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脱硫装置脱硫效率影响因素分析* 国家科技支撑计划资助（2007BAC24B00）张宽友中电投远达环保工程有限公司，重庆市 401122Influencing Factor Analysis for Desulphurization Efficiency of a 360MW Power PlantZhang KuanyouNo.96 Jjnyu Rd. Chongqing North Zone Chongqing China, 401122ABSTRACT: The desulphurization efficiency of FGD plant of a certain power plant descended after near ten-years operation, which was mainly caused by changes of design coal. Through technical retrofit, the efficiency has been improved and reached 9395. This thesis focused on analyzing the main influencing factors of the desulphurization efficiency: power of generator, oxidation air, absorber 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; Influencing 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9395。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2360MW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915500m3N/H(w)，SO23500ppm(w),烟气温度142，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1325m3。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提高到152，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提高53。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35000Nm3/h基础上增加1台30000 Nm3/h的氧化风机。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。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）1239.1975.392355.84112024.30792.72578.4291245.7585.467354.77313430.02393.09279.4591280.1675.627356.17711333.84695.45881.0261198.1645.042352.24011726.76293.01874.5571182.6935.314356.23811822.12994.14973.1991148.5565.284354.74212649.91691.95073.1691168.3855.311355.04813410.94992.62374.2371159.9595.418346.25911610.41290.49074.9391164.5355.700345.55712760.54395.04275.3051156.6195.909332.06811740.11192.24073.7031183.2745.411359.71712522.12593.43875.6131293.3655.479358.86212087.25093.34477.3301293.1375.337357.42811082.07696.83976.5291285.3555.036233.16010528.94595.04475.0411248.5055.023355.71911993.78990.36275.8424 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SO2总量低于进口SO2总量。随着时间推移，吸收塔出口SO2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%。这一现象说明，可能是浆液中SO2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。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值过低或者过高，浆液的酸碱度对SO2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SO2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：SO2H2OHSO3H CaCO3HHCO3Ca2 HSO312O2SO42H SO42Ca22H2OCaSO42H2O 从以上反应历程不难发现，高pH的浆液环境有利于SO2的吸收，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pH5.8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CaSO42H20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、SiO2、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=ln(SO2,in /SO2,out)=KA/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152，实际运行中达到170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SO2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，相邻喷嘴之间喷射的浆液能相互覆盖，因此增加了烟气的扰动，有利于原喷淋浆液对SO2的吸收。加装一层喷淋后，系统阻力增加相对较少。这是行之有效的方案。5.5加装托盘根据已经取得的测试数据，逆流塔脱硫效率与设计值相差较大，顺流塔脱硫效率接近设计效率，系统阻力较小，增压风机裕量达到1200Pa，完全可以采用托盘方案。况且托盘不需增加新的大量设备，安装时间方便灵活，安装时间短。还可以有效阻止“烟气走廊”的形成，因此是一种行之有效的方案。但其缺点也不能忽视，由于托盘上的孔是浆液和烟气都要穿过，因此托盘上浆液的厚度将达到200mm左右，这就增加了浆液在托盘上结垢和系统阻力增加的可能性，增压风机能不能稳定运行将是一个严峻考验。同时由于托盘结垢，会增加托盘的重量，结垢问题和清理问题，均需要进行严格的计算和经验估算。6 结论 此脱硫装置下，氧化空气对脱硫效率的影响大。体现在浆液中含气泡，液柱高度低于设计值，缩短了上下行程，减少了与烟气的传质，造成脱硫效率下降。氧化风机停运后，循环泵电流仍然有波动。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。浆液密度增加，脱硫效率增加。但密度增加受氧化风机出力的影响。吸收塔阻力小，证明塔内喷淋有“烟气走廊”现象发生。这主要是喷嘴安装水平度较差、喷嘴间距过大或者喷嘴堵塞造成的。烟气温度增加，等效于烟气量增加，为保持一定的液气比，浆液循环量需增加。浆液杂质和结垢物较多，堵塞喷嘴和管道末端，喷淋液柱降低甚至形成烟气走廊，降低脱硫效率。参 考 文 献1. 卢啸风 饶思泽等石灰石湿法烟气脱硫系统_设备运行与事故处理2009年5月 中国电力出版社2.周祖飞 金新荣 影响湿法烟气脱硫效率的因素分析 2009年5月 浙江电力3.孙剑锋 影响湿法烟气脱硫效率的因素分析 中国科技财富月刊 2009年第7期摘录4.周至祥，段建忠，薛建明火电厂湿法烟气脱硫技术手册 中国电力出版社 2008。收稿日期：作者简介：张宽友（1969年5月），男， 重庆合川，大学本科，工程师，主要从事火电厂安装及脱硫系统调试