淺談石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)石灰石的運行優(yōu)化

發(fā)布時間：2011-03-17 11:44:17更新時間：2025-01-14 10:16:49 1

　　謝延峰

　　(華電龍口發(fā)電股份有限公司山東龍口

　　摘要：石灰石-石膏濕法脫硫工藝中，脫硫劑為石灰石(CaCO3)，與水配置制成漿液。在吸收塔內，煙氣中的SO2與石灰石反應后生成亞硫酸鈣(CaSO3)，并就地強制氧化為石膏(CaSO4•2H2O)，石膏經脫水處理作為副產品外售。隨著國家環(huán)保形勢日益嚴峻，環(huán)境整治力度逐步加大，石灰石供應緊張，價格不斷攀升，脫硫系統(tǒng)運行成本升高，石灰石的運行優(yōu)化顯得更為重要。

　　關鍵詞：濕法脫硫;石灰石;運行優(yōu)化

　　1引言

　　華電龍口發(fā)電股份有限公司二、三期脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，分別于2006、2008年投入運行。最初為“兩爐一塔”配置，隨著國家環(huán)保要求的提高，先后于2013年和2016年完成了“單爐單塔”和超低排放改造。

　　近年來，隨著經濟復蘇乏力、煤價居高不下、裝機容量飽和，電力行業(yè)陷入整體低迷，降本增效和節(jié)能降耗日益重要。在滿足國家排放標準的基礎上，脫硫系統(tǒng)也在不斷從漿液循環(huán)泵運行方式、漿液pH值調控以及石灰石的優(yōu)化運行上積極探索，以期達到安全穩(wěn)定、節(jié)能降耗的目標。

　　2石灰石-石膏濕法脫硫工藝原理

　　2.1主要反應

　　石灰石-石膏濕法脫硫過程是典型的氣體化學吸收過程，在洗滌煙氣的過程中發(fā)生復雜的化學反應。從煙氣中脫除SO2的過程是在氣、液、固三相中進行，發(fā)生氣-液反應和液-固反應。主要步驟如下：

　　2.1.1氣相SO2被液相吸收的反應

　　SO2(g)+H2O→H2SO3

　　H2SO3→H++HSO3-

　　HSO3-→H++SO32-

　　2.2.2CaCO3的化學反應

　　CaCO3+H++HSO3-→Ca2++SO32-+H2O+CO2

　　SO32-+H+→HSO3-

　　上述反應步驟中關鍵的是Ca2+的形成。

　　2.2.3氧化反應

　　SO32-+1/2O2→SO42-

　　HSO3-+1/2O2→SO42-+H+

　　亞硫酸的氧化是石灰石-石膏濕法脫硫工藝中的重要反應，SO32-和HSO3-都是較強的還原劑，液相中溶解氧可將它們氧化成SO42-。

　　2.2.4結晶析出

　　Ca2++SO32-+1/2H2O→CaSO3•1/2H2O↓

　　Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4•2H2O↓

　　石灰石-石膏濕法脫硫工藝的最后一步是脫硫固體副產物的沉淀析出。

　　3運行現狀

　　3.1石灰石漿液制備系統(tǒng)概況

　　龍口公司石灰石粉采用外購石灰石由石粉廠磨制成粉，通過汽車運送到粉倉處，利用壓縮空氣輸送到粉倉。石灰石粉與水混合制成脫硫所需要的石灰石漿液，由石灰石漿液泵送入吸收塔內。

　　3.2石灰石品質

　　從濕法脫硫過程主要反應式可以看出，要吸收和中和煙氣中的SO2，關鍵是Ca2+的形成，這和石灰石粉的成分(主要是CaCO3含量)、細度、反應活性等有密切關系。石灰石粉的品質對煙氣濕法脫硫的性能有直接的影響。

　　3.2.1CaCO3含量

　　石灰石中CaCO3的重量百分含量應高于85%，含量太低時會由于雜質較多而給運行帶來一些問題，造成吸收劑耗量和運輸費用增加，石膏純度下降。我國的石灰石資源豐富，大多數發(fā)電廠FGD系統(tǒng)采用的石灰石CaCO3含量超過90%。

　　經檢測檢驗，龍口公司石粉廠按規(guī)程要求，提供的日常石灰石粉CaCO3含量≥89.22%。

　　3.2.2石灰石粉細度

　　石灰石粒徑越小，比表面積越大，液固接觸越充分，從而能有效降低液相阻力，故石灰石活性就越好。

　　采用定pH值滴定法研究石灰石溶解特性，發(fā)現石灰石溶解速率是溶液組成、粒徑分布的函數，與其表面粗糙度等無關。對于純度較高的石灰石(CaCO3含量>85wt%)，石灰石粒徑對石灰石活性的影響遠大于石灰石的種類和成分的影響。綜合考慮粒徑對溶解的影響和磨制能耗問題，一般要求石灰石粉細度為250～325目。

　　龍口公司脫硫規(guī)程規(guī)定，石粉廠按要求，向脫硫系統(tǒng)提供粒徑≤45μm，95%通過320目的石灰石粉。

　　3.3石灰石供漿方式

　　龍口公司二、三脫硫供漿系統(tǒng)均采取間斷供漿，供漿閥根據pH的變化聯鎖啟閉。機組正常啟動后，當吸收塔漿液pH值低于4.8或二氧化硫排放數值大于25mg/Nm³時，吸收塔石灰石供漿閥投入自動，將pH值控制在5.0～5.4之間。

　　pH計定期沖洗，正常運行中，吸收塔漿液pH計的自動沖洗聯鎖投入，每半小時自動沖洗一次。

　　4存在的問題和風險

　　4.1石灰石盲區(qū)

　　FGD系統(tǒng)運行時，會出現盡管加入過量石灰石漿液，pH值依然呈下降趨勢，使pH值失去控制的現象，脫硫效率也會隨之下降，即進入石灰石漿液“盲區(qū)”，或稱“壞漿”。石灰石盲區(qū)的出現有多種原因，例如：FGD進口SO2濃度突變，電除塵后粉塵含量高或重金屬成分高，工藝水水質差以及氧化不充分等。其中，石灰石品質也是原因之一，石灰石中的其它雜質對濕法FGD系統(tǒng)的穩(wěn)定運行也會帶來較大影響，從而降低FGD系統(tǒng)的性能。

　　4.2設備故障率高

　　4.2.1石灰石供漿閥故障

　　間斷供漿方式運行，石灰石供漿閥根據pH變化聯鎖啟閉，供漿閥啟停頻繁，容易出現跳閘、操作失敗等故障，導致吸收塔短時間供漿間斷，從而造成SO2排放超標，環(huán)保風險增大。

　　4.2.2吸收塔漿液PH計故障

　　龍口公司二三期脫硫自投運以來，吸收塔漿液pH計受自身設備質量和漿液品質惡化影響，故障率居高不下，常導致石灰石供漿調控不及時，存在SO2排放超標風險。

　　4.3環(huán)保風險大

　　除了石灰石供漿閥和吸收塔漿液pH計故障引起的SO2排放超標風險外，石灰石間斷供漿方式也容易造成SO2排放超標。

　　龍口公司機組老化，為調峰機組。燃煤摻配摻燒比例大，調整頻繁，這就導致尾部煙氣SO2濃度短時間波動大，間斷供漿方式因吸收塔漿液pH值波動大，若循環(huán)泵啟動和pH值調整不及時，很容易導致SO2排放超標。

　　5運行優(yōu)化

　　5.1調整石灰水供漿方式

　　石灰石漿液采用連續(xù)供漿方式，石灰石供漿閥開度調控受吸收塔出口凈煙氣SO2濃度和吸收塔漿液pH值雙重調控。

　　吸收塔漿液pH值在5.0-5.6合理區(qū)間內時，石灰石供漿閥開度主要受吸收塔出口CEMS凈煙氣SO2濃度調控，一旦pH值超出合理區(qū)間，則通過調整循環(huán)泵運行方式，使吸收塔漿液pH重新回到合理區(qū)間。同時，嚴禁吸收塔漿液長時間處于高pH值運行。