，這是旁路擋板不能全關運行的一個重要原因。發電企業應通過混煤等方法盡量使入爐煤的含硫量接近設計值；另一方面，應加強對石灰石粉品質、活性、細度等參數的監督，不合格的石灰石不予接收。
3.3 重視管理、加強監督、及時進行運行調整
發電企業應制定行之有效的煙氣脫硫裝置生產及技術管理制度，加強對石灰石粉、石膏成份及石灰石粉細度、吸收塔漿液中氯離子、氟離子、亞硫酸根等離子濃度的化驗；定期對運行儀表進行手工對比化驗；加強對測量儀表的管理；運行中加強對運行參數的監視并及時做出合理的調整。
3.4 設計時脫硫塔不要當做除塵器使用，運行時加強對電除塵器的運行管理
設計時不要把脫硫塔當做除塵器使用是很有必要的，大量粉塵進入脫硫系統內產生的危害之大，目前都有體會。運行中電除塵器能否正常高效運行直接影響后續脫硫裝置的正常投運。除塵效率低導致進入脫硫裝置的煙塵濃度高；一方面會導致GGH 堵塞嚴重，系統壓力增大、能耗增加，甚至導致增壓風機過載跳閘或旁路擋板門自行打開，使脫硫系統無法正常運行；另一方面大量的煙塵進入脫硫塔并在脫硫塔內不斷富集，增加了漿液循環泵的磨損、脫硫效率降低、石膏品質下降、石膏脫水困難、脫硫廢水量增加；此外，粉塵在吸收塔內成積過多會降低脫硫效率。
3.5 加強設備的狀態檢修
脫硫設備大量國產化是目前脫硫裝置故障率高的一個重要原因。目前國內部分脫硫設備配套的生產企業對脫硫系統認真研究不夠，對設備的運行條件缺乏了解，發電企業盡量購買專業的脫硫設備生產廠家的產品。另外，加強對設備的運行監督、維護和檢修，對一些故障率高的設備要有備品備件。最好使用點檢、狀態檢修等手段，提前預知設備狀況，安排維修。
3.6 對脫硫裝置運行中的問題及原因進行分析，找出合適的解決辦法
3.6.1 漿液循環泵等轉動機械的磨損
工作介質是具有一定固體含量的石灰石粉（石膏及煙塵）漿液，如果漿液中固體含量高、固體顆粒大、哈氏可磨指數低等原因會造成這些泵的葉片磨損嚴重；漿液中氯離子、氟離子濃度過高以及過低的pH 是泵的葉片、殼體腐蝕的重要原因，運行人員應加強對漿液pH、密度以及氯離子、氟離子濃度等的監督，并根據實際情況及時進行調整。
3.6.2 GGH 堵塞
GGH 堵塞的主要原因是除塵器出口煙塵濃度超標，分析除塵器效率低的原因并進行調整，降低電除塵器出口煙塵濃度，應加強對除霧器的沖洗。目前GGH 普遍設計的壓縮空氣吹掃和高壓水沖洗的模式。壓縮空氣吹掃不徹底，高壓水沖洗會造成GGH 防腐脫落，部分學者提到高壓蒸汽吹掃的觀點可以借鑒[3]。
3.6.3 脫硫塔水平衡是脫硫裝置長期、穩定運行的基礎
脫硫塔水平衡調節的關鍵是使流入和流出吸收塔的水量保持平衡。為了避免漿液溢流，運行人員通常會減少除霧器的沖洗頻率甚至停止對除霧器的沖洗，長期以往將會造成除霧器堵塞甚至會引起除霧器坍塌。為了保持脫硫塔內水平衡，在保持除霧器沖洗頻率相對穩定時通常是控制流入吸收塔的其它水量來控制脫硫塔內水平衡，可從以下幾個方面入手：①檢查閥門、消除內漏；安全運行的前提下盡量減少其軸封水、冷卻水；②防止外來水源進入漿液系統；石灰石粉漿液密度控制在合適的范圍內；③必要時加大廢水排放量。
3.6.4 制漿系統運行出力不足
制漿系統出現的主要問題是不能在額定出力下運行或在額定出力下運行時石灰石粉的細度不能滿足設計要求。濕磨制漿系統在低于額定出力下運行時：一方面增加了鋼球的磨損，另一方面增加了磨機的運行時間，使脫硫裝置的運行費用增加。石灰石粉細度不能滿足設計要求時：一方面比表面積減少，增加石灰石粉的耗量，增加脫硫裝置的運行費用，降低石膏的品質，另一方面石灰石粉細度不到設計要求時增加了轉動機械葉片的磨損，增加了脫硫設備的維護費用。
為了使濕磨制漿系統穩定、經濟運行，可以從以下幾個方面入手：①濕磨制漿系統盡量在額定出力下運行；②如果石灰石粉細度達不到設計要求且磨機電流明顯下降時可以考慮增加磨機鋼球數量；③石膏漩流器盡量在廠家提供的壓力下運行，必要時對漩流器的漩流子進行調整；④調整磨機內合理的液固比，特別是磨機入口“磨頭水”和石灰石料的配比；調整石灰石粉漿液循環泵入口漿液的密度（通常在1400kg/m3），使石灰石粉漩流器在一個相對合適的密度下運行；⑤定期對石灰石粉哈氏可磨指數進行測試；加強對運行儀表的維護、校驗。
3.6.5 運行成本高
3.6.5.1 降低脫硫裝置的電耗成本可以從降低6KV 電機的電耗入手
(1)出于對機組安全性的考慮，目前國內大部分脫硫裝置在旁路擋板全開狀態運行，通過增壓風機來調接進入脫硫裝置的煙氣量，部分凈煙氣重新進入脫硫塔形成煙氣回流，增加了增壓風機的電耗，在煙氣旁路快開系統可靠的情況下，建議脫硫裝置關閉旁路擋板運行。
(2)因噴淋層的高度不一樣，漿液循環泵的電機功率也不一樣，各臺漿液循環泵（各噴淋層）對脫硫效率的貢獻也不一樣，從優化漿液循環泵的組合方式入手，根據不同的負荷和二氧化硫濃度對漿液循環泵的組合進行調整，可以將漿液循環泵電機改為變頻調速。
(3)磨機（干磨或者濕磨）盡量在額定出力下運行。
3.6.5.2 降低石灰石粉的耗量主要從石膏中剩余碳酸鈣的含量入手
保持脫硫塔合適的pH 值是保證脫硫效率、提高石膏品質的一個重要手段。過低的pH 值一方面會導致部分設備的酸腐蝕，另一方面會導致脫硫裝置的脫硫效率下降；過高的pH 值會造成石灰石粉的浪費和石膏品質的不合格，通常情況下脫硫塔的pH 保持在5.2～5.5 比較合適。
石灰石粉純度及活性也會對石灰石粉的耗量有較大的影響，加強對石灰石粉成分及活性的分析，不合格的石灰石不予接收；加強對脫硫塔漿液中F-、Cl-、Al3+等離子濃度的監督，必要的時候加大脫硫廢水的處理量；加強電除塵器的運行監督，減少進入脫硫塔的煙塵量。
4 結語
煙氣脫硫正作為一個新的技術逐漸在發電企業中普及，但作為一個新事物還有眾多不成熟的地方，還需不斷發展和完善。
（1）脫硫系統設計時要慎重選定各種合理參數，選用價格合理質量好的設備，保證施工質量，運行中增加對環保設備，特別是除塵器、脫硫設備的重視程度，完善脫硫裝置的運行、檢修的監督管理體制。
（2）加強技術管理，完善脫硫裝置各種規章制度運行臺賬制度。
（3）對脫硫裝置的優化運行進行深入的研究。
（4）進行必要的交流和溝通，不斷增加脫硫裝置運行人員、檢修人員的技術水平。
（5）規范脫硫市場、提高脫硫設備國產化率，進一步提高設備的質量和可靠性。
參考文獻
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