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              煙氣調制系統的加入對脫硫系統的影響及解決方法

                 日期:2016-10-20     來源:中國石膏制品協會    瀏覽:1    評論:0    

                1、引言:

                1.1設計規模

                同煤大唐塔山發電有限責任公司2X600MW火力發電機組煙氣脫硫系統采用典型的石灰石-石膏濕法FGD脫硫工藝技術,主要是采用石灰石(CaCO3)作為脫硫吸收劑,石灰石經過破碎磨細制成吸收漿液,在吸收塔內吸收漿液與煙氣接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣發生化學反應,二氧化硫從煙氣中去除,最終產物為石膏,脫硫后的煙氣依次經過除霧器除去霧滴,經GGH換熱升溫后,經煙囪排放。

                1.2前期運行狀況

                同煤大唐塔山煙氣脫硫工程由北京博奇電力科技有限公司設計承建,于2008年7月以后陸續投產運行。截止到2011年2月的兩年半中,系統運行工況及各項運行參數始終符合設計要求,脫硫效率達到了95%以上的良好狀態,僅存在著電廠改為燃用劣質煤后,由于灰分過高經常引起電除塵電場跳閘、導致脫硫系統GGH嚴重堵塞、影響機組長周期安全運行的問題。

                1.3增加煙氣調制系統

                為了適應燃用劣質煤,能夠保持電除塵的正常運行,不使脫硫系統工況惡化,塔山電廠在電除塵前增加了煙氣調質系統,來改善提高電除塵效率。這是因為大型燃煤鍋爐普遍采用電除塵器作為煙氣除塵設備,當燃用灰分高的煤時,經常會遇到粉塵高比電阻問題。高比電阻粉塵不容易荷電或釋放荷電,積聚在極板上的高比電阻灰層會抑制電暈電流的產生,并容易引起火花甚至反電暈,嚴重惡化電除塵器各電場的供電質量,降低電暈密度。供電質量惡化會使電除塵器工作困難,除塵效率下降,粉塵排放超標。傳統解決高比電阻的問題是用混媒或控制電流的方法,不能從根本上解決問題,增加煙氣調質是在鍋爐煙氣進入電除塵前噴入特殊的調制劑,來提高電除塵效率。

                1.4改變調整手段保證正常運行

                塔山電廠煙氣調質系統投入運行后,出現了石膏脫水不干含水量大的問題,運維業務部和塔山項目部進行了積極調整分析,運用排除法手段,逐項尋找和改善影響石膏品質的不利因素,最后采取脫硫系統拋漿重新注漿,進行運行試驗觀察的方法,逐步認識到增加煙氣調質系統后對脫硫系統的影響,提出和采取了相應的處理措施和方法,加大廢水外排力度,改變了傳統的運行調整手段,經過3個月的不懈努力,保證了脫硫系統的正常運行。

                2、脫硫系統運行出現異常現象

                2.1直接現象。2011年3月21日塔山運維項目兩套脫硫系統相繼出現了石膏脫水效果較差的現象,石膏從皮帶機下料口落至石膏庫大量游離水析出,導致石膏庫內積水較多,由于石膏品質過差,拉運過程中需要拌入大量的粉煤灰,給運輸帶來極大不便,同時對石膏庫周圍的環境污染嚴重。

                2.2運行參數反應。由于本次出現的情況在以往的運行過程中未曾遇到,且兩套系統的PH和效率均正常,主要的問題在于石膏漿液經石膏旋流器底流至皮帶脫水機后,石膏濾餅出現大面積裂縫,導致真空度大量泄漏,正常運行真空度維持在-40--60KPa,濾餅出現裂縫時真空度維持在-30KPa左右。按照運行經驗,石膏濾餅略有裂縫是石膏脫水品質較好的一個側面反應,同時石膏作為脫硫系統的標志性產物,品質越差直接反映系統的運行情況(PH值和效率異常),比如漿液中毒后PH值很難維持在5.2-5.6之間,下降至4.0甚至更低,脫硫效率相應下降,而本次出現的問題都與常理不符(PH和效率正常,石膏濾餅裂縫,石膏黏度很大,含水量嚴重超標)給調整工作帶來很大不便,此問題維持了近3個月。

                3、異常現象的運行分析及處理措施

                為了解決石膏脫水的問題,我們一方面從形成石膏化學反應過程上尋找原因,一方面從設備上尋找原因。

                3.1改善影響石膏化學反應的因素:

                1由于石膏漿液黏度過大,考慮為氧化風量不夠引起,加開一臺氧化風機運行,將氧化風量增加之前的兩倍達到10000m3/h,試運行一段時間效果不佳。

                2考慮到低PH值利于石膏的氧化結晶,試著降低PH值運行一段時間效果亦不佳。

                3為了保證將系統內的有害離子最大限度的排出系統,加大了廢水系統的外排水量,停止工業廢水回收使用,轉而加大新工藝水補水量,對系統漿液進行稀釋處理。

                3.2檢查設備出力是否符合設計要求。

                1檢查石膏脫水皮帶機的真空度,現場用塑料布鋪滿濾餅皮帶機的真空度能上升至-40KPa左右,確認系統真空無泄漏,可以排除皮帶機的問題。

                2聯系石膏脫水皮帶機制造廠家到現場檢查皮帶機和石膏旋流器均未發現問題。

                3.3系統拋漿重新啟動進行試驗觀察

                脫硫工藝系統復雜,影響石膏含水率的因素比較多,各因素之間又相互影響。導致石膏品質較差的原因歸結到底就是系統建立的反應平衡被破壞,而往往破壞系統平衡的多為一種或多種化學物質直接參與反應或長期離子富集導致某種離子超標所引起。

                為了找出問題的焦點徹底排除離子的干擾,我們決定首先對#2脫硫系統進行拋漿處理,檢查吸收塔內部設備,重新對系統進水、進漿、加石膏晶種,建立系統新的平衡。

                2011年5月19日至2011年5月23日申請停運#2脫硫系統對#2系統進行了拋漿處理,系統停運后進行檢查,打開除霧器人孔門看到一級除霧器堵塞比往常嚴重很多,打開吸收塔人孔門看到塔內漿液沉積很是嚴重,石膏黏度相當大。5月23日對系統進水、進石灰石漿液、加入80噸石膏晶種后重新啟動系統,啟動系統后8小時嘗試第一次脫水,石膏已經可以脫干,皮帶機真空度上升至-56KPa,24日嘗試第二次脫水可以脫干,27日#2脫硫系統密度上升至1160Kg/m3,啟動脫水系統石膏品質很好,28、29日均正常,30日早#2脫硫系統石膏脫水恢復到以前的情況,濾餅裂縫嚴重,真空度降至-30KPa。

                2011年5月25日至2011年5月29日我們同樣對#1脫硫系統進行了拋漿處理,開啟除霧器和吸收塔人孔門檢查看到的情況和#2系統一樣。向#1塔注漿時,為了節省水和降低事故漿液箱的液位我們將#2系統和事故漿液箱的部分漿液返至#1塔,系統整套啟動后發現漿液沉淀很慢,啟動脫水系統后濾餅裂縫嚴重,真空度降至-30KPa。

                通過對兩套脫硫系統拋漿重新建立平衡可以看出,設備本身不存在問題,短期能使兩套系統漿液出現同樣問題的因素歸根到底必然是兩套系統所共用的三個方面:煙氣、水、石灰石。

                4、確立脫硫系統正確的調整思路及過程

                4.1#1脫硫系統調整經過

                建立在兩套系統拋漿重新建立平衡可以使石膏脫干的基礎上,通過對前期脫硫系統運行的對比和目前存在的問題分析,我們認為短期內離子的富集不可能導致漿液很快產生問題,必然是一種物質直接參與了化學反應,對#2系統的化驗數據進行了分析,拋漿后7天內的化驗數據均正常,只有Mg2從最初的700mg/L,5天內上升至3000mg/L,考慮到目前煙氣成分變化新增加進入脫硫系統的化學物質就SO3一種,很快將此問題和前面煙氣調制產生的SO3聯系在了一起,為了驗證問題存在的可能性,2011年5月30日下午我們申請#1煙氣調制系統退出運行,將#2煙氣調制的硫磺量減為一半,利用化驗室現有的化驗條件,我們對#1脫硫系統的Mg2進行跟蹤化驗,利用外排廢水和外排漿液將Mg2降至1500mg/L時#1脫硫系統石膏恢復正常,隨后我們試著將Mg2含量試著升高,一旦Mg2含量升高石膏品質立即變差。如今將Mg2維持1500mg/L以下運行,#1系統基本正常。

                4.2#2脫硫系統調整經過

                由于#2煙氣調制一直未能退出運行,且二期場地不足不能外排漿液,#2脫硫系統Mg2從5月30日至6月27日一直未降至1500mg/L以下,石膏品質一直未能改觀,6月27日#2脫硫系統進行離線沖洗,計劃利用此次機會將Mg2降至1500mg/L以下。2011年6月27日至2011年6月30日由于#2GGH和除霧器堵塞嚴重,#2脫硫系統停運沖洗,此時旁路全開(等于將煙氣調制中的SO3排除)利用此次機會加大漿液外排最終將#2脫硫系統的Mg2降至1500mg/L以下,2011年7月3日#2脫硫系統第一次脫水石膏脫干。

                至此兩套脫硫系統經過近三個月的調整,兩套全部恢復正常!

                5、結論

                5.1通過對兩套系統拋漿重新建立系統內平衡來看造成石膏品質差的問題歸結于兩套系統的共同原料:水、煙氣、石灰石。

                5.2作為煙氣調制和脫硫系統兩個系統來講,單獨的運行都不存在任何問題,前期脫硫系統石灰石含量較低,Mg2含量高于目前很多,且大量的補工業廢水,系統內Mg2維持在5000mg/L左右,依然運行正常,但兩個系統共同運行后就出現了石膏脫不干的現象。

                5.3通過對2脫硫系統調整經過的分析,可以看出:一旦系統建立平衡(#1脫硫系統)石膏結晶正常,石膏旋流器底流濃度增大,利于游離水的析出,一部分鎂離子從廢水系統排出整個脫硫系統,一部分鎂離子通過事故漿液箱外排,這是#1脫硫系統Mg2基本能維持在1500mg/L以下運行的根本原因;#2脫硫系統石膏晶體遲遲不能長大,導致石膏濾餅裂縫嚴重,且由于事故漿液箱不能外排漿液降低鎂離子,導致#2系統Mg2遲遲不能降至1500mg/L以下,系統主平衡一直未建立。

                5.4通過查閱資料脫硫石膏制品,在較潮濕的環境中,表面曾發生“反霜”現象,該“霜”經過化學分析,其中含MgO,CaO,SO3,x-衍射測出主要物相是當MgSO4?4H2O,也就說當系統中MgO,CaO,SO3大量存在時,生成物首先是MgSO4?4H2O而非CaSO4?2H2O。它的形成是:制品中的MgSO4為可溶性物質,可從制品內部析到表面,當遇到空氣中濕度較大時,吸潮而成鎂鹽。

                同時,鎂離子在結晶過程中也是一種晶體污染物,它將顯著地降低副產物地結晶性能。硫酸鎂會影響石膏的純度,同時也需要更多的沖洗水。

                5.5原因和討論:造成本次石膏品質長期很差的原因是SO3隨煙氣源源不斷的進入脫硫系統,直接與脫硫系統中的Mg2(Mg2主要來源為原料石灰石和工藝水)反應生成MgSO4?nH2O結晶,此結晶直接對CaSO4?2H2O結晶產生影響,抑制其結晶的生成。

                從化學反應的角度和實際運行調整的過程來分析,過量的SO3和過量的Mg2生成大量的MgSO4?nH2O結晶,對系統的影響是致命的,一旦大量的MgSO4?nH2O結晶生成,石膏品質瞬間發生變化。試驗過程中我們試著將事故漿液箱的漿液(Mg22000mg/L左右)返至#1吸收塔,瞬間石膏脫不干,由此可以驗證Mg21500mg/L為系統的零界點,一旦系統內Mg2》1500mg/L,石膏就會脫不干。

                從化學反應來講,運行正常后我們對于SO3一塊未作定量要求,只是把系統內Mg2維持在了1500mg/L左右,即SO3持續過量而Mg2定量維持在1500mg/L左右,故生成的MgSO4?4H2O結晶的量是一定的,且降到了最低,不會明顯影響主反應CaSO4?2H2O結晶的生成。

                6、后期運行存在的問題及建議

                6.1外排場地必須考慮

                從目前#1脫硫系統的運行情況來看Mg2維持在1500mg/L左右,濾餅裂縫依然存在不過明顯減少,皮帶機真空度能維持在-45KPa左右,石膏脫水正常,但一旦事故漿液箱漿液返塔石膏立即脫不干,這就是說目前的運行狀況Mg2必須維持在1500mg/L左右。但對整個脫硫系統來講維持如此低的Mg2量,必須產生大量的外排漿液和廢水,且事故漿液箱的漿液不能返塔在系統內消化,一旦石膏出現問題(Mg2≥1500mg/L)必須大量外排漿液來處理此問題,外排場地必須考慮。

                6.2慎重選擇補充水源

                在整個脫硫系統中Mg2的來源主要為石灰石和水,經化驗工業廢水的Mg2含量為100mg/L左右,工藝水Mg2含量為50mg/L左右,所以從目前系統運行情況來看工業廢水應該少用或者不用。

                6.3需重新核定Mg2和SO3最大含量

                從目前的情況來看我們只對脫硫系統內的Mg2進行了定量,而未對SO3做定量試驗,由于局限于化驗設備和化驗手段,僅僅是從運行現象上分析認識,來把握兩者的關系,最終還需要從化學反應平衡角度做進一步實驗,掌握準確的數據,才能全面認識石膏含水量大的機理。

                注:本文僅是運行經驗的總結,因受技術條件限制,只是從脫硫表面現象上進行總結分析,其中反應因素的內在機理還需要進一步用科學手段驗證。

               
              標簽: 脫硫 脫硫系統
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