摘要：控制燃煤电厂SO2、烟尘的生成量已初见成效，但随着而来引起的“石膏雨”问题迎面而来。本文基于“两机一塔、三塔合一”三联供超临界机组，分析石膏雨产生原因，以及提出石膏雨问题解决对策。
关键词：三塔合一；石膏雨；防范措施
1 前言
随着电力工业的快速发展，发电厂烟气SO2、烟尘的排放指标已列入国家环保监测范围，《GB 13223—2011火电厂大气污染排放标准》明确规定：新建燃煤机组SO2质量浓度应控制在100 mg/m3以下、烟尘的排放浓度应控制在30 mg/m3以下[1]。控制燃煤电厂SO2、烟尘的生成量已初见成效，但随着而来引起的“石膏雨”问题迎面而来。
2 概述
某电厂2×350 MW超临界冷热电联供燃煤机组为“两机一塔、三塔合一”的布置形式，脱硫系统吸收塔布置在间冷塔内部，不设烟气旁路和GGH。吸收塔高35米，底部直径17米，在高度12米处缩径，直径为15米；吸收塔在标高35-42.3米处缩径为6.5米。烟囱布置在吸收塔上部，标高50米，烟囱直段7.659米，出口直径6.5米。吸收塔中部采用4层喷淋装置，喷淋层间距1.8米；管束式除尘器布置在吸收塔顶部。
3“石膏雨”成因分析
“石膏雨”包含了“石膏”和“雨”两层含义。“石膏”指的是石膏浆液；“雨”指的是净烟气中饱和水形成的并降落在烟囱附近的冷凝液滴。
3.1“石膏”的成因
“石膏”是烟气中夹带的石膏浆液随烟气排放落到地面形成的。脱硫装置净烟气中的石膏浆液主要来源于吸收塔喷淋层喷嘴雾化后的细小液滴，石膏浆液经喷嘴雾化后雾滴直径一般在920μm左右，经碰撞后会产生少量直径在15μm左右的雾滴。雾滴在经过除雾器后，直径不小于22μm的雾滴去除率一般为99.99%，直径15~22μm 的液滴去除率为50%，15μm 以下的雾滴无法拦截，因此净烟气中有一定量的石膏浆液是必然的。“石膏”的形成与多方面的因素有关，主要包括除雾器的除雾效果、吸收塔的设计、运行操作等。
3.2“雨”的成因
“雨”就是净烟气中冷凝液，是由于烟气排放过程中温度降低、烟气温度与环境温度温差大及环境气压低等原因，烟气中的水达到过饱和状态，水蒸气变成冷凝液落到地面形成的。对于无GGH 脱硫装置，吸收塔出口净烟气温度一般在50 ℃左右，由于脱硫后的净烟气无再热设备，净烟气在流经烟道和烟囱过程中，温度有不同程度降低，通常温度降低1~2 ℃。净烟气中带有的饱和水随着烟温降低冷凝并析出。虽设有冷凝液收集装置，但烟囱内的冷凝液也极易被高速流动的烟气带出而形成“雨”落到地面。因此，烟气因温度降低析出冷凝液、高的烟气流速将冷凝液带出是导致无GGH 脱硫装置形成“雨”的主要原因。
3.3 其他原因
无GGH 装置的脱硫系统投产后，虽有效地避免了GGH 的堵塞问题，但由于无烟气再热措施，排烟温度较低，吸收塔出口带有饱和水的净烟气，在排出过程中部分冷凝形成液滴，烟气自烟囱口排出后不能有效地抬升、扩散到大气中，导致取消GGH 装置后烟气不能迅速消散。特别是当地区温度、气压较低或在阴霾天气的时间段，烟气中携带的粉尘及液滴聚集在烟囱附近，落到地面形成“石膏雨”或酸雨，对电厂及周边环境产生污染，甚至腐蚀设备。
4“石膏雨”问题的解决对策
从 “石膏雨”的成因可以看出，在设计上采取合理的措施，“石膏雨”是可以有效避免的。系统设计上主要考虑入口烟气量与设计参数的偏差、烟气流速的大小、除雾器的选型及液气比等方面。
4.1脱硫入口烟气量与设计参数的偏差
如果脱硫FGD进口烟气参数及煤质发热量与设计值相差较大，则易发生“石膏雨”现象。在实际运行中入炉煤使用设计煤种或与设计煤种的低位发热量偏差不大，烟气流量小于脱硫系统设计烟气流量，FGD 入口烟气温度比设计值低，同时吸收塔内烟气流速不要超出设计值，则能有效控制石膏雨的发生。盛乐热电脱硫系统设计烟温为121℃，而烟气余热利用装置设计的出口烟温为90℃，低于脱硫系统设计温度。所以从设计参数角度，盛乐热电的脱硫系统是能够满足避免石膏雨产生条件的。
4.2选择合适的烟气流速
烟气流速是“石膏雨”形成的一个重要原因。设计合适的流速，才能避免出现“石膏雨”。吸收塔设计烟气流速一般为3.5~4.1 m/s，除雾器的设计流速应稍高于吸收塔设计流速。吸收塔流速高，烟气中所携带的浆液液滴将增多，除雾器的负荷增大，导致“石膏雨”出现。因此，吸收塔的流速不能设计过高。我厂吸收塔设计烟气流速为3.46m/s，符合吸收塔内烟气流速的范围值。通过与设计单位设计人员核对，烟气流速在设计时留有裕量。
4.3选择合适的除雾器类型
平板式除雾器设计流速一般在3.5~4.5 m/s 之间。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆屋脊式除雾器设计流速比平板式除雾器高，一般为3.8~7 m/s，屋脊式除雾器对烟气流速的适应范围更宽，烟气通过叶片法线的流速要小于塔内水平截面的平均流速，即使塔内烟气流速偏高，在通过除雾器时，由于流通面积增大而使得烟气流速减小，减少烟气带浆。另外，屋脊型除雾器的结构较平板型除雾器更稳定，可以耐受的温度较高。对于“三无”脱硫装置，为提高其可利用率，宜选用能有效减少浆液夹带和安全性更好的屋脊式除雾器。
4.4采用较小液气比
液气比是指单位时间内吸收塔循环浆液量与吸收塔出口烟气的体积比。脱硫系统的液气比是保证烟气中SO2、SO3及烟尘有效吸收的关键指标之一，足够的液气比是保证脱硫效率的前提，吸收塔的液气比宜控制在13~18 L/m3之间。液气比也不能设计过高，太高的液气比会使烟气中的液滴夹带量增多，同样会增大除雾器的负荷。盛乐热电吸收塔设计的液气比为16.35 L/m3，属于适中范围。
4.5烟囱型式的设计
对于烟囱的设计，为尽可能减少从烟囱排放出去的液体并引起烟囱降雨及环境污染，最有效的处理措施是烟囱内能有效地收集烟气带入的较大液滴及防止烟囱内壁上的液体被二次携带，为此要求内筒形线及内衬表面应尽可能地平滑，烟囱排烟筒内烟气流速不得超过酸液液膜撕裂的临界流速，该临界流速与内衬表面的粗糙度有关。为此，综合国内规程以及欧美国家的设计标准，烟囱筒内流速一般按18~20m/s 取值。考虑实际运行中煤质的变化情况，流速宜取下限值。
该电厂烟囱布置在吸收塔上部，吸收塔在标高35-42.3米处由直径15米缩径为6.5米；烟囱直段7.659米，出口直径6.5米。在缩径部位，也能使部分烟气中的微小雾滴凝结，减少石膏雨产生。经过与设计单位核对，盛乐热电烟囱的流速设计值为18.4m/s，设计流速基本取得下限值。同时，盛乐热电烟囱为钢制烟囱，较混凝土结构的烟囱内衬平滑程度要好。
5 运行操作中的注意事项
为了保证脱硫装置与机组同步运行，提高装置的可利用率，除了在设计和设备选型上采取措施外，运行操作也要有所提高，操作上要精细、合理，及时发现问题和处理问题，才能有效避免烟气带浆现象的发生，从而保证FGD 装置的正常运行。
5.1管束式除尘器压差
在操作过程中，除雾器压差是一个重点关注的参数。管束式除尘器压差一般为300~350 Pa，压差增大，会形成“石膏雨”。管束式除尘器压差增大是因为堵塞造成的，堵塞的原因有多种，如烟气流速高、浆液pH 值高、液气比高等都会造成除雾器堵塞。当发现除雾器堵塞，首先要正确判断堵塞的原因，然后采取合理的处理措施。
5.2 管束式除尘器冲洗水
管束式除尘器冲洗水是保证除雾器压差的主要手段。冲洗效果的好坏取决于冲洗水量、冲洗周期、冲洗压力。冲洗水量及冲洗周期与机组负荷、烟气温度有关，机组负荷高所需冲洗水量大。因此机组负荷发生变化时，冲洗水量及冲洗周期应随之调整。冲洗压力是保证冲洗水量的关键参数，不随机组负荷变化。
5.3 浆液 pH值
pH 值高对“石膏雨”的形成有一定的影响。正常工况下，pH 值应控制在5.6~5.8 范围内，浆液pH 值高，能提高脱硫效果，但高的pH 值也会带来负面的影响。由于pH 值高，浆液中碳酸钙浓度增大，易在系统表面结垢，会造成除雾器的堵塞。因此，浆液pH 值应在设计值范围内操作，在操作过程中不宜以提高pH值来提高脱硫效率。
5.4 浆液密度
脱硫装置中浆液密度会随石灰石中的碳酸镁含量变化，一般情况浆液密度控制在1.15 kg/L，所对应浆液固含量在20%左右。浆液密度高，浆液的粘度会有所提高，易附着在除雾器表面导致结垢。因此在操作时，浆液密度应控制在设计范围内。
5.5 运行调整
“石膏雨”现象多出现在锅炉高负荷运行期间，这与烟气流量有关。当机组带大负荷时，在保证锅炉正常燃烧用氧前提下，适当减少风量，控制炉膛负压与引风机压力，降低烟气流量与流速。
6 结论
基于“两机一塔、三塔合一”要在设计煤种工况下，结合烟气流量、流速、温度、除雾器、烟囱型式等重要参数的设计。以及在运行上精心调整、管束式除尘器及时冲洗，“石膏雨”是可以避免的。
参考文献：
[1] 《GB 13223—2011火电厂大气污染排放标准》
[2]湿法脱硫系统“石膏雨”的成因及对策分析[J]. 李忠庆. 山东化工. 2015（21）
[3] 湿法脱硫系统“石膏雨”问题的成因及解决对策[J]. 翁卫国，张军，李存杰. 化工进展. 2015（01）
[4]湿法脱硫烟气石膏雨成因分析及处理方案综述[J]. 王颖聪. 华北电力技术. 2012（10）
[5]石灰石-石膏湿法脱硫“石膏雨”现象原因分析及治理措施[J]. 郭长仕. 环境工程. 2012（S2）
[6]湿法烟气脱硫系统中“石膏雨”问题的分析及对策[J]. 程永新，曹佩. 电力建设. 2010（11）
论文作者:葛银海1,全亚杰2,吉力特3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/23
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