吸收塔漿液密度對(duì)濕法脫硫的影響

張小茹（中國(guó)石油錦西石化熱電公司，遼寧 葫蘆島 125001）

吸收塔漿液密度對(duì)濕法脫硫的影響

張小茹
（中國(guó)石油錦西石化熱電公司，遼寧 葫蘆島 125001）

漿液密度在煙氣濕法脫硫中有重要影響，是脫硫系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行的保證。文章介紹了漿液密度與含固量關(guān)系，分析了漿液密度對(duì)漿液成分、脫硫效率、除霧器、廢水處理系統(tǒng)及系統(tǒng)能耗等方面的影響，提出了對(duì)吸收塔漿液密度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制的建議。

漿液密度；影響；監(jiān)測(cè)與控制

1　前言

某石化熱電公司鍋爐尾部煙氣采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，在運(yùn)行控制中，吸收塔中的漿液密度對(duì)漿液成分、脫硫效率、除霧器、廢水處理系統(tǒng)及系統(tǒng)能耗等方面都有影響，是一個(gè)重要的控制指標(biāo)。有效控制漿液密度不僅能保證脫硫效率，而且對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定和設(shè)備的安全至關(guān)重要。本文對(duì)漿液密度對(duì)系統(tǒng)的影響進(jìn)行了分析，并提出了進(jìn)行檢測(cè)和控制的有效經(jīng)驗(yàn)。

2　漿液密度影響分析

2.1漿液密度與含固量的關(guān)系

在濕法脫硫設(shè)計(jì)中，通常用含固量來表示吸收塔內(nèi)的工藝過程漿液中晶體固體物的數(shù)量。在該熱電公司的濕法脫硫設(shè)計(jì)中，塔內(nèi)漿液的含固量為22%，運(yùn)行參考控制值低值為18%。但在運(yùn)用化學(xué)分析及吸收塔的密度測(cè)量中，通常以密度值為呈現(xiàn)指標(biāo)。吸收塔內(nèi)密度和含固量的關(guān)系為：

χ石膏=ρ石膏（ρ漿液- 1000）÷ρ漿液（ρ石膏-1000）×100%ρ石膏= 2300kg/m3；χ石膏為含固量

由以上公式可推導(dǎo)出下表：

石膏漿液含固量-密度對(duì)照表

2.2漿液密度對(duì)漿液成分的影響

吸收塔內(nèi)進(jìn)行眾多復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)，包括SO2的吸收、石灰石的溶解、亞硫酸氫根的氧化和石膏結(jié)晶等。脫硫過程主反應(yīng)過程為：

SO2+ H2O → H2SO3（吸收）

CaCO3+ H2SO3→ CaSO3+ CO2+ H2O（中和）

CaSO3+ 1/2 O2→ CaSO4（氧化）

CaSO3+ 1/2H2O → CaSO3·1/2H2O（結(jié)晶）

CaSO4+ 2H2O → CaSO4·2H2O（結(jié)晶）

通過以上化學(xué)反應(yīng)過程，可知吸收塔內(nèi)的漿液成分主要包括石膏（CaSO4·2H2O）及少量的亞硫酸鈣（CaSO3·1/2H2O）和石灰石CaCO3。

但在不同的吸收塔漿液密度條件下，吸收塔內(nèi)漿液的成分含量是不同的。通過化驗(yàn)和相關(guān)資料可知，當(dāng)漿液密度大于1150kg/m3時(shí)，漿液中CaCO3和CaSO4·2H2O的濃度已趨于飽和，在過飽和狀態(tài)下，CaSO4·2H2O的含量隨著漿液密度的增加而增大。而漿液密度小于1075kg/m3時(shí)，漿液中CaSO4·2H2O的含量較低，CaCO3的相對(duì)含量較高。CaSO4·2H2O、CaCO3含量與漿液密度的關(guān)系見圖1。

圖1　CaSO4·2H2O、CaCO3含量與漿液密度關(guān)系

2.3漿液密度對(duì)脫硫效率的影響

漿液密度的變化直接影響脫硫效率，吸收塔內(nèi)的漿液含固量通常是13%～23%。在一定范圍內(nèi)維持較高的漿液濃度有利于提高脫硫效率。而漿液密度低時(shí)，脫硫效率明顯下降。對(duì)于不同的石灰石來料和pH值環(huán)境，漿液密度值和脫硫效率的對(duì)應(yīng)關(guān)系略有不同。圖2為該公司某一段工況現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的漿液密度與脫硫效率關(guān)系圖。由圖2可知，當(dāng)漿液密度大于1180kg/m3時(shí)，脫硫率明顯下降；而密度＜1075kg/m3時(shí)，漿液中CaSO4·2H2O的含量較低，而CaCO3含量相對(duì)升高，脫硫效率下降。因此，運(yùn)行中吸收塔漿液密度控制在合適的范圍內(nèi)，將有利于脫硫系統(tǒng)高效率運(yùn)行。

圖2　脫硫效率與漿液密度關(guān)系

2.4漿液密度對(duì)石膏脫水系統(tǒng)的影響

漿液含固量過高時(shí)，會(huì)影響亞硫酸鹽的氧化。理論上，當(dāng)吸收塔漿液密度大于1128kg/m3時(shí)，就會(huì)對(duì)氧化反應(yīng)產(chǎn)生影響，大于1200kg/m3時(shí)，將明顯不利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行。此時(shí)漿液中的亞硫酸鈣含量高。漿液含固量過低時(shí)，石膏含量低，石灰石含量高。

脫水系統(tǒng)是將吸收塔反應(yīng)后的石膏漿液通過旋流器、真空濾布除去水分，并將粉狀石膏送至石膏庫。當(dāng)漿液密度高時(shí)，較多的亞硫酸鈣和顆粒雜質(zhì)容易堵塞輸送管道，磨損和堵塞旋流子。并且亞硫酸鈣為憎水黏性物，不易脫出水分，且小顆粒雜質(zhì)容易堵塞濾布孔，影響脫水效果。該公司在漿液密度大于1280kg/m3時(shí)，石膏脫水已非常困難，石膏成稀泥狀，此時(shí)需要進(jìn)行二次氧化方能脫水。而當(dāng)漿液密度低時(shí)，石膏含量低，石灰石含量高也不易脫水。不能形成粉狀物，且石灰石未反應(yīng)進(jìn)入脫水，會(huì)形成物質(zhì)浪費(fèi)。

2.5漿液密度高對(duì)廢水處理系統(tǒng)的影響

當(dāng)漿液密度高時(shí)，一級(jí)旋流器的溢流濃度較高，進(jìn)入廢水旋流的濃度相應(yīng)增加，經(jīng)過廢水旋流溢流進(jìn)入廢水箱的廢水濃度就較高，造成廢水處理系統(tǒng)懸浮物處理困難甚至超標(biāo)。圖3為該公司漿液密度高時(shí)對(duì)一級(jí)旋流溢流密度及廢水濁度的影響。漿液密度低時(shí)，廢水處理濁度沒有超過100mg/L的現(xiàn)象。

2.6漿液密度對(duì)吸收塔能耗的影響

漿液密度與吸收塔系統(tǒng)中的攪拌器、漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)的電流有正對(duì)應(yīng)關(guān)系（見圖4）。漿液密度高，說明其中固體物含量多，此時(shí)的漿液黏性重、流動(dòng)性差，設(shè)備運(yùn)行的電流相應(yīng)增加，吸收塔運(yùn)行能耗也隨之增加。

圖3　漿液密度與溢流密度及廢水濁度關(guān)系

圖4　漿液密度與吸收塔攪拌器、循環(huán)泵及氧化風(fēng)機(jī)電流關(guān)系

2.7漿液密度對(duì)除霧器的影響

除霧器的作用是通過對(duì)葉片表面的慣性碰撞來分離出煙氣里的液體小顆粒。該公司除霧的控制液滴排放指標(biāo)為不超過75mg/Nm3。

當(dāng)吸收塔內(nèi)漿液密度高時(shí)，意味著漿液中的亞硫酸鈣含量偏高，煙氣攜帶的亞硫酸鈣隨液滴進(jìn)入除霧器后會(huì)在除霧器葉片上形成軟垢。這部分軟垢慢慢被氧化，經(jīng)過結(jié)晶、長(zhǎng)大，最終會(huì)逐漸形成硬垢，堵塞除霧器。

另外，煙氣攜帶的液滴經(jīng)過除霧器外排的量與漿液密度正相關(guān)（見圖5）。對(duì)于該公司的一座吸收塔而言，當(dāng)煙氣量為30萬Nm3/h時(shí)，外排的煙氣攜帶石膏漿液的最大排放量計(jì)算公式為q =ρ漿液×75mg/Nm3×30萬Nm3/h÷水的密度。

圖5　漿液密度與煙氣攜帶石膏漿液排放量關(guān)系

3　漿液密度的監(jiān)測(cè)和控制

該公司脫硫系統(tǒng)運(yùn)行以來，漿液密度不能連續(xù)監(jiān)測(cè)，對(duì)運(yùn)行調(diào)整帶來了一定的困難，因而對(duì)密度測(cè)量進(jìn)行了工藝變更，增加了密度計(jì)、pH計(jì)專用循環(huán)小泵及相應(yīng)工藝管線，實(shí)現(xiàn)了吸收塔漿液密度的連續(xù)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，參照人工化驗(yàn)（一天一次）結(jié)果及循環(huán)泵電流值，保證了在線監(jiān)測(cè)值的準(zhǔn)確性。

運(yùn)行過程中，綜合考慮，控制吸收塔漿液密度在1080～1150kg/m3。主要通過以下方式進(jìn)行調(diào)整：吸收塔漿液密度值在1135～1145kg/m3時(shí)，及時(shí)啟動(dòng)石膏脫水系統(tǒng)出石膏；密度過高時(shí)，通過事故漿液箱對(duì)塔內(nèi)漿液進(jìn)行置換；石膏量過大時(shí)，開啟2套石膏脫水系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行。

4　結(jié)論

有效控制吸收塔漿液密度十分重要，這不僅能保證脫硫效率，而且有利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和設(shè)備安全。漿液密度高會(huì)損壞設(shè)備，但密度低也會(huì)帶來脫硫效率低和石膏品質(zhì)差等影響。應(yīng)充分認(rèn)識(shí)煙氣濕法脫硫中吸收塔漿液密度的重要性，通過試驗(yàn)尋找合理密度并嚴(yán)格控制，以保證脫硫系統(tǒng)高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

［1］ 薛建明，王小明，等．濕法煙氣脫硫設(shè)計(jì)及選型手冊(cè)［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2011．

［2］ 禾志強(qiáng)，祁利明，等．石灰石-石膏濕法煙氣脫硫優(yōu)化運(yùn)行［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2011．

［3］ 曾庭華，楊華，等．濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的調(diào)試、試驗(yàn)及運(yùn)行［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2011．

Impact of Slurry Density in Absorption Tower on Wet Flue Gas Desulfurization

ZHANG Xiao-ru

X701

A

1006-5377（2016）07-0061-03