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烟气调制系统的加入对脱硫系统的影响及解决方法

--烟气调制系统的加入对脱硫系统的影响及解决方法

供稿:中国工控网 2014/7/16 14:50:37

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  • 关键词: FGD脱硫系统、烟气调制、石灰石、石膏、运行分析
  • 摘要:以同煤大唐塔山发电有限责任公司2×600MW火力发电机组烟气脱硫系统为例,从实际运行维护角度来分析在锅炉烟气中加入烟气调制系统后对石灰石-石膏湿法脱硫系统的影响,所产生的脱硫设备堵塞、吸收塔浆液粘度增大、石膏含水量大脱不干的问题,最后提出了运行解决办法和建议。

1.引言:

1.1设计规模

同煤大唐塔山发电有限责任公司2�600MW火力发电机组烟气脱硫系统采用典型的石灰石-石膏湿法FGD脱硫工艺技术,主要是采用石灰石(CaCO3)作为脱硫吸收剂,石灰石经过破碎磨细制成吸收浆液,在吸收塔内吸收浆液与烟气接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙发生化学反应,二氧化硫从烟气中去除,最终产物为石膏,脱硫后的烟气依次经过除雾器除去雾滴,经GGH换热升温后,经烟囱排放。

1.2前期运行状况

同煤大唐塔山烟气脱硫工程由北京博奇电力科技有限公司设计承建,20087月以后陆续投产运行。截止到20112月的两年半中,系统运行工况及各项运行参数始终符合设计要求,脱硫效率达到了95%以上的良好状态,仅存在着电厂改为燃用劣质煤后,由于灰分过高经常引起电除尘电场跳闸、导致脱硫系统GGH严重堵塞、影响机组长周期安全运行的问题。

1.3增加烟气调制系统

为了适应燃用劣质煤,能够保持电除尘的正常运行,不使脱硫系统工况恶化,塔山电厂在电除尘前增加了烟气调质系统,来改善提高电除尘效率。这是因为大型燃煤锅炉普遍采用电除尘器作为烟气除尘设备,当燃用灰分高的煤时,经常会遇到粉尘高比电阻问题。高比电阻粉尘不容易荷电或释放荷电,积聚在极板上的高比电阻灰层会抑制电晕电流的产生,并容易引起火花甚至反电晕,严重恶化电除尘器各电场的供电质量,降低电晕密度。供电质量恶化会使电除尘器工作困难,除尘效率下降,粉尘排放超标。传统解决高比电阻的问题是用混媒或控制电流的方法,不能从根本上解决问题,增加烟气调质是在锅炉烟气进入电除尘前喷入特殊的调制剂,来提高电除尘效率。

1.4 改变调整手段保证正常运行

塔山电厂烟气调质系统投入运行后,出现了石膏脱水不干含水量大的问题,运维业务部和塔山项目部进行了积极调整分析,运用排除法手段,逐项寻找和改善影响石膏品质的不利因素,最后采取脱硫系统抛浆重新注浆,进行运行试验观察的方法,逐步认识到增加烟气调质系统后对脱硫系统的影响,提出和采取了相应的处理措施和方法,加大废水外排力度,改变了传统的运行调整手段,经过3个月的不懈努力,保证了脱硫系统的正常运行。

2脱硫系统运行出现异常现象

2.1直接现象。2011321塔山运维项目两套脱硫系统相继出现了石膏脱水效果较差的现象,石膏从皮带机下料口落至石膏库大量游离水析出,导致石膏库内积水较多,由于石膏品质过差,拉运过程中需要拌入大量的粉煤灰,给运输带来极大不便,同时对石膏库周围的环境污染严重。

2.2运行参数反应。由于本次出现的情况在以往的运行过程中未曾遇到,且两套系统的PH和效率均正常,主要的问题在于石膏浆液经石膏旋流器底流至皮带脱水机后,石膏滤饼出现大面积裂缝,导致真空度大量泄漏,正常运行真空度维持在-40- -60KPa,滤饼出现裂缝时真空度维持在-30KPa左右。按照运行经验,石膏滤饼略有裂缝是石膏脱水品质较好的一个侧面反应,同时石膏作为脱硫系统的标志性产物,品质越差直接反映系统的运行情况(PH值和效率异常),比如浆液中毒后PH值很难维持在5.2-5.6之间,下降至4.0甚至更低,脱硫效率相应下降,而本次出现的问题都与常理不符(PH和效率正常,石膏滤饼裂缝,石膏黏度很大,含水量严重超标)给调整工作带来很大不便,此问题维持了近3个月。

3.异常现象的运行分析及处理措施

为了解决石膏脱水的问题,我们一方面从形成石膏化学反应过程上寻找原因,一方面从设备上寻找原因。

3.1改善影响石膏化学反应的因素:

1由于石膏浆液黏度过大,考虑为氧化风量不够引起,加开一台氧化风机运行,将氧化风量增加之前的两倍达到10000m3/h,试运行一段时间效果不佳。

2考虑到低PH值利于石膏的氧化结晶,试着降低PH值运行一段时间效果亦不佳。

3为了保证将系统内的有害离子最大限度的排出系统,加大了废水系统的外排水量,停止工业废水回收使用,转而加大新工艺水补水量,对系统浆液进行稀释处理。

3.2检查设备出力是否符合设计要求。

1检查石膏脱水皮带机的真空度,现场用塑料布铺满滤饼皮带机的真空度能上升至-40KPa左右,确认系统真空无泄漏,可以排除皮带机的问题。

2联系石膏脱水皮带机制造厂家到现场检查皮带机和石膏旋流器均未发现问题。

3.3系统抛浆重新启动进行试验观察

    脱硫工艺系统复杂,影响石膏含水率的因素比较多,各因素之间又相互影响。导致石膏品质较差的原因归结到底就是系统建立的反应平衡被破坏,而往往破坏系统平衡的多为一种或多种化学物质直接参与反应或长期离子富集导致某种离子超标所引起。

为了找出问题的焦点彻底排除离子的干扰,我们决定首先对#2脱硫系统进行抛浆处理,检查吸收塔内部设备,重新对系统进水、进浆、加石膏晶种,建立系统新的平衡。

20115192011523申请停运#2脱硫系统对#2系统进行了抛浆处理,系统停运后进行检查,打开除雾器人孔门看到一级除雾器堵塞比往常严重很多,打开吸收塔人孔门看到塔内浆液沉积很是严重,石膏黏度相当大。523对系统进水、进石灰石浆液、加入80吨石膏晶种后重新启动系统,启动系统后8小时尝试第一次脱水,石膏已经可以脱干,皮带机真空度上升至-56KPa,24日尝试第二次脱水可以脱干,27#2脱硫系统密度上升至1160Kg/m3,启动脱水系统石膏品质很好,2829日均正常,30日早#2脱硫系统石膏脱水恢复到以前的情况,滤饼裂缝严重,真空度降至-30KPa

20115252011529我们同样对#1脱硫系统进行了抛浆处理,开启除雾器和吸收塔人孔门检查看到的情况和#2系统一样。向#1塔注浆时,为了节省水和降低事故浆液箱的液位我们将#2系统和事故浆液箱的部分浆液返至#1塔,系统整套启动后发现浆液沉淀很慢,启动脱水系统后滤饼裂缝严重,真空度降至-30KPa

通过对两套脱硫系统抛浆重新建立平衡可以看出,设备本身不存在问题,短期能使两套系统浆液出现同样问题的因素归根到底必然是两套系统所共用的三个方面:烟气、水、石灰石。

4. 确立脱硫系统正确的调整思路及过程

4.1  #1脱硫系统调整经过

建立在两套系统抛浆重新建立平衡可以使石膏脱干的基础上,通过对前期脱硫系统运行的对比和目前存在的问题分析,我们认为短期内离子的富集不可能导致浆液很快产生问题,必然是一种物质直接参与了化学反应,对#2系统的化验数据进行了分析,抛浆后7天内的化验数据均正常,只有Mg2 从最初的700mg/L5天内上升至3000mg/L,考虑到目前烟气成分变化新增加进入脱硫系统的化学物质就SO3一种,很快将此问题和前面烟气调制产生的SO3联系在了一起,为了验证问题存在的可能性,2011530日下午我们申请#1烟气调制系统退出运行,将#2烟气调制的硫磺量减为一半,利用化验室现有的化验条件,我们对#1脱硫系统的Mg2 进行跟踪化验,利用外排废水和外排浆液将Mg2 降至1500mg/L#1脱硫系统石膏恢复正常,随后我们试着将Mg2 含量试着升高,一旦Mg2 含量升高石膏品质立即变差。如今将Mg2 维持1500mg/L以下运行,#1系统基本正常。

4.2  #2脱硫系统调整经过

由于#2烟气调制一直未能退出运行,且二期场地不足不能外排浆液,#2脱硫系统Mg2 530627一直未降至1500mg/L以下,石膏品质一直未能改观,627#2脱硫系统进行离线冲洗,计划利用此次机会将Mg2 降至1500mg/L以下。20116272011630由于#2GGH和除雾器堵塞严重,#2脱硫系统停运冲洗,此时旁路全开(等于将烟气调制中的SO3排除)利用此次机会加大浆液外排最终将#2脱硫系统的Mg2 降至1500mg/L以下,201173#2脱硫系统第一次脱水石膏脱干。

至此两套脱硫系统经过近三个月的调整,两套全部恢复正常!

5.结论

5.1通过对两套系统抛浆重新建立系统内平衡来看造成石膏品质差的问题归结于两套系统的共同原料:水、烟气、石灰石。

5.2作为烟气调制和脱硫系统两个系统来讲,单独的运行都不存在任何问题,前期脱硫系统石灰石含量较低,Mg2 含量高于目前很多,且大量的补工业废水,系统内Mg2 维持在5000mg/L左右,依然运行正常,但两个系统共同运行后就出现了石膏脱不干的现象。

5.3通过对#1#2脱硫系统调整经过的分析,可以看出:一旦系统建立平衡(#1脱硫系统)石膏结晶正常,石膏旋流器底流浓度增大,利于游离水的析出,一部分镁离子从废水系统排出整个脱硫系统,一部分镁离子通过事故浆液箱外排,这是#1脱硫系统Mg2 基本能维持在1500mg/L以下运行的根本原因;#2脱硫系统石膏晶体迟迟不能长大,导致石膏滤饼裂缝严重,且由于事故浆液箱不能外排浆液降低镁离子,导致#2系统Mg2 迟迟不能降至1500mg/L以下,系统主平衡一直未建立。

5.4通过查阅资料脱硫石膏制品,在较潮湿的环境中,表面曾发生“反霜”现象,该“霜”经过化学分析,其中含MgOCaOSO3x-衍射测出主要物相是当MgSO4?4H2O,也就说当系统中MgOCaOSO3大量存在时,生成物首先是MgSO4?4H2O而非CaSO4?2H2O。它的形成是:制品中的MgSO4为可溶性物质,可从制品内部析到表面,当遇到空气中湿度较大时,吸潮而成镁盐。

同时,镁离子在结晶过程中也是一种晶体污染物,它将显著地降低副产物地结晶性能。硫酸镁会影响石膏的纯度,同时也需要更多的冲洗水。

5.5 原因和讨论:造成本次石膏品质长期很差的原因是SO3随烟气源源不断的进入脱硫系统,直接与脱硫系统中的Mg2 Mg2 主要来源为原料石灰石和工艺水)反应生成MgSO4?nH2O结晶,此结晶直接对CaSO4?2H2O结晶产生影响,抑制其结晶的生成。

从化学反应的角度和实际运行调整的过程来分析,过量的SO3和过量的Mg2 生成大量的MgSO4?nH2O结晶,对系统的影响是致命的,一旦大量的MgSO4?nH2O结晶生成,石膏品质瞬间发生变化。试验过程中我们试着将事故浆液箱的浆液(Mg2 2000mg/L左右)返至#1吸收塔,瞬间石膏脱不干,由此可以验证Mg2 1500mg/L为系统的零界点,一旦系统内Mg2 1500mg/L,石膏就会脱不干。

从化学反应来讲,运行正常后我们对于SO3一块未作定量要求,只是把系统内Mg2 维持在了1500mg/L左右,即SO3持续过量而Mg2 定量维持在1500mg/L左右,故生成的MgSO4?4H2O结晶的量是一定的,且降到了最低,不会明显影响主反应CaSO4?2H2O结晶的生成。

6.后期运行存在的问题及建议

6.1外排场地必须考虑

从目前#1脱硫系统的运行情况来看Mg2 维持在1500mg/L左右,滤饼裂缝依然存在不过明显减少,皮带机真空度能维持在-45KPa左右,石膏脱水正常,但一旦事故浆液箱浆液返塔石膏立即脱不干,这就是说目前的运行状况Mg2 必须维持在1500mg/L左右。但对整个脱硫系统来讲维持如此低的Mg2 量,必须产生大量的外排浆液和废水,且事故浆液箱的浆液不能返塔在系统内消化,一旦石膏出现问题(Mg2 1500mg/L)必须大量外排浆液来处理此问题,外排场地必须考虑。

6.2慎重选择补充水源

在整个脱硫系统中Mg2 的来源主要为石灰石和水,经化验工业废水的Mg2 含量为100mg/L左右,工艺水Mg2 含量为50mg/L左右,所以从目前系统运行情况来看工业废水应该少用或者不用。

6.3需重新核定Mg2 SO3最大含量

从目前的情况来看我们只对脱硫系统内的Mg2 进行了定量,而未对SO3做定量试验,由于局限于化验设备和化验手段,仅仅是从运行现象上分析认识,来把握两者的关系,最终还需要从化学反应平衡角度做进一步实验,掌握准确的数据,才能全面认识石膏含水量大的机理。

 

 注:本文仅是运行经验的总结,因受技术条件限制,只是从脱硫表面现象上进行总结分析,其中反应因素的内在机理还需要进一步用科学手段验证。

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