浅谈百万机组无 GGH 脱硫系统石膏雨的成因分析及抑制方案

杨光

摘  要：在当前国际形势之下，在越来越严格的环保政策之下，环保要求只会越来越高。 “石膏雨”的问题在目前大多数采用石灰石-湿法脱硫的火力发电厂中均有不同程度的存 在，尤其是无 GGH 的系统更为普遍。 因此，如何在现有条件和设备下，进行优化调整和 改造，达到当今的环保要求成为了我们的工作重点。本文以北疆发电厂（4*1000MW）的 脱硫系统为例，从运行实际入手，分析了在不改变现有系统或投资不是很大的情况下， 抑制石膏雨现象的运行控制方法及设备治理思路。

关键词：石膏雨;北疆发电厂;运行控制方法;设备治理

0. 引言

发电厂中，石灰石—石膏湿法脱硫设施，尤其是位于北方的百万发电机组无 GGH 的  脱硫系统，烟囱出口净烟气的温度夏季大约在 50℃左右，冬季大约在 42℃， 这些净烟气  最终通过烟囱，排入大气，视觉上形成了 “湿烟囱”。 湿的净烟气在排出过程中，遇到  高空冷空气后部分冷凝，形成液滴。当机组运行期间，烟气会持续排放，若风力不大，  烟气则不能及时消散，特别是遇到低气压或大气扩散条件不利时，这些烟气中所携带的  粉尘、液滴会迅速聚集在烟囱周围， 由于受到重力而落到地面，形成凝胶状、 附着力很  强的酸性小液滴——“石膏雨”，对周边环境产生危害，对相关金属设备、机械造成腐  蚀。虽然为了避免形成“石膏雨” ，在脱硫吸收塔出口设置了除雾器，而且能经试验证  明， 能保证出口烟气携带雾滴小于 75mg/Nm³，但是实际情况下，烟囱出口仍有“石膏雨” 现象存在。

北疆发电厂目前拥有 4 台 1000MW 燃煤发电机组，一期工程 2×1000MW 烟气脱硫  （FGD）装置，使用强制氧化的石灰石──石膏湿法脱硫工艺，采用两级串塔，一级吸收 塔采用日本川崎技术逆流折返塔技术且取消烟气旁路，二级吸收塔采用国电清新公司旋 汇耦合石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，具有均气效果好、传质效率高的特点。系统无 GGH ，引风机采用三位一体模式，二级塔出口布置有除雾器。设计除雾器出口携带雾滴 小于 75mg/Nm³。 整体的脱硫系统有以下分系统组成：1）烟气系统;2）二氧化硫吸收系 统; 3）排空系统;4）石灰石贮存及浆液制备系统;5）石膏脱水系统;6）工艺水及废 水处理系统;7）压缩空气系统;

一期两台机组的两级吸收塔共设置 6 台浆液循环泵，一级吸收塔四台，二级吸收塔 两台，各自对应吸收塔的四层和两层喷淋层。二期两台机组的两级吸收塔共设置 6 台浆 液循环泵，一级吸收塔三台，二级吸收塔三台。

一直以来， 因脱硫出口的烟气温度刚好小于水汽饱和温度，  “石膏雨”现象时有发 生。经过北疆电厂长期的运行实践进行摸索，分析并研究出了在一定程度上能抑制 “石 膏雨” 的方法以及在投资不是很大的情况下，对现有设备进行改进和治理的思路。

1.石膏雨形成因素

“石膏雨” ，既包含“石膏” ，又夹杂 “雨” 。  “石膏”指的是石膏浆液;  “雨”指的是烟气中饱和水汽及携带的细小水雾滴在上升过程中不断随降温而凝结，并降落在 烟囱附近的冷凝液滴。

1.1 烟气携带石膏的形成

“石膏雨”主要是由于是烟气中夹带的石膏浆液在大气风力影响之下，飘落地面而形 成的。通过脱硫装置净烟气中的石膏浆液，占大部分的来源是吸收塔喷淋层喷嘴喷出、 雾化后的细小液滴，石膏浆液经喷嘴雾化后经碰撞 ，会产生一些直径在 15 μm 左右的小 雾滴。这些雾滴经过除雾器后，一般情况下，都是直径大于 22 μm 的雾滴，经过除雾器 后的去除率为 99.99%，然而随着雾滴直径的减小，15 至 22 μm 的雾滴，经除雾器后去除 率为 50%，而 15 μm 以下的雾滴基本无法拦截。而且当烟气实际的流速超过了除雾器设 计值时， 除雾效果会大大降低， 以至于失效， 除雾器甚至会发生二次携带现象，形成净 烟气中带浆现象。这些现象导致了烟气中携带了石膏，进而形成了“石膏雨”。

1.2  “雨”的形成

“雨”，即脱硫吸收塔后的净烟气通过烟囱排出后，携带水汽及水雾形成的冷凝液滴， 是由于烟气排放过程中在高空大气作用下，温度下降、烟气温度与环境温度温差、大气 普遍环境、烟囱的内表面设计等原因造成。烟气中的水汽，在天空中已达到过饱和状态， 遇冷凝结后，落至地面。

2.影响烟气携带量及石膏雨量大小的因素

“石膏雨”的形成与多方面的因素有关，主要包括系统设计烟温、大气平均温度、除 雾器的除雾效果、脱硫吸收塔的设计、运行方式等。

2.1 净烟气的温度

净烟气温度高，则“石膏雨”现象不明显，烟温越低，  “石膏雨”形成趋势越明显。 脱硫烟气系统设备尤其是防腐层、除雾器的耐承受温度以及锅炉运行方式，决定的了烟 温的运行控制，这些在设计之初就有体现，平时调整裕度不大。

2.2 除雾器的结构及运行方式

目前市面上先进的除雾器有， 屋脊式“Z”型、管式等，其运行过程中各有优缺点， 除雾效果与设备维护及运行方式有很大关系。 除雾器表面会残留浆液，而其中所含的物 质，会引起结垢。若这些污垢不能及时冲洗下去，则会导致除雾器堵塞。尤其是，一旦 除雾器发生了堵塞，会导致烟气流通不均匀或者偏流， 大大降低了除雾效果， 更增加了 石膏雨的生成概率。

除雾器由两部分组成： 除雾器本体和冲洗系统。除雾器本体由除雾器叶片，卡具， 支架等按一定的结构形成组装而成，其中叶片是除雾器最基本，最重要的元件，除雾器 叶片由高分子材料 PP（阻燃型）制作。

为了防止除雾器的堵塞，冲洗时间间隔需优化设计，根据最短时间冲洗，制定时间 间隔，最短的时间间隔取决于吸收塔液位，如果吸收塔液位較低，可将时间间隔调短， 如果吸收塔液位教高，可将时间间隔调长，但除雾器的冲洗周期不能超过两个小时。除 雾器的冲洗一是满足自身的要求，另外考虑吸收塔液位要求。除雾器冲洗中注意吸收塔 液位，防止吸收塔溢流， 同时注意冲洗水压力和流量，如果冲洗水压力和流量小于规定 值，将使冲洗效果大大降低。另外，为了使除雾器安全高效运行，值班员要按照规程规 定做到以下几点： 1）除雾器清洗不充分将引起结垢，这从压降升高得到判断， 因此运 行人员应密切注意除雾器的压差。2）严格脱硫启停操作来操作除雾器的动作，如脱硫 启动时，浆液循环泵未启动，禁止向吸收塔引入热烟气。

2.3 烟气的流速

当烟气流速较低，净烟气中所携带的雾滴基本无法被除雾器消除;当烟气流速较高， 超过了设计值， 将会导致除雾器未在有效区间运行，若烟气流速较大， 除雾器还会发生 二次携带情况，大量的石膏浆液随烟气进入烟囱，甚至会发生净烟气中带浆现象。一旦 发生净烟气带浆现象，更会导致“石膏雨”的现象加重。

2.4 运行方式

主要有除雾器的冲洗方式优化、烟温控制策略等等。在运行过程中，控制不当将造 成除雾器因堵塞而偏流，进而使得局部流速过高 ，和局部流速过低，直接影响液滴捕集 效果，加剧了“石膏雨”现象的形成。

3.北疆电厂石膏雨及除雾器的现状

“石膏雨” 问题，是石灰石—石膏湿法脱硫系统普遍面临的一道环保课题，对于有 GGH 的系统，“石膏雨”现象不明显，因为净烟气排放温度较高，烟气中的水汽未达到 饱和值，在正常大气的扩散情况下，烟气已完全扩散;对于北疆电厂而言无 GGH，脱硫 出口烟温一般在 50℃左右，冬季则大约 42℃ ，“石膏雨”现象较为明显。同时净烟气在 通过锅炉尾部烟道和通过烟囱过程中， 因沿程散热损失，温度会略微降低（大约降低  1～2℃） ，流速也会下降，更加剧了“石膏雨”形成。

北疆电厂的除雾器设计值为出口携带量 75mg/Nm³，设计的系统补水损失 94.3% 。 目前，在夏季石膏雨现象不甚明显;在冬季，厂区有一定体现。目前已经按照除雾器厂 家的建议， 除雾器的运行冲洗较为完善。最近一次解体，其内部有少量结垢，如下图：

上图表明：  “迎风面”即第一级除雾器面向烟气侧的边界处叶片积垢较多，造成此 处烟气流速相对较小，伴随着其他未积垢或积垢较少处烟气流速较高，降低了除雾效果。 4.基于现有基础石膏雨抑制即除雾效果提效方案及小规模设备技改、治理思 路

根据石膏雨的成因，基于現有基础，不进行大的系统改造或投资不是很多的前提下， 经现场运行实践摸索、调研、分析，有如下抑制石膏雨的方案：

4.1 优化除雾器冲洗的运行方式，提升除雾效果

1 、自动冲洗：启动冲洗命令后，启动除雾器冲洗水泵，每层各冲洗阀门将按照设定 时序进行冲洗。 1）  启动一级吸收塔除雾器冲洗步序;2）  启动二级吸收塔下层除雾器 冲洗步序;3）  启动二级吸收塔上层除雾器冲洗步序。每小时按上述步序进行一次冲洗。

2 、  手动冲洗：启动除雾器冲洗水泵，对各层进行手动冲洗。冲洗时，保证冲洗时 间、流量及压力，保证塔体冲洗平台压力 0.2Mpa  以上，严禁同时开启两个冲洗门;手 动冲洗结束后，要及时关闭冲洗水阀，停运除雾器冲洗水泵，并将除雾器冲洗系统投入 自动运行。

两级除雾器，包含四级冲洗，每级冲洗采用 7 个冲洗门 自动控制。将除雾器冲洗运 行方式改变，对除雾器上游（烟气流向上） 的冲洗按照迎风面烟气流速的不同而进行差 异化冲洗， 即增大边缘侧的冲洗量、增大边缘侧的冲洗时间，简单总结即是：之前是每级 7 个冲洗支路依次冲洗各 1 分钟，变为每级两端的两个气动门加强冲洗且仍依次进行; 同时，制定措施定期启第二台冲洗泵，强化冲洗效果。

此方式已定期投入使用，对于抑制除雾器局部结垢（除雾器差压）和抑制石膏雨有 一定帮助。实测数据如下：

实验效果表明：  （1）随着负荷的逐渐升高，除雾器的差压会逐渐变大;

（2）除雾器差压变大后，检测到雾滴携带量同样会变大;

（3）进行差异化冲洗即边界区域加强冲洗，差压有缓解，雾滴携带量逐渐减小。

经过连续 3 天的冲洗实验，烟囱附近及周围未见过“小白点”即“石膏雨”现象。

4.2 运行控制方面，减少脱硫塔最顶层喷淋的运行

烟气在穿越最顶层喷淋后温度最低、饱和水汽量和浆液携带量最大， 因此，在保证 环保排放指标达标的前提下，尽量降低上层浆液循环泵的运行时间和次数。

4.3 优化除雾器冲洗喷嘴的布置

此措施对系统改动量比较小， 主要是将除雾器冲洗水喷嘴由之前的均匀布置改为中 部喷嘴比较均匀、边缘喷嘴比较密集的方式，提升边缘结垢处的冲洗面积和效果，抑制 因部分污堵造成的除雾器偏流，从而在一定程度上抑制石膏雨。

4.4 缩小叶片的间距 ，提升除雾效果

除雾器的叶片，每片之间间距在大约 20  至 50mm ，北疆电厂除雾器的叶片间距为 30mm ，因此建议可以将叶片间距改为 15～20mm，可提升除雾效果，减少雾滴携带， 限 制“石膏雨”现象。当然， 除雾器的重量、冲洗水量、风烟阻力及电耗相应改变，应合 理平衡以上这四个参数。目前，许多进口除雾器（例如我厂所选厂家）均开始缩小叶片 间距来提高除雾效果，设计院在设计时也应该多向此方面考虑。

4.5 除雾器根据烟气流速场的不同采取除雾器模块优化布置

目前很多除雾器运行时无法达到设计要求、除雾器出口的液滴携带量超设计值，就 是因为除雾器内烟气流速不均、流速过高处携带量大。我厂的除雾器由于塔外烟道布置， 其入口无均流装置，导致烟气从塔体垂直 90°转向水平烟道时，内侧流速高，外侧流速 低。因此可结合运用差异化布置除雾器模块的方案，在流速高区域设置更小叶片间距的 除雾器， 以提升除雾效果。

4.6 采用热水冲洗除雾器，提高烟温，缓解石膏雨（广东电科院实验项目）

保证热水温度低于除雾器的耐受温度（我厂为 81°） ，采用热水冲洗， 实验证明， 除雾器附着污垢的溶解性随着水温的升高而提高。按此方案，可提高除雾器出口烟温平均 8°左右，液滴携带量明显减少。

4.7 增加一级管式除雾器

管式除雾器的最大优势，就是可将经过屋脊式除雾器后烟气中仍携有的微小液滴除 去，搭配原有除雾器后，可将除雾器出口浆液携带量由 75mg/m³降至 50mg/m³左右，初 步估计设备的静态投资，大约 100 万。

5.结语

在当前国际形势之下， 在越来越严格的环保政策之下， 环保要求只会越来越高。

因此，如何在现有条件和设备下，进行优化调整和改造，达到当今的环保要求成为了 我们的工作重点。 本文意在抛砖引玉，在我的工作单位北疆电厂通过一定的实践，利 用检修期间的设备检查，利用运行人员的操作经验， 结合电科院的试验， 对现有设备 进行了优化调整和设计，一定程度上抑制了“石膏雨”现象，但也无法做到根治。但 是愈发严格的环保标准超出了早年环保设备的设计处理能力， 欲从根本上根治石膏雨 现象，还需各位同仁不断的努力，不断的相互借鉴。 我相信， 随着环保要求的提高， 脱硫系统的烟气治理会得到越来越多人的重视，而随着技术水平的逐渐进步， 烟气治 理领域会逐步优化，而结果也会越来越好。

参考文献：

[1]  《 湿法烟气脱硫 系统 的 安全性及优化 》 ，  曾庭华 、杨华 、 马斌 、王力 ， 中 国 电力 出版社 ， 2003.8

[2]  《 火 电厂燃煤机组脱硫技术 》 ，周菊华 ，  中 国 电力 出版社 ， 2007.12

[3]  《石灰石 — 石 膏湿法烟气脱硫技术 》 ，武文姜，  中 国水利水 电 出版社 ，2006.2