提高石灰石濕法脫硫效率的方法

王鵬

摘要：石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最為廣泛、工藝最為成熟、適應(yīng)能力最強(qiáng)的火力發(fā)電機(jī)組煙氣脫硫技術(shù)。該文主要介紹濕法煙氣脫硫技術(shù)，通過闡述了電廠對濕法煙氣脫硫的工藝過程，重點(diǎn)描述了影響濕法煙氣脫硫效率的主要因素，對實(shí)際脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行及提高脫硫效率有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：石灰石-石膏濕法；煙氣脫硫效率

引言

近年來，酸雨天氣頻現(xiàn)，環(huán)境污染問題愈發(fā)嚴(yán)峻，燃煤發(fā)電廠排放的煙氣含有的SO2是形成酸雨等災(zāi)害天氣的主要因素。而電廠的煙氣中含硫量較高，產(chǎn)生的SO2超過了國家和地方規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，加劇酸雨的形成，加劇對環(huán)境的危害，因此通過高效煙氣脫硫技術(shù)控制火電廠的SO2排放對于改善我國的大氣環(huán)境質(zhì)量有著十分重要的意義。石灰石—石膏法脫硫工藝是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，目前燃煤火力發(fā)電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。該方法具有燃料適用范圍廣、脫硫效率高、吸收劑利用率高、副產(chǎn)品石膏純度高等優(yōu)點(diǎn)。為了保證達(dá)到最佳的脫硫效果，本文通過對燃煤火電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的研究，針對影響脫硫效率的主要因素進(jìn)行了分析，并指出了系統(tǒng)運(yùn)行中如何控制各項(xiàng)影響因素，進(jìn)而提高脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1石灰石-石膏濕法脫硫工藝流程

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用范圍最廣的煙氣脫硫（FlueGasDesulfurization，F(xiàn)GD）技術(shù)，是目前世界上應(yīng)用最多、SO2控制最有效、技術(shù)最為成熟的燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)。它采用價(jià)廉易得的石灰石作為脫硫吸收劑，使石灰石（CaCO3）漿液與含有SO2的煙氣在吸收塔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成脫硫石膏CaSO4·2H2O，剩余煙氣經(jīng)除霧器后，達(dá)到環(huán)保要求，再由換熱器加熱升溫后通過煙囪排向大氣[1]。WFGD系統(tǒng)主要包含煙氣系統(tǒng)、SO2吸收及氧化系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、脫硫廢水處理系統(tǒng)。核心部分為吸收塔SO2吸收及氧化系統(tǒng)。

2影響脫硫效率的主要因素

濕法煙氣脫硫系統(tǒng)是一個(gè)多重反應(yīng)多重介質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的復(fù)雜裝置，而煙氣脫硫效率是反映吸收塔脫硫系統(tǒng)吸收SO2能力的主要指標(biāo)，也是衡量吸收塔脫硫設(shè)備是否正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。對此，探索影響濕法煙氣脫硫效率的主要因素，為脫硫系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化，降低運(yùn)行成本，為脫硫效率的提高提供參考根據(jù)。

2.1吸收塔漿液pH值對脫硫效率的影響

吸收塔內(nèi)漿液pH值的控制是提高脫硫效率，掌控石膏品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。漿液pH值在實(shí)際運(yùn)行中對于吸收塔內(nèi)傳質(zhì)性能有著一定影響，具體表現(xiàn)在以下方面：首先，吸收漿液的pH較高，液相主體傳質(zhì)系數(shù)增大，有利于SO2的吸收，對SO2脫除有利，可減少石灰石漿液對設(shè)備的腐蝕作用；其次，當(dāng)pH值越小時(shí)，會(huì)有利于石灰石的溶解和鈣離子的析出，但不利于SO2的反應(yīng)。隨著SO2的吸收，漿液的pH值繼續(xù)下降，酸度增加，CaSO3的析出量增加。CaCO3表面被析出的CaSO3包圍，阻礙了CaCO3的繼續(xù)分解，繼而使pH值繼續(xù)降低，反而會(huì)抑制SO2吸收反應(yīng)的進(jìn)行[2]。所以在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)過程中，一般情況下，石灰石漿液的pH值控制在5.0-5.8比較合適的控制范圍。

2.2Ca/S比對脫硫效率的影響

Ca/S比反映了漿液內(nèi)固體含量的高低，塔內(nèi)反應(yīng)影響著石膏的結(jié)晶。提高Ca/S比值，有利于漿液對SO2的吸收。但過高的Ca/S值將導(dǎo)致鈣的利用率低且用石灰石漿液量增大，會(huì)導(dǎo)致生成的副產(chǎn)品石膏中增加含有較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳酸鈣，增加石灰石消耗及設(shè)備損耗，會(huì)對泵、攪拌器等設(shè)備產(chǎn)生較大磨損，不利于脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。目前火電廠實(shí)踐生產(chǎn)中，Ca/S控制在1.02～1.05之間比較合理的范圍。

2.3液氣比對脫硫效率的影響

液氣比是指循環(huán)漿液量和標(biāo)態(tài)下的煙氣流量之比。提高漿液循環(huán)量會(huì)導(dǎo)致凈煙氣含水量增加，增大后續(xù)設(shè)備的腐蝕，同時(shí)加大除霧器的負(fù)擔(dān)，加劇堵塞除霧器、煙道等，降低了煙氣抬升力，影響脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運(yùn)行；反之，液氣比太低，會(huì)使脫硫效率下降。在火電廠實(shí)踐運(yùn)行過程中，液氣比的影響因素主要有噴淋層數(shù)、噴淋層間距、噴嘴選型設(shè)計(jì)、煙氣流速的大小以及煙溫的高低等。

2.4入口煙氣溫度對脫硫效率的影響

燃煤火電廠常規(guī)FGD入口的溫度約為100°-160°左右，這個(gè)與燃用煤質(zhì)、鍋爐燃燒情況有關(guān)。這與SO2的吸收過程是一個(gè)放熱的過程有關(guān)聯(lián)，若FGD入口溫度過高，會(huì)造成吸收塔內(nèi)液面SO2平衡分壓上升，導(dǎo)致二氧化硫溶解度下降，脫硫率降低。另外，過高的煙氣溫度還會(huì)降低了吸收塔內(nèi)某些特種材質(zhì)的使用壽命。SO2的吸收速率隨著溫度的升髙而降低，溫度的升高還不利于反應(yīng)向生成石膏過程移動(dòng)。所以在實(shí)際的FGD裝置中，通常高溫原煙氣會(huì)經(jīng)過煙氣換熱器（GGH）來降低進(jìn)入吸收塔的原煙氣溫度或在吸收塔前布置降溫裝置來降低吸收塔入口溫度，提高了脫硫系統(tǒng)的效率[3]。

2.5入口煙氣含塵濃度對脫硫效率的影響

吸收塔在運(yùn)行中若因除塵器故障等原因會(huì)使FGD入口煙塵增加，煙氣中約75%的飛灰留在了漿液中，致使從而會(huì)降低脫硫效率。煙塵中的HF（氟化氫）進(jìn)入脫硫塔與水接觸，與CaCO3中Ca2+與F-發(fā)生反應(yīng)生成CaF2，同時(shí)[4]，飛灰中的鋁離子溶解進(jìn)脫硫塔內(nèi)的漿液中，生成A1Fn多核絡(luò)合物阻礙了石灰石的消溶，導(dǎo)致漿液pH值下降。同時(shí)灰塵中的重金屬離子如Hg、Mg、Cd、Zn等會(huì)抑制Ca2+與HSO3-的反應(yīng)，進(jìn)而影響脫硫效率和石灰石的利用率[5]。此外，飛灰化合成復(fù)合物，形成石灰石顆粒表面包膜，降低活性，也會(huì)影響生成石膏副產(chǎn)品的品質(zhì)。

2.6石灰石品質(zhì)對脫硫效率的影響

石灰石作為吸收劑，品質(zhì)的優(yōu)劣影響著脫硫FGD系統(tǒng)的性能、可靠性以及脫硫效率。石灰石純度低，供應(yīng)量就大，影響了脫硫反應(yīng)的速率，增加了吸收塔的負(fù)荷，使吸收塔的漿液密度不易控制，生成石膏的純度下降。石灰石的粒度越細(xì)，溶解性就越好，與SO2的反應(yīng)速度就越快、越充分，石灰石的利用率就越高，脫硫效率就越好[6]。為了確保煙氣脫硫效果，通常情況下要求石灰石中CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于90%，雜質(zhì)要少，越純越好，一般石灰石細(xì)度在325目，過篩率90%以上最佳，粒徑在40-60μm。在整個(gè)脫硫SO2吸收及氧化的反應(yīng)過程中，除上述原因外，像入口煙氣中SO2濃度、氧化空氣量、氧含量以及吸收塔漿液中的Cl-等也對脫硫效率也有著較大影響，在此不再討論[7]。

3結(jié)語

本文結(jié)合運(yùn)行實(shí)踐生產(chǎn)中脫硫系統(tǒng)的反應(yīng)原理，分析了脫硫系統(tǒng)的pH值、液氣比、石灰石品質(zhì)等各種因素對脫硫效率的影響。通過對每個(gè)電廠的實(shí)際情況如從設(shè)備影響上控制液氣比；從煙氣影響上控制入口煙溫，粉塵濃度；從脫硫劑影響上控制石灰石品質(zhì)；從運(yùn)行參數(shù)上控制吸收塔的pH值、氧化空氣量等去選擇合適的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)，有針對性地控制影響脫硫主要因素，使脫硫運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)控制在合適的范圍內(nèi)，使其脫硫效率達(dá)到設(shè)計(jì)及環(huán)保的各項(xiàng)要求。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：山東國舜建設(shè)集團(tuán)有限公司）