脱硫石灰石耗量分析.doc

(完整版)脱硫石灰石耗量分析
湿法脱硫系统石灰石耗量分析
经过“十一五”的大力推进,烟气脱硫技术已在我国活
力发电行业得到了广泛的应用，对于脱硫系统的研究也日渐
深入细致，在“十二五”大力倡导节能减排的背景下,通过
运行优化，实现脱硫系统的经济运行，就成了目前的一个重
要研究领域I 。
石灰石是脱硫反应的吸收剂,耗量较大，是脱硫系统运
行成本的主要组成部分，石灰石耗量与设计值发生较大偏
差,不仅会直接造成脱硫运行成本的攀升,而且也会对吸收
塔浆液品质、脱水系统运行工况等产生一定影响，因此石灰
石耗量分析也就成为了石灰石．石膏脱硫系统节能优化运行
的要重点研究的问题。
为了分析实际运行中石灰石耗量偏差情况，找出影响石
灰石消耗量的主要因素，进而提高石灰石在脱硫反应中的利
用率，降低运行成本，因此在某2×600 Mw 机组配套脱硫
系统上进行了石灰石耗量分析的相关试验。
1 石灰石耗量计算
理论上，石灰石中所含的有效脱硫成分，即CaCO，在
脱硫反应中与烟气中的SO：按照理论钙硫比发生反应，因此
理论石灰石耗量是指脱硫系统在设计Ca／S比条件下，按照
脱除SO2量计算得出的所需石灰石量。计算公式如下：
M～ ：—Qsnd~（C—
sl-Cs2）× ×
⋯ l000000 64
式中:Mcaco3— —理论石灰石耗量，kg／ll;Q5 d—- 标干烟
气量， Nm ha(6％02)； csl一一原烟气s02浓度，
mg／Nm (6％02)；Cs2一一净烟气SO2浓度，mg／Nm （6%O2);
收稿日期：2012．12-10
戴新(1970一）, 男，高级工程师。丰镇，012100
n一一石灰石纯度，试验期间为89．4%; —— 设计钙硫
比， 1．03.
实际脱硫反应中，由于石灰石反应活性、杂质含量等因
素影响,石灰石实际耗量会与理论值存在一定偏差，通常实
际石灰石消耗量是通过实际脱硫反应中投加到吸收塔内的
石灰石浆液量和浆液密度计算得出,计算公式如下：
M c 川
式中:^ aCO3—— 实际石灰石耗量,kg／h； P — —石灰石
密度,P =2．6 g／cm ；P —— 石灰石浆液密度，g／cm ；
— — 每小时石灰石浆液量,m ／h。
理论石灰石耗量和实际石灰石耗量之差，可以在一定程
度上反应石灰石在实际脱硫反应中的活性(投加过量石灰
石,造成浆液过饱和,也会增加石灰石实际耗量)。不同负
荷条件下理论石灰石耗量和实际石灰石耗量对比见表1。
根据上述试验结果计算可出，不同负荷下理论石灰石耗
量均值为4．493 t／h,而实际石灰石耗量均值为5．61 1 t／h，石
灰石多耗用量平均值为1．1l8 ，每天多消耗石灰石约27 t，
该厂石灰石进厂价为200元／t,按每运行6000 h计算，由于
理论石灰石耗量和实际石灰石耗量偏差,每年每套脱硫系统
运行成本增加134万元,长期运行不仅会大大增加电厂的运
行成本，还会造成浆液未反应的碳酸钙含量增加，致使石膏
脱水系统运行故障,系统结垢堵塞、浆液过饱和失效的风险
大大增加，不利于系统安全稳定运行
2 石灰石耗量影响因素分析
实际运行过程中造成理论石灰石耗量和实际石灰石耗
量偏差较大的原因包括吸收塔浆液pH值控制不当、石灰石
28 电站系统工程 2013年第29卷
活性低、石灰石粒度偏高、石灰石及浆液中杂质多等。为此, 就上述影响因素分别进行了石灰石耗量影响试验。
表l 不同负荷下理论石灰石耗量与实际石灰石耗量对比
投运浆液泵 浆液pH值石灰石耗量,t·h 出口SO2浓度／mg·m 石灰石成本／元·h。。SO2排污费／元．h 两项合计费用／元．h'
2．1 吸收塔浆液pH影响试验
石灰石的消溶过程要消耗H ，使浆液呈碱性，而石灰
石浆液H 扩散驱动力与浆液的pH值成反比关系，故较低的
浆液pH值将使反应向有利于石灰石溶解的方向进行，但pH
值低时H+浓度高，会增加SO:气相阻力，不利于脱硫效率
的提高［5】'通常将吸收塔浆液pH值控制在5．2～5．8之间.
从运行经济性的角度考虑，提高pH值，亚硫酸钙的氧
化和石灰石的溶解受到严重抑制，产品中出现大量难以脱水
的亚硫酸钙，石灰石的利用率下降，随石膏排出吸收塔未反
应的过量石灰石也随之增加（从石膏分析结果看来，部分时
段石膏中CaCO 含量高达3．5％，正常情况应低于l％），同
时高pH值也会增加系统结构堵塞的风险.pH变化会引起
石灰石耗量和出口SO2浓度变化,石灰石运行成本和排污费
随之变化，500MW 负荷下，pH对石灰石耗量影响见表2。
从表2可以看出，pH值由5_3提高至5．5石灰石浆液耗
量增加1．04 ，增幅为20．7％，脱硫系统运行费用增加
16．72％。此负荷及入口SO2浓度条件下，pH为5．3时,脱
硫系统运行成本最低，但pH低于5．5时，脱硫效率低于90％，
因此该负荷条件下pH应保持在5．5左右。
2．2 石灰石粒度影响试验
石灰石颗粒的粒度越小，质量比表面积就越大，其反应
速率也就越大(反应速率与石灰石颗粒比表面积成正比)，
因此较细的石灰石颗粒的消溶特性就越好，石灰石的利用率
相应提高。但无论在用石灰石粉还是湿式球磨机制浆系统，
石灰石粒度越小，就意味着制浆系统所需能耗越高，二者存
在平衡关系。以250目和325目两种粒度为例，利用率与经
济性对比见表3。
表3 石灰石粒度对运行成本影响
石灰石反应活性是衡量石灰石品质的一个重要指标，脱
除SO2所需的碱量是通过石灰石粉的溶解来提供,吸收剂的
活性会影响石灰石的溶解度和溶解速度，是表示一种在酸性
环境中的转化特性.吸收剂的活性包含吸收荆种类、物化特
性和与其反应的酸性环境。活性较高的石灰石在保持相同石
灰石利用率的情况下，在要求相同SO2脱除效率的情况下,
石灰石耗量较低。石灰石反应活性高，石灰石利用率也高,
石膏中过剩CaCO 含量低，即石膏纯度高。不同活性石灰
石耗量见表4.
表4 不同活性石灰石粒度对运行成本影响
可以看出，活性较大的石灰石利用率明显高于低活性石
灰石，同等条件下石灰石耗量较低。在石灰石原料相对稳定
的条件下，可以通过向吸收塔浆液添加有机酸等增效剂，提
高石灰石溶解速率的方式来提高石灰石的反应活性.在吸收
塔浆液中按10 mmol／L的浓度加入DBA后，石灰石溶解速
率变化见表5.
表4 不DBA对石灰石溶解速率的影响
溶解速率／％ 5min 10min 20min 30min 40min 50min
未加DBA 8．89 11．52 18．15 19．86 21．16 27．64
塑旦 里堡垒 ！： ！: ： ！！： ！ ! ：! !： ！
可以看出,加入有机酸后，石灰石溶解速率显著增加。
加入DBA后，液相主体中的pH值降低，使得液相主体和
石灰石颗粒表面H 的浓度差增大，从而促进了H 从液相主
体向石灰石颗粒表面的传质而增大了石灰石的溶解速率，促
进CaCO 在液相的溶解，提高了石灰石的利用率。
嚣粒度, 元． h 耗量，1． h 耗量,t． h 石 率，％ 用嚣本／t． h 3结日 论
250目 200 3．98 5．02 79．28 1004
325目 220 3．98 4 59 86．71 1010
从表2可以看出,提高石灰石粒度可以显著提高石灰石
的利用率，降低石灰石耗量，但同时石灰石原料成本价增加,
总的运行成本略有增加，通常综合考虑粒度对石灰石利用率
和成本的影响,石灰石粉粒度控制在为250~325目，具体
控制指标应根据当地石灰石原料价格及利用率综合考量。
2．3 石灰石活性影响试验
（1) 石灰石耗量对湿法脱硫系统运行成本影响较大,提
高石灰石利用率可以有效节约运行成本；
（2） 降低pH有利于石灰石溶解,但会增加SO 吸收阻
力，一般控制浆液pH为5．2～5．8之间:
(3) 石灰石粒度越小，利用率越高，可以降低石灰石耗
量，但也会增加石灰石原料的加工成本，应根据当地石灰石
原料价格及利用率综合考量选择合适的石灰（下转第31页）
第3期 张步庭等：燃烧调整对NO 排放和锅炉效率的影响 3 l
高NO 排放浓度较大，氧量3．36%32况锅炉效率较高、NO
排放浓度较低。
3．4_3 180 Mw 负荷氧量调整试验
180 MW 负荷氧量调整试验在3个工况下进行,采用缩
腰配风方式,燃尽风全关.随着氧量的升高，NO 排放浓度
升高，灰渣含碳量下降、排烟温度升高、锅炉效率下降。
表8 机组180 MW 负荷下氧量影响
3 结论
通过对300 Mw 亚临界机组双炉膛、四角切圆锅炉的燃
烧调整试验，得到了运行因素对NO 排放、锅炉效率的影
响,对同类型锅炉设备的运行调整、改造有一定的借鉴意义。
试验主要结论如下。
(1) 一次风速升高，有利于降低NO ，但是锅炉效率
也会下降.
（2） 配风方式对NO 排放影响较小，针对该锅炉缩腰
配风方式锅炉效率较高、NO 排放较少。
(3） 燃尽风对NO 排放影响较大，随着燃尽风量增加、
NO 排放浓度明显降低,锅炉效率略有下降。
（4） 氧量对NO 排放规律明显，随着氧量增加,NO
排放浓度增加;锅炉效率则需要根据g2、q 情况确定最佳氧
量。