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湿法烟气脱硫技术应用
———大港电厂脱硫工艺介绍
张淑君1，2 田沛1

1. 华北电力大学 河北省保定市 071003
2．天津大港发电厂 天津市 300272

【摘要】 本文具体介绍了大港电厂脱硫系统工艺步骤、关键设备和叙述常常发生故障处理对策。
【关键词】 脱硫系统 烟气 石灰石 石膏

伴随中国快速发展，用电量大大增加，大型火电厂纷纷投产，而对于火电厂其关键燃料是煤。据统计，中国电厂用煤平均含硫量在1.23%左右。煤中硫在燃烧过程中，除少部分残留在灰中外，绝大部分转化为SO2，其关键危害是和水蒸汽分子结合，凝结在金属表面，对金属产生腐蚀；排入大气污染周围环境，危害人体健康；形成酸雨，造成生态公害。所以，控制和消除电厂烟气中二氧化硫排放，对降低大气污染，加强生态保护起到关键作用，这就需要火电厂加装脱硫装置。
1 脱硫系统简况
大港发电厂一期为2×32.85MW燃煤火力发电机组，每台机组建设一套石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置，用于处理该机组在BMCR工况下100%烟气，脱硫率大于等于95%。锅炉引风机后烟气经过脱硫增压风机和气—气换热器，进入吸收塔脱硫。净化后烟气经过气—气换热器再热，然后从现有烟囱中排入大气。
该工程由中国华电工程（集团）总承包，采取了日本三菱脱硫技术。烟气脱硫装置(FGD)关键由6个部分组成: 烟气系统、吸收塔系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统和公用系统。其中石灰石制浆系统、石膏脱水系统、事故浆液箱、工艺水系统、压缩空气系统为两套共用。
湿法烟气脱硫关键工艺步骤为：锅炉排出烟气经引风机送入烟道，再从烟道引出经过升压风机升压、进入GGH烟气交换器，冷却后进入吸收塔，吸收塔内浆液（石灰石经过破碎、研磨、制成浆液）经循环泵送到喷淋装置喷淋。烟气在吸收塔中和喷淋石灰石浆液接触发生吸收反应，除掉烟气中SO2，洁净烟气从吸收塔排出后经GGH烟气交换器，加热后排入烟道。吸收塔内吸收SO2后生成亚硫酸钙，喷淋到吸收塔底部经氧化处理生成硫酸钙，由吸收塔排出经脱水处理后，固体石膏再利用。吸收塔排出净烟气，经加热后回到烟道，经烟囱排向大气。
大港脱硫工程为一炉一塔对称部署。
1.1烟气系统
从引风机出来原烟气经过增压风机引导到GGH热端，经过吸收塔被处理后净烟气经过GGH后被加热到80℃以上。GGH设置有低泄漏风机、密封风机、吹灰器。FGD设置入口、出口、旁路和排气挡板，为预防入口、出口、旁路挡板结露，在挡板关闭时密封风机应运行并将密封风加热到120℃。
关键作用：提升烟气压头克服系统阻力，将净烟气加热。
双套：升压风机、气/气换热器、回转式烟气再热器
1.2吸收塔系统
吸收塔是整个脱硫系统关键设备，吸收剂（石灰石浆液）由制浆系统送至吸收塔，吸收塔底部为浆池，浆液由循环泵送至吸收塔顶部喷淋盘中，从喷淋盘喷嘴中以极细小雾滴形式喷下；含硫烟气由吸收塔中部进入，烟气在上升过程中和吸收剂逆流接触，并在塔内进行吸收反应（吸收反应方程式见⑴），烟气中SO2和石灰石浆液反应生成物沉积在吸收塔底部（氧化反应方程式见⑵），经脱硫净烟气由吸收塔上部引出。
原烟气经过GGH降温后进入吸收塔，经过和吸收浆液接触，洗涤除去SO2，同时也除去烟气中部分飞灰。为了避免在烟气和浆液接触接口面（干湿界面）发生沉积现象，在FGD运行时应定时进行冲洗。吸收塔浆池设计考虑了石灰石浆液可利用率、硫酸钙过饱和度和亚硫酸盐足够氧化空间。为了确保浆液不会沉积，吸收塔浆池设置了搅拌器。吸收塔浆池中亚硫酸钙被氧化风机提供空气完全氧化成石膏。工艺水、石灰石浆液、石膏浆液经脱水后滤液被加入到吸收塔中，经过吸收塔补水门控制来保持吸收塔液位在一个适宜范围。
经过石灰水浆液调整阀控制石灰石浆液补给量，维持吸收塔浆池中浆液PH值在5.0～6.0之间，以确保FGD吸收效率。吸收塔浆液浓度是经过真空皮带给料泵至真空皮带脱水机之间调整阀控制石膏浆液排出量，以维持吸收塔浆液浓度大约在30%范围。
离开吸收塔吸收浆液洗涤区，烟气流向除雾器。烟气中携带细小石膏浆液液滴被分离，并在重力作用返回到吸收塔浆池。除雾器采取两级V型结构。为了确保除雾器除雾效果，应定时对除雾器进行清洗。自动冲洗喷嘴安装在第一级除雾器前、后侧及第二级除雾器前侧。第二级除雾器后侧清洗阀门采取手动阀，该阀门只在FGD停运时开启对2级除雾器进行清洗。
吸收塔一部分浆液经过废水旋流器溢流作为废水流入废水箱，废水经过废水泵排向电厂废水池。废水中固体含量应小于10%。
（1） 吸收反应
CaO＋H2O→Ca（OH）2
Ca（OH）2＋SO2→CaSO3·1/2H2O＋1/2H2O
CaCO3＋SO2＋1/2H2O→CaSO3·1/2H2O＋CO2↑
CaSO3·1/2H2O＋SO2＋1/2H2O→Ca（HSO3）2
（2） 氧化反应
2CaSO3·1/2H2O＋O2＋3H2O→2 CaSO4·2H2O
Ca（HSO3）2＋1/2O2＋H2O→CaSO4·2H2O＋SO2↑
关键作用：吸收SO2净化烟气。
设备包含：
吸收塔、吸收塔放空挡板、吸收塔搅拌器、氧气空气压缩机（4台）、循环泵6台、
1.3石灰石浆液制备系统
本工程采取湿式球磨系统制备石灰石浆液，制浆系统采取一用一备方法。从厂外采购石灰石经过运输车辆运输到石灰石制备车间，倒入石灰石料斗。石灰石从料斗往下经过石灰石给料机——金属分离器——石灰石破碎机——石灰石输送带——斗式提升机——石灰石仓皮带输送机——石灰石仓存放。
安装在石灰石料仓下石灰石称重给料机以定速给料方法给湿磨提供粒径小于10mm石灰石颗粒。湿式卧式球磨采取工艺水制浆，从湿磨磨制出大约浓度为50%石灰石浆液进入磨浆液箱。并经过磨浆液箱石灰石旋流器后，底流返回到湿磨，溢流进入石灰石浆液箱，石灰石浆液箱存放浓度为30%石灰石浆液，以供吸收SO2用。石灰石浆液由石灰石浆液泵加压后送入石灰石浆液循环母管中，经过靠近吸收塔石灰石浆液调整阀控制到吸收塔供给量。
关键作用：将石灰石制成浆液。
设备包含：
石灰石卸料间除尘器、石灰石卸料斗、除铁器、皮带输送机、锤式破碎机、振动给料机、斗式提升机、刮板输送机、石灰石仓顶除尘器、石灰石仓、石灰石浆液箱、石灰石浆池搅拌器、石灰石浆泵（3台）、给料称重机、水力旋流器、湿式球磨机、磨机浆池、磨机浆池泵（4台）
1.4石膏脱水系统
石膏浆液由真空皮带脱水机给料泵加压送至循环母管，经过靠近真空皮带脱水机石膏浆液控制阀控制真空皮带机给料。浓度为30%石膏浆液经过真空皮带机过滤后，生成含水量小于10%石膏饼。用温度为70℃热水冲洗石膏，以确保石膏饼中氯离子含量小于100ppm，石膏冲洗水采取电厂提供蒸汽进行加热。真空皮带过滤机滤布用工艺水进行冲洗。真空泵密封水被搜集到石膏冲洗水箱，每台真空皮带机配有一台水环式真空泵。滤液分离器中滤液由重力返回滤液箱，经过控制返回到#1、#2吸收塔滤液量来维持滤液箱液位。
正常一台真空皮带脱水机对应一台机组BMCR工况下150%石膏浆液量，两台真空皮带脱水机能够自由接收任意一台机组石膏浆液。从真空皮带过滤机排出石膏饼经石膏运输皮带输送到石膏库。
关键作用：回收吸收剂，再利用。
设备包含：
旋流器进料泵、废水旋流站、石膏脱水旋流站、石膏浆转运泵（4台）、真空皮带过滤机、滤饼冲洗水泵、滤液罐、真空泵、滤布冲洗水箱、滤布冲洗水泵、浆液泵4台、石膏浆缓冲罐、石膏脱水排水坑搅拌器、石膏脱水排水坑泵、吸收塔排水坑泵、吸收塔排水搅拌器、事故浆液泵、事故浆液搅拌器、滤液水箱、滤液水箱泵2台
1.5排放系统
每个机组设置一个吸收塔区排水坑。当吸收塔故障需要排液时，将塔中浆液排到事故浆液箱。事故浆液箱设计时已经考虑能完全容纳一台机组吸收塔及其浆液管道浆液。因为吸收塔浆池设计在地面，经过吸收塔排出泵不能排出浆液经过重力自流到吸收塔区排水坑，经过吸收塔区排水坑排浆泵将该部分浆液排到事故浆液箱。在吸收塔检修完成后，能够经过事故浆液箱排出泵将浆液送回到吸收塔。
石灰石制备区地坑用来搜集石灰石制备区溢流浆液和排污。搜集到浆液将返回磨浆液箱。脱水区地坑用来搜集脱水区溢流和排污。搜集到浆液将返回滤液箱。废水旋流器溢流浆液进入废水箱，由废水泵将废水排放至电厂渣池。吸收塔经过吸收塔排浆泵排放浆液目标是来降低吸收塔内石膏浆液中CL离子含量。
1.6公用系统
工艺水用于吸收塔补水、吸收塔设备冲洗、石灰石浆液制备、真空皮带脱水机冲洗及石膏饼冲洗等。仪表空气用于气动实施器、仪表吹扫、真空皮带脱水机。杂用空气用于GGH吹灰。冷却水由锅炉闭式冷却水提供，冷却水用于增压风机、湿磨、氧化风机、真空泵等设备轴承、油、空气冷却。蒸汽由电厂提供，用于加热石膏冲洗水，降低石膏中CL离子含量。
设备包含：
工艺水箱、工艺水泵3台

2 常见故障及处理对策
2.1 增压风机跳闸
现象：1）锅炉负压瞬间上升。2）旁路挡板自动开启，锅炉负压波动逐步平稳。3）吸收塔排气挡板自动开启，FGD入口压力、温度急速降低。增压风机动叶自动关闭至0％。关键原因：1）6KV母线失电。2）增压风机电气故障等。3）增压风机联锁保护动作。处理方法：1）若是因6KV母线失电造成，若6KV电源短时间不能恢复，按停机相关要求，并立即将管道和泵体内浆液排出以免沉积。2）将增压风机动叶关至最小位置，做好重新开启脱硫装置准备。3）增压风机跳闸后处理原因过程中，应严格控制吸收塔液位，以备脱硫随时恢复开启。4）若造成380V电源中止，按对应要求处理。若较长时间不能处理增压风机跳闸原因，应将脱硫系统转至停备状态。
2.2脱硫效率低
序号
影响原因
具体原因
处理方法
1
SO2测量
测量不准
校准SO2测量
2
PH测量
测量不准
校准PH测量
3
烟气
烟气流量增大烟气中
SO2浓度增大
合适调整PH设定值
合适调整吸收塔液位设定值
4
吸收塔浆液PH值
PH值太低
检验石灰石投入；
增加石灰石投入；
检验石灰石反应性能
检验石灰石浆液供给是否正常
检验石灰石浆液浓度是否正常
5
吸收塔内O2不足
氧化风机入口虑网脏
切换氧化风机运行
2.3工艺水中止
现象:1）工艺水压力低报警信号发出。2）生产现场各处用水中止。3）相关浆液位下降。关键原因：1）运行工艺水泵故障,备用水泵联动不成功。2）工艺水泵箱液位太低，工艺水泵跳闸。3）工艺水管破裂。
处理方法：1）查明工艺水中止原因，立即汇报值长，立即恢复供水。2）在处理中，亲密监视吸收塔温度、液位及石灰石浆液位改变情况，必需时短时停机要求处理。
2.4湿磨入口堵料
现象：湿磨入口进料管法兰连接处有浆液流出，堵料严重时称重给料机前后盖板也有浆液流出，湿磨循环箱液位会降低。原因：湿磨入口给料量过大或湿磨入口进水量不足或停磨过程中湿磨入口冲洗不净。处理：立即停止称重给料机、湿磨及湿磨循环泵。谨慎冲洗管道，预防冲洗水进入称重给料机，并联络检修人员处理。
2.5 真空皮带机急停
现象：1）真空皮带机急停时，就地控制柜均发出报警信号。2）吸收塔内浆液浓度逐步增大。关键原因：保护停、系统故障或事故按钮动作。处理方法：1）确定真空皮带机急停后联锁动作正常，并确定吸收塔至真空皮带皮带浆液电动门和气动调整门自动回零。2）立即就地查看急停原因，必需时联络检修人员处理。注意在开启真空皮带机前，应先将真空皮带机上石膏浆液脱水，以防石膏含水量过大堵塞落料口。3）若短时间内不能恢复运行，则应亲密监视吸收塔液位、浓度和吸收塔循环泵电流改变情况，并合适降低增压风机动叶开度和石灰石浆液给料量，发觉浓度上升至35wt%或循环泵电流上升至影响循环泵安全运行时应考虑停止FGD运行。
结束语
大港电厂脱硫系统采取了较为成熟湿法脱硫工艺，系统可用率达成98%以上，并能够拥有95%以上脱硫率。所以，湿法烟气脱硫工艺是世界上采取最多脱硫工艺，约占世界全部脱硫装置总数85%。伴随中国环境保护水平提升，火电厂脱硫系统将逐步成熟，这会有效处理二氧化硫污染问题。
参 考 文 献
[1] 武文江 石灰石-湿法烟气脱硫技术 中国水利水电出版社
[2] 郭东明 脱硫工程技术和设备 化学工业出版社

作者介绍：
张淑君(1977.09--)女，在读工程硕士硕士，工程师，研究方向为电力系统及系统等。
田沛(1964--)男，华北电力大学教授，研究方向为现代检测理论、方法和技术研究及其应用等。