周艷明，張鴻，吳仁軍，陶莉，車垚

(1． 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙410007;2． 湖南省湘電試驗研究院有限公司，湖南 長沙410007)

石灰石－石膏濕法脫硫工藝被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)中。FGD 系統(tǒng)的主要設(shè)備是吸收塔，而目前噴淋塔是石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝中的主導(dǎo)塔型〔1－2〕。噴淋層設(shè)在吸收塔的中上部，噴淋層上端一般設(shè)置除霧器及其沖洗設(shè)備，主要用于分離由煙氣攜帶的液滴〔3－4〕。

在實際運行過程中，為達(dá)到SO2的高效去除，對噴淋的霧化效果要求較高，因此噴淋層上方存在一定粒徑區(qū)間范圍的逃逸噴淋霧滴，由于除霧器對這些逃逸微細(xì)霧滴的捕集效果有限，因而排放的煙氣將會攜帶一定量的吸收塔漿液，在煙囪出口形成俗稱“石膏雨”的現(xiàn)象〔5－6〕。

文中從2 方面研究濕法FGD 系統(tǒng)運行對排放煙塵攜漿的影響:

1)利用化學(xué)分析手段分析排放煙塵中的主要成分，同時研究各主要成分組成比例;2)以折流板式除霧器為研究對象，考察不同運行工況下排放煙塵濃度和成分變化規(guī)律，探討除霧器性能參數(shù)與煙氣攜漿比例的關(guān)系。

1 排放煙塵中組分變化規(guī)律的研究

1.1 排放煙塵成分分析方法

1.1.1 排放煙塵中飛灰的測量方法

進(jìn)入濕法FGD 系統(tǒng)的飛灰煙塵主要化學(xué)成分含量見表1。

表1 濕法FGD 入口飛灰煙塵主要化學(xué)成分含量 %

由表1 可知，飛灰中SiO2含量達(dá)到95%，而Al2O3，F(xiàn)e2O3極易溶于吸收塔漿液，與漿液中Cl－反應(yīng)生成(FeCl4)－，(AlCl4)－絡(luò)合物。因而，對濕法FGD 出口排放煙塵中飛灰含量可以用鹽酸處理法進(jìn)行測量，而飛灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω 可由下式計算得出

式中 ω 為飛灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%);m0為濾筒重量(g);m1為現(xiàn)場采樣后濾筒重量(g);m2為灼燒后不溶物的質(zhì)量(g);m3為空白試驗灼燒后不溶物的質(zhì)量(g)。

1.1.2 排放煙塵中石灰石、石膏的測量方法研究

1)以硫酸根計濾筒中二水硫酸鈣(石膏)含量:

式中 m1為以硫酸根計濾筒中二水硫酸鈣含量(mg);C1為SO的濃度(mg/L);V 為定容體積;M1為SO的摩爾質(zhì)量(g/mol);M2為二水硫酸鈣的摩爾質(zhì)量(g/mol)。

2)濾筒中CaCO3(石灰石)含量

式中 m2為以鈣計濾筒中二水硫酸鈣含量(mg);C1為Ca2+的濃度(mg/L);V 為定容體積;M1為Ca2+的摩爾質(zhì)量(g/mol);M2為CaCO3(石灰石)的摩爾質(zhì)量(g/mol)。

3)排放煙塵中石膏、石灰石的質(zhì)量百分

式中 ω1為石膏的質(zhì)量百分比(%);m0為現(xiàn)場采樣后濾筒重量(g);m1為濾筒中石膏的重量(g)。

式中 ω2為石灰石的質(zhì)量百分比(%);m0為現(xiàn)場采樣后濾筒重量(g);m2為濾筒中石膏的重量(g)。

1.2 排放煙塵中燃煤飛灰、石膏、石灰石比例分析

選取A 電廠2 號機(jī)組濕法FGD 系統(tǒng)為測試對象，在脫硫系統(tǒng)入口煙塵濃度小于200 mg/m3(標(biāo)干、6%O2)保證值情況下，分析排放煙塵中飛灰、石膏、石灰石比例。測試過程中濕法FGD 系統(tǒng)各運行工況均在其性能保證之內(nèi)，具體測試數(shù)據(jù)見表2。

由表2 可知，當(dāng)濕法FGD 系統(tǒng)各運行參數(shù)在性能保證值內(nèi)時，總排口煙塵中飛灰濃度隨FGD入口煙塵濃度的升高而升高，排放煙塵中飛灰比例約為68.7%～78.2%;排放煙塵中石灰石比例為4.5%～8.6%，排放煙塵中石膏含量為7.8%～8.8%，排放煙塵中吸收塔漿液濃度約為10～11 mg·m－3。

表2 A 電廠2 號機(jī)組濕法FGD 系統(tǒng)煙塵測試數(shù)據(jù)

2 濕法FGD 系統(tǒng)除霧器對排放煙塵攜漿的影響

2.1 濕法FGD 系統(tǒng)除霧器阻力與排放煙塵攜漿比例的關(guān)系研究

B 電廠1 號機(jī)組為300 MW 火電機(jī)組，脫硫系統(tǒng)除霧器為折流板式除霧器，其運行阻力設(shè)計值為85 Pa，測試過程中機(jī)組負(fù)荷及入爐煤質(zhì)穩(wěn)定。本次試驗是在濕法FGD 系統(tǒng)正常運行時，通過不對除霧器進(jìn)行沖洗的方式調(diào)節(jié)除霧器阻力，同時對FGD 進(jìn)出口煙塵濃度進(jìn)行現(xiàn)場采樣測試。具體測試數(shù)據(jù)見表3 和圖1。

圖1 除霧器阻力與煙塵攜漿比例關(guān)系曲線

表3 B 電廠1 號機(jī)組排放煙塵濃度及煙塵攜漿比例測試數(shù)據(jù)

通過測試結(jié)果得知，除霧器運行阻力在46～71 Pa 變化時，煙塵攜漿比例為19%～21.5%，煙塵攜漿比例隨除霧器阻力上升有小幅度升高;除霧器運行阻力在81～104 Pa 時，煙塵攜漿比例為24.4%～34.2%，煙塵攜漿比例隨除霧器阻力的上升有明顯的升高。因此，在脫硫系統(tǒng)運行過程中，為了降低煙塵攜漿比例，減少煙塵排放，推薦除霧器在小于其設(shè)計值10～20 Pa 以內(nèi)運行。

2.2 除霧器堵塞對煙塵排放的影響及對策

2.2.1 除霧器堵塞對煙塵排放的影響

B 電廠1 號機(jī)組脫硫吸收塔設(shè)2 級除霧器，布置于吸收塔噴淋層上部。2013年7月B 電廠1 號機(jī)組除霧器堵塞(見圖2)，且其運行阻力為240 Pa，遠(yuǎn)大于其設(shè)計值85 Pa。

圖2 除霧器堵塞情況

通過對該機(jī)組FGD 進(jìn)出口煙塵濃度測試及排放煙塵攜漿比例分析，研究除霧器堵塞對煙塵排放的影響，同時分析除霧器堵塞的原因。具體測試數(shù)據(jù)見表4。

由表4 測試結(jié)果可以看出:當(dāng)除霧器發(fā)生結(jié)垢、堵塞時，排放煙塵濃度大于FGD 系統(tǒng)入口煙塵濃度，且排放煙塵攜漿比例為63.8%～71.4%，排放煙塵攜漿嚴(yán)重。

該FGD 系統(tǒng)除霧器堵塞的原因有如下幾點:

1)除霧器沖洗水阻力不夠，沒有達(dá)到其設(shè)計值200 Pa。沖洗效果不理想，致使除霧器表面形成的結(jié)垢晶核不斷增大，形成硬垢，堵塞除霧器。

2)吸收塔漿液密度為1 167 kg/m3，大于其性能保證最大值1 130 kg/m3。漿液密度高，會粘在除霧器葉片上不易被沖洗，加速除霧器堵塞進(jìn)程。

3)pH 為6.3，超過5.3～5.8 的設(shè)計范圍，且煙塵攜帶吸收塔漿液中石灰石的比例大于石膏。說明該系統(tǒng)吸收塔中石灰石吸收劑過剩，因過飽和而沉淀形成垢物，堵塞除霧器。

表4 除霧器堵塞對出口煙塵濃度的影響

2.2.2 除霧器堵塞對策分析

1)脫硫系統(tǒng)運行中實時監(jiān)控除霧器的沖洗水阻力、流量、壓差等參數(shù)，及時察覺沖洗閥門內(nèi)漏、閥門故障、沖洗水阻力不足、吸收塔液位高等缺陷，并及時處理，保證除霧器沖洗水的正常運行。

2)運行中及時調(diào)整除霧器沖洗水泵出口阻力，保證除霧器沖洗水壓正常穩(wěn)定。

3)保證吸收塔漿液品質(zhì)。要防止加入過多的石灰石吸收劑，一般將吸收塔漿液pH 控制在其設(shè)計范圍內(nèi)。在控制好pH 的同時，還要控制好吸收塔漿液密度，控制依據(jù)以吸收塔漿液密度設(shè)計值和脫水系統(tǒng)設(shè)計值的最低值作為參考。

3 結(jié)論

1)文中提出了鹽酸處理法分析排放煙塵中燃煤飛灰的含量和離子色譜排放煙塵中石灰石、石膏含量的方法;

2)研究發(fā)現(xiàn)排放煙塵中飛灰比例約為68.7%～78.2%;排放煙塵中石灰石比例為4.5%～8.6%，排放煙塵中石膏比例為7.8%～8.8%;

3)研究表明煙塵攜漿比例隨除霧器阻力的升高而升高，在實際運行中，推薦其運行阻力在小于其設(shè)計值10～20 Pa 工況下運行;

4)針對除霧器堵塞時，排放煙塵攜漿嚴(yán)重，甚至還會出現(xiàn)排放煙塵濃度大于FGD 入口煙塵濃度的現(xiàn)象。分析了堵塞原因，并提出了避免除霧器堵塞的對策和措施。

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〔6〕聶鵬飛，邊東升，吳學(xué)民，等． 600 MW 機(jī)組濕法脫硫系統(tǒng)除霧器堵塞原因分析及對策〔J〕． 華電技術(shù)，2011(11):69-73．