火电厂FGD系统石膏不合格原因分析及处理.pdf

第3 1 卷第2期 湖南电力 H U N A N E L E C T R I C P O WER 2 0 1 1年 4月 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 1 9 8 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． O O 9 火电厂 F G D系统石膏不合格原因分析及处理 陶莉 。周年光 。周艳明 ，杨小玲 1 ．湖南省电力公司科学研究院，湖南 长沙4 1 0 0 0 7 ； 2 ．湖南省湘电试验研究院有限公司，湖南 长沙4 1 0 0 0 7 摘要某电厂各机组 F G D系统产出的石膏品质均出现不合格现象，通过详细调查和 系统分析，发现吸收剂石灰石的活性低、杂质碳酸镁含量过高是引起该现象的根本原 因。通过采取加大废水的排放量、置换浆液以及更换高活性的石灰石等措施，使石膏品 质达到了设计要求。 ’ 关键词 F G D系统；石 膏；石灰石活性；原 因分析 ；处理 中图分类号X 7 7 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 8 0 1 9 8 2 0 1 1 0 2 0 0 2 7 - 0 3 Ca u s e a n a l y s i s an d t r e a t me n t o f t h e u n q u a l i fie d g y p s u m p r o d u c e d b y t h e F GD s y s t e m i n p o we r p l a n t s T AO L i ，Z HO U Ni a n g u a n g ，Z HOU Ya n - mi n g ，YANG Xi a o l i n g 2 1 ．Hu n a n E l e c t r i c P o w e r C o r p o r a t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e ，C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ，C h i n a ； 2 ．Hu n a n X i a n g d i a n T e s t R e s e a r c h I n s t i t u t e C o ． ，L t d ，C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7，C h i n a Abs t r a c t B a s e d o n t h e c o r r e l a t i v e d a t a，t h e p h e n o me n o n o f t h e po o r q u a l i t y g p s ll m，wh i c h we r e p r o d u c e d b y t h e F GD s y s t e m i n s i r e n p o w e r p l a n t ，i s i n t e r p r e t e d i n d e t ai l ． T h e a n al y s i s res u l t s s h o w t h a t l o w a c t i v i t y and i m p u ri ty o f l i m e s t o n e a r e t h e ma i n r e 啪 n，wh i c h c a u s ed t h e p o o r s o l u b l e a b i l i ty o f c a l c i u m c a r b o n a t e ．Th e M c o n t e n t wa s d e c r e a s e d b y e n h a n c i n g t h e wa s t e wa t e r d i s c h a r g e a n d ／ o r r e p l a c i n g t h e B l u r r y i n d e s u l f u r i z a fi o n t o w e r a n d the d e s u l f u fi z a t i o n e ff i c i e n c y WS S i mp r o v e d b y u s i n g t he h i s h a c t i v i ty l i me s t o n e ．Af t e r a d o p t i n g t h e s e me t h o d s ，the g y p s u m qu a l i ty r e a c h ed t h e d i s i g n r e q u i r e me n t s ． Ke y wo r d sF GD s y s t e m；g y ps u m；l i me s t o n e a c t i vity；r e a s o n ana l y s i s ；t r e a t me n t 在众多的烟气脱硫技术中，湿法石灰／ 石灰石 F G D技术因其工艺成熟、脱硫效率高以及石灰石 价廉易购而占据主导了地位 。该烟气脱硫的副 产物是石膏，其品质的优劣，与湿法 F G D技术各 系统的运行工况正常与否息息相关。 1 概况 某电厂共有机组 4台，3 0 0 MW 和 6 0 0 M W 各 2 台，各机组配套的脱硫系统均采用一炉一塔配置， 设计脱硫效率在 9 5 ％以上，全部机组 自2 0 0 6年投 入运行 以来，各阶段参数基本正常，其 中 2 3 0 0 M W机组 1 ， 2号机脱硫系统采用德国 L L B 公司石灰石／ 石膏湿法技术。2 6 0 0 M W 机组 3 ， 4 号机脱硫系统采用的奥地利 A E E公司石灰石 收稿 日 期；2 0 1 0 1 0 0 9 ／ 石膏湿法工艺 。 故障发生时， 该电厂 3 号机组停运，其余机组 均为满负荷运行， 且性能比较稳定，同时 C E M S 检 测数据显示 F G D人 口烟气中 S O 浓度 1 号机 1 7 4 9 m g ／ N m ， 2号 机 1 7 5 3 m g ／ N m ，4号 机 2 1 1 0 m g ／ N m 。 均在设计值 3 0 0 M W2 5 6 4 ． 4 mg ／ N m 。 ； 6 0 0 M W2 1 6 6 ． 4 m g ／ N m 。 以下 ，说 明 煤质状况良 好。该电厂各机组配备的除尘设备性能 稳定，除尘效率均在9 9 ． 6 ％以上。 2 故障过程 2 0 1 0年 1月以来，电厂各机组脱硫系统产出 的石膏品质均发生变化，石膏中的碳酸钙含量超 标 ，至2 月份， 石膏品质进一步恶化，石膏中的碳 2 7 第3 1 卷第2期 湖南电力 2 0 1 1 年4月 酸钙含量高达 2 1 ％左右，二水硫酸钙含量低，仅 为 6 5 ％左右。 3 故障情况分析 电厂 F G D脱硫系统各生产环节的运行是息息 相关的，一个环节出现异常， 往往会导致整个系统 的运行状况发生变化，这些变化通常会在脱硫系统 的相关流体如吸收塔浆液、石膏的分析检测数据中 体现出来。因此，可以通过统计分析吸收塔浆液及 石膏的历史检测数据进行故障查因。表 1 为电厂出 现故障前后吸收塔浆液的分析数据。 表 1 发电厂各机组吸收塔浆液检测数据 机号检测 日 期p H值c a s O 4 ／％ H o c a S o ， ／ ／ 2 H 2 0 。 2 0 o 91 2O 7 5． 9 8 6． 3 0 O ． 2 5 7． 21 2 O1 OO 1 l 1 5． 7 5 7 8 ． 6 3 O． 2 2 1 l 7 5 1 2 0 1 0O 1 2 5 5． 9 3 7 8 ． 9 8 0． 1 8 1 3 ． 0 o 2 0 1 00 2O 8 5． 8 7 2． 8 1 0． O 7 l 5 ． 8 4 2 01 0O 22 l 5． 3 6 6 8 ． 3 8 0． 1 4 1 8 ． 1 0 2 0 o 91 20 7 2 01 00 1 1 1 2 2 01 0O1 2 5 2 01 00 2O 8 2 0 1 0O 221 8 3 ． 6 7 7 6 ． O 6 7 8 ． 9 3 6 9 ． 2 8 6 6 ．1 2 O． 2 0 O． 2 5 O． 2 1 0． 0 7 0． 1 4 7 ． 1 4 1 O ． 8 3 1 2 ． 2 4 1 6 ． 4 7 2 O． 2 5 2 0 D 91 2o 7 2 O1 O01l 1 4 2 O 1 O01 2 5 2 0 1 00 2 0 8 2 O 1 OO 221 9 o ．1 5 7 0 ． 2 9 7 9 ． 0 1 5 7 ． 5 6 5 7． 9 O O． 2 9 0． 2 2 0． 07 0． 2 2 O． 1 5 8． o 3 1 4 ． 0 9 l 1 ． 5 6 21 ． 0 2 2 4． O1 2 0 0 9年 1 2月 3 0日、2 0 1 0年 1月 3 1日以及 2 月 2 1日3天电厂吸收塔浆液分析数据显示该电厂 各吸收塔浆液 p H值基本位于 5 ． 1 6 ． 0的正常运 行范围内，浆液中亚硫酸钙含量均小于 0 ． 3 ％，说 明各机组 F G D工艺的氧化系统运行正常，同时， 表中数据显示随时间的推延碳酸钙的含量亦随之增 加，二水硫酸钙的含量则呈下降趋势，说明各机组 吸收塔浆液的品质随时间呈明显恶化趋势，石膏的 化学分析中也出现了类似的现象。4号机组脱硫系 统故障发生前后的石膏分析检测数据见表 2 。 表2 发电厂4号机组脱硫系统石膏检测数据 ％ 吸收塔浆液及石膏中碳酸钙含量过高， 说明实 2 8 际运行中投入了较高的钙硫比，作为碱性吸收剂的 碳酸钙， 其在吸收塔浆液中含量过高时浆液应呈现 较高的 p H值，但实际运行中各机组吸收塔浆液的 p H值基本上在5 ． 0 6 ． 0的正常控制范围，这说明 石灰石在整个吸收塔系统中的溶解性能出现了异 常。表3为故障发生前后石灰石的分析实测数据与 设计参数的比较。 表 3 石灰石设计参数与实际检测数据的对比 ％ 与设计值相比，该电厂采用的石灰石品位较 低，其碳酸钙含量均低于设计最低值 9 2 ． 7 8 ％，而 杂质碳酸镁 的含量在 1月底 已超 出设计最高值 4 ． 4 1 ％。 2 月 2 1日检测的石灰石样品中，碳酸钙含 量仅为 8 8 ． 7 9 ％ w t ％ ，碳酸镁的含量则高于设 计最高值 1 倍以上，其相对应的石膏中碳酸钙含量 高达 2 1 ． 8 5 ％。 采用硫酸滴定法 M E T法 对该电厂 2月 2 1日石灰石样品活性进行了进一步测试，测试结 果如图 I 所示。 图 1 石灰石 p Ht 曲线图 按照 M E T法的规定 ，应用于石灰石 一 石膏 湿法脱硫的石灰石，在活性测试时，恒速加硫酸 3 0 m i n 时，p H值不得低于 5 ． 0 ，石灰石活性曲线 中平台维持时间越长，活性越好。 图 I 中曲线 I 为该电厂石灰石样品，曲线 2为 0 。一 ∞ 昭 5 5 5 5 5 6 5 5 5 第3 1 卷第2期 陶莉等火电厂 F G D系统石膏不合格原因分析及处理 2 0 1 1 年4月 石灰石参考样。当滴加硫酸 3 0 m i n时，曲线 2显 示 p H值为5 ． 4 8 ，而曲线 1 则为4 ． 7 4 ，曲线2 平台 维持时间长 约4 0 m in ，曲线 1 几乎不存在平台， p H下降速度很快。图 1 的曲线显示该电厂提供的 石灰石样品活性低，不适宜用作 F G D吸收剂。 4 故障原因分析 石灰石中碳酸镁含量超标，活性差是导致该电 厂故障发生的根本原因。 通常，在脱硫吸收塔中存在以下几个反应 1 吸收反应 S O 2 g H2 0 一 H 2 S O 3 1 1 H 2 S O 3 1 三 H HS 0 3- 2 H S O ； H S O 一 3 2 氧化反应 s O ； 一 1 ／ 2 0 2 s O ； 一 4 H S 0 3 -1 ／ 2 0 2 H S 0 4 - 兰s O 一H 5 3 中和反应 C a C O 3 s 2 H ． C a 2 H2 0 C O 2 g 6 4 结晶析出 c a s O 一 2 H 2 0 c a c O 4 2 H 2 0 s 7 C a 2 s O 一1 ／ 2 H 2 0 c a c O 3 1 ／ 2 H 2 0 s 8 石灰石中所含杂质中有一些物质在酸性下形成 了水溶性的化学物质如镁盐、A 1 F ，C 1 一 等，对石 灰石的溶解及反应性能均产生影响。当镁盐的含量 在一定的范围内，能有效促进提高 s O 的脱除率， 但当其含量过高时，对石灰石溶解性能及石膏结晶 均产生不利影响 】 。 石灰石中较高含量的碳酸镁在脱硫吸收塔中形 成高含量的可溶性镁盐，容易在吸收塔浆液中累 积，故障时各机组吸收塔浆液的分析数据见表4 。 表 4 浆液样 品分析数据 表4中数据显示， 该电厂3台机组脱硫吸收塔 浆液中的镁离子含量均在 7 7 0 0 m g ／ L以上，远远 超出该厂脱硫采用喷淋塔的一般设计值。 吸收塔浆液中的镁离子均来 自于石灰石， 当石 灰石中杂质碳酸镁含量偏高时， 浆液中的可溶性 M g S O ， 及M g S O 浓度上升， 浆液中s o ； 一 含量增加， 使反应式 2 ， 3 向左进行， 减少了 S O 气相扩散 的化学反应推动力， 使浆液中H 减少， 降低了碳酸 钙的溶解性能； s O 一含量的增加， 使反应式 4 ， 5 向左进行， 从而影响了 S O 的吸收， 使得达到相 同脱硫效率时石灰石的耗量增加， 最终导致石膏中 二水硫酸钙含量下降、 碳酸钙含量上升。 湿法 F G D脱硫系统中吸收塔浆液的碱量主要 来源于溶解在浆液中的石灰石，石灰石活性的大 小，对 F G D系统性能产生直接影响，包括石灰石 的溶解性能、反应速率、石灰石利用率、脱硫效 率、浆液 p H值以及石膏中碳酸钙的含量。石灰石 的活性差 ，会导致碳酸钙在浆液中的溶解性差 、反 应速度慢、石灰石利用率低、吸收塔中的 p H值下 降、石膏中碳酸钙的含量上升等问题。 5 结论及处理措施 5 ． 1 结论 1 该电厂石 膏中的碳 酸钙含量超标是 由于 采用的石灰石活性低，杂质含量高，使石灰石在浆 液中的溶解性能下降，降低了反应速率，从而导致 石灰石利用率降低所致。 2 吸收塔浆液中 M g 2 浓度过高，超出了一 般喷淋塔的设计值5 0 0 0 m g ／ L ，是由于该电厂使用 的石灰石中杂质碳酸镁含量过高，使得带人吸收塔 浆液中 M g 2 浓度过高，从而抑制了塔内 S O 的吸 收及石灰石的溶解，使浆液及石膏中碳酸钙含量进 一 步上升，二水硫酸钙含量随之下降。 5 ． 2 处理措施 该电厂所采用的吸收剂石灰石的活性低、杂质 含量过高，导致吸收塔浆液中M g 2 浓度过高是该 电厂石膏品质不合格的根本原因。通过采取加大废 水的排放量以及置换 吸收塔浆液来降低浆液中 M g 的含量，同时更换石灰石这些处理措施，各 机组吸收塔浆液的品质逐渐好转，以 4号机组为 例，3 月9日 浆液样品及石膏样品中三钙的含量已 恢复到该电厂的正常水平。 参考文献 [ 1 ]曾庭华 ， 杨华，廖永进 ，等．湿法烟气脱硫系统的调试、试 验与运行 M] ．北京中国电力出版社， 2 0 0 8 ． [ 2 ]周至祥，段建中，薛建明，等．火 电厂湿法烟气脱硫技术手 册 [ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 6 ． 2 9