探讨华能北京热电厂烟塔合一脱硫
摘要：阐述华能北京热电厂石灰石－石膏湿法脱硫主要工艺系统，影响FGD脱硫效率的主要因素、运行调整及烟塔合一技术的环保优势。
关键词：脱硫效率, SO2浓,烟塔合一
华能北京热电厂一期4×830t/h锅炉的100%负荷全烟气脱硫，采用奥地利AEE公司湿式石灰石-石膏烟气脱硫工艺。具有脱硫效率高、技术成熟、运行可靠性好、对煤种变化的适应性强、适应任何工况下烟气脱硫等优点。也是亚洲首个烟气脱硫烟塔合一工程，烟塔合一工程率先引进具有国际先进水平的烟塔合一技术。
1、FGD主要工艺系统
1.1烟气系统
从锅炉引风机后的总烟道上引出的烟气，通过增压风机升压接入烟气冷却器降温，然后再进入吸收塔。在吸收塔内脱硫净化，经除雾器除去水雾后，通过净烟道排入烟塔，最后排入大气。脱硫装置烟气入口与烟囱之间设置有旁路烟道，正常运行时烟气通过脱硫装置。当锅炉启动、脱硫装置故障、检修停运时，烟气由旁路挡板经烟囱直接排放。
1.2 吸收塔SO2吸收系统
吸收塔采用喷淋塔，吸收塔浆池与塔体为一体结构。石灰石浆液通过三台循环泵从吸收塔浆液池送至塔内喷淋系统，与从增压风机来的烟气在吸收塔吸收区内逆流接触反应，烟气中的SO2被雾化的吸收剂吸收生成CaSO3,并在吸收塔浆液池中鼓入氧化空气生成石膏（CaSO4·2H2O）。吸收塔设二级除雾器，烟气通过二级除雾后，其烟气携带水滴含量低于75mg/Nm3（干基）。脱硫后的净烟气经玻璃钢烟道排入烟塔。
石灰石－石膏湿法脱硫机理：
一. SO2、S03的吸收
烟气中的SO2和S03首先溶解于浆液微滴的水中，进行下列反应：
SO2 + H2O—> HSO3- + H+
S03 + H2O—> H2SO4
为了维持SO2和S03的吸收，生成的酸性物H2SO4、H2S03应迅速被中和。
二.石灰石浆液的反应
SO2、S03和HCl及石灰石浆微滴继续下落至吸收塔氧化池中，进行下列反应。
CaCO3 + 2H+ + HSO3- —> Ca2+ + HSO3- + CO2 + H2O
CaCO3 + H2SO4 —> Ca2SO4 + CO2 + H2O
CaCO3 + 2HCl —> CaCl2 + CO2 + H2O
以上反应式是在吸收塔氧化池中进行的离子反应。
三.CaSO3的氧化
CaSO3的氧化需要向氧化池中注入氧化剂－空气，氧化过程为：
2Ca2+ + 2HSO3- + O2 —> 2CaSO4 + 2H+
而氧化是伴随石膏的结晶同时进行的，结晶过程为：
CaSO4 + 2H2O—>CaSO4•2H2O
上述反应过程均在吸收塔氧化池中完成。为了使反应顺利完成，并生成合格的石膏，应保持氧化池内浆液的PH值在5－7左右，钙硫比（Ca/S）应保持在1.03为合适。
1.3 石灰石浆液制备系统
用卡车将石灰石(粒径≤20mm)送入卸料斗，由石灰石振动给料机、石灰石皮带机和斗式提升机送至石灰石贮仓内，石灰石储仓设置两个漏斗形出口，再分别由两台称重皮带输送机送到对应的湿式球磨机内磨制成浆液，石灰石浆液通过石灰石浆液再循环泵输送到水力旋流器经分离后，大尺寸物料再循环，合格的溢流物料存贮于石灰石浆液箱中,然后经石灰石浆液泵送至吸收塔。浆液中石灰石粒径≤0.044mm(90%通过325目)。
1.4 石膏脱水系统
吸收塔的石膏浆液通过排浆泵送入石膏水力旋流器浓缩、分离，石膏旋流器的底流进入真空皮带脱水机，真空皮带脱水机的石膏浆液经脱水处理后含固率达到90% 以上，送入石膏贮存间存放待运，可供综合利用。石膏旋流器的顶流进入废水给料箱，经废水给料泵升压后送入废水旋流器，废水旋流器的顶流进入废水箱，并由废水排放泵送入废水处理系统，进入废水处理系统，经中和、絮凝和沉淀等处理过程，达标后，排放至厂外。底流返回石膏脱水集水坑系统，供给吸收塔再次利用。
1.5 事故浆液系统
四台脱硫岛设置一个公用的事故浆液箱，事故浆液箱的容量满足单个吸收塔检修排空、石灰石浆液箱排空、石灰石浆液制备区域集水坑和其它浆液排空的要求。吸收塔浆池检修需要排空时，吸收塔的石膏浆液输送至事故浆液箱并作为下次FGD启动时的晶种。
1.6 工艺水系统
从电厂供水系统引接至脱硫岛的水源包括两部分：一部分为生水泵出口管道取水，一部分是电厂工业水管道取水。工艺水主要用于以下用途：
真空皮带脱水机系统（滤布及滤饼冲洗、真空盒密封、皮带机润滑、真空泵密封水）。
球磨机系统润滑、冷却用水及浆液制备用水。
所有浆液输送设备、输送管路、贮存箱的冲洗水。
吸收塔除雾器的冲洗水。
PH计、密度计的冲洗水。
吸收塔、工艺水箱、所有浆液输送箱补水。
1.7杂用和仪用压缩空气系统
脱硫岛所需要的杂用空气和仪用空气气源都由电厂压缩空气管道接引过来，按需要设置足够容量的杂用储气罐和仪用储气罐各一个。杂用空气主要用于烟气冷却器吹灰，仪用空气主要用于真空皮带脱水机滤布纠偏、烟气分析仪吹扫。
1.8主要测量仪表
FGD主要测量仪表有原烟气压力、原烟气温度、原烟气SO2浓度、原烟气O2浓度、原烟气烟尘浓度、净烟气SO2浓度、净烟气O2浓度、净烟气烟尘浓度、除雾器压差、石灰石浆液箱液位、石灰石浆液密度、石灰石浆液流量、吸收塔液位、石膏浆液密度、循环浆液pH值等。为保证脱硫系统中各参数的可靠测量，重要的保护用的过程状态信号和自动调节的模拟量信号等采用三重或双重测量方式。如原烟气压力、旁路挡板门开关量反馈采用三取二测量方式，循环浆液pH值、吸收塔液位、工艺水箱液位等采用双重测量方式。
2、影响FGD脱硫效率的主要因素及调整
2.1钙硫比（Ca/S，摩尔比）
钙硫比：注入脱硫吸收剂量与吸收SO2量的摩尔比。从脱硫的角度考虑，在所有性能参数中，Ca/S的影响最大，在一定的条件下，Ca/S是调节SO2排放量的唯一因素。理论上脱除1 mol的S需要1 mol的Ca，但在实际反应中，反应条件并不处于理想状态，因此一般需要增加脱硫剂的量来保证一定的脱硫效率。实践证明，Ca/S摩尔比保持在1.03左右，SO2基本上能被吸收脱除。
2.2 吸收塔反应浆液的PH值
吸收塔浆液PH值影响烟气的脱硫效率，通过调节加入吸收塔的石灰石浆液流量来控制pH值。高PH值有利于SO2的吸收，而低PH值则有助于Ca2＋的析出，选择合适的PH值对脱硫至关重要，应避免浆液pH值的剧烈变化。当pH值＝6时，二氧化硫吸收效果最佳，但此时易发生结垢、堵塞现象。而低的pH值有利于亚硫酸钙的氧化，石灰石溶解度增加，却使二氧化硫的吸收受到抑制，脱硫效率降低，当pH＝4时，二氧化硫的吸收几乎无法进行，且吸收液呈酸性，对设备也具有腐蚀性。实践证明，控制吸收塔浆液 PH值在 5.2～ 5.8之间，脱硫效率高，而且不易造成吸收塔内浆液的沉积、结垢。
2.3 吸收塔浆液浓度
吸收塔浆液浓度对于整个脱硫装置的运行十分重要，如果调整不当，就可能造成管道及泵的磨损、腐蚀、结垢和堵塞，从而影响脱硫装置的正常运行。当吸收塔浆液浓度≤13％时，维持石膏排浆泵出口打循环运行；当吸收塔浆液浓度≥15％时,石膏排浆泵出口倒至真空皮带脱水机系统运行。实践证明，控制吸收塔浆液浓度在 13%～ 15%之间，有利于SO2持续吸收，缓解吸收塔设备的磨损及浆液的沉积、结垢。
2.4吸收塔液气比及浆液循环量
液气比：脱硫塔内单位面积的浆液循环量（l/h）与单位面积烟气体积流量（m3/h）的比例。液气比的变化直接影响到脱硫效率，提高液气比，增大了吸收塔内浆液的喷淋密度，使液气间的接触面积增大、气液接触的机率增加，脱硫率相应增大。但二氧化硫与吸收液有一个气液平衡，液气比超过一定值后，脱硫率将不在增加。同时增加浆液循环泵的投运数量或使用高扬程浆液循环泵可使脱硫效率明显提高。在吸收塔内每层喷淋层均对应一台循环泵，最上一层喷淋层位置最高，与烟气接触的时间最长，有利于烟气和石灰石浆液充分反应。实践证明，控制吸收塔液气比10.54 L/Nm3 ，投运三台浆液循环泵，脱硫率高达96%以上。
2.5 吸收塔烟气温度
实际运行过程中，机组负荷变化较频繁，吸收塔入口烟温会随之波动，对脱硫率有一定的影响。脱硫为放热反应，理论上进入吸收塔的烟气温度越低，越利于SO2溶于浆液，形成HSO3-，提高脱硫效率。当吸收塔入口温度过高（130℃以上），脱硫效率会随之下降，而且容易破坏吸收塔内的防腐层及影响到除雾器与玻璃钢烟道的安全运行，此时应启动第三台循环泵或加强除雾器冲洗。实践证明，控制吸收塔入口温度低于130℃，出口温度50℃左右，能够保证吸收塔的安全、稳定运行，脱硫效率高。
2.6吸收塔液位
吸收塔液位对于脱硫效果及系统安全运行影响极大。如果吸收塔液位升高，会缩短吸收剂与烟气的反应时间与空间，降低脱硫效果，严重时会造成氧化空气管道进浆。吸收塔液位过低，会降低氧化反应的空间，影响石膏品质，严重时会影响搅拌器、循环泵及排浆泵的正常运行。正常运行通过除雾器冲洗水，控制吸收塔的液位在8.4m-8.7m之间，能够保证吸收塔正常运行。
2.7 烟气中的粉尘
原烟气中的粉尘过多，使脱硫烟道系统的积灰增加，造成烟气冷却器、除雾器与喷淋系统结垢、堵塞，使烟道系统阻力增加，影响锅炉安全运行。而且原烟气中的飞灰在一定程度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触，降低了石灰石中Ca2＋的溶解速率，使脱硫率下降。实践证明，严格控制除尘系统运行，降低原烟气中的粉尘含量低于30mg/NM³，能够维持脱硫系统安全运行，保证脱硫效率。
2.8 Cl-含量
Cl-在脱硫系统中主要以氯化钙形式存在，去除困难，对脱硫系统有着重大的影响。Cl-没有被及时排除，影响吸收塔浆液品质，造成吸收塔内浆液产生泡沫，形成溢流，也对吸收塔有很大的腐蚀破坏能力。氯离子还能抑制吸收塔内的化学反应，影响脱硫效率。Cl-含量增加会引起石膏脱水困难，使其含水量大于10％，严重降低了石膏品质。因此，运行中应严格控制系统中Cl-含量在20000ppm以内，并增加废水排放量。
2.9 石灰石浆液制备系统
石灰石制浆系统调整的主要任务：保证合格的石灰石浆液品质，使制浆系统在最佳出力下运行，以满足脱硫装置安全、经济运行的需要。运行中应严格控制石灰石给料和进入球磨机滤液水量，确保石灰石给料与滤液水量在最佳比例（2：1）下运行，运行中若发现球磨机电流＜18A，应及时补充合格的钢球，保证磨机电流 20A左右。加强对变频振动给料机下料量调整，维持称重皮带机每小时4吨石灰石量运行，保持石灰石浆液再循环箱液位在0.80m—1.35m之间，观察浆液漩流器分离效果，加强对石灰石浆液品质的化验，保证浆液中石灰石细度≤0.044mm、纯度＞90%、浓度25%左右。
2.10 石膏品质调整
真空皮带脱水机石膏水份含量大于10 %，应及时调整真空皮带脱水机转速，检查滤布状态、真空盒密封状况，保证脱水机的真空度和石膏厚度在合格范围。石膏中含粉过大，调整除尘系统运行，降低原烟气中的粉尘含量。石膏中CaCO3过多，应及时调整给浆量，并联系化学化验石灰石浆液品质及石灰石原料品质，确保石浆液品质及石灰石原料品质在合格范围。石膏中CaSO3过多，应及时调整氧化空气量，保证吸收塔氧化池中CaSO3充分氧化。控制脱硫石膏中Cl-等成份的含量，在石膏脱水过程中用工艺水对石膏及滤布进行冲洗。吸收塔内石膏晶种的饱和度，也影响到石膏品质与吸收塔脱硫效率，应控制好吸收塔石膏浆液浓度。
3、烟塔合一技术的环保优势
烟塔合一是将火电厂烟囱和冷却塔合二为一，取消烟囱，通过冷却塔排放烟气，代替烟囱排放净烟气。烟塔合一利用冷却塔巨大热量和热空气量对脱硫后湿烟气进行抬升，混合气体抬升高度远高于烟囱，利用自然条件使污染物在大气中弥散、稀释，使污染物浓度大大降低，从而提高周边环境质量。随着我国的环保要求越来越严格，为了更好的适应首都北京环保需要，华能北京热电厂采用烟塔合一脱硫技术，新建了标高120米的冷却塔，冷却塔内、外防腐。脱硫后的净烟气利用冷却塔排放，净烟气不需再加热，不仅节省了烟囱腐蚀的费用，还节省了烟气再热系统的投资和运行、维护费用。虽然冷却塔排放低温烟气，对脱硫后设备具有一定的腐蚀性，增加了设备防腐的费用，但节省了总的初期投资和运行维护费用。此外由于省去了烟气再热系统，还避免了未净化的烟气泄漏而造成脱硫效率下降。实践证明, 烟塔合一脱硫具备连续性、稳定性安全运行，120米高的冷却塔的二氧化硫、可吸入颗粒物、氮氧化物年均落地浓度均低于240米高烟囱的落地浓度。同时专家评估，烟塔合一排放技术和典型的烟囱排放技术相比，经济效益更显著。
4、结论
烟塔合一脱硫的投入运行后，排入大气的烟气中SO2浓度小于50 mg/ Nm3，烟尘浓度小于10 mg/ Nm3，脱硫率高达96%以上。更为重要的是，脱硫后的净烟气经过烟塔排放，有效抬升了烟气排放高度，提高环境质量。
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