湿式脱硫系统传质性能与具体脱硫剂物系、气流速度、操作温度、压力、溶质浓度、气、液、固三者的接触程度都有关系。可见,选择合理的运行参数,则有利于提高系统脱硫速率和脱硫效率,同时,还能大大降低防腐和抗磨的压力及投资成本和运行费用。
但是,在实际应用中,湿法烟气脱硫通常总会存在结垢及堵塞、腐蚀及磨损、富液难处理等关键问题,如果这些关键问题解决不好,势必会造成整个脱硫系统性能下降、增加脱硫成本、不能安全运行和二次污染等问题。
石膏终产物超过了悬浮液的吸收极限,石膏就会以晶体的形式开始沉积,当相对饱和浓度达到一定值时,石膏晶体将在悬浮液中已有的石膏晶体表面进行生长,当饱和度达到更高值时,就会形成晶核,同时,晶体也会在其它各种物体表面上生长,导致吸收塔内壁结垢。
吸收液pH值的剧烈变化,低pH值时,亚硫酸盐溶解度急剧上升,硫酸盐溶解度略有下降,会有石膏在很短时间内大量产生并析出,产生硬垢。而高pH值亚硫酸盐溶解度降低,会引起亚硫酸盐析出,产生软垢。在碱性pH值运行会产生碳酸钙硬垢。有些固体物质在水溶液的溶解度与pH值关系密切见表3[3-4]所示。
.2防止腐蚀及磨损
湿式石灰石-石膏脱硫系统的脱硫性能好坏和系统寿命的长短,防腐抗磨技术是脱硫系统实际运行中的性能好坏的关键,甚至可以说防腐抗磨技术好坏决定脱硫系统的成功与否。因此,本文有必要分析造成腐蚀和磨损的原因,并在此基础上再从技术角度和施工角度来分别阐述防腐抗磨的措施。
若按照腐蚀的机理来分主要可分为如下五类腐蚀:
1) 酸性腐蚀。烟气中的SO2、HCl、HF等酸性气体在与液体接触时,生成相应的酸液,其SO32-、Cl-、SO42-对金属有很强的腐蚀性,对防腐内衬亦有很强的扩散渗透破坏作用。
2) 结晶腐蚀。溶液中的硫酸盐和亚硫酸盐随溶液渗入防腐内衬及其毛细孔内,当系统停运后,吸收塔内逐渐变干,溶液中的硫酸盐和亚硫酸盐析出并结晶,随后体积发生膨胀,使防腐内衬产生应力,尤其是带结晶水的盐在干湿交替作用下,体积膨胀高达几十倍,应力更大,导致严重的剥离损坏。
3) 电化学腐蚀:金属表面与水及电解质形成电化学腐蚀,在焊缝处比较明显。
4) 低温腐蚀与热应力腐蚀、环境温度的影响。
由于GGH故障或循环液系统故障,导致塔内烟温升高,其防腐材料的许用应力随温度升高而急剧降低。温度急剧变化,由于防腐内衬与基体的膨胀系数不同,导致不同步的膨胀,因应力使内衬粘接强度下降。由于温度的上升,降低了内衬材料的耐腐蚀性和抗渗透性,加速了内衬老化,由于防腐内衬施工中存在如气泡、裂纹等缺陷,受热应力作用迅速发展,介质渗透进去后又起到了加速作用。
5) 冲刷及磨损腐蚀。浆液中由于含有固态物,浆液在管道中流动或喷淋落下时对塔内物质有一定的冲刷作用,特别是对于管壁或塔内的凸出物区容易发生此类腐蚀。
下面主要从技术角度和施工角度分别阐述防腐抗磨的措施。
技术措施:
1) 合理控制pH值(一般pH在5.4-5.5为合适)[5]。不易结垢,降低了浆液中固态物含量,因而减轻了磨损。
2) 选择合理的FGD烟气入口温度,并选择与之相配套的防腐内衬。玻璃钢当温度低于80℃时,能安全的运行,超过80℃,玻璃钢材质就不适合,所以采用玻璃钢必须有可靠措施控制入口烟温和塔内温度。
3) 采用气-气换热器(GGH)设备,来降低入口烟气温度减轻后不烟道的防腐压力。
4) Cl-是引起脱硫系统中金属腐蚀和应力腐蚀的重要原因,当Cl-含量超过20000×10-6时,不锈钢已不能正常使用,需要用氯丁橡胶,玻璃鳞片做内衬。当Cl-浓度超过60 000×10-6时,则需更换昂贵的防腐材料。
5) 由于液气比的提高而带来的问题却显得突出,出口烟气的雾沫夹带增加,给后续设备和烟道带来玷污和腐蚀。
施工措施:
6) 严格按照防腐抗磨施工规范进行施工,防腐内衬的施工质量。
7) 必须保证关键部件(如吸收塔)现场施工制作质量。吸收塔的内支撑件及框架不能用角钢、槽钢、工字钢,应用圆钢、方钢为主;外接管不能用焊接,要用法兰连接;焊接过程中,焊口满焊,焊缝光滑平整无缺陷。
8) 防腐材料的选择要合理:对于静态设备的防腐,第一种,在炭钢本体衬防腐材料,第二种,利用耐腐蚀的合金材料。采用防腐内衬,主要材料为玻璃鳞片树脂和橡胶内衬及玻璃钢。对于动态设备防腐耐磨,主要采用铸铁+橡胶衬里,或炭钢+橡胶衬里,或直接用不锈钢制作,对于GGH和BUF等大型设备,除了选用合适的材料外,其合理的工艺流程和布置位置,布置方式显得更加重要。
9) 采用性价比高的耐腐蚀合金材料:采用一些非金属材料如花岗岩及陶瓷,其防腐耐蚀性能优良,但制作困难。若采用高硅铸铁,超低炭钢如316L和317L,或者是镍基合金等材料造价昂贵,国外尤其是美国多采用此类材料,但其防腐蚀效果并不是很理想。
10) 塔内衬橡胶的要求。吸收塔底部至2.0m高的区域至少衬2×4mm丁基合成橡胶; 吸收喷淋区域至少衬2×4mm丁基合成橡胶;除雾器下方的吸收塔壁至少衬1×4mm丁基合成橡胶;塔内若采用衬鳞片,则鳞片树脂的平均厚度至少为1.8mm。
11) 采用合金钢板或复合钢板制作吸收塔入口段烟道,其长度应超出干湿界面处300mm,没有进行内衬防腐处理而又与浆液或烟气冷凝液相频繁接触的金属设备,则应采用耐酸腐蚀不锈钢/合金钢制作。
3.3富液的处理
火电厂加装烟气脱硫工艺的目的不仅是要达到电厂烟气的排放要求,还必须同时考虑SO2吸收及富液合理的处理。而是否合理处理富液往往是湿法烟气脱硫技术成败的关键因素之一。所谓富液合理处理,是指不能把碱性吸收剂浆液从烟气中吸收脱除SO2而产生的富液(主要含有烟尘、硫酸盐、亚硫酸盐等废液)进行合理的处理,既要不浪费资源,又要不造成二次污染,以达到废物资源化。因此,合理处理富液同时也是湿法脱流技术国产化中的关键技术之一。
目前普遍采用综合开发利用方法:脱硫后的富液经过一级脱水和二级脱水后产生的石膏,可以用于水泥厂的水泥缓凝剂,装饰用建筑石膏等。
另外脱水系统产生的主要废水经过处理后进入全厂水系统进行循环利用,节约了运行费用。
4 结论
本文阐述了某火力发电厂普遍采用的石灰石/石膏湿法烟气脱硫过程操作原理、工艺特点与流程,重点分析了影响该湿法石灰石/石膏脱硫系统性能的关键因素及实际运行中易出现的几个重大问题,并提出了相应的解决办法。