濕法脫硫設(shè)計(jì)分析

劉華煊

摘 要：本文從設(shè)計(jì)角度分析了石灰石-石膏濕法脫硫工藝，對廣大設(shè)計(jì)工作人員有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：濕法脫硫；設(shè)計(jì)；分析

石灰石-石膏濕法工藝是我國目前煙氣脫硫裝置的主流工藝。由于某些原因，我國濕法煙氣脫硫裝置的投運(yùn)率一直偏低。2008年第一季度投入運(yùn)行的脫硫裝置容量約1億千瓦，占煙氣脫硫設(shè)施裝機(jī)總?cè)萘康?7%。而在投運(yùn)的裝置中，又由于各種因素導(dǎo)致裝置運(yùn)行中出現(xiàn)較多問題，部分問題甚至影響到系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)退出或間斷運(yùn)行，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的投運(yùn)。在當(dāng)前日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢下，國家加強(qiáng)了環(huán)保執(zhí)法力度，加大煙氣脫硫設(shè)施運(yùn)行在線監(jiān)管和就地檢測，脫硫裝置的運(yùn)行問題與環(huán)保監(jiān)管之間的矛盾將顯得更加突出，如何保證脫硫裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行是脫硫行業(yè)目前亟待解決的重要課題。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前國內(nèi)煙氣脫硫工程的建設(shè)一般采取由脫硫公司進(jìn)行EPC總承包的形式，設(shè)計(jì)是整個(gè)工程的源頭，也是保證裝置能安全、穩(wěn)定運(yùn)行最重要的環(huán)節(jié)。任何設(shè)計(jì)失誤、考慮不周或系統(tǒng)參數(shù)選擇不當(dāng)都將影響系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

1.1 氧化系統(tǒng)

目前有石膏脫水系統(tǒng)的脫硫裝置普遍采用強(qiáng)制氧化的方式，將石膏漿液內(nèi)的亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，亞硫酸鹽氧化程度是濕法脫硫裝置強(qiáng)制氧化工藝重要的控制參數(shù)。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的脫硫系統(tǒng)，強(qiáng)制氧化程度應(yīng)接近100%。

部分脫硫裝置氧化裝置設(shè)計(jì)不合理，氧化空氣分布不均勻，或由于過于側(cè)重降低投資成本而將氧化風(fēng)機(jī)容量和氧化區(qū)的體積設(shè)計(jì)得偏小，導(dǎo)致裝置內(nèi)會發(fā)生大量結(jié)垢、垢塊堵塞噴嘴、卡住蝶閥、堵塞小口徑管道或結(jié)垢使流道面積減小的現(xiàn)象。這些將引起故障頻發(fā)、事故停機(jī)或降低出力。此外，亞硫酸鈣氧化不充分還將影響脫硫效率、石灰石利用率和石膏品質(zhì)等系統(tǒng)性能，會導(dǎo)致石膏品質(zhì)下降、脫水機(jī)不能正常工作等一系列問題，影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分考慮機(jī)組特性、煙道漏風(fēng)率、煤種硫份、當(dāng)?shù)卮髿鈮?、?dāng)?shù)仄骄鶜鉁亍⒀趸諝獾牧鲃有?、氧化空氣的利用率等多種因素的影響，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

1.2 漿液中Cl-濃度及廢水排放

FGD漿液中氯化物來源于燃煤、工藝補(bǔ)水和吸收劑。一般石灰石中、工藝水中氯含量較少，F(xiàn)GD漿液中大部分氯化物來源于燃煤。

在正常運(yùn)行工況下，漿液中氯化物的濃度是穩(wěn)定的。漿液中的Cl-濃度對FGD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的選擇有很大的影響。高濃度的Cl-濃度還影響脫硫效率和石灰石利用率，石膏中可溶性氯化物含量過高將影響石膏綜合利用價(jià)值。

在設(shè)計(jì)中必須針對燃料、水質(zhì)、吸收劑品質(zhì)、系統(tǒng)運(yùn)行方式以及裝置內(nèi)漿液接觸的設(shè)備、材料特性確定合適的Cl-濃度，并設(shè)計(jì)處理容量合適、工藝完善且便于運(yùn)行維護(hù)的廢水排放系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和達(dá)到性能指標(biāo)。

1.3 系統(tǒng)防腐、防磨損設(shè)計(jì)

設(shè)備、材料的腐蝕、磨損是影響濕法脫硫的常見問題，也是影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要原因。造成腐蝕及磨損的因素主要有煙氣中及漿液中的硫化物﹑氯化物、漿液介質(zhì)等。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮防腐、防磨損措施。

在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，由于設(shè)計(jì)及選材不當(dāng)，經(jīng)常有裝置內(nèi)玻璃鱗片襯里、橡膠襯里沖刷過快導(dǎo)致脫落，造成罐體、泵、管道、閥門等腐蝕、磨損加快，影響系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

為防止及解決以上由于腐蝕、磨損出現(xiàn)的運(yùn)行問題，必須進(jìn)行合理的防腐蝕（磨損）設(shè)計(jì)，防腐蝕（磨損）設(shè)計(jì)包括防腐（磨損）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和防腐（磨損）材料選擇。

1.4 系統(tǒng)防堵塞、結(jié)垢設(shè)計(jì)

結(jié)垢和堵塞是濕法脫硫工藝中最嚴(yán)重的問題，可造成吸收塔、氧化槽、管道、噴嘴、除霧器甚至換熱器結(jié)石膏垢[2]。嚴(yán)重的結(jié)垢將會造成壓損增大，設(shè)備堵塞，因此堵塞、結(jié)垢是濕法脫硫裝置事故停機(jī)最常見、最主要的原因。堵塞、結(jié)垢是普遍存在的問題，基本無法完全避免，但可以通過合理設(shè)計(jì)，減少系統(tǒng)堵塞、結(jié)垢情況的發(fā)生，降低對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響。以下介紹一些比較常見的堵塞、結(jié)垢現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)中務(wù)必引起重視，避免此類問題的發(fā)生。

1.5 防冰凍設(shè)計(jì)

在我國北方，由于冬季氣溫低，應(yīng)按規(guī)范要求采取保溫措施。如果保溫、防凍設(shè)計(jì)不完善，尤其是伴熱設(shè)計(jì)不當(dāng)，F(xiàn)GD裝置容易出現(xiàn)結(jié)冰和凍結(jié)現(xiàn)象。漿液管道和水管道在氣溫極其低下的夜間極易發(fā)生凍結(jié)，堵塞管路，嚴(yán)重威脅FGD裝置的安全運(yùn)行。

為防止以上現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行合理的保溫、防凍設(shè)計(jì)，如沿管道敷設(shè)保溫層、伴熱帶等。間歇運(yùn)行的泵、管道及管件更要注意保溫。增壓風(fēng)機(jī)稀油站也應(yīng)設(shè)計(jì)防凍措施，保證稀油站的投運(yùn)和增壓風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。對系統(tǒng)管路應(yīng)針對防凍薄弱處加強(qiáng)防凍設(shè)計(jì)，比如易形成死區(qū)的管段，排空不暢的管道，小管徑且走向復(fù)雜的管段，在場地條件許可以及投資容許的范圍內(nèi)盡量設(shè)計(jì)在室內(nèi)。

1.6 熱工儀表設(shè)計(jì)

裝置中的熱工儀表是整套系統(tǒng)的”窗口”，是運(yùn)行人員的”眼睛”，其數(shù)據(jù)即時(shí)反應(yīng)設(shè)備及系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。良好的儀表設(shè)計(jì)是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。

2 進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的介質(zhì)參數(shù)與設(shè)計(jì)值的差異

由于多種因素的影響，脫硫裝置在實(shí)際運(yùn)行過程中往往不能保證進(jìn)入系統(tǒng)的介質(zhì)參數(shù)與設(shè)計(jì)值相符，經(jīng)常出現(xiàn)較大偏差，影響脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行，這是國內(nèi)濕法脫硫裝置普遍存在的共性問題。

2.1 燃煤煤質(zhì)的變化

由于目前我國電煤供需矛盾突出，電煤質(zhì)量下降嚴(yán)重，一些電廠實(shí)際燃用煤種已與原設(shè)計(jì)煤種有較大差異，原煤中硫含量明顯增加，有的煤中硫份達(dá)到原設(shè)計(jì)值的3倍以上，給脫硫裝置的穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無法運(yùn)行。

硫份的增加導(dǎo)致進(jìn)入吸收塔的二氧化硫質(zhì)量濃度增加，在液氣比不變的情況下，系統(tǒng)脫硫效率下降；同時(shí)漿液池中的吸收反應(yīng)和氧化結(jié)晶的時(shí)間、空間不足，漿液pH值下降，對設(shè)備的安全性帶來影響。漿液中亞硫酸鈣質(zhì)量濃度增高，影響石膏脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)硫份增加到一定數(shù)值后，超過了吸收系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)的裕度范圍，整個(gè)吸收反應(yīng)系統(tǒng)的動態(tài)平衡被打破，脫硫系統(tǒng)將無法維持運(yùn)行。

2.2 針對該問題，可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)對：

1、在新的脫硫項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)，業(yè)主方對主要煙氣參數(shù)的確定，一定要充分考慮到實(shí)際燃煤煤種的變化趨勢，設(shè)定一定的裕度范圍。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在業(yè)主給定的煙氣參數(shù)條件下，設(shè)計(jì)單位也應(yīng)對系統(tǒng)、設(shè)備等的設(shè)計(jì)留有一定裕量。

2、加強(qiáng)脫硫運(yùn)行與燃料運(yùn)行的聯(lián)系，根據(jù)脫硫運(yùn)行的情況反饋，燃料運(yùn)行在一定范圍內(nèi)盡可能將低硫煤與高硫煤混合使用，保持入爐煤含硫量不要與設(shè)計(jì)值偏離太大。

3、在煙氣含硫量有限增加時(shí)可通過調(diào)整運(yùn)行控制參數(shù)的方法，盡量維持脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行?？刹捎玫氖侄问沁m當(dāng)提高吸收漿液的pH值以增加吸收塔反應(yīng)的強(qiáng)度；另一方面應(yīng)增加氧化空氣量，在一定范圍內(nèi)增大亞硫酸鈣氧化量。吸收塔漿液的pH值也不可能過高，過高會降低鈣的利用率，影響副產(chǎn)品石膏的品質(zhì)。

4、當(dāng)煙氣參數(shù)大幅度或較長時(shí)間偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，脫硫裝置的反應(yīng)平衡將被破壞，最終導(dǎo)致脫硫裝置被迫退出運(yùn)行。為了避免這種情況，可采取人為限制脫硫裝置的進(jìn)煙量，以保持脫硫裝置在設(shè)計(jì)的含硫負(fù)荷內(nèi)運(yùn)行，可避免由于煙氣含硫量變化對設(shè)備壽命帶來的影響，但系統(tǒng)的整體性能無法達(dá)到環(huán)保要求。

5、當(dāng)由于實(shí)際燃煤硫份及其他參數(shù)大幅提高，又必須符合環(huán)保排放要求時(shí)，應(yīng)對該脫硫裝置進(jìn)行改造，以滿足對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行及性能保證的要求。如在吸收塔內(nèi)增加噴淋層層數(shù)以增大液氣比，或往漿液內(nèi)添加化學(xué)添加劑如鎂鹽、二元酸和甲酸等，保持要求的脫硫效率。

3 結(jié)語

脫硫裝置的運(yùn)行涉及到很多方面的內(nèi)容，業(yè)主在充分了解與脫硫裝置運(yùn)行相關(guān)的內(nèi)容，并做好相應(yīng)的工作，才能保證脫硫裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

本文對國內(nèi)濕法脫硫裝置運(yùn)行中存在的普遍問題進(jìn)行了初步探討，提出相應(yīng)對策。對新建脫硫裝置，可供相關(guān)部門借鑒，避免出現(xiàn)類似的問題；對正在運(yùn)行中的脫硫裝置，可供業(yè)主管理部門及脫硫運(yùn)行部門參考。