石灰石-湿法脱硫系统石膏浆液品质对运行经济性的综合影响分析

石灰石-湿法脱硫系统石膏浆液品质对运行经济性的综合影响分析翟学军摘要：通过对目前锅炉燃烧煤种含硫量偏高，射阳港发电有限责任公司的石灰石一石膏湿法烟气脱硫系统的主要性能指标进行分析，对石膏浆液品质参数进行分析，找出最佳石膏浆液运行参数与系统运行经济性之间的对应关系，对脱硫系统的运行方式进行优化。分析结果表明，脱硫系统为公司创造了非常可观的经济效益。关键词：石灰石-石膏湿法烟气脱硫；石膏浆液品质；运行经济性分析；系统运行优化一、概述：1、石灰石一石膏湿法烟气脱硫（FGD）技术具有运行可靠、脱硫效率高，同时还能脱除部分烟尘的特点，脱硫效率可达95％以上，在燃煤电厂烟气脱硫中得到广泛应用。但是，石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置不仅投资大、系统复杂，其运行、维护成本也非常昂贵。FGD系统主要运行费用包括：电、水、脱硫剂石灰石及运行人员费用，其中主要是系统电耗，占机组发电量的1.5%以上。尤其在当前燃煤价格不断上涨、煤质下降，燃煤灰份、硫份不断增大的情况下，运行、维护费用也在同步增加。因此，只有不断提高运行、维护水平，加强运营管理，才能实现石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置经济、高效运行。本文主要根据江苏省射阳港发电有限责任公司二期脱硫系统运行情况，阐述石膏浆液品质对脱硫系统运行经济性的综合影响。2、、江苏省射阳港发电有限责任公司二期脱硫系统概述江苏省射阳港发电有限责任公司#3、4机组设计配备一套100％烟气处理量的石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置(简称FGD),采用二炉一塔，同时提供脱硫系统所需的石灰石储存、制粉系统。脱硫效率设计不低于95％。序号指标名称数值备注1FGD进口烟气量（Nm3/h,湿,5.61%O2）10209892FGD进口SO2浓度（mg/Nm3,干,6.32%O2）15953FGD出口SO2浓度（mg/Nm3,干,6.32%O2）804FGD出口含尘浓度（mg/Nm3,干,6.32%O2）＜395FGD进口烟气温度（℃）1386FGD出口烟气温度（℃）≥807系统脱硫效率（％）≥958系统可用率（％）≥959石灰石耗量（t/h）2.61110钙硫比Ca/S（mol）≤1.03此前#3机组退出运行，二期脱硫系统为#4机组对一套脱硫系统，脱硫系统运行工况与设计工况发生了较大的变化，且因锅炉燃烧煤种的变化，烟气含硫量大幅增加，运行经济性受到很大影响，脱硫系统存在耗电量大、石灰石用量超标、淡水耗量大等问题。本文以石膏浆液品质调整为主要内容，综合分析其对脱硫系统运行成本的影响。因锅炉燃烧煤种偏离设计值较多，烟气含硫量增幅较大，脱硫运行人员为了适应煤种的变化，追求较高的脱硫效率，石膏浆液PH值运行在较高水平，高值达到6.5左右，这就需要加大石灰石浆液供给量。长期运行，易造成石膏浆液品质恶化，主要表现在石膏浆液反应速度慢、PH值变化缓慢、PH值与脱硫效率没有良好的对应关系，反映在石膏浆液运行参数上，主要为PH值高、效率未到理想值、石膏浆液密度高、系统用水量大、循泵电流偏高、制粉电耗高等，反应在系统设备上，主要表现喷淋塔结垢、喷嘴堵塞、除雾器积垢等现象。最终造成脱硫系统运行不够经济，运行成本增加。以下是二期脱硫系统改善石膏浆液品质前的经济指标数据：脱硫系统平均日耗电量（万kwh）脱硫系统平均日耗电率（%）石灰石耗量(t/h)耗水量（t/d）4.721.872.59587二、改善石膏浆液品质1、石膏浆液品质恶化的化学机理分析，找出最佳改善其品质的方法。PH值不仅影响SO2的吸收和亚硫酸钙的氧化，同时也会影响石灰石的溶解，因此对石灰石在脱硫系统中的反应活性有极重要的影响。下面是石灰石溶解化学反应式：CaCO3+H+=Ca2++HCO3-HCO3-+H+=H2CO3=H2O+CO2从化学反应式可以看出，石灰石浆液H+扩散驱动力与浆液的PH值成比例关系，PH值越低，H+深度越高，液相阻力越低，越有利于石灰的溶解（很多学者也建立了石灰石溶解的数学模型，如H+拿云传质控制模型和传质/表面反应共同控制模型，计算结果能很好地与以上理论吻合）。另外，PH值达到5.5以上，HSO3-离子很不容易被氧化，通常在FGD工艺上会采用氧化风机向吸收塔石膏浆液中鼓入空气的方法，加强氧化HSO3-离子，以保证下面反应正常进行：HSO3-+1/2O2=HSO4-=H++SO42-但PH值越高，HSO3-越不容易氧化，造成浆液中形成大量的亚硫酸盐，不易进一步氧化生成硫酸盐。同时，石灰石在浆液中的浓度过高，会产生大量来不及反应的过剩CaCO3，极易与浆液中的亚硫酸盐相应相互吸附，阻碍它们的进一步反应。2、根据以上化学反应机理，在脱硫运行中进行如下石膏浆液品质的改善措施。一是在运行中通过降低PH值，最低降至4.1，并根据浆液的具体情况，保持相应时间，在浆液中产生大量H+离子，以使过剩CaCO3充分反应。二是在低PH值条件下，一般在4.2以下，加大氧量，以促进亚硫酸根离子充分氧化，进而形成硫酸根离子。三是通过以上方法，进一步减少过剩CaCO3与亚硫酸盐相应相互吸附的物理过程。四是在调整浆液品质过程中，增加石灰石粉的细度，以使进入浆液的石灰石能够充分反应。该公司编制了《二期脱硫系统运行中改善石膏浆液品质方案》，进行了三次较大幅度的改善石膏浆液品质试验，很好地改善了石膏浆液的品质。三、石膏浆液品质改善前后的脱硫系统经济运行情况分析比较1、前期石膏浆液运行在高浓度（一般在1160kg/m3）、高PH值(一般在6.30以上)参数时，石膏浆液循环泵运行电流偏高，通过改善石膏浆液品质后，石膏浆液密度运行在低值，即能满足高硫煤、高负荷运行要求，从而降低石膏浆液循环泵的运行电流，运行参数对比如下表(煤种未变化，选取吸收塔浆液池同等高度11.1m，数据为平均值)：#1循泵电流(A)#2循泵电流(A)#3循泵电流(A)石膏浆液密度(kg/m3)PH值脱硫效率(%)改善前40.135.838.811606.4594.6改善后38.535.137.510905.7193.82、同时，因石膏浆液品质的改善，脱硫能力增强，石膏循环浆液泵的运行方式也发生了较大改变(2009年5-10月份循泵的运行方式如下表),由原来高负荷时需三台循泵同时运行，改变为一大一小两台循泵即能满足机组脱硫要求，进而在低负荷时只运行一台大泵（#1）即能满足脱硫效率要求，进一步降低了脱硫用电率。5月份6月份7月份8月份9月份10月份石膏浆液循环泵运行方式两台大泵运行，高负荷时增开第三台泵一大一小泵运行，高负荷时改为两台大泵运行一大一小泵运行，高负荷时改为两台大泵运行一大一小两台泵运行能够满足满负荷要求一大一小两台泵运行能够满足满负荷要求一大一小两台泵运行，低负荷时单台泵运行3、因石膏浆液的活性增加，石膏浆液浓度运行在较低值，脱硫系统运行中所需的石灰石量相应大幅减少，降低了脱硫运行成本，同时相应降低了脱硫制粉系统的日平均用电量。下表为2009年5-10月份，脱硫系统石灰石用量、制粉系统日平均用电量对比表：5月份6月份7月份8月份9月份10月份石灰石耗量(t/h)2.592.281.821.911.931.75制粉系统日平均用电量(kwh)2849250820022101212319254、石膏浆液品质改善后，杜绝了吸收塔喷淋层积垢及喷咀堵塞现象，除雾器也未发生积垢，除雾器差压也由70Pa左右降低到20Pa左右。同时，改善了GGH换热器的运行工况，积灰的现象明显减少，降低了运行阻力，使FGD出口烟气温度运行在设计值以上，保证了石膏浆液温度在50-60℃，也是最佳脱硫化学反应温度，最终升压风机电流在同等负荷工况下，降低了1.5A左右。5、石膏浆液品质改善后，也会相应降低石排出泵、吸收塔搅拌器等400V辅机运行电耗。脱硫系统中有石膏浆液介质的管道发生积垢的几率也大大下降，降低了检修维护工作成本。6、、射阳港发电有限责任公司脱硫系统石膏浆液改善后脱硫系统耗电对比分析，如下表：5月份6月份7月份8月份9月份10月份总耗电量（万kwh）117.51111.05127.1362.58----月运行时间（h）555.5542.4668.233246.9449.7每天(24h)平均耗电量(万kwh)5.1944.934.574.534.384.14月平均耗电率（%）2.071.951.931.911.851.77注：具体各项节电计算省略。由上表可以看出，石膏浆液品质改善后，脱硫系统用电量和耗电率大幅下降，每天节电约1万多kwh。四、结束语：综上所述，石膏浆液的品质高低对石灰石-湿法脱硫系统中的各子系统、重要设备的运行工况能够产生较大影响，进而影响到脱硫系统的运行经济性。石灰石-湿法脱硫系统在运行中，不应固执地追求高脱硫效率，特别是在目前锅炉燃煤品质下降，硫份增大的情况下，更不应牺牲脱硫系统的运行经济性，而应合理改变运行方式，调整摸索最佳的脱硫系统石膏循环浆液的密度和PH值，以及其他运行参数，以期达到最佳的脱硫效率，而又能够保证脱硫系统的经济运行。