脱硫添加剂在火电厂烟气脱硫中的应用

任 罡，阎寒冰，张亚勋

（1.北京国电京缘科技开发有限公司，北京 100044；2.山西电力科学研究院，山西 太原 030001；3.内蒙古大唐国际克什克腾煤质天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰 025350）

脱硫添加剂在火电厂烟气脱硫中的应用

任 罡1，阎寒冰2，张亚勋3

（1.北京国电京缘科技开发有限公司，北京 100044；2.山西电力科学研究院，山西 太原 030001；3.内蒙古大唐国际克什克腾煤质天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰 025350）

某电厂600MW机组石灰石—石膏法烟气脱硫系统运行过程中，存在的运行pH值偏高、石膏中亚硫酸钙含量超标以及脱硫效率下降等问题，通过脱硫添加剂的使用，较好地解决了上述问题，并有效地改善了脱硫系统的运行工况。

火电厂；脱硫添加剂；烟气脱硫系统

0 引言

石灰石—石膏湿法脱硫WFGD（Wet Flue Gas Desulfurization）工艺技术成熟、脱硫效率高，能适应大容量机组，且吸收剂石灰石来源广泛、价格便宜，副产品石膏具有综合利用的商业价值，是目前应用最广泛的技术[1]。

1 WFGD反应机理

1.1 烟气中的SO2和SO3的吸收

1.2 SO2和SO3与石灰石反应

1.3 氧化反应

通入吸收塔浆液池内的氧气将亚硫酸氢根氧化成硫酸根

1.4 石膏形成

添加剂根据其组分可以分为无机添加剂和有机添加剂，其中有机添加剂因具有优异的pH值缓冲性能、减缓钙的结垢速率和提高系统的可靠性而得到广泛的应用。该电厂使用的脱硫添加剂由多元弱酸型及高效催化剂复配而成，配合消泡剂的使用，在处理吸收液pH值偏高、结垢严重、脱硫率下降等问题方面效果明显。

2 脱硫添加剂的作用原理

由于石灰石溶解度小且液相传质差，石灰石利用率低，直接影响脱硫效率。添加剂用于改变脱硫塔内浆液的离子平衡，降低浆液的pH值，促进石灰石的溶解，提高液相传质系数，促进二氧化硫的吸收，同时，添加剂中的金属离子对脱硫反应有催化作用，从而大幅度提高系统的脱硫效率[2-3]。

3 非正常运行状态描述

某电厂2×600MW凝汽式汽轮发电机组配套建设2套湿式石灰石—石膏法烟气脱硫装置，采用美国玛苏莱公司技术，一炉一塔形式，脱硫塔设置4层喷淋层，配备4台浆液循环泵，石灰石作为吸收剂，脱硫副产品为石膏，在设计条件下，全烟气脱硫效率不低于95%。

2009年7月—9月期间，机组的脱硫率降至85%～89%（设计值95%），石膏品质较差（颜色发黑），吸收塔多次发生溢流现象。非正常工况下运行数据见表1。

4 影响脱硫效率的原因分析

影响脱硫效率的因素很多，如机组负荷、入口SO2浓度、粉尘浓度、石灰石的供给量、浆液pH值、液气比等。根据现场监测数据分析可知主要有以下几方面因素影响脱硫效果。

a）除雾器差压变化不大，说明脱硫率下降与机组负荷、吸收塔入口烟气量以及烟尘含量关系不大。

b）循环泵的电流比正常工况状态下的电流减小，喷淋区差压大，说明喷淋层或喷嘴有堵塞，从而造成喷淋密度减小，液气比下降。

c）吸收塔液位低于正常值，但有溢流现象发生，说明塔内浆液杂质含量高，经验表明，烟气中的F-和石灰石杂质中所含的Al3+化合成F－Al复合体，形成包膜覆盖在石灰石颗粒表面。石灰石杂质中的Mg2+对包膜的形成有很强的促进作用。这种包膜引起石灰石的活性降低，从而影响脱硫效率。

d）浆液pH值是影响脱硫效率的一项重要因素。SO2的吸收过程中，高pH值有利于确保持续高效地捕获SO2，低pH值有利于碳酸钙的溶解和析出。通常情况下，5.0～6.0是pH值控制最佳范围。实际运行操作中，为提高脱硫效率，采取增加石灰石浆液补充量，以提高浆液pH值的方法来提高脱硫效率，但实际效果并不理想：吸收塔浆液pH值高于正常运行值0.6～0.9，但脱硫效率仍达不到90%以上。由于较高的pH值阻碍了钙离子的进一步析出，使浆液中CaSO3·1/2H2O含量增加，易堵塞管道和喷嘴，并易造成CaSO3沉积在石灰石表面，形成保护壳，钝化脱硫剂，抑制吸收反应进行。

5 非正常状态处理措施

a）保持吸收塔液位在12m左右，由于液位不稳定且出现溢流，投加5 kg消泡剂。

b）石膏脱水系统和废水排放正常使用，保持浆液的氯离子浓度低于20 000μg/g。

表1 吸收塔非正常工况下运行数据

c）保持入口烟尘浓度小于100mg/m3以下。

d）向吸收塔集水坑内投入添加剂，通过提升泵打入脱硫塔内，集水坑的搅拌器保持开启，确保药剂的溶解和扩散均匀。

e）根据入口SO2浓度，添加剂投加量为600 kg（500 μg/g）。

f）利用烟气在线监测系统记录添加剂加入前后的系统入口SO2浓度和脱硫效率，脱硫塔浆液的pH值现场取样分析，WFGD副产物石膏中亚硫酸钙的含量采用现场取样和化学分析方法得到。

6 脱硫添加剂的应用结果与分析

脱硫添加剂加入脱硫塔25min后，脱硫效率从加入前的87%迅速提高到95%，浆液的pH值从6.4缓慢下降，运行一段时间后稳定在5.6左右，同时石膏中的亚硫酸钙含量逐步下降。

6.1 添加剂对吸收塔浆液pH值的影响

添加剂对吸收塔浆液pH值的影响曲线见图1。

图1 添加剂对吸收塔浆液pH值的影响曲线

添加剂加入前，吸收塔浆液pH值一直维持在6.4以上。加入添加剂后，浆液pH值逐渐下降，运行5 h后pH值基本稳定；即使入口SO2浓度在2 800～3 300mg/m3之间波动，但吸收塔浆液的pH值仍稳定在5.3～5.6之间，说明添加剂具有较好的浆液pH值缓冲性能。

6.2 添加剂对亚硫酸钙氧化的影响

图2为加入添加剂后副产物石膏中亚硫酸钙含量的时间变化曲线。由图2中可看出，添加剂加入1 d后石膏中亚硫酸钙的含量也逐步下降，且随着运行时间的增加而迅速减少；到第4 d时，脱硫塔中的氧化环境逐步改善，石膏中亚硫酸钙的含量降至5%，达到较佳运行状态。添加剂的加入，可加快亚硫酸钙的氧化速率，促进石灰石的消融。

图2 石膏中亚硫酸钙含量的时间变化曲线

6.3 添加剂对脱硫率的影响

脱硫添加剂的加入，有效地缓冲脱硫塔浆液的pH值变化，减小了脱硫塔内的传质阻力，促进了SO2的吸收和碳酸钙的溶解，加快了液相中碳酸钙中和SO2的反应速度，从而提高了系统的脱硫效率。

7 结论

a）吸收塔内浆液质量劣化是引起该系统脱硫效率下降的主要原因，为提高脱硫效率采用烟气脱硫高pH值运行副作用明显。

b）在600MW机组脱硫系统故障处理中，多元弱酸型有机脱硫添加剂在投加25min后，pH值基本稳定在较理想的范围内，说明添加剂具有较好的pH缓冲性能。

c）本次案例中，由于多种原因造成pH值调节失效，常规操作无法提高脱硫效率的情况下，脱硫添加剂有效抑制了吸收剂钝化和封闭效应，促进石灰石消融，脱硫效率显著提高，表现出较好的应急性能，同时，能够改善亚硫酸钙的氧化环境，提高石膏的质量。

［1］ 周至祥，向海清，薛建明.火电厂湿法烟气脱硫技术手册［M］.北京：中国电力出版社，2006：43-45.

［2］ 陶莉，周艳明，李国永.脱硫添加剂在烟气系统故障处理中的应用［J］.湖南电力，2010（5）：10-13.

［3］ 孙文寿，孟韵，谭天恩.湿式石灰石延期脱硫过程添加剂对传质的影响［J］.青岛大学学报，2006（3）：33-38.

App lication of Desulphurization Additives on Desulphurization System of Thermal Power Plant

REN Gang1，YAN Han-bing2，ZHANG Ya-xun3
（1.Beijing International Electricity Jingyuan Technology Development Co.，Ltd.，Beijing 100044，China；2.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China；3.Inner Mongolia Datang International Keshiketeng Coal Gas Co.，Ltd.，Chifeng，Inner Mongolia 025350，China）

During the operation of the limestone-gypsum FGD system of a 600 MW unit,there are problems like higher pH value，excessive calcium sulfate content in gypsum and low efficiency of desulphurization.The utilization of desulphurization additive can solve the problemsmentioned and effectively improve the operation condition of desulphurization system.

thermal power plant；desulphurization additive；flue gas desulphurization system

X701.3

B

1671-0320（2012）04-0057-03

2012-03-08，

2012-06-25

任 罡（1972-），男，山西太原人，1995年毕业于太原理工大学环境工程专业，工程师，从事火电厂化学技术研究工作；

阎寒冰（1971-），女，山西天镇人，1994年毕业于山西大学环保专业，高级工程师，从事电力环保研究工作；

张亚勋（1971-），男，山西太原人，1995年毕业于太原理工大学环境工程专业，工程师，从事化工环境保护技术研究工作。