湿法脱硫吸收塔结垢原因分析与防治

湿法脱硫吸收塔结垢原因分析与防治

马双忱;徐昉;徐东升;李德峰;于燕飞;樊帅军;庞蔚莹

【摘要】某热电厂2×330 MW燃煤亚临界发电机组采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺,脱硫系统在长期运行过程中,吸收塔内烟气入口、除雾器、浆液循环泵滤网和氧化空气管道等位置出现明显结垢情况.在对不同垢样分别取样后,借助于X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、热重分析(TG)等检测方法对其元素组成、微观形貌及重要离子含量等进行表征,经分析后得出垢样形成原因与垢样在吸收塔内生成位置有较强相关性,因为生成垢样的环境是垢形成的根本原因.垢样根据结垢机理的不同大致可以分为3类:“湿-干”区域垢、结晶结垢和沉积结垢.针对不同类型结垢提出相应解决方案,指出实现脱硫过程氧化反应与pH耦合控制是解决脱硫系统运行问题的关键.

【期刊名称】《电力科学与工程》

【年(卷),期】2019(035)004

【总页数】8页(P51-58)

【关键词】湿法脱硫;硫酸钙;结垢原因;结垢防治

【作者】马双忱;徐昉;徐东升;李德峰;于燕飞;樊帅军;庞蔚莹

【作者单位】华北电力大学环境科学与工程学院,河北保定071003;华北电力大学环境科学与工程学院,河北保定071003;华电渠东发电有限公司,河南新乡453000;华电渠东发电有限公司,河南新乡453000;华北电力大学环境科学与工程学院,河北保定071003;华北电力大学环境科学与工程学院,河北保定071003;华北电力大学环境科学与工程学院,河北保定071003

【正文语种】中文

【中图分类】X701.3

0 引言

某热电厂为2×330 MW燃煤供热亚临界发电机组，脱硫系统采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺、采用1炉2塔脱硫装置。吸收塔形式为比晓夫结构，即烟气自下而上经吸收塔浆液洗涤脱硫后进入烟囱排出，脱硫浆液由浆液循环泵做功后自上而下喷淋与烟气接触混合，去除其中以SO2为主要污染物的酸性气体和颗粒物，吸收塔浆液扰动方式是通过脉冲悬浮泵做功后向下运动的浆液。该厂脱硫系统检修期间发现吸收塔内结垢严重。结垢原因主要是液体中离子相对浓度过大而从溶液中析出和石灰石杂质含量较高，所以在运用湿法脱硫的其他燃煤机组中也存在类似问题。目前的解决措施主要是通过停机检修过程对结垢处人工进行清除。由于该厂结垢问题具有普遍意义，因此，本文以该厂作为案例，分析湿法脱硫结垢原因并提出应对策略，以期对存在相似问题的脱硫系统提供有价值的参考。

1 该厂脱硫系统介绍

该厂吸收塔布置如图1所示。

图1 比晓夫式石灰石—石膏湿法脱硫吸收塔

烟气中的SO2与浆液中的CaCO3反应生成亚硫酸钙，氧化风机送出的氧化空气进入吸收塔后将亚硫酸钙强制氧化并生成石膏[1]。吸收塔内发生的主要化学反应有[2]：

(1)在液体中，气相SO2被吸收并生成H2SO3。

SO2(g)→SO2(l)

(2)产生的H+可以溶解CaCO3，使浆液中产生一定浓度的Ca2+。

(3)Ca2+与或结合后经强制氧化生成CaSO4。

2 湿法脱硫系统的常见结垢种类及形成机理

2.1 “湿-干”区域垢的形成

吸收塔原烟气入口至第一层喷淋层之间、最后一层喷淋层至烟气出口之间的吸收塔壁面，属于“湿-干”交界区域[3]。在入口处，由于原烟气携带能量大，部分石灰石浆液液滴与原烟气短时间接触后就会被蒸发，而作为初始形态的软垢在入口附近结垢，通过降低pH可以将软垢清除[4]，其原理是降低pH能够使得转变为的溶解度大于CaSO3的溶解度。同时，软垢会很快被氧气形成CaSO4·2H2O硬垢，难以清除[5-7]。

2.2 结晶结垢的形成

CaSO4在不同温度下的存在形式不同。在高于82 ℃的环境以无水CaSO4形式存在，在50～82 ℃的环境以形式存在，在50 ℃以下的环境以CaSO4·2H2O形式[8-10]。在浆液池管道、墙壁表面结垢成分主要是CaSO4·2H2O，结垢是由于固体表面附近的溶液过饱和，结垢过程可以分为3个步骤：(1)硫酸钙结晶析出；(2)析出的晶体向固体表面附着；(3)新析出的晶体覆盖于已附着在固体表面的晶体之上。CaSO4在浆液悬浮液中先按异相成核作用在已有的晶体表面生长，当相对饱和度超过引起均相成核作用临界值时，会在浆液中生长新的晶核，即结垢过程的发生是在当CaSO4相对饱和度≥140%的情况下发生[11, 12]，并且垢的形成速度与CaSO4相对饱和度成正比，CaSO4相对饱和度越大，结垢速度越快。由于溶液中

阴、阳离子之间电荷的相互作用，形成离子对，离子聚集形成石膏晶核，在继续生长的过程中就以石膏晶体的形式从溶液主体中析出[13]。

2.3 沉积结垢的形成

在吸收塔浆液池下部、搅拌盲区等区域，氧化与搅拌不充分，浆液中同时存在，且浓度超过浆液的吸收极限后，会出现混合结晶现象，在浆液悬浮液中已存在的晶体上成长，或者附着于浆液悬浮液中存在的颗粒物上生长同时存在并超过一定量时，会以和CaSO4·2H2O的形式混合结晶形成CCS垢[14]。由于含有垢样结垢速度低于只含有CaSO4·2H2O的石膏垢形成速度，且相对于石膏垢偏软[15]。

3 该厂吸收塔运行问题及分析

3.1 吸收塔实际情况

该电厂在2017年10月与2018年4月停机检修过程中发现结垢情况如图2至图4所示。

图2 吸收塔底部

图3 浆液循环泵滤网

图4 除雾器顶部

(1)吸收塔内底部沉积物含量多

在排空吸收塔浆液后，由入孔门进入吸收塔可以观察到吸收塔底部沉积物为石膏，颜色呈灰色。

(2)浆液循环泵入口滤网结垢堵塞

吸收塔内浆液循环泵堵塞严重，可以观察到如铁钉、皮带等体积较大杂质，在无法通过浆液循环泵滤网后并吸附于滤网之上，减少滤网可通过量、增大阻力、增大浆液循环泵能耗并提供晶体生长附着点，利于结垢的形成。

(3)除雾器结垢

吸收塔内屋脊式除雾器结垢严重，垢样呈灰白色、除雾器清洗喷嘴出现堵塞情况较