火电厂专用脱硫添加剂技术方案研究与设计

单晓敬（山西鲁能河曲发电有限公司，山西 忻州 036500）

火电厂专用脱硫添加剂技术方案研究与设计

单晓敬（山西鲁能河曲发电有限公司，山西 忻州 036500）

中国环保部在2014年颁布了《火电厂大气污染物排放标准》，其中有关脱硫的相关规定与之前颁布的标准相比，不管是从减排力度还是完成时间周期限制上都有明显的提高，并且明确规定了2016年1月1日起开始执行。为了满足国家相关规定，根据山西鲁能河曲发电有限公司一期现场情况及机组现状，通过可行研究报告对各个专业改造方案对比，本次超低排放改造在脱硫改造方面主要是采用：风机校核+脱硫+烟囱防腐的改造方案，另外还要使用脱硫添加剂。由于河曲电厂一期机组原有GGH的漏风很大，无法满足脱硫后SO2超低排放标准的要求，故需将原有GGH拆除。在拆除GGH后进行烟囱防腐改造，整体阻力增加较小，加大增压风机压力来满足超低排放改造的需要。

山西河曲发电厂现有4r600 MW机组，脱硫系统均为石灰石湿法烟气脱硫。日用煤量为24000吨，设计燃煤含硫量1.97%，实际燃煤含硫量平均为1.0%。设计脱硫效率95%，目前运行平均脱硫效率为96.4%左右。脱硫塔SO2入口浓度2200 mg/Nm3，出口SO2平均排放浓度为80 mg/Nm3。浆液高度9米，溢流管塔内高度12.1米，塔底储浆池容积1368 m3，浆液密度控制范围1180～1230 kg/m3。单台脱硫塔浆液循环泵4台，功率分别为：500/560/560/630KW，三台浆液循环泵运行，一台浆液循环泵停运。

1 脱硫添加剂

1.1 脱硫添加剂的原理和特点

1.1.1 脱硫添加剂的原理

改变脱硫塔内浆液的离子平衡，强化脱硫过程，同时产品中的金属离子对脱硫反应有催化作用；缓冲塔内浆液的pH值，强化烟气中二氧化硫的溶解过程，同时低pH值能加速吸收剂的溶解。

1.1.2 脱硫添加剂的特点

（1）可关闭部分泵降低所需液气比，降低脱硫塔动力损耗。

（2）作为晶体调节剂，改善固体沉降及处置特性。

（3）增加了运行的灵活性。

（4）降低石灰石的消耗，提高石灰石利用率。

（5）易于氧化亚硫酸盐，减少氧化风机功耗。

（6）降低系统对石灰石类型和粒度的敏感度同时减少结垢。

（7）在自动控制回路中pH值的响应特性更好。

（8）对SO2排放浓度的控制范围更大。

1.2 脱硫添加剂的主要作用

脱硫添加剂的作用主要体现在几个方面：

（1）提高二氧化硫气液传质速率，强化二氧化硫的吸收。在气液界面处增效剂能够结合SO2溶解产生的大量H+离子，使H+离子从液膜传递到液相主体，浆液PH也不会因SO2的溶解而下降过快，气相阻力减小，促进SO2吸收。

（2）脱硫添加剂可以提高石灰石在液相中的溶解度，强化石灰石溶解。在固液界面处，增效剂能提供有利于碳酸钙溶解的酸性环境，减小液相阻力，促进石灰石的溶解。

（3）脱硫添加剂中的活性成份可以提高SO2活性，加快SO32-离子与Ca2+的反应速度，同时也能加速SO32-离子氧化成SO42-离子，以便加速生成CaSO4·2H2O并加速沉淀。

（4）脱硫添加剂具有分散作用，可以增强石灰石的表面活性，增加石灰石的分散性，降低其沉降速度，增大有效传质面积，促进石灰石的溶解，减少设备的结垢。

1.3 使用脱硫添加剂注意事项

（1）脱硫添加剂添加前应保持脱硫塔内石灰石浆液的pH值在5.2-5.8，才能保持高效率的脱硫。

（2）山西河曲发电厂运行工作人员核查相关仪表显示准确，在实验前对CEMS进行标定。

（3）脱硫添加剂加入后，地坑内含有脱硫添加剂的浆液要连续抽吸循环，以防地坑内的脱硫添加剂的抽吸不干净，影响脱硫添加剂的效果。

（4）脱硫添加剂加入后，脱硫石膏脱水系统的溢流液打入脱硫塔内，抽入脱硫塔循环利用，以防脱硫添加剂经脱硫废液外排，造成浪费。

（5）石灰石纯度大于90%，维持正常供浆量，保持脱水系统正常运行。

（6）操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩，戴橡胶手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。避免产生粉尘。避免与氧化剂、还原剂、碱类接触。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。

（7）储存注意：储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。应与氧化剂、还原剂、碱类分开存放，切忌混储。配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有合适的材料收容泄漏物。

1.4 脱硫添加剂性能说明

（1）脱硫添加剂产品保证无毒、无腐蚀、无异味、无二次污染、不爆、不燃等性能，不引起脱硫塔浆液变质或活性下降。

（2）脱硫添加剂产品不含有氯元素的添加物（除盐水溶解后化验氯离子浓度）。同时，增效剂产品PH值不影响系统PH值调节性能。

（3）脱硫添加剂连续使用时不影响石膏品质，石膏含水率不会超标、石膏颜色不会出现差异。

2 技术方案设计

2.1 技术标准与依据

本技术方案参照国家技术监督局、国家环保局的有关标准及文件，并参照行业标准及相应资料。具体如下：

《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收实验规范》DL/ T998-2006

《湿法烟气脱硫工艺性能检测技术规范》DL/T 986-2005

《水和废水监测分析方法》（第四版）中国环境科学出版社

《空气和废气监测分析方法》（第四版）中国环境科学出版社

《水质氯化物的测定硝酸银滴定法》GB11896-89

《入炉煤和入炉煤粉样品的采样方法》DL/T567.2-95

《煤中全硫的测定方法》GB/T214-1996

脱硫添加剂生产厂家提供的相关技术资料

2.2 添加步骤与要求

（1）脱硫添加剂的添加次数和数量由厂家指导添加。

（2）添加前，山西河曲发电厂运行人员记录脱硫塔原、净烟气参数SO2浓度、补浆量，pH值，脱硫效率，以上参数每小时抄录一次，连续抄录（3天）72小时。

（3）添加前，山西河曲发电厂需对石灰石浆液和石膏进行分析化验。

（4）将脱硫塔内的浆液放出部分至塔区地坑内，搅拌器连续运行。

（5）首次在吸收塔地坑内加入820公斤脱硫添加剂，搅拌后启动地坑泵抽入吸收塔内。以后每天投加一次，每天投加82公斤左右的脱硫添加剂。

（6）脱硫添加剂加入后要维持系统正常供浆量，pH值保持在5.2～5.8之间。

（7）添加后，山西河曲发电厂可根据需要每日取浆液和石膏样化验。

（8）脱硫塔浆液脱水后，滤液水用于制浆系统，减少增效剂流失。

（9）实验时间为3天，从投加脱硫添加剂开始计时，遇采集数据异常等特殊情况，经双方协商可适当延长。

（10）实验结束，双方对实验前、后采集的数据进行整理，共同编写实验报告，并签字盖章。

2.3 主要参数的控制

2.3.1 浆液pH值

pH值越高，脱硫效率越高，但pH值过高，会使CaCO3过剩率增加，既不经济又影响石膏的纯度。一般pH值选择在5.2～5.8为宜。

pH值＜5.2时，全开吸收塔补浆电动门和调门补浆，5.8时停止补浆。为防止浆液在调门附近产生淤积补浆调节门应保持100%开。

2.3.2 浆液密度

密度太低没有母晶体会导致沉淀出现，过高会造成管道堵塞及泵磨损腐蚀、旋流器振动等，会影响浆液循环泵和扰动泵正常运行，密度控制在1080～1250 kg/m3左右。密度大于1250kg/m3时，启动石膏排出泵排石膏；小于1080 kg/m3时停止排石膏。滤液水经滤液水泵补充进吸收塔。若旋流子处溢流，应将石膏排出泵再将循环门开启一部分。密度上升比较快时，应检查吸收塔液位是否过低、补浆时间是否过长、石膏排出泵出力、密度计是否应该冲洗等。

2.3.3 液位控制

液位过高会造成溢流，增大氧化风机电流；过低会降低氧化反应空间，同时塔内泡沫较多，易造成循环泵腐蚀。应留足事故处理余量，如浆液循环泵的启停及启前、停后的冲洗都会对液位产生较大的影响。

2.3.4 补水方式

随着烟气量、烟气温度上升及塔内反应进行，水分蒸发很快。吸收塔补水方式有工艺水补水、除雾器冲洗及管路冲洗。因为使用除雾器冲洗水可在除雾器上形成水膜来冲洗盐雾，降低除雾器差压，且会对烟气二次洗涤，应优先使用除雾器冲洗进行补水。

2.3.5 浆液循环泵

山西河曲发电厂三台浆液循环泵运行，运行中要经常监视泵出口压力、电流、泵体振动，从脱硫效率、出口SO2含量的变化等多方面观察泵是否磨损、出口压力是否下降。

2.3.6 切泵时冲洗

首先将泵体灌满水，使冲洗水从泵出口喷雾器喷嘴处流进塔内，对喷嘴也是一次冲洗。启泵前开入口门使水从泵入口滤网处流入塔内，对入口滤网冲洗一次。泵停止后应开入口排放门至泵体内浆液放完，再开冲洗水至放出清水为止。此时要防止地坑溢流。

2.3.7 正常监视及测量管路冲洗

正常运行中应监视扰动泵电流、压力、测量管路流量、密度、pH值。当流量显示降低、pH值长期不变、两个pH计显示相差大于0.2时，应对流量计或pH计进行冲洗。

2.3.8 泵至吸收塔手门的控制

与试运时相比，扰动泵电流增加，出口压力降低，测量管道流量也降低，主要原因是由于该手门处膨胀节承压能力不够，为保持运行安全性，将该手门由50%开至全开。对该手门，设备正常时启动初期应全开，使浆液扰动更充分。

2.3.9 氯离子高危害

（1）降低石灰石分解速度及SO2吸收率；

（2）与烟尘中Al3+、Fe3+和Zn2+等形成配位络合物，导致CaCO3过剩；

（3）引起石膏脱水困难，降低石膏品质；

（4）浆液利用率下降，循环系统电耗增加。

2.3.10 氯离子控制

Cl-主要来自烟气中的HC1。规定Cl-＜2g/L。通过滤液水泵排废水至废水处理站可降低氯离子含量。

2.4 预期效果

根据脱硫添加剂的作用原理来判断投加后会有以下预期效果：

（1）在同等工况下提高脱硫效率30%～50%（根据机组实际运行状况而定），保守提效30%以上（计算公式：提高脱硫效率的比例=（投加后脱硫效率-投加前脱硫效率）/(1-投加前脱硫效率））。

山西河曲发电厂4r600 MW机组脱硫系统中，在脱硫塔SO2入口浓度为2200 mg/Nm3，平均脱硫效率为96.4%左右，出口SO2平均排放浓度为80 mg/Nm3时，同等工况下，使用提供的脱硫添加剂，提高脱硫效率30%～50%(具体数值要根据不同机组情况，可实验得出准确数值)，实际脱硫效率达97.48%～98.2%，出口排放浓度为39.6～55.4 mg/Nm3。

（2）机组正常运行工况下，可停掉一台浆液循环泵。

山西河曲发电厂4r600 MW机组脱硫系统中，在脱硫塔SO2入口浓度为2200 mg/Nm3，平均脱硫效率为96.4%左右，出口SO2平均排放浓度为80 mg/Nm3时，同等工况下，使用厂家提供的脱硫添加剂，可停运一台浆液循环泵(560KW)，仍能维持原来出口排放浓度不变，节约脱硫系统用电，降低运行费用。

3 使用脱硫添加剂的优势

3.1 节省循环泵电耗费用

在脱硫实际运行中，山西河曲发电厂的脱硫塔需开启三台循环泵才能有效保证脱硫效率，这种情况下，使用厂家提供的脱硫添加剂，可以有效减小塔内的液气比，在保证脱硫效益的同时，可以通过停止运行一台浆液循环泵（560 KW）来进一步减少运行费用。

3.2 减少设备的损耗，节省维护费用

脱硫添加剂的工作原理之一，是增加脱硫添加剂反应原料石灰石的溶解度，相同条件下可提高溶解度3～5倍，以提高石灰石与二氧化硫的反应速度来增加脱硫效率。

在使用脱硫添加剂以前，脱硫塔里的循环浆液是含大量悬浮石灰石颗粒的石灰石浑浊液，浆液循环泵及循环管路在24小时不停的抽取和输送这些近乎粘稠的浑浊液，其阻力和损耗可想而知。在使用脱硫添加剂后，由于石灰石的溶解度增加，石灰石浆液变得清澈，石灰石浆液颗粒的颗度变小，从而减小了管路及设备的损耗及维修费用。根据科学测算，投入脱硫添加剂以后年节省的管路损耗及维修费用约为：20万元/年（单台脱硫塔）。

3.3 提高脱硫效率，达到排放标准

现行的实时环保监测制度，以小时为单位，若某一时段未达标，则将受到排放不达标的严厉处罚。当然如果在长时间未达标，电厂甚至可能面临关停的处罚。而使用脱硫添加剂，在不改变现有设备运行及技术参数等情况下，脱硫效率提高到97.48%～98.2%，减少吸收塔出口SO2的排放，出口排放浓度达到39.6～55.4 mg/Nm3，可以更好地应对未来更严格的出口排放标准。

3.4 直接经济效益

（1）在本案例中山西河曲发电厂目前脱硫塔SO2入口浓度为2200 mg/Nm3，平均脱硫效率为96.4%左右，出口SO2平均排放浓度为80 mg/Nm3时，同等工况下，使用脱硫添加剂，提高脱硫效率30%-50%(具体数值要根据不同机组情况，可实验得出准确数值)，实际脱硫效率达97.48%～98.2%，出口排放浓度为39.6～55.4 mg/Nm3。

（2）在本案例中山西河曲发电厂目前脱硫塔SO2入口浓度为2200 mg/Nm3，平均脱硫效率为96.4%左右，出口SO2平均排放浓度为80 mg/Nm3时，同等工况下，使用厂家提供的脱硫添加剂，可停运一台浆液循环泵(560KW)，仍能维持原来的脱硫效率及出口排放浓度不变，节约脱硫系统用电，降低运行费用。直接年节约费用为145.2万元（单台脱硫塔）。

（3）在使用脱硫添加剂后，减小了管路及设备的损耗及维修费用。根据科学测算，投入脱硫添加剂以后年节省的管路损耗及维修费用为：20万元/年（单台脱硫塔）。

3.5 间接经济效益

（1）加入脱硫添加剂后有效减缓设备结垢，减少系统腐蚀，降低脱硫废水处理药品费用。

（2）脱硫添加剂的使用，提高了浆液循环系统设备备用系数，降低了浆液循环泵停运后对脱硫效率的负面影响；同时提高了脱硫系统对煤种硫份变化的适应范围。

4 结语

在不改变现有设备运行及技术参数等情况下，使用脱硫添加剂，实际脱硫效率达97.48%～98.2%，减少吸收塔出口SO2的排放，可以更好地应对未来更严格的出口排放标准。以此来达到提高脱硫效率，确保排放标准的目的。使用脱硫添加剂可以节省停泵的电费、设备维修费用等能够达到降低运行成本，创造经济效益的目的。

终上所述，使用脱硫添加剂既保证了现有的出口排放标准，又可以更好地应对未来更严格的出口排放标准。直接经济效益年节约费用可达330.4万元左右。可见使用脱硫添加剂是最经济适宜的方法，无论是面对现有的环保政策，还是将来国家日益严格的排放标准，都可以为山西河曲发电厂带来巨大的直接经济效益，同时也有可观的社会效益。

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[2]龚优军,郑利霞,张树礼.我国火电厂脱硫技术的发展及应用现状[J].内蒙古环境科学,2011,20(6):55-59.

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Research and Design of Special Desulfurization Additive Technology Scheme for Thermal Power Plant

Shan Xiao-Jing

本文首先介绍了脱硫添加剂的原理与特点，主要作用，使用注意事项和性能分析，在此基础上对使用脱硫添加剂技术方案进行设计，方案涉及了使用脱硫添加剂标准和依据，使用步骤，预期效果分析，经济效益分析等。通过生产实践结果来看，使用脱硫添加剂效果显著，提高了脱硫效率，确保排放标准，能够达到降低运行成本，创造经济效益的目的。

脱硫添加剂；方案设计；经济效益

This paper introduces the principle and characteris⁃tics of the desulfurization additive main effects,analysis of the use of performance issues and attention,on the basis of the use of addi⁃tives of desulfurization technology scheme design,scheme involves the use of desulfurization additive standard and the basis,using the analysis steps,expected results and economic benefits analysis. Through the production practice results,the use of desulphuriza⁃tion additive effect is remarkable,improve the desulfurization effi⁃ciency,ensure the emission standards,can reduce the operation cost,and create economic benefits.

desulfurization additives;scheme design;econom⁃ic benefit

单晓敬（1983-），男，汉族，山东成武人，技术专工，研究方向主要为脱硫脱硝管理、生产运行管理等。