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

摘要： 本文介紹了電廠#1-6機(jī)石灰石濕法脫硫原理和工藝流程，影響煙氣脫硫效率的因素，以及控制脫硫效率的措施。

Abstract： This paper introduces the limestone wet desulfurization principle and technological process of the # 1-6 machine in the power plant， the factors affecting the desulfurization efficiency of the flue gas， and the measures to control the desulphurization efficiency.

關(guān)鍵詞： 濕法脫硫；影響因素；提高脫硫效率

Key words： wet desulfurization；influencing factors；improving desulfurization efficiency

中圖分類號(hào)：X701.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）01-0134-02

1 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(guó)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(lái)，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的日益重視，對(duì)SO2等污染物的排放要求越來(lái)越嚴(yán)格，要滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的新要求，作為火力發(fā)電廠，只能通過(guò)分析影響FGD系統(tǒng)運(yùn)行效率的因素，并對(duì)其加以嚴(yán)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(yàn)和本廠脫硫運(yùn)行情況，對(duì)影響FGD脫硫效率的因素進(jìn)行分析，并嘗試提出相應(yīng)的解決方案。

2 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(lái)的煙氣通過(guò)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)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(shí)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(guò)除霧器，除去懸浮水滴，由煙道進(jìn)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(chǔ)存起來(lái)，然后再?gòu)漠?dāng)?shù)剡\(yùn)走。石灰石和工藝水通過(guò)石灰石制漿裝置制漿后由加漿泵補(bǔ)充至吸收塔。石灰石/石膏濕法煙氣脫硫工藝流程見圖1。

3 影響煙氣脫硫效率的因素

3.1 通過(guò)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(yùn)行方式一定，運(yùn)行工況穩(wěn)定，無(wú)其它影響因素時(shí)，當(dāng)處理煙氣量及原煙氣中SO2的含量升高時(shí)，脫硫效率將下降。因?yàn)槿肟赟O2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。

3.2 通過(guò)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(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)吸附在CaCO3固體顆粒的表面，“封閉”了CaCO3的活性，嚴(yán)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(guò)脫硫吸收塔時(shí)，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(qiáng)），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(huì)造成脫硫效率的降低。同時(shí)，由于離子強(qiáng)度和溶液黏度的增大，漿液中離子的擴(kuò)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(huì)造成脫硫效率的降低。

3.3 循環(huán)漿液的pH值

脫硫系統(tǒng)中，循環(huán)漿液的pH值是運(yùn)行人員控制的主要參數(shù)之一，漿液的pH值對(duì)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(guò)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(shí)具有吸收SO2的能力。同時(shí)，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(dá)到一定數(shù)值后，再提高pH值對(duì)脫硫效率的影響并不大，因?yàn)檫^(guò)高的pH值會(huì)使?jié){液中石灰石的溶解速率急劇下降，同時(shí)過(guò)高的pH值會(huì)造成石灰石量的浪費(fèi)，并且使石膏含CaCO3的量增大，嚴(yán)重降低了石膏的品質(zhì)。因此pH值應(yīng)控制在一個(gè)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%。

3.4 氧化空氣量

河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司脫硫系統(tǒng)采取強(qiáng)制氧化方式運(yùn)行，若漿液池內(nèi)氧化空氣供量不足，或氧化空氣進(jìn)行吸收塔的位置距液面沒(méi)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(duì)飽和度較高時(shí)，會(huì)發(fā)生亞硫酸鹽嚴(yán)重抑制作用（反應(yīng)封閉）。發(fā)生此種情況的現(xiàn)象是運(yùn)行漿液的pH值下降，而加入石灰石漿液時(shí)，pH值也沒(méi)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(yùn)行中必須保證進(jìn)入脫硫吸收塔的氧化空氣量能夠滿足系統(tǒng)需求。

3.5 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(shí)際運(yùn)行為，保證脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性，要保持鈣硫摩爾比大于1。因?yàn)镃a/S過(guò)低，不能滿足運(yùn)行要求，使系統(tǒng)脫硫效率降低。但是Ca/S過(guò)高，又使石膏的品質(zhì)降低，浪費(fèi)石灰石粉。目前河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司脫硫系統(tǒng)鈣硫比保持在1.03左右。

3.6 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(guò)低，含其它雜質(zhì)過(guò)多，給運(yùn)行帶來(lái)一些問(wèn)題，造成吸收劑耗量的增加，同時(shí)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(qiáng)，對(duì)提高脫硫效率越有利。石灰石粉細(xì)度的影響。石灰石粉越細(xì)，就相對(duì)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(yùn)行pH值，因此，石灰石越細(xì)，對(duì)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(shí)的擾動(dòng)，能夠促進(jìn)煙氣中SO2與漿液的反應(yīng)速度，對(duì)提高脫硫效率越有利；循環(huán)漿液的密度對(duì)脫硫效率也有一定影響，當(dāng)循環(huán)漿液的密度過(guò)高時(shí)，漿液中所含Ca2+也相對(duì)較高，影響了CaCO3的離解，同時(shí)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(guò)高對(duì)提高煙氣脫硫效率是無(wú)益的，在運(yùn)行中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)循環(huán)漿液濃度的控制。當(dāng)然，煙氣通過(guò)脫硫吸收塔時(shí)，所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和物理傳質(zhì)過(guò)程是復(fù)雜的、紊亂的，其反應(yīng)現(xiàn)象和反應(yīng)過(guò)程并不局限于此，并且三個(gè)區(qū)域之內(nèi)的反應(yīng)也不是單一的。

4 煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中主要控制措施

4.1 加強(qiáng)對(duì)煙氣含塵量的控制

經(jīng)前面分析，煙氣中含塵濃度高時(shí)，會(huì)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(yán)重制成脫硫效率的下降。此外，煙氣含塵濃度高時(shí)，還會(huì)加大循環(huán)漿液對(duì)設(shè)備和管道的磨損。因此，在運(yùn)行中，應(yīng)確保煙氣脫硫系統(tǒng)上一級(jí)設(shè)備——靜電除塵器的高效運(yùn)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。

4.2 對(duì)吸收系統(tǒng)水質(zhì)的控制

因煙氣通過(guò)脫硫吸收塔時(shí)，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(qiáng)對(duì)脫硫系統(tǒng)廢水處理的運(yùn)行維護(hù)，保證循環(huán)漿液中氯離子的有效去除和排出。

4.3 對(duì)循環(huán)漿液pH值的控制

循環(huán)漿液的pH值是運(yùn)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(guò)低，能提高石膏的品質(zhì)，但不能保證脫硫效率；而pH值過(guò)高，會(huì)造成石灰石粉的浪費(fèi)，降低了石膏的品質(zhì)，增加了循環(huán)漿液的密度，加大了對(duì)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(duì)提高脫硫效率影響并不大，一般運(yùn)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。

4.4 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(yùn)行中，為保證脫硫效率，應(yīng)適時(shí)增加漿液循環(huán)泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。

4.5 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(yùn)行的效率和穩(wěn)定性，Ca/S過(guò)低不能滿足運(yùn)行要求，使系統(tǒng)脫硫效率降低。但是Ca/S過(guò)高，又使石膏的品質(zhì)降低。目前河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司脫硫系統(tǒng)鈣硫比保持在1.03左右。

4.6 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(xì)度，對(duì)脫硫效率都有影響，因此在運(yùn)行中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)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。

4.7 循環(huán)漿液密度

當(dāng)循環(huán)漿液密度過(guò)高時(shí)，漿液黏度增大，相對(duì)減小了漿液與煙氣的接觸面積，造成漿液中離子的擴(kuò)散速度變慢，降低了SO2向漿液中的傳質(zhì)速度。因此在運(yùn)行中應(yīng)控制好循環(huán)漿液的密度，現(xiàn)河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司脫硫系統(tǒng)循環(huán)漿液密度控制在1080-1200kg/m3，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)行中通過(guò)對(duì)SO2吸收系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)的控制，目前，河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)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(yùn)行中，探索出更加有效可靠的控制方式。

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