石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统运行与检修
石灰石－石膏湿法烟气脱硫系统运行与检修
舒国铭
（浙江国华浙能发电有限公司，浙江宁海315612）
摘要：阐述了湿法烟气脱硫装置的系统及常见故障，解读了国家政策对火力电厂脱硫装置的运行要求，介绍了国华宁海电厂脱硫装置运行检修方面的经验，分析了造成脱硫系统运行故障的因素，并对现场发生的多个系统隐患的处理情况做具体分析，提出了脱硫装置防腐蚀的运行和维护建议。
关键词：湿法脱硫；运行、检修与维护1．引言
近几年，国家对电力行业二氧化硫的排放要求越来越严格，强制要求火力发电厂增加脱硫系统，但由于国内火力电厂脱硫系统真正运行时间并不长，设计、安装、调试、运行和检修的经验相对较少，新投产的脱硫系统在运行一定时间后，将会暴露出大量技术问题，因此对运行过程中暴露的问题进行总结、分析和改进，将有利于脱硫技术的发展。
2．概述
浙江国华浙能发电有限公司一期工程4×600MW机组，采用石灰石石膏湿法脱硫工艺、一炉一塔脱硫装置，脱硫效率不小于95％。本脱硫工程由北京博奇电力科技有限公司采用EPC总承包方式建造。于201*年11月27日开工，#2、#3、#1、#4号机组相继于201*年3月30日、8月30日、12月30日、201*年5月30日投产。本工程设计煤种为含硫量0.5％0.3％，校核煤种为0.58％；考虑到以后燃煤含硫量的变化，系统考核工况为St,ar=0.7%，同时系统能在St,ar=0.45-0.95%工况下正常运行，并保证脱硫效率为95%。本工程脱硫系统流程为：从锅炉引风机后烟道引出的烟气，通过脱硫增压风机升压后进入吸收塔，在吸收塔内与吸收剂石灰石浆液接触并进行吸收反应、脱硫净化，反应物在吸收塔浆池进行强制氧化，进而得到脱硫副产品二水石膏（CaSO42H2O）。湿烟气流经水平布置的除雾器除去水雾后，进入净烟气烟道经脱硫装置出口挡板由烟囱排放。吸收塔内反应的石膏浆液经过排出泵至石膏缓冲箱后再至石膏漩流站；然后分为两路，一路经过真空皮带机脱水后制成石膏（水分约10%）贮存于石膏仓，用汽车拉走；另外一路至废水旋流站给料箱，经过搅拌后在重力作用下自流至废水旋流站，经过废水旋流站处理后，一路流至废水缓冲箱，由废水缓冲箱泵送至废水处理系统；另一路流至滤液箱，由滤液泵送回吸收塔，溢流滤液回收至滤液箱回流至各个吸收塔。
每塔配套浆液循环系统；除雾器冲洗水系统；氧化风系统；真空脱水系统；浆液疏排系。公用部分有石灰石制浆系统、工艺水系统、事故浆液系统、废水处理系统压缩空气系统、废水处理系统等都为4台机组共用。在FGD装置正常运行时，烟道上设置旁路挡板关闭烟气经过脱硫装置排放；在FGD装置故障停运和检修时，烟气由旁路挡板经烟囱排放，从而保证机组安全稳定运行。吸收塔由三台循环泵和三个喷淋层组成，按单元制设计。
宁海电厂脱硫系统采用SIEMENS公司TXP分散控制系统，由于该系统的服务器（PU、SU）采用Sco公司的OpenServerUnix系统，终端（即操作员站）采用RedHat公司的RedHat9.0Linux系统，确保了该系统较高的稳定性和安全性。
3．相关政策
为加快燃煤机组烟气脱硫设施建设，提高脱硫设施投运率，减少二氧化硫排放，促进环境保护，根据《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《中华人民共和国价格法》、《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》等法律、法规于201*年5月29日，国家发改委、环保总局联合下发了《燃煤机组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法（试行）》，于201*年7月1日生效实施。
新的《办法》针对火电机组脱硫电价管理、脱硫设施投入率等各方面做了规定，地方环保部门将对火电企业脱硫设施运行情况进行在线监测，并定期向社会公布。《办法》规定了电厂脱硫系统的效率和投运率必须达到规定值的给予脱硫电价的政策鼓励。否则加以扣除脱硫电价且加以罚款。
同时，发改委另行制定措施，提高二氧化硫排污收费标准。更为重要的是，由于201*年减排未完成计划，浙江省经贸委在制定节能调度的规则中，已经将“减排”因素排在首位，宁海电厂机组脱硫系统同步投运，正常运行中，旁路挡板关闭，严格控制脱硫效率在95％以上，在污染物排放水平上一直处于行业领先，把脱硫等减排工作放到关乎企业生存发展的高度，保证脱硫脱硝系统稳定运行，控制公司污染物排放在较低水平。4．运行管理及参数控制4.1政策对运行要求：
1）加强脱硫运行在线监测。按照《办法》规定，宁海电厂安装了自动烟气在线检测系统并与省级环保部门和省级及以上电网企业联网，向省级环保部门和省级电网企业实时传送监测数据；建立脱硫设施运行台帐，记录脱硫设施运行和维护、烟气连续监测数据、燃料硫份分析和脱硫剂用量、脱硫副产物处置、烟气旁路门启停时间等情况，接受政府有关部门核查。
2）明确责任及处罚办法。《办法》中详细规定了发电企业、电网企业以及价格主管部门和环保主管部门的责任，并明确处罚办法。按照《办法》规定电厂对脱硫系统的要求提升与主机系统设备一致，严格系统停服役制度，对烟气旁路开启、设备故障情况下主动与环保单位汇报，脱硫设施达不到设计脱硫效率时积极查找原因进行分析。
3）加强监督检查。《办法》规定，省级价格主管部门、发展改革（经贸）部门、环保部门要会同电力监管部门和行业组织对电厂脱硫设施运行情况和脱硫电价执行情况进行经常性检查；鼓励群众向各级环保部门举报电厂非正常停运脱硫设施的行为，对举报属实的群众给予适当奖励；加强新闻舆论对电厂脱硫情况的监督。
4.2系统技术对运行要求：
脱硫系统采用一系列防腐蚀设备，从设备材料、工艺等对脱硫浆液要求比较高，脱硫浆液差异表现主要有以下参数：PH值、浆液浓度、氯离子含量、石膏成分、烟气流速、液气比（L/G）等等，在正常运行中如果发生主要参数变化不及时做出调整或者错误调整将导至系统参数超标，从而影响多个参数不合格，脱硫效率降低，甚至系统瘫痪的危险。因此，石灰石-石膏湿法脱硫的运行也包括了一部分化学监督工作，及时依据参数变化进行系统调整。在投产初期，宁海电厂由于参数变化造成严重的设备损坏。
宁海电厂脱硫系统浆液循环泵为WEIRWARMAN公司700TY-GSL循环泵，叶轮外径φ1000mm。泵的工作介质为石膏浆液，理论含固量为25％，固体为CaSO42H2O（23％wt％）、CaCO3以及SiO2、Al2O3等其它固体颗粒、可溶性盐类，CL－含量为小于20,000ppm，PH值在4.5-6.0之间，运行温度为51.2℃。叶轮制造的材质牌号为A49（低碳高铬。耐磨耐蚀铸铁）。A49材料在一定量的氯离子和轻度氟离子的PH≥3的强腐蚀性流体环境中具有良好的耐蚀性。如果在PH＜3的条件下运行，循环泵工作介质氯离子含量又较高的时候，在叶轮的贫铬区域容易造成点腐蚀，并进一步造成腐蚀加剧，而材质的成分偏析则很容易导致晶间腐蚀，再加上上述发生的选择性腐蚀等问题，很容易造成叶轮有效截面积逐渐减少，从而导致应过大而引起断裂。
查运行历史数据发现，发生叶轮腐蚀前约20天内吸收塔溶液的PH值低达接近0，同时这段时间溶液内CL－含量也高于20,000ppm，因此判断浆液循环泵叶轮断裂原因为吸收塔内溶液PH过低造成。我厂循环泵出现断裂，当时面临着脱硫系统运行脱硫电价的严峻考验，在恢复系统的同时，咨询国内泵业厂家寻求国产化的道路。与厂家积极配合进行循环泵叶轮的测绘和材质选型工作，对产品的测绘、材质、生产、安装、调试和运行进行严格把关，实验取得成功后马上进行了扩大生产的计划。目前，我厂循环泵已经更换了3个国外叶轮和3个国产叶轮，运行良好，为以后备件国产化提供了经验，此项工作取得了明显的经济效益。同时，现场生产的损失降到了最低。
宁海电厂脱硫吸收塔的浆液浓度是通过物料平衡来维持，烟气量发生变化后表现为吸收塔内PH值变化，控制系统可以调节石灰石浆液的给料量来调整维持PH值，并根据石灰石进料量改变石膏浆液排出的体积流量来维持吸收塔的浆液浓度。吸收塔内液位主要通过滤液水的补充，部分蒸发量和石膏量靠补充工艺水维持液位平衡。
在物料平衡中，消耗粉量5.89t/h，产出石膏量10.5t/h。系统正常运行中，根据烟气量或PH的设定，投入自动后系统调整石灰石给料量进入吸收塔。再根据石灰石给料量调整石膏排出量来保证吸收塔内物料平衡。从设计上看，无需监视浆液浓度、氯离子等关键参数均能实现系统功能。但由于系统裕量很小，几乎在没有裕量的情况，自动投入困难很多。某个设备或阀门损坏，吸收塔的自动控制立刻退出，通过手动调节会导致吸收塔内物料混乱，大部分指标将在一段时间内超标，导致系统不稳定。在自动控制上，CEMS测量不准导致系统脱硫效率显示过低，系统内消耗石灰石粉量增加，吸收塔内浆液浓度恶性增大。通过脱硫系统性能试验发现CEMS在原烟气、净烟气侧测量二氧化硫量偏高，以#4机组脱硫性能试验为例，原烟气二氧化硫量修正系数在0.95左右，净烟气二氧化硫量修正系数0.71左右，这样得出的脱硫效率要比实际脱硫效率小，显示脱硫效率小在控制中认为脱硫效率未到达要求值，则增加石灰石量，造成吸收塔内浓度恶性增大。
5．检修管理
脱硫系统运行围绕着指标和参数来控制，但由于设备、系统存在的各种问题，参数控制难度较大，也将导至整个系统无法正常运行。因此，在系统的维护、检修、改造中应围绕着运行进行。
5．1技术改进：
技术改造是针对存在的隐患、重大缺陷进行治理。对平时难以解决困扰运行的系统、设备进行调研比较分析，作出治理的方案进行改造。通过技术改造提高设备的安全性和经济性。针对宁海电厂公用系统真空皮带机电机容量不够，纠偏装置故障频繁等问题进行了两台真空皮带机的改造彻底解决了脱硫公用系统不稳定、不能连续运行的故障。
真空皮带机采用德国克虏伯的产品，在我厂脱硫系统中，属于瓶颈部位。我厂设计是每台真空皮带机对4台脱硫75％的输送量，总裕量150％，但设备无备用，此处故障，排石膏不及时将导致吸收塔内浆液浓度升高。对真空皮带机的诸多问题进行汇总，多方面向厂家和同类型设备的电厂咨询，对真空皮带机存在的问题进行了调研工作，针对皮带磨损造成皮带机容量不够而电机跳闸；滤布滤饼冲洗水量不够，造成石膏品质不合格；真空皮带机外漏水造成现场文明生产差等问题提出了具体的改造方案，通过改变真空皮带机平台支撑该为滚筒支撑，提高设备稳定性；纠偏装置改为气囊式降低设备的备件费用等措施，既使设备安全稳定运行又降低了设备的备件消耗，体现了经济性。5．2大小修管理：
脱硫系统与主机组同步大小修，但由于脱硫系统设备在设计、安装的经验方面远远不如主机，且脱硫系统运行介质存在腐蚀、磨损和结垢等等问题，因此，脱硫系统大小修在制定项目时要全面，所有的部位、设备都需要进行检查，以便发现问题和积累经验。在检修过程中，对存在和发现的问题应认真分析原因后再修复。宁海电厂进行了多次大小修，对脱硫系统大小修的主要工作简单介绍如下：1）脱硫防腐损坏修复，脱硫装置旁路烟道的防腐一般采用内衬耐温180℃的鳞片树脂，旁路烟道内衬鳞片树脂有大面积脱落，造成烟道钢板腐蚀。由于旁路烟道既要通过低温含湿量大且有腐蚀性的脱硫后的烟气，有时又要通过高温未脱硫的热烟气，这样干湿交替、冷热交替，工况条件恶劣，因此该处防腐层极容易损坏，在旁路烟道大小修时，修复的工作量也非常大。宁海电厂在材料的选择使用上分别试验了：合金钢（C276和1.4529），其优点是可靠性好，维护工作量少，缺点是费用高。传统的玻璃鳞片优点是费用较少，普遍采用，缺点是施工条件和工艺要求较高。一般大小修中防腐施工条件比较难满足，但对玻璃鳞片防腐修复工作要严格控制工艺和验收标准，每个步骤都将影响到防腐质量的好坏。
2）对吸收塔、除雾器等设备进行彻底清理。在平时运行中脱硫浆液容易积石膏、结垢。石膏在设备钢结构等静止部位堆积容易造成设备坍塌。大小修中对其进行清理也给吸收塔等增加了有效容积。
3）对主要转机设备进行检修，在浆液接触的部位主要检查磨损、腐蚀现象的严重程度，积累设备运行检修的经验。5.3日常检修与维护：
由于脱硫系统介质原因，脱硫系统缺陷也比较多，占总缺陷量的一半以上。由于磨损、腐蚀、结垢等问题，脱硫系统平时的缺陷主要表现在跑冒滴漏、堵塞等问题上，由于石灰石-石膏湿法脱硫系统性很强，系统的备用余量不大，这些问题看似小，不及时处理也将带来严重后果。
1）除雾器堵塞严重，运行中高差压报警，进行清理需要停运脱硫系统，严重影响环保指标的完成。宁海电厂除雾器采用德国MUNTERS集团股份有限公司的DH6130＋DH2125型除雾器。分两级除雾：第一级为粗除雾，型号DH6130，叶片之间的距离为30mm，带有沟型设计。第二级精除雾，型号DH2125，叶片之间的距离为25mm，带有沟型设计。两级除雾器叶片组件设计为面盘式，材料为聚丙烯PP。两级除雾器前后侧都有冲洗系统，采用冲洗喷嘴锥形冲洗。宁海电厂除雾器大修中采用全部解体清理。对内部石膏进行彻底清理。但避免除雾器差压的最佳手段运行中的冲洗，因此对除雾器冲洗系统在日常维护和检修中尤为重要。除雾器冲洗阀门故障直接影响到除雾器冲洗压力，压力不够造成冲洗效果不佳。2）浆液系统调节阀门大批量损坏，给系统正常运行造成了较大隐患。脱硫系统浆液调节阀门损坏，浆液流量无法调节，导致脱硫的运行工况恶劣的恶性循环严重时导至系统瘫痪。由于浆液对阀门腐蚀、磨损和堵塞等特性，阀门选型非常重要。在日常维护中发现调节门故障或内漏等小缺陷时应及时处理，否则阀门将严重损坏而无法修复。
3）石膏旋流站和废水旋流站等系统瓶劲部位造成公用系统的运行带来不稳定因素。瓶劲设备和系统尽量采取旁路或者替代的方式以备事故时的紧急备用。国内石灰石-石膏湿法脱硫系统在该处的设备一般电厂都采用的是南非的旋流子，该设备的原产地备件价格十分昂贵，而很多脱硫公司的设计选用的设备都是该产品，可以看出从系统上改进的可能性不大，因此我们只得从该设备所安装的位置和作用着手，考虑设备结构的特殊性，在国内模具厂进行国产加工获得成功，降低了维护费用。
在日常维护与检修中，由于系统或设备的问题，将会存在有的问题无法彻底处理，系统偏离设计值运行的可能性仍然很大，而且频繁，这样将导致吸收塔内浆液品质变差，严重时甚至会出现脱硫系统比较可怕的浆液中毒的现象。而浆液品质又决定着设备的安全，大部分设备对浆液浓度、PH值、氯离子含量要求较高，一旦某个或者某些参数发生变化后会导致设备损坏，系统瘫痪。因此，对于系统运行稳定以及系统安全首要达到的是加强系统调节优化，使系统达到设计参数运行。6．结束语
石灰石-石膏湿法烟气脱硫作为一种相对成熟的脱硫工艺，在运行检修中存在问题较多，相对主机而言从设计、试验、制造、安装、调试、运行和维护等多个方面经验不足。本文介绍了脱硫装置的运行检修和维护环节，并举例分析设备发生的故障原因和处理观点，但脱硫系统要完全做到高效、稳定、经济、可靠地运行，还有许多方面值得研究和改进。参考文献：
[1]国家发改委政策性文件,《燃煤发电机组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法》。[2]化学工业出版社,《工业脱硫技术》。
[3]北京博奇环保科技公司,《电力工业湿法脱硫系统培训资料》。
扩展阅读：石灰石一石膏湿法烟气脱硫系统运行中节能问题
石灰石一石膏湿法烟气脱硫系统运行中节能问题
1优化运行方式
(1)吸收塔浆液循环泵是脱硫系统耗电功率巨大的6kV设备之一，可以通过尽量减少浆液循环泵的投运时间和投运台数来实现节约厂用电。在满负荷的状态下才全部投运3台浆液循环泵。在正常运行过程中，也可以视系统负荷的实际情况，相应减少浆液循环泵的投运台数。通过加强脱硫运行管理.在确保脱硫设施投运率不低于95%,综合投运率不低于90%、脱硫效率不低于95%,SO2排址不超过200mg/m，的前提下，使脱硫系统在最佳经济工况下稳定运行。
(2)由于净烟气的复杂性，GGH经常出现堵灰或较为严重的结垢现象。结垢会引起能耗增加，如果结垢严重可能造成增压风机喘振。GGH结垢后、烟气通流面积减小，阻力增大。换热面结垢后表面粗糙度增大，也使阻力增大。因此在FGD系统加装GGH装置，GGH的设计本身应布丑有合理的冲洗装置，从而解决大部分的堵灰、结垢问题。在一般情况下，采用过热蒸汽吹扫或压缩空气进行吹扫，能消除一般情况下所形成的GGH堵灰。GGH还要设计在异常情况下形成严重堵灰时的清理方式高压水冲洗装置或乙炔弱爆炸吹扫。通过严格控制GGH的差压来达到节能效益。
(3)控制好石灰石的品质。石灰石进料品质差会造成石膏含水超标。浆液中存在很多不溶的杂质，必然使石音纯度降低，正常杂质应控制在5%以下。同时在发现球磨机电流有下降趋势时及时检查或加装钢球，利于节能。在制备石灰石浆液时.如果投运1台湿磨机系统即可满足供浆要求，就要避免2台湿磨机同时运行;而且在制浆过程中，湿磨机应该尽可能地带满负荷运行，保证最高制浆效率，等到石灰石浆液箱达到最高液位时，就把湿磨机停下来备用。
膏脱水过程中，在投运I套石膏脱水系统即可满足出石膏要求的情况下，尽量不要投运2套脱水系统。在出石膏的过程中，也要尽量多出石膏，等到石膏密度下降到一定低值(一般将石音排出浓度控制在1110^-1080kg/m"之间，如果浓度过低容易把部分石灰石同石膏排出，同时影响石膏的品质)就把脱水系统停下来以节约厂用电。由于石膏密度上升的速度是比较缓慢的，因此这种运行方式的节能效果也是很可观的。其次，在脱水系统中调整真空泵的运行参数也是一项有效的节能措施。调整方法结合真空泵密封水流量、真空皮带的频率、真空泵电流、真空度和石膏厚度通社调整真空泵密封水流2和赏空皮带的频幸来降低真空泵运行电流，也能降低部分厂用电
(4)物料平衡控制应恰到好处。在保证脱硫率的前提下，严格控制吸收塔液位和石膏浆液的pH值，优化脱硫运行方式，减少石灰石耗量，降低运行成本;维持合理的石灰石浆液密度。减少供浆管道系统的磨损，从而降低维护费用。调整吸收塔pH值在5.0-5.5之间，pH值过高时，部分CaCQ未经反应直接排到石膏浆液中，造成石灰石浪费。控制石膏排放浓度在1110^-1080kg/m3之间，如果浓度过低容易把石灰石排到石膏中;浓度过高将增大浆液循环泵和扰动泵等设备的负荷。因而通过保证石灰石的充分反应和吸收塔循环泵的稳定运行来降低石灰石的消耗量及吸收塔循环泵的耗电量。
5)在正常运行过程中尽址保持事故浆液箱的液位在零位，从而减少事故浆液扰动泵的运行时间，降低厂用电。其次是在系统停运之前，各个箱、罐、排水坑里的滤液水全部打到吸收塔充分利用，在停运后再由吸收塔排到事故浆液箱储存备用，然后把吸收塔和各箱、罐冲洗干净。剩余的石灰石浆液和滤液水得到充分利用，避免浪费;吸收塔和各箱、罐冲洗干净得到了保养;避免了吸收塔和各箱、罐、排水坑因储存有浆液或滤液水，使氧化风机和扰动泵长期运行，浪费厂用电。
2消除设备缺陷.降低设备运行损耗
(1)事故浆液箱在脱硫系统中期停运和大修长期停运过程中起到储存检修吸收塔和地坑浆液的作用。如果事故浆液箱或事故浆液扰动泵不能正常使用，将造成吸收塔和各个箱、罐内的石灰石浆液及滤液水不能顺利排放、储存，使吸收塔和各箱、罐内的液位不能降低致使氧化风机和扰动泵长期运行以及石灰石浆液、滤液水被氧化不能充分回收再利用，既增加了石灰石的消耗，又造成厂用电的浪费
(2)湿磨机浆液循环箱再循环泵出力不足及相关管道和旋流站存在堵塞问题.降低了湿磨机的出力。此时，可以通过加强对浆液循环箱再循环泵的检修力度，提高泵的出力并及时清除管道和旋流站的堵塞，满足个石灰石浆液旋流子正常运行的需要，来提高湿磨机的制浆效率。各排水坑泵由于设计以及输送介质浓度大等原因.经常使叶轮卡死或者人口管道堵塞.致使各排水坑中的浆液得不到正常排放，排水坑经常因为液位超高而溢流.既浪费浆液又影响了环境。
(3)烟气流量，原烟气和净烟气CO2浓度，石膏浆液浓度、pH值以及各台浆液泵的出口压力等参数经常发生故障.防碍运行人员正常运行操作，从而影响脱硫系统的高效、经济运行。
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