火電廠石灰石濕法脫硫效率的影響因素和提高措施

魏利苔

一、概述

石灰石/石膏濕法煙氣脫硫FGD（Flue gas desulfurization）工藝技術(shù)在我國火力發(fā)電廠鍋爐煙氣脫硫中有著廣泛的應(yīng)用，但近年來，隨著國家對環(huán)保的日益重視，對SO2等污染物的排放要求越來越嚴格，要滿足國家標準的新要求，作為火力發(fā)電廠，只能通過分析影響FGD系統(tǒng)運行效率的因素，并對其加以嚴格控制，從而提高脫硫效率，有效的降低SO2排放量。本文根據(jù)多年從事脫硫工作的一些經(jīng)驗和本廠脫硫運行情況，對影響FGD脫硫效率的因素進行分析，并嘗試提出相應(yīng)的解決方案。

二、石灰石/石膏濕法煙氣脫硫的原理和工藝流程

從電除塵器出來的煙氣通過增壓風(fēng)機進入吸收塔，而石灰石漿液則從吸收塔沉淀槽中泵入安裝在塔頂部的噴嘴集管中，上升的煙氣與沿噴霧塔下落的石灰石漿液接觸。煙氣中的SO2溶入水溶液中，并被其中的堿性物質(zhì)中和，從而使煙氣中的硫脫除。煙氣經(jīng)循環(huán)石灰石稀漿的洗滌，可將煙氣中95%以上的硫脫除。同時還能將煙氣中近100%的氯化氫除去。在吸收器的頂部，脫硫后的煙氣穿過除霧器，除去懸浮水滴，由煙道進入煙囪排入大氣中。而石灰石漿液中的碳酸鈣則與二氧化硫和氧（空氣中的氧）發(fā)生反應(yīng)，最終生成石膏，這些石膏在沉淀槽中從溶液中析出。石膏稀漿由吸收塔沉淀槽中抽出，經(jīng)濃縮、脫水和洗滌后先儲存起來，然后再從當(dāng)?shù)剡\走。石灰石和工藝水通過石灰石制漿裝置制漿后由加漿泵補充至吸收塔。石灰石/石膏濕法煙氣脫硫工藝流程見圖1

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三、影響煙氣脫硫效率的因素

1.通過脫硫系統(tǒng)的煙氣量及原煙氣中SO2的含量

在脫硫系統(tǒng)設(shè)備運行方式一定，運行工況穩(wěn)定，無其它影響因素時，當(dāng)處理煙氣量及原煙氣中SO2的含量升高時，脫硫效率將下降。因為入口SO2的增加，能很快的消耗循環(huán)漿液中可提供的堿量，造成漿液液滴吸收SO2的能力減弱。

2.通過脫硫系統(tǒng)煙氣的性質(zhì)

（1）煙氣中所含的灰塵。因灰塵中帶入的Al3+與煙氣氣體中帶入的F-形成的絡(luò)化物達到一定濃度 時，會吸附在CaCO3固體顆粒的表面，“封閉”了CaCO3的活性，嚴重減緩了CaCO3的溶解速度，造成脫硫效率的降低。

（2）煙氣中的HCl。當(dāng)煙氣通過脫硫吸收塔時，煙氣中的HCl幾乎全部溶于吸收漿液中，因Cl-比SO42-的活性高（鹽酸比硫酸酸性更強），更易與CaCO3發(fā)生反應(yīng)，生成溶于水的CaCl2，從而使?jié){液中Ca2+ 的濃度增大，由于同離子效應(yīng)，其將抑制CaCO3的溶解速度，會造成脫硫效率的降低。同時，由于 離子強度和溶液黏度的增大，漿液中離子的擴散速度變慢，致使?jié){液液滴中有較高的SO32-，從而降低了SO2向循環(huán)漿液中的傳質(zhì)速度，也會造成脫硫效率的降低。

3.循環(huán)漿液的pH值

脫硫系統(tǒng)中，循環(huán)漿液的pH值是運行人員控制的主要參數(shù)之一，漿液的pH值對脫硫效率的影響最明顯。提高漿液的pH值就是增加循環(huán)漿液中未溶解的石灰石的總量，當(dāng)循環(huán)漿液液滴在吸收塔內(nèi)下落過程中吸收SO2堿度降低后，液滴中有較多的吸收劑可供溶解，保證循環(huán)漿液能夠隨時具有吸收SO2的能力。同時，提高漿液的pH值就意味著增加了可溶性堿物質(zhì)的濃度，提高了漿液中和吸收SO2 的后產(chǎn)生的H+ 的作用。因此，提高pH值就可直接提高脫硫系統(tǒng)的脫硫效率。 但是，漿液的pH值也不是越高越好，雖然脫硫效率隨pH值的升高而升高，但當(dāng)pH值達到一定數(shù)值后，再提高pH值對脫硫效率的影響并不大，因為過高的pH值會使?jié){液中石灰石的溶解速率急劇下降，同時過高的pH值會造成石灰石量的浪費，并且使石膏含CaCO3的量增大，嚴重降低了石膏的品質(zhì)。因此pH值應(yīng)控制在一個合理的范圍內(nèi)，目前我廠脫硫系統(tǒng)中循環(huán)漿液pH值控制在4.8——5.2之間，即可得到品質(zhì)良好的石膏，又能保證脫硫效率不低于95%。

4.氧化空氣量

我廠脫硫系統(tǒng)采取強制氧化方式運行，若漿液池內(nèi)氧化空氣供量不足，或氧化空氣進行吸收塔的 位置距液面沒有足夠的深度，漿液中的亞硫酸鹽含量將增加，即HSO3-濃度增大，當(dāng)其相對飽和度較高時，會發(fā)生亞硫酸鹽嚴重抑制作用（反應(yīng)封閉）。發(fā)生此種情況的現(xiàn)象是運行漿液的pH值下降，而加入石灰石漿液時，pH值也沒有明顯提高，脫硫效率下降，漿液中未反應(yīng)的石灰石濃度增加。因此運行中必須保證進入脫硫吸收塔的氧化空氣量能夠滿足系統(tǒng)需求。

5.吸收系統(tǒng)的鈣硫摩爾比（Ca/S）

鈣硫摩爾比是指每脫除1摩爾SO2所需加入系統(tǒng)的CaCO3 摩爾數(shù)。從理論上講，鈣硫摩爾比為1。但是在實際運行為，保證脫硫系統(tǒng)運行的效率和穩(wěn)定性，要保持鈣硫摩爾比大于1。因為Ca/S過低，不能滿足運行要求，使系統(tǒng)脫硫效率降低。但是Ca/S過高，又使石膏的品質(zhì)降低，浪費石灰石粉。目前我廠脫硫系統(tǒng)鈣硫比保持在1.03左右。

6.吸收劑石灰石的性質(zhì)

石灰石中CaCO3的含量，石灰石中CaCO3的含量若過低，含其它雜質(zhì)過多，給運行帶來一些問題，造成吸收劑耗量的增加，同時也使石膏的純度下降。吸收劑的特性不僅包括其化學(xué)成分，也包括其反應(yīng)活性。吸收劑的活性影響到吸收劑量的溶解速度和溶解度。其活性越好，吸收SO2的能力就越強，對提高脫硫效率越有利。石灰石粉細度的影響。石灰石粉越細，就相對增加了石灰石溶解的表面積，其直接影響到循環(huán)漿液的運行pH值，因此，石灰石越細，對脫硫效率的提高就越有利。

另外，影響煙氣脫硫效率的因素還有煙氣流速，煙氣流速越快，提高了漿液液滴下降時的擾動，能夠促進煙氣中SO2與漿液的反應(yīng)速度，對提高脫硫效率越有利；循環(huán)漿液的密度對脫硫效率也有一定影響，當(dāng)循環(huán)漿液的密度過高時，漿液中所含Ca2+ 也相對較高，影響了CaCO3的離解，同時也減小了煙氣中SO2與漿液液體的接觸面積。因此循環(huán)漿液的濃度過高對提高煙氣脫硫效率是無益的，在運行中，應(yīng)加強對循環(huán)漿液濃度的控制。 當(dāng)然，煙氣通過脫硫吸收塔時，所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和物理傳質(zhì)過程是復(fù)雜的、紊亂的，其反應(yīng)現(xiàn)象和反應(yīng)過程并不局限于此，并且三個區(qū)域之內(nèi)的反應(yīng)也不是單一的。

四、煙氣脫硫系統(tǒng)運行中主要控制措施

1.加強對煙氣含塵量的控制

經(jīng)前面分析，煙氣中含塵濃度高時，會因煙氣中各種惰性物質(zhì)的存在造成石灰石顆粒反應(yīng)閉塞，將嚴重制成脫硫效率的下降。此外，煙氣含塵濃度高時，還會加大循環(huán)漿液對設(shè)備和管道的磨損。因此，在運行中，應(yīng)確保煙氣脫硫系統(tǒng)上一級設(shè)備——靜電除塵器的高效運行，保證除塵效率大于99.5%， 脫硫系統(tǒng)入口煙塵含量小于300mg/Nm3 。

2.對吸收系統(tǒng)水質(zhì)的控制

因煙氣通過脫硫吸收塔時，煙氣中的HCl溶于吸收漿液中，造成漿液中Cl-含量高，造成脫硫效 率的降低。因此，應(yīng)降低漿液中Cl-的含量。Cl-主要以CaCl、MgCl、NaCl、KCl以及其它金屬氯化物 的形式存在。要除去循環(huán)漿液中的Cl-，就要加強對脫硫系統(tǒng)廢水處理的運行維護，保證循環(huán)漿液中氯離子的有效去除和排出。

3.對循環(huán)漿液pH值的控制

循環(huán)漿液的pH值是運行人員控制煙氣脫硫效率的主要參數(shù)，提高循環(huán)漿液的pH值可直接提高脫硫系統(tǒng)的脫硫效率。pH值過低，能提高石膏的品質(zhì)，但不能保證脫硫效率；而pH值過高，會造成石灰石粉的浪費，降低了石膏的品質(zhì)，增加了循環(huán)漿液的密度，加大了對設(shè)備的磨損。并且當(dāng)循環(huán)漿液pH值大于5.7后，再提高pH值對提高脫硫效率影響并不大，一般運行控制pH值不大于6。目前我廠脫硫系統(tǒng)循環(huán)漿液pH值控制在4.8～5.2之間。

4.提高液氣比

液氣比是指吸收塔洗滌單位體積的煙氣需要的循環(huán)漿液量。在其它條件不變的情況下，增加吸收塔循環(huán)漿液量即增大液氣比，脫硫效率隨之升高。在運行中，為保證脫硫效率，應(yīng)適時增加漿液循環(huán)泵的運行臺數(shù)。

5.保持吸收系統(tǒng)的鈣硫摩爾比穩(wěn)定（Ca/S）

保證脫硫系統(tǒng)運行的效率和穩(wěn)定性， Ca/S過低不能滿足運行要求，使系統(tǒng)脫硫效率降低。但是Ca/S過高，又使石膏的品質(zhì)降低。目前我廠脫硫系統(tǒng)鈣硫比保持在1.03左右。

6.吸收劑石灰石的性質(zhì)

石灰石中CaCO3的含量百分比、石灰石的活性、石灰石的細度，對脫硫效率都有影響，因此在運行中，應(yīng)加強對入口石灰石粉品質(zhì)的檢查和控制，以保證脫硫效率的穩(wěn)定。

7.循環(huán)漿液密度

當(dāng)循環(huán)漿液密度過高時，漿液黏度增大，相對減小了漿液與煙氣的接觸面積，造成漿液中離子的擴散速度變慢，降低了SO2向漿液中的傳質(zhì)速度。因此在運行中應(yīng)控制好循環(huán)漿液的密度，現(xiàn)我廠脫 硫系統(tǒng)循環(huán)漿液密度控制在1080——1200kg/m3 ，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。

五、結(jié)束語

運行中通過對SO2吸收系統(tǒng)各運行參數(shù)的控制，目前，我廠煙氣脫硫系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項指標合格。但是影響石灰石——石膏濕法煙氣脫硫效率的因素是復(fù)雜的、多方面的，我們還將在今后的運行中，探索出更加有效可靠的控制方式。