脱硫装置脱硫效率影响因素分析

1、脱硫装置脱硫效率影响因素分析张宽友中电投远达环保工程有限公司，重庆市401122In flue ncing Factor An alysis for Desulphurizati on Efficie ncy ofa 360MW Power Pla ntZhang KuanyouNo.96 Jjnyu Rd. Cho ngqi ng North Zone Cho ngqing Chi na, 401122ABSTRACT: The desulphurization efficiency of FGD plant of a certain power plant descended after

2、near ten-years operation, which was mainly caused by changes of design coal. Through technical retrofit, the efficiency has been improved and reached 93 % 95 % .This thesis focused on analyzing the main influencing factors of the desulphurization efficiency: power of generator, oxidation air, absorb

3、er 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 Efficiency; In

4、fluencing Factor; Analysis摘要：某电厂脱硫装置运行近十年后，脱硫效率下降， 主要为设计煤种改变所致，经过技改后脱硫效率有所提 高，达到93%95%。本文就影响脱硫效率的主要因素： 发电机功率、氧化空气、吸收塔液位、浆液pH值、烟气温度、喷嘴垂直度等进行分析，建议采取改善浆液池 切泡、增加塔内构件改善气液传质等措施进一步提高脱 硫效率。关键词：脱硫效率；影响因素；分析1概述某2 X 360MW燃煤机组脱硫装置采用 石灰石湿法脱硫液柱塔技术，一炉一塔配 置，单台脱硫装置设计处理能力为对应机组 锅炉烟气量的 85%，即烟气量3915500m N/H(w)，S023500pp

5、m(w),烟气温度142 C，FGD脱硫效率不低于 95%。图1原装置设计系统图原装置工艺流程如下：锅炉引风机后的烟气 经换热器降温后进入顺流塔预脱硫，再经U颈进 入逆流塔继续脱硫净化，FGD出口烟气经换热 器加热后通过增压风机送到烟囱排放；当脱硫装置停运或事故时，FGD装置入口挡板关闭，烟 气由旁路烟道排向烟囱；旁路烟道不设置关断 门，烟气量大小通过增压风机导叶开度进行调 节；每套脱硫装置浆液循环泵设计4台，母管制国家科技支撑计划资助(2007BAC24B00 )喷淋。氧化风机设计1台，塔内氧化风喷嘴出口距塔底高度约 300mm,喷口直径为 DN15布置 数量较多；循环泵进口浆池为切泡池，切

6、泡池与氧化池通过隔墙隔离，隔墙高度3000mm ;氧化池浆液超过3000mm时，才能达到切泡池； 吸收 塔调整运行液位5700mm ;反应生成的石膏浆液 一部分通过脱水系统生成石膏，一部分直接通过抛浆系统排出装置。2装置技改为适应高硫煤种，该电厂脱硫装置于2008年至2009年进行改造，FGD进出口烟道内加热 器取消，浆液循环量由原来的22500m3/h增加到42500m3/h。液汽比由原来的 20.4增加到35.4， 吸收塔浆池运行液位仍然为5700mm，浆池容积由799 m3增加到1325 kg m3。浆液循环时间由原 来的2.13min缩短至1.87min。吸收塔浆池中石 膏停留时间由原

7、来的10.133h增加到12.44h。烟气量由原来的 1087200Nm3/h 增加到 1200000Nm3/h，烟气温度由原来的 142 C提高到 152C，顺流塔空塔烟气的流速由原设计14.1m/s降低到9.69m/s。顺流塔Ug流速维持在7.96m/s。 逆流塔空塔烟气的流速由原设计4.66m/s降低到3.91m/s。逆流塔 Ug流速维持在 3.81m/s。吸收 塔出口烟气温度由原设计48.9 C提高53 C。浆液循环泵在原有 4台各7500m3/h基础上增加 2 台各10000m3/h的浆液循环泵，在原氧化风机1台35000Nm 3/h基础上增加1台30000 Nm3/h的 氧化风机。

8、脱水系统新增一套皮带脱水机，扩容 后的吸收塔浆液移出吸收塔仍采用一半脱水一 半抛浆的方式。3改造后装置运行参数为进一步提升脱硫效率而采取新的措施提 供可靠的数据支持，调试单位收集了一段时间内 脱硫装置的运行参数及其趋势并进行了一些相 应试验。w 图2氧化风机运行对循环泵电流的影响图3氧化风机停运对循环泵电流的影响注:图中红色虚线框内为氧化风机停运后循环泵电流运行趋势。 循环泵电流波动幅度小，处于稳定状态。虚线框外为氧化风机运行 时的循环泵电流波动情况。表1运行参数汇总表浆液密 度(g/m3)液 位(m)负荷(MW)含硫量(mg/Nm3)脱硫 率氧化空 气压力(KPa)1239.1975.392

9、355.84112024.30792.72578.4291245.7585.467354.77313430.02393.09279.4591280.1675.627356.17711333.84695.45881.0261198.1645.042352.24011726.76293.01874.5571182.6935.314356.23811822.12994.14973.1991148.5565.284354.74212649.91691.95073.1691168.3855.311355.04813410.94992.62374.2371159.9595.418346.25911610.

10、41290.49074.9391164.5355.700345.55712760.54395.04275.3051156.6195.909332.06811740.11192.24073.7031183.2745.411359.71712522.12593.43875.6131293.3655.479358.86212087.25093.34477.3301293.1375.337357.42811082.07696.83976.5291285.3555.036233.16010528.94595.04475.0411248.5055.023355.71911993.78990.36275.8

11、424影响因素分析从以上氧化风机对循环泵电流运行趋势的 影响和其它因素对脱硫效率的影响的历史数据 绘制成的表格可以得出， 氧化空气是引起循环泵 电流波动范围较大的主要原因。浆液密度、吸收塔液位、吸收塔浆液 pH值、负荷以及煤质含硫 量对脱硫效率均有较大影响。但影响脱硫效率的因素不限于上述因素，还包括浆液喷嘴垂直度， 浆液喷射高度、浆液喷嘴间距、覆盖率、烟气温 度、烟气流速、循环泵出力等因素。4.1发电机功率影响负荷增加，脱硫效率短时上升， 但随后逐渐 减小。这是因为负荷增加，增加的烟气量因吸收 塔行程，进出口烟气量还未达到平衡，出口SO?总量低于进口 SO2总量。随着时间推移，吸收塔 出口 S

12、O2总量逐渐增加，入口 SO2总量保持不变， 脱硫效率逐渐减小。同时，入口SO2总量增加，浆液中的SO2量越来越多，如果吸收塔浆液容量 足够，溶于浆液中的 SO2量将达到一个稳定值。 如果吸收塔浆液容量不足，溶于浆液中的SO2量达到饱和溶解度，不再吸收，未被吸收的SO2量从吸收塔出口排走。负荷增加，烟气量增加，烟气在吸收塔内的 流速增加，在塔内停留的时间变短，烟气与浆液的接触时间缩短，传质不充分，吸收塔出口SO2量增加，脱硫效率呈下降趋势， 最终达到一个稳 定状态。负荷减少，烟气量减少，脱硫效率应有 大幅上升，但事实表明，脱硫装置上升的幅度不 大，在负荷230MW时，也仅能达到 96%。这一

13、现象说明，可能是浆液中SO?溶解度达到饱和或 者是塔内存在烟气走廊的现象。4.2氧化空气影响本套脱硫装置由于塔内氧化空气布置较特 殊，氧化空气喷口至塔底间距约300mm，吸收塔液位5700mm，氧化空气从喷口喷出后需要穿 越高度5400mm的浆液层，这样氧化池中的浆液 将会含有大量空气，浆液循环泵抽取的浆液中也 因此携带大量空气，空气经循环泵压缩变成小气泡，当其到达喷淋喷嘴出口时，由于喷嘴出口背压较低，小气泡喷出后迅速膨胀，体积扩大。扩 大后的气泡与后续浆液碰撞，减小了其势能，因而液柱垂直高度降低。液柱高度降低引起浆液在 塔内吸收段行程缩短，吸收不充分。浆液中氧化空气较多对设备运行也非常不 利

14、。空气隐没于浆液中进入循环泵，引起浆液循环总量减少，循环泵出口母管压力降低，液柱高度降低。氧化空气进入循环泵，容易造成泵叶轮 发生汽蚀，这是氧化空气带给设备的最大危害。 气泡不停地进入循环泵，经泵压缩后体积呈时大 时小变化，引起泵出口压力不稳定，作用于叶轮上的反作用力不稳定，引起泵振动和轴向窜动。从趋势图中可以看出， 氧化风机停运后对循 环泵电流的影响已经大幅减小，但仍能还有波 动，证明浆液中应该还含有气泡。 气泡怎么产生 的呢？经分析，循环泵进口的切泡池上部无遮液 板，浆液在下落过程中与烟气接触，浆液中溶有气体，降落到切泡池再进入循环泵所致。加装遮液板后，循环泵电流波动明显减小。关键问题在于

15、氧化风机运行时，如何减少氧化空气进入循环 泵的量是必须考虑的问题。4.3吸收塔液位影响吸收塔液位越高，循环泵入口浆液静压头越 高，循环泵抽取的浆液量越多，母管压力越高， 喷淋高度越高，浆液在塔内停留时间长，与气体接触的时间延长，接触界面增加，气体穿越气膜 /液膜界面机会多，吸收效果更佳。同时液位高， 氧化区高度增加，氧化反应充分，有利于提高脱 硫率。亚硫酸钙氧化不充分会导致过饱和，因亚硫酸钙溶解度大于碳酸钙，会抑制石灰石的溶 解，要提高脱硫率，就得补入更多的石灰石浆液。 另外亚硫酸钙的溶解会增强浆液酸性，不利于对SO2的吸收，进而降低脱硫率。4.4吸收塔浆液pH值影响吸收塔浆液pH值过低或者过

16、高，浆液的酸 碱度对SO?的吸收也有非常明显的影响。当pH值较低，亚硫酸盐溶解度急剧上升，硫酸盐溶解度略有下降，会有石膏在很短时间内大量产生并 析出，产生硬垢，阻碍浆液对 SO?的吸收。而高 pH值亚硫酸盐溶解度降低，会引起亚硫酸盐析 出，产生软垢。在碱性 pH值运行会产生碳酸钙 硬垢。根据烟气中 SO2 与吸收塔浆液接触后发生 的化学反应即：SO2+ H2O = HS03+ H + 2CaC03+ H = HCO3 + CaHSO3 + 1 / 202= SO42 + H22SO4 + Ca + 2H2O= CaSO4 2H2O从以上反应历程不难发现，高 pH 的浆液环 境有利于 SO2 的

17、吸收， 而低 pH 则有助于 Ca2 的 析出，二者互相对立。因此选择一合适的 pH 值 对烟气脱硫反应至关重要。典型试验表明，高 pH浆液中有较多的 CaCO3存在，对脱硫有益， 但pH >5.8后脱硫率反而降低，原因是H+浓度的降低，Ca2+析出越来越困难；pH=5.9时，浆 液中CaCO3达到2.98%,而 CaSO4 2H20低于 90%。此时SO2与脱硫剂的反应不彻底，既浪费 了石灰石,又降低了石膏品质。低 pH 值能促进 石灰石溶解, 但不利于脱硫, 也易造成设备酸性 腐蚀。该电厂脱硫装置改造后系统运行参数 pH 值一般控制在 5.56.1 ,属合理的控制范围,但 实测浆液中

18、HSO3含量却较高。4.5 浆液品质影响浆液品质一般指浆液成分和杂质的含量。 杂 质一般指浆液中粉尘、树脂脱落物、SiO2以及石 灰石中含的杂质等。浆液中如果粉尘含量较多, 将严重影响浆液品质。 飞灰对浆液有二方面的影 响：（1）飞灰在一定程度上阻碍了 SO2与脱硫剂 的接触机会，降低了石灰石浆液中 Ca2+的溶解速 率,同时飞灰中不断溶出的一些重金属会抑制 Ca2+与HSO3的反应。烟气中粉尘含量持续超过 设计允许量, 将使脱硫率大为下降, 管道内部逐 渐沉淀堵塞。 （ 2）飞灰呈碱性, 当其进入浆液后, 浆液 pH 值将升高。由于运行中 pH 值控制不再 通过 Ca/S 计算, 而是只用

19、pH 值反馈控制, 相应 减少了石灰石浆液量, 但粉尘不会被消耗掉, 因 此造成虚假 pH 值升高,脱硫效率反而下降。其它杂物对脱硫效率的影响主要体现在堵 塞喷嘴和母管管道末端、 喷嘴母管末端。 一旦以 上部位堵塞, 必将造成浆液流量减少, 液柱高度 降低,扩散半径减小,形成 “烟气走廊 ”的机率大 为增加, 因而降低脱硫效率。 从该脱硫装置每次 停机检修的情况检查, 均发现母管末端和最后二 排喷嘴堵塞严重的现象。 甚至顺流塔干湿界面下 部塔壁上覆盖大量亚硫酸钙结垢物。 分析堵塞物 成分，均是石灰石颗粒、Si。?、树脂鳞片、亚硫 酸钙结垢物等。 顺流塔塔壁结垢, 主要是干湿界 面冲洗水喷嘴堵塞

20、或者水压小或者浆液液柱超 过设计高度得不到有效冲洗而结垢。4.6 吸收塔喷淋液柱高度、浆液喷嘴水平度及间 距影响在吸收塔液位及密度和 pH 值和浆液品质正 常的情况下, 影响脱硫效率的额外因素是浆液喷 射高度及喷射形状。 喷射高度决定于浆液喷嘴形 状、喷嘴水平度、浆液中含有的气体量、浆液量 大小及间距。喷嘴形状不同, 浆液喷射高度和喷射形状有 差别。该电厂改造脱硫装置采用的喷嘴为国产形 状与进口原装喷嘴形状一致, 因此新装喷嘴与原 装喷嘴液柱高度及扩散半径基本一致。喷嘴安装垂直度偏差较大, 喷射出来的浆液 方向越来越偏离垂直方向, 浆液的运行轨迹呈抛 物线状,降低了应有的高度。液柱倾斜,易造成

21、 浆液分布不均,形成 “烟气走廊 ”。在浆液母管压 力较低时, 浆液分离作用不明显, 母管压力越高, 喷射高度越高时, 液柱在上升过程中的倾斜和分 离作用将会越来越明显。 这可以通过喷嘴的静态 喷水试验来观察喷嘴安装垂直度情况。浆液中气体含量多少也影响浆液液柱高度。 气体在浆液中占据了部分浆液的体积, 相应减少 了浆液量,自然地降低了液柱高度。浆液量的大小与吸收塔液位和浆液中是否 携带气体有关。喷嘴间距是通过计算, 喷嘴喷出浆液后散开 能够覆盖的安全间距。 如果间距过大, 喷出的浆 液扩散范围不能相互重叠,极易形成 “烟气走 廊 ”,降低脱硫效率。停机后检查喷嘴水平度、 喷嘴之间间距, 发现间

22、距有严重超标的现象, 最 大值达到120mm。通过横向和纵向测试喷嘴水 平度, 偏差太多, 这样势必引起喷射后的浆液倾 斜, “烟气走廊 ”就不可避免了。4.7 烟气温度影响进入脱硫装置的烟气温度升高, 等效于进入 脱硫装置的烟气量增加了, 烟气量增加, 导致烟 气在塔内流速增加。根据 FGD 气体吸收过程双膜理论公式NTU=In(SO 2,in /SO2,out)=K A/G , NTU 随着 烟气流速(G)的增大而降低。因此在其他条件 不变时， 烟速的增大会降低 SO2 脱除效率。 换句 话说， 烟速增大导致烟气在同一吸收表面上停留 时间缩短，进而使SO2的相对吸收份额降低。 增 大烟气流

23、速， 可以降低烟气与液滴表面之间的膜 厚度。 但烟速过高， 吸收塔中的雾化液滴就会被 烟气带走，损失液膜，减少了气液接触的机会。 设计烟气温度152C，实际运行中达到170C左右，烟气量较设计值增加 300000m3N/H(w) 左右， 需要的浆液量更多， 效率达不到设计值也就成了 顺理成章的了。4.8 浆液密度的影响吸收塔浆液密度越大， 单位体积内的质量越 多，循环泵抽取的质量流量越多， 母管压力越高， 喷射高度变长，吸收时间增加，吸收效果变好。4.9 浆液循环停留时间影响改造前浆液循环停留时间为2.13min，改造后的浆液循环停留时间为1.87min。浆液循环停留时间缩短意味着浆液在氧化池

24、内的结晶时间 较短， 亚硫酸盐不能充分氧化成硫酸盐， 造成亚 硫酸盐偏含量高，对SO2吸收效果变差。本脱硫 装置在建造完成调试期间， 外方调试专家将切泡 池和氧化池隔墙下部隔断， 浆液从隔墙上部进入 切泡池， 其目的就是延长固体物在塔内的停留时 间和除泡， 以便足够氧化。 同时将吸收塔液位从 5200mm逐步调整到5700mm，也是为了增加浆 液循环量和浆液停留时间。 改造后在满负荷情况 下，亚硫酸盐含量仍然偏高， 氧化结晶时间不够， 未能形成大量石膏晶体，便被排出塔外。4.10 浆液循环泵叶轮是否磨损影响液气比增加， 脱硫效率相应增加。 提高液气 比相当于增大了塔内的洗涤液喷淋密度， 提高了

25、 吸收段的传质面积；同时也增大了可用于吸收 SO2 的总碱度。循环泵叶轮如果磨损，叶轮直径 减小和叶轮表面出现凹凸状， 凹凸状将增加浆液 的局部阻力损失， 造成叶轮出力降低。 特别是集 流器磨损直径变大与叶轮直径的减小或者流道 改变， 叶轮与蜗壳之间的容积损失增加， 均将导 致泵的出力减小，浆液循环量减少。浆液在泵内高速流动， 对泵壳内表面的冲刷 磨损也是非常巨大的。经常出现泵壳壁厚变薄， 膜穿的情况。 当泵壳减薄后， 经叶轮作功后的浆 液回流量相应增加， 浆液循环总量减小， 液柱理 所当然达不到应有的高度， 吸收效果变差， 因此 脱硫效率降低。4.11 煤质含硫量影响煤质含硫量越低，烟气中S

26、O2越少，需要的 浆液量就越少，吸收更充分，脱硫效率增加。5 提高脱硫效率的措施5.1 氧化空气的布局氧化空气在塔内的布局还需重新考虑， 继续 减少氧化空气对浆液液柱的影响。 这可以通过延 长氧化池浆液进入切泡池的行程， 延长氧化空气 在浆液中的逸出时间。 在氧化池内， 氧化空气含 量越多越好， 但在切泡池内氧化空气含量越少越 好，这样既能保证亚硫酸盐得到充分氧化， 又能 保证浆液喷淋时的液柱高度，保证浆液对 SO2 吸收效果， 提高脱硫效率。 在切泡池上部加遮液 板，避免浆液上行和下行过程中吸收的烟气返回 切泡池再次参与循环， 让其掉落到氧化池， 在由 氧化池到切泡池的过程中， 最大限度地从

27、浆液中 逸出。5.2 喷嘴安装水平度、间距调整喷嘴安装水平度、间距到设计范围内， 避免形成 “烟气走廊 ”。喷嘴水平度易于调整，但 喷嘴间距调整则相对困难。 考虑到移动管道末端 的固定支座， 重新防腐需较长时间， 电厂方不太 可能长时间停机， 可以通过其它方式弥补喷嘴间 距对脱硫效率的影响。5.3 干湿界面冲洗提高干湿界面冲洗水的压力、水量以及水 质，保持水质洁净度，同时对喷嘴重新选型，保 证相邻喷嘴之间喷出的水呈扇状， 相互重叠。 冷 态时观察浆液液柱高度和冲洗水喷射高度， 若浆 液高度高于设计高度， 则需在顺流塔浆液母管上 加装适当孔径的节流孔板， 减少浆液量， 从而适 当降低其喷射高度。 由于测试浆液喷射高度较困 难，可以采用逐个试验不同孔径的节流孔板试验 方法。5.4 增加一层喷淋引起波动的原因在于浆液中携带的气体回落到切泡池再进入循环泵继续参与循环的缘故。增加一层 AEE 技术喷淋层。通过确定安装 喷淋层高度及喷淋浆液量， 在备用泵的基础上重 新选型一台浆液循环泵，该层覆盖率达到 150%200% 。其作用增加液气比， 传质效果更佳； 其次加装该层喷淋后