刍议电厂脱硫系统效率的提高及控制

摘 要：随着国家新的环保标准《火力发电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的颁布和实施， 对电站脱硫系统的脱硫性能及装置可靠性的要求也进一步提高。为此， 针对影响脱硫系统效率和可靠性的几个关键问题， 进行了较为详细的分析， 并在总结以往设计经验的基础上提出了一系列改进措施， 力求在保证高脱硫效率的同时， 使系统具有较高的可靠性。

关 键 词： 火电厂； 脱硫； 问题；对策

中图分类号：TM6文献标识码： A

引 言：本文对烟气脱硫系统的基本原理和常见的技术和工艺进行了介绍，分析脱硫运行维护成本的构成因素，通过实例计算分析，总结脱硫运行维护中存在的问题。

一．脱硫系统常见问题

1.结垢与堵塞

石膏终产物超过了悬浮液的吸收极限，石膏就会以晶体的形式开始沉积，当相对饱和浓度达到一定值时，石膏晶体将在悬浮液中已有的石膏晶体表面进行生长，当饱和度达到更高值时，就会形成品核，同时，晶体也会在其它各种物体表面上生长，导致吸收塔内壁结垢n引。有些固体物质在水溶液的溶解度与pH值关系密切见表2一l所

示。

表2．1 在50℃不同pH值时的溶解度(浓度×106)

从表2．1可知，pH值的高低对二水硫酸钙的溶解度影响不大，而对半水亚硫酸该的影响比较大，当pH>5．0时半水亚硫酸钙溶解度降低，可阻碍结垢，促进SO：的进一步吸收。pH值与系统脱硫效率的关系，随着吸收塔内浆液pH值的升高，脱硫性能得到改善，脱硫效率得到升高。因此，实际运行过程中，选择和控制吸收塔内浆液具有合适的pH值是影响整个脱硫系统性能的关键因素。

2．腐蚀及磨损

在FGD系统中，防腐设备主要有衬胶管道(所有浆液管道)、净烟气烟道、吸收塔、各类浆液泵、浆液箱、搅拌装置等。这些设备均采取了一定的防腐措施，但在运行中仍然存在着不同程度的腐蚀现象，同时一些浆液容器、管道、管件中和烟气挡板等存在结垢和沉积现象。设备腐蚀与结垢直接影响了FGD装置的安全运行，合理的运行技术措施可以减轻或避免设备的严重腐蚀与磨损。运行中脱硫设备的防腐措施

FGD装置在运行中的防腐重点是吸收塔入口干湿界面处、吸收塔内部及吸收塔出口后的烟道等设备。在吸收塔的入口区域极易出现涂层丌裂现象。因为一方面碳钢基体与鳞片树脂防腐层的膨胀系数不同，且在涂层及基体钢板的厚度方向上温度梯度较大，受热时在二者界面处会产生热应力；另一方面，由于烟气经喷淋冷却，干湿界面涂层的受热温度从高温状态急剧下降到低温状态，剧烈的温度变化使涂层沿烟气流动方向产生相当大的热应力。热应力与其他残余应力的叠加使得涂层受到很大的内应力的作用。虽然鳞片树脂或衬胶有一定的松弛应力能力，但是长期承受这些内应力将引起应力疲劳，继而导致涂层开裂。为了防止涂层开裂，我厂在干湿界面处采用高耐蚀的合金钢材料制作，并在干湿界面上方设置挡板，这样可以很好的改善腐蚀问题，但造价也是相当高的。

二．事故喷淋冷却技术改进

在脱硫系统运行过程中出现烟气超温事故的情况主要包括以下2 种。

故障工况1： 在锅炉空气预热器（空预器）故障状态下， 排烟温度将达到360 ℃左右， 由于此时吸收塔浆液循环泵维持运行， 塔内有足够冷却浆液， 只要入口烟温降至180 ℃即可满足安全要求， 所以事故冷却水量按照烟气温度由360 ℃冷却至吸收塔入口的180 ℃考虑。

故障工况2： 在厂用电全停或者脱硫系统浆液循环泵失电的情况下， 吸收塔内已无浆液对烟气进行冷却， 此时， 正常的烟气温度为120 ℃左右（极限烟温180 ℃[7]）， 而吸收塔塔内防腐内衬（丁基橡胶）耐温一般是80～90 ℃， 除雾器耐温一般是80 ℃， 冷却水系统所需水量按烟气极限烟温180 ℃冷却至80 ℃考虑。

如考虑满足上述2 种情况同时发生的冷却要求，即故障烟气从360 ℃冷却至80°C， 对冷却水量的需求将大大增加， 以600 MW 级机组为例，单台机组的冷却水量计算值将超过600 t/h， 而这不论对于设计还是对于运行而言都是不现实的。鉴于这种事故出现的几率极低， 事故喷淋冷却系统的设计能力按空预器故障状态下排烟温度由360 ℃降至180 ℃考虑更为合适。需要说明的是，为确保故障工况吸收塔入口的安全， 目前大多新建机组都采用了吸收塔入口段贴衬2 mm C276 合金的防腐措施， 该措施兼有良好的耐高温性能。建议未采用该措施的吸收塔予以采用。通常事故喷淋系统的配置主要分事故水箱供水和压力供水2 种， 前者需在吸收塔入口烟道上部或出口烟道上部安装高位水箱， 脱硫系统启动时， 水箱内的水借助高差流入布置于烟道内的冷却喷淋系统。这种方案有2 个缺点： ① 喷淋降温点距离吸收塔近， 喷入的水未蒸发即进入吸收塔，降温效果差； ② 因高位水箱水位受限， 通常水压仅0.1 MPa， 故雾化喷嘴雾化效果不佳， 导致喷入的降温水经常无法达到设计的降温效果。此外，北方电厂还要考虑冬季防冻问题。压力供水方案中， 事故喷淋的水源应取自除雾器冲洗水泵， 并以厂区消防水作为备用水源，除雾器冲洗水泵须设置保安电源， 以保证事故状态喷淋系统供水可靠。

三．提高吸收塔吸收效率的措施

壁流逃逸是导致脱硫塔内气体分布不均匀和脱硫效率下降的主要因素， 目前脱硫系统优化均将改善浆液与烟气接触和减小脱硫塔内壁流逃逸作为提高脱硫效率的主要措施。常见的方案包括脱硫塔壁上安装壁流环， 烟气入口喷淋层下方设置托盘和烟气入口设置文丘里棒层等。 采用安装于最下层喷淋层入口的多孔合金托盘， 有效整流烟气， 增加了气液接触机会， 同等条件下塔内液气比可下降25%~30%。使用双托盘设置的脱硫系统最高脱硫效率可达98%， 当然增设托盘也增加了塔内压降。以1台600 MW 机组为例， 增设1 层托盘， 循环泵的配置功率可降低800 kW， 塔内阻力增加500 Pa，折合风机功率增加400 kW， 综合考虑后脱硫系统电耗仍可降低400 kW， 可见托盘技术在提升效率和节能方面有一定优势。MET 在喷淋空塔内安装液体再分配器（ALRD）， 有效降低壁流逃逸， 强化了浆液与烟气的接触混合。工程经验表明， 加设ALRD 后， 吸收塔贴壁1 m 环状区域内的烟气逃逸可基本消除， 在同等循环泵配置条件下， 脱硫效率可从94%提升至98%， 而塔内阻力无增加，该技术提升效率和节能效果也较显著。

以上增设内构件以降低液气比、提高脱硫效率的措施均有较好的效果， 但同时也存在一些问题， 尤其是塔内托盘和文丘里塔， 不仅增加了风机运行阻力， 大量的持液构件（液体再分配器、合金托盘、文丘里棒层等）在运行工况变化时还存在较大的结垢堵塞甚至断裂的风险， 而且吸收塔投资费用也较高。为避免这些风险， 确保喷淋塔运行的安全性和可靠性， 在不增加额外设施或构件的情况下， 通过流场优化保证塔内流场的均匀分布， 以达到最优脱硫效果， 不失为一个很好的选择。目前主要采用计算机流体模拟技术（CFD）对塔内流场进行模拟， 并在此基础上结合物模实验对塔内喷淋层、除雾器和吸收塔进出口结构等具有整流效果的内构件进行设计优化。塔内喷淋层、喷嘴的合理选择和布置对烟气均匀分布起着非常重要的作用， 为保证塔内气体分布均匀， 必须保证塔内不同高度处截面上阻力均匀， 而均匀布置的喷嘴通常无法达到这种效果。

因此， 在设计过程中应根据塔内烟气流场的CFD模拟情况， 选用独特的喷嘴布置形式， 即对塔内不同区域设计不同的喷嘴形式、不同的喷射角度、不同的安装密度和喷淋密度, 以保证其能对整个塔体有效横截面进行充分合理的覆盖， 在减少对塔壁造成冲刷的前提下， 避免烟气从塔壁逃逸。若在塔壁区域设置小角度的实心锥喷嘴， 在塔中心区域布置双向偏心喷嘴或同向双偏心空心锥喷嘴，则可增加塔壁区域烟气阻力， 因而可有效防止烟气从塔壁区域逃逸。

四． 结语

本文针对脱硫过程中出现的喷淋冷却、烟囱凝结水处置、脱硫塔系统优化和结构设计进行了原因分析，并提出了相应对策，希望对电厂脱硫工作有所借鉴和帮助。

参考文献：

[1] 梁双印，李基茂，侯云浩，等.火电机组脱硫增压风机消裕技术分析与实践[J]. 中国电力，2012，45（10）：52－55．

[2] 曾庭华，湛志钢，方健，等.大型循环流化床锅炉深度脱硫探讨

[3] DL/T 5196―2004 火力发电厂烟气脱硫设计技术规程[S].