技术 | 热电厂脱硫系统工艺用水分析

北极星火力发电网讯:摘要：通过分析燃煤电厂氨法脱硫工艺补水分析，使用新鲜水、循环水等作为工艺水带入的钙镁离子在脱硫系统内循环，不断被浓缩，导致脱硫系统局部存在结垢、堵塞和磨损，影响脱硫装置的稳定运行，设备运行可靠性低，成为制约脱硫装置长周期运行的瓶颈问题之一，通过优化用水，实现热电厂脱硫系统稳定运行环保达标的目标。

关键词：热电厂；氨法脱硫；结垢；新鲜水

某热电厂6台60MW汽轮发电机组和6台410t/h煤粉锅炉于1988年1月投产和2005年10月投产；2台65MW汽轮发电机组和2台410t/h煤粉锅炉于1998年12月投产，主要担负向炼油、化工装置供热和供电任务。锅炉氨法脱硫超低排放工程2015年3月份改造完成开工，到2018年2月份，历时23个月完成超低排放任务，实现了8台燃煤锅炉的超洁净排放改造任务。热电厂配套水处理装置包括1800t/h双室浮床离子交换水处理装置、860t/h三室浮床离子交换水处理装置、400t/h反渗透水处理装置、200t/h污水回用装置、1×24000t/h循环水装置、2×16000t/h循环水装置，依托现有水处理装置和水源实现对脱硫装置的供水。

氨法脱硫是用液氨或氨水作为脱硫剂，脱出燃煤电厂烟气中SO2，分为吸收、氧化、浓缩、离心分离和干燥等几个步骤，把烟气中的SO2转化成可利用的（NH4)2SO4固体。氨法脱硫原设计使用新鲜水作为工艺补水，主要用于塔内循环、设备冷却、设备冲洗等，无生产废水产生，新鲜水带入的钙镁离子在脱硫系统内循环，被不断浓缩、结晶，其中一部分结晶同硫酸铵产品带出，另一部分结晶在锅炉超洁净排放改造运行过程中存留在系统中，导致系统局部存在结垢、堵塞，降低了设备运行的可靠性，部分管线结垢问题尤为突出，成为制约装置长周期稳定运行的瓶颈问题之一。

1 使用新鲜水或循环冷却水的危害

1.1 浓缩段喷淋层及浓缩段塔壁结垢降低脱硫效率

工艺用水使用新鲜水或循环冷却水作为补充水，被不断蒸发浓缩，在管道内壁结垢加速管道磨损及堵塞，降低设备使用寿命，造成管道堵塞见图1。

在质地坚硬的结垢层脱落时，损坏防腐涂层，加速设备腐蚀、造成设备塔体渗漏，脱落的结垢层散落在吸收塔底部，造成风管堵塞，循环泵入口滤网堵塞，造成循环系统脱硫效率降低，增加检修维护工作量。小的结垢体会通过浆液循环泵输送至浆液喷淋层，在此过程中会加速浆液循环泵叶轮的磨损，造成喷嘴堵塞堵塞、脱落，喷淋层堵塞等见图2。

1.2 氧化段高含盐量运行增加结垢几率

工艺用水使用新鲜水或循环冷却水作为补充水，被不断蒸发浓缩，在加氨浓度变化较大时pH值局部剧烈变动，结垢异常明显，氧化段喷淋层、喷嘴结垢，降低喷淋流量和浓缩效果，流速降低部位会因为系统留存的灰量增加导致堵塞，硫酸铵结晶量减少，影响运行效果。

1.3 pH计电极结垢导致失效

pH计是氨法脱硫工艺中加氨量控制的主要仪表，主要测量单元为pH电极。对于pH电极，内充填有含饱和AgCl的3mol/Lkcl缓冲溶液，pH值为7。Ag/AgCl内参比电极的电位是恒定不变的，它与待测试液中的H+活度（pH）无关。当浸泡好的玻璃膜电极进入待测试液时，电极膜外层的水化层与试液接触，由于H+活度变化，将使电极表面外层的水化层离解平衡发生移动，此时，就可能有额外的H+由溶液进入水化层，或由水化层转入溶液，因而膜外层的固液界面上电荷分布不同，跨越膜的两侧界面的电势差发生改变，这个改变与试液中的［H+］有关。由于循环液结垢倾向严重，测量单元电极很快结垢或结晶，阻止电极表面外层的水化层离解平衡发生移动，使pH计指示失真，失去了加氨指导依据，只能改为其它仪表参数控制加氨量，导致氨法脱硫加氨量的控制精度低，pH值波动大，增加了浆液循环系统结垢倾向，降低了超低排放的可靠性。

2 原因分析

2.1 使用新鲜水作为工艺水的影响

新鲜水来源于地下水与引黄河水混水，水质见表1，设计直接作为氨法脱硫工艺用水之一，脱硫塔单台蒸发量不断进行，保有水量不变,循环量一定，运行温度在50~70℃，随着水在开式循环系统中的浓缩，各种离子浓度不断增高，硫酸钙等因达到其溶度积而成为过饱和溶液，装置不断蒸发浓缩，浓缩时其中的硫酸钙，随着温度升高，水的蒸发，浓度逐渐增大，当其浓度超过溶解度之后壁面附近溶液的过饱和会生成沉淀析出，并沉积在流通管壁表面上，在50~82℃之间为CaSO4·1/2H2O，从而形成致密坚硬的硫酸钙垢。根据某美国公司提出的硫酸钙指数

（单位为CaCO3，mg/L）＞5×105时，有硫酸钙析出。根据某日本公司提出的硫酸钙指数（水温40℃）。

（单位为mg/L）＞1×106时，有硫酸钙析出。溶液中的硫酸钙晶体由于浓度差的作用而向壁面扩散，最终完全覆盖于接触壁面上，此时结垢过程为传质控制；此外，溶液中的Ca2+和SO42-也会由于浓度差的作用而向壁面扩散，并附着于壁面上，在电荷引力的作用下相互连接在壁面上形成硫酸钙结晶，最终完全覆盖于接触壁面。

2.2 循环水冷却水对脱硫循环系统的影响

设计机泵机封冷却水、部分冲洗水使用电厂凝汽器用循环水，冷却水排地沟经地坑泵回收至脱硫塔。热电厂的循环冷却水水源为黄河水与地下水混水，采用浓缩倍率在4.0以上运行，2018年11月份上半月循环冷却水水质见表2，为阻止系统结垢腐蚀，采用加硫酸和低磷配方处理的循环水稳定、分散、缓蚀阻垢药剂技术处理，加硫酸控制pH值，加缓蚀剂防止金属腐蚀，控制氯离子小于1000mg/L防止金属材质不出现点蚀，加阻垢分散剂控制钙硬与碱度之和小于1500mg/L在换热器表面不出现结垢，在循环水系统稳定运行条件下不结垢。当循环水进入脱硫系统，水质稳定阻垢缓蚀剂很快失效且不能补加，过浓的循环水水质加快了脱硫系统结垢。