“石膏雨”生成原因及治理措施研究

李文华，刘含笑，郦建国

(1.浙江浙能温州发电有限公司，浙江 乐清 325602；2.浙江菲达环保科技股份有限公司,浙江 诸暨 311800)

“石膏雨”生成原因及治理措施研究

李文华1，刘含笑2，郦建国2

(1.浙江浙能温州发电有限公司，浙江 乐清 325602；2.浙江菲达环保科技股份有限公司,浙江 诸暨 311800)

对“石膏雨”成因素进行了分析，WFGD取消GGH致使排烟温度降低是"石膏雨"产生的主因，另外，还包括设备设计、运行及外界环境等。基于此，归纳了“石膏雨”治理的主要措施：WFGD的设计运行优化、尾部烟道设计优化及增设湿式静电除尘器等。

WFGD；石膏雨；WESP；除雾器

石灰石-石膏湿法烟气脱硫(WFGD)是我国应用最广泛的脱硫技术，新建机组大多采用了不装设GGH，原有的系统也已经取消GGH装置。没有GGH的WFGD系统，因于无烟气再热措施，排烟温度降低，饱和湿烟气排出后难以有效抬升、扩散，烟气中携带的石膏浆液聚集在烟囱附近，落地形成“石膏雨”，不仅严重影响电厂周边环境，甚至腐蚀设备。根据文献中对无GGH的“湿烟囱”的调研及理论计算表明，可察觉的液滴的沉降区域通常在以烟囱为中心、半径为800m的范围内，如图1所示。

图1 理论计算的烟囱出口雾滴沉降轨迹

1 “石膏雨”生成原因分析

国内研究人员普遍认为"石膏雨"的成因与GGH、除雾器、烟囱等设备因素以及吸收塔烟气流量、流速、液气比、烟温等设计或运行情况有关，另外，环境因素也对"石膏雨"的形成也有一定关系，结合国内文献调研，可将"石膏雨"生成原因归纳为如下几点：

1.1 脱硫系统问题

1.1.1 除雾器设计不合理

除雾效果未满足要求(一般要求除雾器后烟气含液态水量75mg/m3)，经过除雾后的烟气含液量很高，液体中并不仅仅是液态水，还有石膏浆液。含液量很高的烟气经过烟囱后温度降低，水雾产生凝结，会产生“石膏雨”现象。

在“石膏雨”现象中，脱硫后烟气除雾器的除雾效果较差，烟气中直径20μm以上的液滴含量较高(一般在100mg/m3以上)。

1.1.2 脱硫系统实际烟气量远大于设计烟气量

这导致进入除雾器的烟气流速超过除雾器极限流速，产生了已被去除浆液的“二次携带”，被高速烟气带走的浆液一部分从烟囱排出，随着饱和蒸汽冷凝水滴落，从而造成“石膏雨”现象。

1.1.3 除雾器前方烟气流场不均匀

这导致进入除雾器部分区域的烟气流速超过除雾器的允许极限流速，同样会加剧除雾器堵塞和“石膏雨”现象的产生。

1.1.4 喷淋浆液管距离除雾器太近

浆液经过喷嘴雾化进入喷淋塔内，细小雾滴被烟气夹带进入除雾器，如果喷淋浆液管距离除雾器较远，细小的雾滴就会有足够的时间聚集成较大的雾滴颗粒，从而通过重力沉降进入浆液池内。如果喷淋浆液管距离除雾器太近，进入除雾器的浆液量就会大大增加，加快除雾器堵塞以及增加进入除雾器烟气的流速，从而造成烟囱出口形成“石膏雨”现象。

1.1.5 除雾器堵塞

除雾器堵塞造成除雾器流通面积减少，进入除雾器的烟气流速超过除雾器极限流速，同样会产生“二次携带”和“石膏雨”。

1.2 烟气经脱硫后温度较低

进入吸收塔的烟气温度为100～130℃ ，通过吸收塔脱硫后出来的烟气温度为60～70℃ ，经过二级除雾器的冲洗水减温，温度将进一步下降到50℃左右，这将使烟气在离开烟囱爬升距离减少，很快凝结成小液滴落下。

1.3 烟囱结构形式及防腐材质的选择

火电厂一般采用直筒型烟囱，烟囱防腐层采用轻质泡沫玻化砖防腐，表面粗糙度大，当机组负荷低时，烟气流速低，烟气携带的污染物易附着在防腐层表面，当机组负荷较高时，烟气流速较快，附着在防腐层表面的污染物将随烟气带出烟囱，成为"石膏雨"的在组成部分。

1.4 运行操作问题

运行操作上不够精细、合理，不能及时发现问题和处理问题，不能保证脱硫装置与机组的同步运行，脱硫装置利用率低，也容易产生烟气携带脱硫浆液的现象。

2 “石膏雨”治理措施

通过对"石膏雨"生成原因分析，可以考虑从脱硫系统设计优化(包括除雾器选型优化布置)、增设烟气再加热及湿式静电除尘器等方式减轻甚至消除"石膏雨"现象。结合文献调研，归纳如下：

2.1 脱硫系统采用措施

2.1.1 按实际运行最大烟气量进行脱硫设计

烟气量应该根据实际运行最大烟气量设计，并留有一定余量，保证进入除雾器的流速不会超过极限流速，减少石膏浆液的“二次携带”。

2.1.2 提高除雾器除雾效果

在投资允许的情况下，大机组脱硫装置中尽量采用屋脊式除雾器，提高除雾器的除雾效果，减少烟气中的水雾和浆液携带量。

2.1.3 除雾器前烟气流场均匀分布

除雾器设计时优化喷淋层喷嘴的布置，使得浆液的重叠覆盖率在整个吸收塔截面上保持均匀，避免出现烟气短路现象，从而保证进入除雾器的前的烟气流场均匀分布，避免局部流速超过除雾器允许的极限流速。如安徽某电厂脱硫塔内原流速分布不均匀，除雾器除雾效率只有74.41%，石膏雨现象明显，经CFD计算，改入口条件下加弧形导流板，除雾器效率提升8.12%，喷嘴换成实心锥喷嘴，石膏雨现象明显减轻。

2.1.4 增加浆液喷淋管与除雾器之间的距离

使得浆液雾滴有足够的沉降高度，此距离也不宜太高，太高会增加投资，而且当达到一定高度时，再增加高度，效果已不再明显。根据工程经验，此距离一般取2.5m。

2.1.5 除雾器选型

选择极限雾滴粒径较小的除雾器，同时，优化冲洗水的布置位置，除雾器冲洗距离除雾器叶片的间距要按运行情况设计，特别是逆风面冲洗。

2.1.6 采用三级除雾器

脱硫塔一般设计为两层除雾器，增加一级除雾器可以改善除雾效果，但是由于第二级除雾器已经是精细除雾，逃逸出来的液滴粒径非常小，第三级除雾器要取得较好的效果，叶片形式、叶片间距、距离第二级除雾器的距离以及冲洗等都要经过特殊设计。

2.1.7 除雾器冲洗应该得到保证

不能因为其他原因长时间停止除雾器冲洗，如果除雾器冲洗设备出现故障应该及时进行维修处理。严格按照设备厂家要求的冲洗频率进行除雾器冲洗，保证除雾器冲洗水的水量和水压，保证除雾器除雾效果，减少烟气中的水雾和浆液携带量。

2.1.8 检修除雾器堵塞

在停运或小修期间，仔细检查除雾器堵塞情况，如果出现严重堵塞，需及时清理干净，同时进行原因分析，并采取行之有效的解决措施。

2.2 提高烟气温度

2.2.1 添加蒸汽加热器

在吸收塔除雾器上方或出口烟道内安装蒸汽加热器(SGH)，利用高温蒸汽加热吸收塔出口的低温净烟气，使净烟气温度升高，以确保烟囱的入口烟温在70℃以上，减少冷凝液的析出。

2.2.2 三维内肋管式换热器

利用原烟气加热净烟气，在吸收塔原烟道和净烟道上加装新型三维内肋管换热器，解决常规GGH腐蚀、泄露等主要问题。

2.2.3 采用二次风加热装置

利用锅炉二次风的裕量，从空气预热器后二次风风道抽取二次热风，直接注入脱硫系统出口烟道，在混合段内二次热风与脱硫后净烟气混合加热，提升净烟气温度，提高烟囱排烟的抬升高度，同时减少烟道烟气与揭露积酸，以消除“石膏雨”的形成。

2.3 烟囱内筒型式的设计

2.3.1 “湿烟囱”内筒型式的改进

烟囱内筒由"直筒型"改为"直筒型+出口收缩段"型式设计，这样可以减少烟流下洗，便于烟气扩散，避免净烟气冷凝液在烟道或烟囱里面沉积，同时在单台机组运行时，烟道与烟囱入口位置为微负压状态，还可有效避免运行中的烟气串风现象。此方案的实施应在设计时综合考虑其经济性和可行性。

2.3.2 烟囱内筒设置积液槽

为及时排出冷凝液，防止酸液的二次携带，对采用钢内筒的烟囱的酸液排出设计建议采用烟囱底部不设置排灰斗的型式。由于烟囱底部的淤积物中含有酸液、灰尘、吸收塔逃逸的浆液等，淤积物的粘度较大，可能造成酸液排出管的堵塞和结垢，必要时烟囱底部的积液槽或灰斗处应设置冲洗管道和冲洗喷嘴。

2.4 运行操作中的注意事项

2.3.1 除雾器压差

在操作过程中，除雾器压差是一个重点关注的参数。除雾器压差一般为100～150Pa，压差增大，会形成"石膏雨"。除雾器压差增大是因为堵塞造成的，堵塞的原因有多种，如：烟气流速高、浆液pH值高、液气比高等都会造成除雾器堵塞，当发现除雾器堵塞，首先要正确判断堵塞的原因，然后采取合理的处理措施。

2.3.2 pH值

pH值高对“石膏雨”的形成有一定的影响。正常工况下，pH 值应控制在5.6～5.8范围内，浆液pH 值高，能提高脱硫效果，但高的pH值也会带来负面的影响。由于pH值高，浆液中碳酸钙浓度增大，易在系统表面结垢，会造成除雾器的堵塞，因此，浆液pH值应在设计值范围内操作，在操作过程中不宜以提高pH值来提高脱硫效率。

2.3.3 浆液密度

脱硫装置中浆液密度会随石灰石中的碳酸镁含量变化，一般情况浆液密度控制在1.15kg/L，所对应浆液固含量在20%左右。浆液密度高，浆液的粘度会有所提高，易附着在除雾器表面导致结垢，因此在操作时，浆液密度应控制在设计范围内。

2.3.4 运行调整

“石膏雨”现象多出现在锅炉高负荷运行期间，这与烟气流量有关。当机组带大负荷时，在保证锅炉正常燃烧用氧前提下，适当减少风量，控制炉膛负压与升压风机压力，降低烟气流量与流速。

2.5 采用湿式电除尘(WESP)技术

WESP收尘机理与干式电除尘器完全相同，与振打清灰不同的是，WESP采用的是液体冲洗集尘极、放电极表面来进行清灰，可有效收集微细颗粒物(PM2.5粉尘、SO3酸雾、气溶胶)、重金属(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有机污染物(多环芳烃、二恶英)等，烟尘排放可达5mg/m3以下甚至更低，是解决"石膏雨"问题的有效措施之一。

3 结语

通过脱硫系统设计优化(包括除雾器选型优化布置)、增设烟气再加热及湿式静电除尘器等方式可减轻甚至消除"石膏雨"现象，同时采用单塔或组合式分区吸收技术，改变气液传质平衡条件，优化浆液pH值、浆液雾化粒径、氧硫比、液气比等参数，优化塔内烟气流场，改善喷淋层设计等，可提高除雾器性能等提高脱硫效率，保证除雾器出口液滴浓度为20～40mg/m3。

另外，有研究表明，石膏浆液中26.5μm以下直径的颗粒占总粒径的重量比小于37.57%，而一般屋脊式除雾器的极限粒径为22 ～24μm左右，超过极限粒径的液滴全部被除雾器捕获。吸收塔内石膏浆液含固量通常为20%，假设小粒径段颗粒在浆液中均匀分布，即大、小液滴中小粒径段颗粒的浓度相等，通过除雾器的小液滴中只能含有小粒径段的石膏颗粒，则通过除雾器的液滴含固量理论值应为20%×37.35%=7.5%，而并非国内业界一直认为的除雾器出口雾滴含固量等同于塔内石膏含固量。当除雾器厂家可保证脱硫出口液滴浓度分别小于75,40,20mg/m3时，雾滴对烟尘贡献分别仅为5.6,3,1.5mg/m3。

综上，湿法脱硫可有效解决"石膏雨"现象，实现较低的颗粒物排放。

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(本文文献格式：李文华，刘含笑，郦建国.“石膏雨”生成原因及治理措施研究[J].山东化工，2017，46(06)：175-177.)

Origin and Solution of the "Gypsum Rain" Problem of WFGD

LiWenhua1，LiuHanxiao2，LiJianguo2

(1.Zhejiang Zheneng Wenzhou Power Plant Co., Ltd., Leqing 325602, China;2.Feida Environmental Protection Technology Co., Ltd., Zhuji 311800, China;)

In this paper，the factors affecting the formation of "gypsum rain" were analyzed. The main reason for "gypsum rain" was canceling GGH in the WFGD system which lowered exhaust temperature，and other influence factors included equipment design，operation parameters and external environment. Three solutions of design and operation optimization of dust removal equipment and WFGD system，design optimization of tail flue gas duct，and additional WESP were proposed.

WFGD；gypsum rain；WESP； demister

2017-02-12

国家高技术研究发展计划(2013AA065002)；国家重点研发计划(2016YFC0203704)；国家重点研发计划(2016YFC0209107)；浙江省科技计划项目(2013C11G6080001)。

李文华(1975—)，高级工程师，大学本科，热能动力专业，长期从事火电厂设备管理；通信作者：刘含笑(1987—)，硕士，工作单位：浙江菲达环保科技股份有限公司。

X773

A

1008-021X(2017)06-0175-03