飛灰對濕法脫硫系統(tǒng)影響及研究

王文超

摘 要：濕法煙氣脫硫作為一種相對較成熟、脫硫效率較高的脫硫技術(shù)，得到了最廣泛的應(yīng)用。隨著脫硫系統(tǒng)取消旁路，飛灰對濕法脫硫工藝的影響引起人們的重視。盡管飛灰對脫硫系統(tǒng)影響已有經(jīng)驗(yàn)性報(bào)道，但是飛灰影響的定量影響的理論性研究不多，尚未見詳細(xì)報(bào)道。因此，深入研究飛灰對脫硫工藝的主要參數(shù)影響，對我國濕法脫硫工藝的發(fā)展具有長遠(yuǎn)意義。本文圍繞飛灰對WFGD的影響開展一系列研究，并提出解決辦法。

關(guān)鍵詞：WFGD；脫硫；飛灰

1 研究背景

我國80%以上的煤通過直接燃燒的方式轉(zhuǎn)化為其他形式的能源，煤燃燒所產(chǎn)生的SO2是大氣污染的主要來源。燃煤SO2污染已成為電力生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的制約性因素[1，2]。因此，降低火電廠SO2的排放量是控制我國SO2排放總量的重點(diǎn)。煙氣脫硫是控制SO2污染行之有效的方法。煙氣脫硫中濕式石灰石-石膏煙氣脫硫（簡稱WFGD）是目前世界上技術(shù)最成熟、實(shí)用業(yè)績最多、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝。

目前我國火力發(fā)電廠燃煤機(jī)組的脫硫裝置均設(shè)有煙氣旁路，用來保障機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，保護(hù)脫硫裝置在事故狀態(tài)時(shí)不受損壞。在燃煤機(jī)組啟動運(yùn)行過程中，由于煤種較差，灰分偏高，電除塵故障或者因長時(shí)間不排除廢水或者石膏，導(dǎo)致大量煙氣中的飛灰進(jìn)入吸收塔，并在吸收塔內(nèi)大量累積，飛灰在吸收塔漿液中富集超標(biāo)。通常應(yīng)對這樣的工況，也只有通過打開旁路擋板，減少進(jìn)入吸收塔的煙氣量來降低對塔內(nèi)漿液的污染程度。但隨著國家環(huán)保要求的進(jìn)一步提高以及環(huán)保政策的日益嚴(yán)格，確保脫硫裝置的投運(yùn)，嚴(yán)格控制SO2的排放指標(biāo)，脫硫裝置取消旁路是脫硫行業(yè)的必然趨勢。脫硫裝置取消旁路必然導(dǎo)致大量飛灰順煙道系統(tǒng)進(jìn)入吸收塔內(nèi)，導(dǎo)致吸收塔內(nèi)漿液易受到污染。

2.1 飛灰的主要性質(zhì)[3，4]

進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的飛灰（即粉煤灰）是一種白色或者灰色的粉末物料，它的組成與性質(zhì)因燃煤物種、燃燒溫度及燃燒方式不同而變化。一般飛灰粒徑為1～20 ?m，比表面積為2900～4000 cm2/g，它的化學(xué)成分如表所示，從表中數(shù)據(jù)可知：主要氧化物的含量變化范圍很大，其組成與無機(jī)硅酸鹽材料相似。

2.2 飛灰對WFGD系統(tǒng)的影響

飛灰對WFGD系統(tǒng)的影響是多方面的，而且是由飛灰本身的特性決定。首先，由于飛灰的主要成分是金屬和非金屬氧化物，在脫硫漿液的酸性環(huán)境中會溶出部分Al、Fe等金屬陽離子，這些離子與漿液中存在的眾多陰離子發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。其次，由于飛灰粒徑較小，并具有一定的吸附能力，大量飛灰易溶解于漿液中，造成漿液物理性質(zhì)發(fā)生改變，進(jìn)而對脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

2.2.1 飛灰對WFGD系統(tǒng)漿液的影響

吸收塔漿液對SO2吸收最初始階段可認(rèn)為是SO2溶解于水中。漿液中大量的飛灰會在一定程度上影響氣液兩相的接觸面，增大了SO2吸收的傳質(zhì)阻力。此外，由于濕飛灰具有一定的粘度，如果漿液中飛灰濃度較高，則漿液的粘度可能會有較大的變化，這對SO2吸收同樣有一定不利影響。漿液粘度增大，可能導(dǎo)致漿液噴淋顆粒分布變大，從而使單位氣液接觸比表面積降低，相當(dāng)于降低了液氣比，最終導(dǎo)致了脫硫效率的降低。

2.2.2 飛灰對SO2吸收的影響

石灰石漿液吸收SO2的過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的反應(yīng)過程，故影響石灰石活性的因素很多。吸收塔內(nèi)石灰石漿液所處化學(xué)環(huán)境復(fù)雜，含有多種離子，這些離子對于石灰石活性有重要影響。

飛灰中所含的一些可溶性堿性氧化物溶出的一些重金屬陽離子，如Fe3+、Al3+與CO32-相結(jié)合，形成難溶的碳酸鹽沉淀覆蓋在石灰石顆粒表面，阻礙了H+向石灰石顆粒表面的擴(kuò)散從而抑制了Ca2+離子溶解速率，同時(shí)又會抑制Ca2+和HSO3-的反應(yīng)[6，7]。此外，飛灰的存在一定程度上阻礙了石灰石與SO2的接觸，降低了石灰石的溶解速率[8]。石灰石活性的降低可導(dǎo)致漿液pH值下降從而引起脫硫效率的降低。

盡管漿液中F-濃度單獨(dú)對石灰石的消溶有微弱的抑制作用，但當(dāng)飛灰中的Al3+、Fe3+和Zn2+等離子在吸收塔不斷富集時(shí)，具有強(qiáng)配位能力的F-會與這些金屬離子發(fā)生配位反應(yīng)，形成氟化絡(luò)合物，該絡(luò)合物會吸附于石灰石顆粒的表面，將CaCO3包裹起來極大地阻礙石灰石的溶解，造成反應(yīng)閉塞，出現(xiàn)“氟化鋁致盲”現(xiàn)象[9，10]。氟化鋁致盲會導(dǎo)致石灰石調(diào)節(jié)pH值能力下降，脫硫效率降低。

2.2.3 飛灰對石灰石活性的影響

幾乎在所有石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)中GGH都或多或少地遇到結(jié)垢、堵塞和腐蝕等問題。造成這種現(xiàn)象的主要原因是：漿液中含有石灰石、石膏及飛灰，而飛灰中含有硅、鐵、鋁等物質(zhì)，這些物質(zhì)具有較大的粘度。如果煙氣中飛灰含量很高，當(dāng)除霧器除霧性能不是很好時(shí)，凈煙氣中飛灰與煙氣中的霧滴或石膏漿液容易混合碰撞到GGH換熱元件上，它們中的部分便會粘附而沉降下來。同時(shí)由于煙氣具有較高溫度，加快沉積層水分的蒸發(fā)，使沉積層逐漸形成水泥似的硬垢。這些硬垢會堵塞換熱元件的通道，進(jìn)一步增加GGH的壓降，降低了WFGD系統(tǒng)的可用率，增加了維修費(fèi)用。

2.2.4飛灰對結(jié)垢的影響

煙氣中飛灰含量過高不僅影響脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，而且對石膏產(chǎn)品的質(zhì)量也有一定的影響。如果漿液中飛灰含量過高，由于飛灰的顆粒細(xì)小，會阻塞皮帶機(jī)濾布的濾水通道甚至無法脫水，造成皮帶拉稀現(xiàn)象，使石膏含水量超標(biāo)。此外，經(jīng)過洗滌后，飛灰沉淀下來，有一部分飛灰隨漿液存于石膏中，會導(dǎo)致石膏白度減少，影響石膏的質(zhì)量。石膏質(zhì)量降低將影響石膏的綜合利用價(jià)值，使經(jīng)濟(jì)效益降低。

3 消除飛灰對FGD影響的措施

針對濕法脫硫系統(tǒng)取消旁路后煙氣中飛灰和油污對濕法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的不利影響，目前常用于防止飛灰超標(biāo)的應(yīng)對措施主要有確保除塵器的除塵效果、添加氫氧化鈉脫硫劑、廢水排放等。

3.1 確保除塵效果

控制除塵器保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，最好能夠使入口煙氣粉塵降低于100mg/ Nm3。當(dāng)電除塵效率較低，且脫硫系統(tǒng)取消旁路時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置電袋復(fù)合式除塵器和布袋式除塵器，以保證良好的除塵效果。

3.2 添加氫氧化鈉（NaOH）脫硫劑

NaOH是強(qiáng)堿，也是活性很強(qiáng)的脫硫劑，在石灰石-石膏法中加入NaOH可以提高漿液的堿度，強(qiáng)化SO2的吸收過程。在出現(xiàn)漿液中毒的情況下，加入的NaOH可以直接參與脫硫反應(yīng)，中和H+，控制pH值和脫硫率使其不致下降過多，使得一些中毒問題得到緩解，漿液的活性得到恢復(fù)。加入強(qiáng)堿后可迅速提高漿液的pH值。研究表明，在由于飛灰超標(biāo)引起的氟化絡(luò)合物包裹石灰石類的中毒情況時(shí)，由于pH值的提高，可以使氟化絡(luò)合物得到分解，從根本上消除飛灰造成漿液中毒的根源

3.3 廢水排放

在加強(qiáng)漿液化學(xué)分析的情況下，一旦發(fā)現(xiàn)飛灰含量超標(biāo)，加強(qiáng)廢水排放，尤其是廢水旋流器溢流的排放，通過旋流器對細(xì)顆粒飛灰的選擇能力，有效降低漿液中飛灰的含量。

參考文獻(xiàn)

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[3]彭敏，阮湘元，陳小明等.粉煤灰表面形貌和組成的電子顯微鏡/能量色散譜、聚焦離子束分析[J].分析化學(xué)，2004，32（9）：1196-1198.