600MW机组烟气脱硫装置运行优化与技术改造

龙剑辉

（永清环保股份有限公司 湖南长沙 410330）

1 工程概况

某电厂装机容量按2×600MW机组设计，于2007年7月开工建设，同步建设烟气脱硫装置。锅炉为东方锅炉厂生产的DG1900/25.4-Ⅱ1型超临界参数变压直流本生型锅炉，单炉膛，Π型锅炉，前后墙对冲燃烧方式，一次再热，每台炉共配有24个BHDB公司生产的HT-NR3型旋流煤粉燃烧器。脱硫装置均采用湿式石灰石/石膏法，按一炉一塔全烟气脱硫配置。湿法烟气脱硫工艺流程是原烟气从引风机引出进入FGD，烟气在吸收塔内逆流向上与喷淋下来磨细的石灰石悬浮液接触，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及加入的氧化空气进行化学反应，最后生成二水石膏，脱硫后的净烟气经除雾器，再经GGH升温后通过烟气排入大气[1]。烟气脱硫装置由于2010年完成试运行，由于燃烧煤质发生变化以及原脱硫系统存在缺陷等原因，装置存在脱硫效率低、石膏浆液亚流酸钙含量高、脱水不正常等问题，导致脱硫效率不能满足环保要求，脱硫后净烟气不能达标排放，在对脱硫系统运行优化的基础上，进一步对脱硫装置进行技术改造，以保证烟气排放符合环保要求。

2 脱硫装置存在的问题

通过对机组脱硫运行情况的考察及对历史数据、近期煤质分析数据、吸收塔循环浆液分析数据及石膏品质分析数据的分析，脱硫系统存在以下问题。

2.1 吸收塔系统

2.1.1 吸收塔实际液位比显示液位偏低，直接导致循环浆液氧化不充分，造成浆液中亚硫酸钙浓度偏高，影响脱硫吸收效率，同时引起脱水困难和脱水系统故障；另外当液位低于吸收塔变径段时，会产生烟气紊流，导致吸收塔内烟气分布不均匀，脱硫效率下降；降低了浆液在吸收塔内的停留时间，影响结晶及氧化。

2.1.2 吸收塔浆液密度控制偏高，DCS显示及取样测量均达到1350～1450kg/m3，密度过高影响氧化硫的吸收，降低脱硫效率，同时导致对设备及管道的磨损加剧，系统能耗增加。

2.1.3 吸收塔pH控制不稳定，波动较大，pH值过高或过低都会不利于系统正常运行。pH值过低时影响SO2的吸收，导致脱硫效率下降；pH值过高会影响氧化效率，导致石膏浆液亚硫酸钙与碳酸钙含量偏高[2]。

2.2 烟气系统

2.2.1 通过分析入炉煤硫分分析数据，Sar=1.12～1.39，计算烟气中SO2浓度应在3500mg/Nm3以下，而烟气在线监测装置显示数据在5500～6100 mg/Nm3之间，测量不准确。

2.2.2 GGH原烟气与净烟气单侧压差均达到1000Pa以上，超过设计值，GGH存在堵塞现象，导致系统能耗增加。

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2.3 脱水和废水系统

脱水系统运行不正常，仅有一台脱水皮带能运行且还不能连续稳定运行，脱水效率达不到设计要求，导致吸收系统产生的石膏不能及时排出，吸收塔密度无法控制在合理范围。

废水处理系统没有运行，导致吸收塔内重金属离子和氯离子产生富集现象，导致石灰石浆液活性降低，降低了吸收效率，同时氯离子浓度偏高会加剧对系统设备的腐蚀[3]。

3 异常工况调整

由于煤质原因，原烟气SO2入口浓度严重超标，电厂采取了多种应对措施，但由于装置长期超处理能力运行，系统几近瘫痪。我们对系统进行现场分析，摸索实际运行工况，在当前工况下保证系统安全正常运行。经过对现场勘查和数据分析发现，电厂为了保证出口的达标排放，通过提高吸收塔石灰石浆液补给量，保证pH值在一个较高的水平维持系统运行，但由于系统氧化能力无法同步提高，造成浆液氧化不足，亚硫酸钙含量超标，浆液品质恶化。由于石膏浆液品质恶化，造成脱水系统运行不正常，石膏含水量过高，影响脱水系统的安全连续运行。脱水系统不正常，引起吸收塔浆液密度升高，又影响吸收塔浆液氧化与吸收能力，形成恶性循环，导致装置瘫痪。

3.1 第一天运行调整

原因分析：由于现阶段用的煤含硫量比较高，导致原烟气SO2严重超过吸收塔SO2设计的处理能力，其中氧化风机的处理能力和脱水系统的处理能力成为最大的瓶颈。氧化风机不能提供足够的氧从而导致浆液品质变坏。低品质的浆液非常不利于浆液的脱硫效果。而脱水系统的问题则导致浆液密度过高，过高的密度也不利于浆液的氧化效果和对SO2的吸收，整个系统处于一个恶性循环中，为此需要解决三个问题：(1)解决入口原烟气二氧化硫含量高的问题。(2)增加氧化效果。(3)降低浆液密度。

调整措施：(1)降低石灰石浆液入口流量，维持pH值在4.5~4.8左右。目的是降低吸收塔浆液密度，同时也能适度降低亚硫酸钙的含量，有利于改善浆液的品质。(2)提高吸收塔液位。较高的液位能延长氧化空气在浆液中的反应时间，提高氧化效果。(3)增开一台脱水皮带机(4)增加锅炉侧的氧含量。

运行结果：通过采取上述措施，浆液品质得到有效扭转。但吸收塔浆液密度下降不明显，2#塔的密度还有上升的趋势。

运行操作基本上延续上一个班的方式，稍微提高了石灰石浆液的补给，运行结果：(1)浆液的品质进一步改善。(2)浆液密度2台塔均有下降。(3)pH值一直处于偏低状态运行。

调整效果：现阶段浆液品质得到有效的改善和提高，密度得到控制，系统已经处于良性的运行状态，可以逐渐加大石灰石浆液的入塔流量，同时控制pH值不高于5。

3.3 第三天运行调整

在增加石灰石浆液供给的情况下，PH值没有得到明显的提高，密度略有下降，净烟气SO2含量均有降低。分析认为：浆液品质基本达到正常水平，在保证浆液品质的前提下，可以适当在增加石灰石浆液的补给。

经过三天的调整，浆液品质得到改善，亚硫酸钙含量已经低于1.66%，浆液品质已经正常。浆液密度明显下降，能够控制在设计范围内，系统恢复正常运行。

4 运行优化措施

吸收塔脱硫效率的主要扰动因素：原烟气量、进口二氧化硫浓度、吸收塔内的pH值、石灰石浆液与烟气比值等[4]，在对各扰动因素进行充分深入研究的基础上，针对脱硫系统存在的问题，在运行中采取下述运行优化措施。

4.1 适当提高吸收塔液位，控制吸收塔实际液位至少在吸收塔变径段上方，适当维持吸收塔高液位的运行状态，高液位有利于提高浆液的氧化效果。但同时需严密监视防止吸收塔浆液倒灌入原烟气烟道。4.2校验吸收塔浆液密度计，控制吸收塔浆液密度在1080～1150 kg/m3，最高不应超过1300 kg/m3，保证测量装置准确可靠。

4.3 PH值控制在5.3～5.9范围内，通过试验找出一个pH值最佳控制点，按此最佳控制点对石灰石浆液加入系统进行自动调节，维持稳定的供液流量和pH值、脱硫效率等参数控制。

4.4 维持浆液循环泵在正常工况运行，保证液气比；根据GGH总压降调整GGH吹扫频率，降低GGH运行阻力。

4.5 解决脱水系统存在的问题，保证脱水系统正常运行，使吸收塔密度能维持在正常状态。正常运行废水处理系统，稳定吸收塔浆液中重金属离子和氯离子含量。

4.6 在现有的运行模式下，逐渐提高吸收塔供浆流量，提高FGD系统的脱硫能力，并密切监视脱水系统运行情况，加强吸收塔浆液的分析频率，保证吸收塔浆液品质在正常范围内。

4.7 适当保持吸收塔浆液的一个低密度运行状态。在非正常时期应当保持低的浆液密度，为提高脱硫效率和应付设备问题留有更多的操作余地和回旋空间。

5 技术改造措施

上述的运行调整优化措施只能在煤质变化不大，含硫量超标20%范围内实现达标排放，但随着煤质的变化，原烟气二氧化硫含量经常达到设计值保证值的80%以上，特别是随着国家新排放标准的实施，对脱硫系统进行改造已是迫在眉捷。在对系统进行全面分析和充分论证的基础上，采取以下改造措施。

5.1 烟气系统改造：吸收塔出口净烟道抬高5.6m；吸收塔出口至GGH入口净烟道弯头处加设导流板。

5.2 吸收塔本体改造。吸收塔本体在+33.220处切开，新加5.6m高筒体，+33.220以上部分保持不变整体抬升5.6m。对原吸收塔地基基础、桩基荷载、吸收塔塔壁强度校核并采取加固措施。改造滤液至吸收塔入口管口及相关管道，改造石灰石浆液至吸收塔管道及相应管件。

5.3 吸收塔内件改造。每座吸收塔增加2层喷淋层。更换原有喷淋系统，全部更换原有喷淋层喷嘴，改造后四层喷淋层喷嘴布置方式为“双向空心切向喷嘴/单向空心切向喷嘴”综合布置，提高喷嘴入口雾化压力和雾化效果。在吸收塔烟气入口增加偏转环。

5.4 加设吸收塔附浆池,每塔加设一座附浆池。

5.5 吸收塔循环系统，单塔加设2套吸收塔循环系统，包括2台吸收塔循环泵及相应的管道、管件和阀门等。对现有浆液循环泵房进行扩建改造，利旧改造A/B/C/D浆液循环泵，改造后4台浆液循环泵总流量不小于88000 m3/h。利旧浆液循环泵按照原浆液循环泵叶轮规格型号更换叶轮。

5.6 氧化空气系统，采用离心式氧化风机，为吸收塔提供足够的氧化空气。改造原有氧化空气分布方式，由喷枪式改为管网式。

6 改造效果

脱硫系统改造措施于2013年5月8日实施完成，经调整试运系统于6月28日正式完成168h试运行，改造后各主要技术指标优良，烟气脱硫率平均98.9%，脱硫装置烟气入口二氧化硫含量平均为7875 mg/Nm3，出口二氧化硫含量平均为86mg/Nm3，低于国家规定的排放标准，达到了脱硫装置改造要求，满足了机组满负荷运行需要，取得了较好的社会效益，为同类型机组烟气脱硫装置改造积累了经验。

[1]阎维平.电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制[M].中国电力出版社,2005.

[2]周至祥,段建中,薛建明.火电厂湿法烟气脱硫技术手册[M].中国电力出版社,2006.

[3]徐宝东,程冶方.烟气脱硫工艺手册[M].化学工业出版社,2012.