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石灰石品质对湿法烟气脱硫系统运行的影响及对策

更新时间:2021-09-22 11:10 来源:除灰脱硫脱硝技术联盟 作者: 倪迎春 阅读:552 网友评论0

燃煤电厂烟气脱硫大多采用石灰石-石膏湿法,采用石灰石作为脱硫吸收剂,随着石灰石原料需求的不断增加,某些时间段石灰石品质会降低,给脱硫系统的运行带来很多问题,使吸收塔浆液起泡溢流加剧,pH值难以提高,石膏浆液难以进行二级脱水,石灰石加仓系统故障频发等,针对因石灰石品质降低后带来的运行问题提出了相应的对策,为脱硫装置的安全稳定运行打下基础。

0引言

用于湿法FGD的石灰石主要成分是碳酸钙(CaCO3),石灰石中还含有一些杂质,这些杂质会影响以石灰石作为吸收剂的FGD系统的性能和可靠性[1]。随着GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》的实施,重点地区SO2的排放标准将执行50mg/Nm3,且脱硫装置的旁路挡板已基本取消完毕,对脱硫装置的性能和可靠性有了更高的要求,石灰石品质作为影响湿法烟气脱硫系统性能和可靠性的一个重要指标,本文结合江苏利港电厂8套烟气脱硫装置的运行经验,对石灰石品质影响系统运行的几个关键问题进行现象描述、原因分析,并提出了相关解决对策。

1系统概述

江苏利港电厂共有8台燃煤发电机组,容量为4×350MW+4×600MW,脱硫装置全部采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺,石灰石浆液制备及石膏二级脱水系统为全厂8台机组公用。设有一个混凝土储石罐,储石罐共有四个下料口,分别对应四台振动给石机,振动给石机下料至碎石机破碎后的石灰石颗粒经过两条波纹挡边皮带机提升至钢制的石灰石储仓顶部,石灰石储仓下料至三台称重给料机,称重给料机称重后的石灰石落入三台湿式球磨机内,配上过滤水在球磨机内研磨成石灰石浆液,供全厂各脱硫岛使用,另外还配置一个750m3的石灰石干粉仓,平时储存一定量的外购石灰石粉,作为湿式球磨机故障时的备用。石膏二级脱水系统配置三台真空皮带脱水机,脱水机由变频电机控制,根据石膏滤饼的厚度来调节转速,石膏浆液输送泵将来自各脱硫岛一级脱水后的石膏浆液输送到各台脱水机滤布上,由真空泵提供的抽吸力将石膏进行二级再脱水,脱水后含水10%左右的石膏进行综合利用。

2石灰石品质降低对脱硫系统的影响

2.1对吸收塔浆液起泡溢流特性的影响

全厂8台机组的脱硫装置自2005年底陆续投入运行后,阶段性的某台炉吸收塔会出现浆液起泡溢流的情况,在文献资料[2]中对该问题进行过详细的分析研究,当吸收塔浆液出现起泡溢流后,按照吸收塔内浆液Cl-浓度及时排放脱硫废水,提高电除尘效率尽量降低烟气中粉尘浓度后很快就会恢复正常,但曾发生所有运行的吸收塔液位计显示液位离溢流口还有1m多时就发生大量溢流现象,其中#5、6炉吸收塔最为严重,当三台浆液循环泵全部运行后,吸收塔溢流口出现大量溢流浆液,吸收塔地坑泵来不及打,浆液全部流至地面,加入消泡剂后只能维持一段时间的好转,被迫减少浆液循环泵的运行台数,给SO2的减排带来了很大压力。

通过现象初步分析吸收塔内石膏浆液品质有问题,12月28日早班,对各吸收塔浆液进行取样分析,对成品石膏进行取样分析,向#1、4炉吸收塔内加入部分甲酸钠,以利于石灰石的溶解,#5、7、8炉吸收塔排部分浆液至事故浆液,补充水以置换吸收塔内浆液。29日早班将进入脱硫吸收塔内使用的工业废水及RO浓水切至除灰集水井,观察至下午发现各吸收塔的溢流现象仍无好转,且28日取样的各吸收塔浆液部分指标已出来,结果显示塔内CaCO3含量均高于控制标准3%,最低4.486%,最高8.864%,由于几台炉吸收塔几乎同时出现溢流现象,引发的原因肯定是共性的,而共性的问题主要有烟气、水和石灰石,烟气来自于燃煤,查阅最近未燃用新煤种,怀疑有问题的水源自29日早班隔绝后,吸收塔内各指标无任何好转现象,近期各台机组未有投油运行情况,电除尘的工作也正常,各吸收塔内脱硫废水也正常排放,塔内浆液Cl-浓度均在7000mg/l以下,将怀疑的目标重点逐渐转移至石灰石上来。联系化学试验班测量石灰石浆液细度,结果显示球磨机所制浆液细度为96.55%通过325目,排除石灰石浆液细度不合格引起浆液不消溶的原因,将29日所取样石灰石进行检测分析后,得出的分析数据见表1。

从分析数据中看出,近一阶段使用的#31振动给石机下料口中石灰石中CaCO3含量低,MgO含量高,石灰石中含过量MgO(起泡剂),与硫酸根离子反应产生大量泡沫[3],由于吸收塔溢流管是插入吸收塔底部区域,泡沫未能进入溢流管,在正常运行期间,塔内液面实际高度要高于溢流管液面,在启动第三台循环浆泵后,浆液的循环量增加,扰动增加,使浆液内部的泡沫大量增加,在这种作用下,液面会上升较高致使溢流管液面超过溢流口发生大量溢流,且溢流出来的均为浆液,各个吸收塔液位测量的方式均为静压测量方式,所以从液位计的显示上来看,运行液位离溢流液位还有1m多,吸收塔内产生了所谓的“虚假液位”,此时降低吸收塔液位也无法避免溢流现象的产生,利港#5炉脱硫装置曾发生吸收塔液位降低至循环浆泵跳闸值仍发生溢流的现象。(微信订阅号:除灰脱硫脱硝技术联盟ID:DCHLYXJS)

2.2对脱硫效率及浆液pH值的影响

在各台吸收塔浆液发生起泡溢流的同时,#1、3、4炉吸收塔内浆液pH值持续走低,石灰石供浆量较平时偏大也不见提升,至29日14:00,#1、3、4炉吸收塔浆液pH值已低于5.0的控制范围低限,最低值达到了3.8,脱硫效率下降明显,为尽量提高脱硫效率,向#1、3、4炉吸收塔内添加了部分脱硫催化剂,尽量能够降低净烟气SO2的浓度。17:00左右将来自球磨机制浆系统的#11石灰石浆罐原存浆液全部使用完并放空,使用备用的石灰石粉仓(外购的石灰石粉)制浆并给吸收塔供浆后,17:11左右发现一直未能提升的#4炉吸收塔浆液pH值迅速提升(#1、3炉也提升),45分钟左右就由3.9提升到了正常值5.0,当时#4炉吸收塔的供浆量及浆液pH值变化的趋势见图1。

原#4炉吸收塔内供浆量不低,最高时达到了28m3/h左右,但pH值一直无法提升,维持在4.0左右,分析原因为塔内Mg+含量过高,这些Mg+通过石灰石浆液进入吸收塔内后,由于同离子效应,影响CaCO3溶解和正常氧化反应,因为Mg+的活性远高于Ca+,在Mg+含量较高的情况下,首先结合阴离子,阻碍Ca+与HSO32-,SO42-等离子的结合,从而抑制石灰石的溶解[4],不溶解的碳酸钙均存在于吸收塔浆液中。

2.3对石膏二级脱水性能的影响

全厂吸收塔浆液起泡溢流,pH值难以提高的同时,石膏二级脱水系统的运行也遇到了问题,真空脱水机上石膏滤饼厚度DCS上显示35mm,且脱水机的频率已至最大,就地检查发现实际石膏滤饼厚度较薄,至滤饼测量部分石膏浆液上面全部积存水,滤饼根本无法成形,滤饼测量装置受石膏浆液表面水份影响不能正常测量出实际厚度,汽水分离器内部真空度达-70kPa以上,取样测试的成品石膏水份高达19.06%,难以进行综合利用。

石膏脱水机是靠真空泵来吸出石膏浆液中的水份的,从吸收塔浆液分析结果可以看出,石膏浆液中碳酸钙含量非常高,由于碳酸钙的颗粒小,会导致滤布的滤孔被堵住,真空度很高也难以析出水,同时石膏浆液中CaSO4·2H2O含量低,石膏晶体体积小,大多为可溶性细小杂质,这些杂质均难以脱水,所以石膏脱水机生产出的成品石膏水份高。(微信订阅号:除灰脱硫脱硝技术联盟ID:DCHLYXJS)

2.4对石灰石加仓及破碎系统的影响

石灰石在破碎以及输送的过程中,如果含有较多粉状物以及水份,这些粉状物遇水后具有很强的粘结性能,在破碎机内部粘结后会导致其运行中频繁跳闸,需要经常性的停运来进行人工清理工作,如果在波纹挡边皮带机的料斗中粘结,在皮带回程的过程中其重量会增加很多,波纹挡边皮带很容易从托辊上面脱落,没有及时发现会导致皮带被拉断。波纹挡边皮带料斗中积料情况见图2,皮带被拉断的情况见图3。

2.5对湿式球磨机运行的影响

当石灰石中粉状物和水分含量高后,湿式球磨机入口落料管非常容易堵料,引起称重给料机跳闸;当石灰石中SiO2含量高后,难以研磨,球磨机弃料槽中产生的弃料非常多,增加人工清理的成本,钢球的消耗量也增加;当石灰石中存在一些树枝等纤维类杂质后,经过球磨机研磨后,这些杂质会进入供浆系统管路、浆液循环泵入口滤网中,导致管道及入口滤网堵塞。

3处理对策

3.1源头上控制入厂石灰石指标

(1)严格控制入厂的石灰石指标,要求其CaCO3含量高于93%,MgO含量低于1%,SiO2含量低于2%,含水量低于2%。

(2)MgO含量高于3%的白云质石灰石尽量不要作为脱硫吸收剂,此类石灰石不适合石灰石-石膏湿法脱硫剂运行,会导致吸收塔浆液起泡溢流加剧、pH值难以提升、吸收SO2能力下降,成品石膏质量下降等一系列问题。

(3)对于采用波纹挡边皮带机的石灰石加仓系统,石灰石粒径低限应控制在5mm以上,避免粉状物过多,梅雨季节、重大节日前应该提前采购一定量的石灰石,避免货源紧张时只能选择低品质的石灰石。

(4)由于石灰石价格相对低廉,入厂采样方式不少是人工采样,导致石灰石样不具备代表性,无法真实反应石灰石的品质,给后续异常的分析也带来困难,建议采用自动采样装置。

3.2已使用低品质石灰石导致浆液出现异常应采取的措施

(1)当发现运行中浆液pH值难以提高时,不要过量供浆,适当降低燃煤含硫量,多补充一些水置换部分浆液,加强脱硫废水排放,向吸收塔内添加部分甲酸钠以促进石灰石的溶解,有多套制浆系统的应该尽快更换石灰石使用。

(2)当从石膏旋流器处观察吸收塔浆液出现细密且颜色发白的丰富泡沫时,应该考虑检测石灰石中MgO的含量是否在正常范围内。当已发生吸收塔溢流口有大量浆液溢流时,应尽量减少浆液循环泵的运行台数,添加部分消泡剂,消泡剂的添加量需要根据实际情况来总结,过多的添加消泡剂会抑制SO2的吸收。

(3)当吸收塔浆液溢流时,不要过多降低吸收塔液位运行,降低吸收塔液位对于减少浆液起泡溢流的作用不大,容易使浆液循环泵发生振动大气蚀现象。

(4)脱硫装置运行过程中应该注重加强对石灰石、吸收塔浆液、成品石膏的化学监督工作,监控好各项参数,有异常数据时能够及时发现,及时处理。

3.3其它措施

(1)波纹挡边皮带机除正常的跑偏开关以及拉绳开关外,增加防沉降开关,当波纹挡边皮带料斗中积料过多下沉时,能够及时触发沉降开关,动作皮带机跳闸,避免皮带被拉断的设备损坏事故发生。

(2)在球磨机的入口增加堵料开关,有堵料报警时及时停运制浆系统运行,当使用粉状物及水份高的石灰石时,就地增加巡回检查次数,发现有积料及时安排清理。

(3)石灰石供浆管路中增加石灰石浆液过滤器,避免浆液中杂质进入脱硫吸收塔内部,石灰石浆液过滤器定期用工艺水进行冲洗。

(4)真空脱水机是脱硫系统运行最后一环节,前面的一些异常往往都能在最后的脱水环节中体现出来,因此平时应该监控好其运行参数,特别是真空值,当发现真空值明显偏高时,要及时取样分析浆液成分,有针对性的进行处理。(微信订阅号:除灰脱硫脱硝技术联盟ID:DCHLYXJS)

4结论

石灰石分布广泛,储量丰富,价格不高,是很好的脱硫吸收剂,通过运行实践表明,石灰石的品质高低对于脱硫装置的性能及稳定运行有较大的影响,各厂应该根据自己的实际情况制定石灰石品质保证值,且在实际的运行中应该能够严格按照保证值来采购,以保证脱硫装置的性能及可靠性。

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