影響燃煤電廠煙氣脫氯反應(yīng)效率中試試驗研究

王曉寧

(山西省臨汾生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山西 臨汾 041000)

近年來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，我國仍然是世界上最大的能源消費國。同時，由于我國煤炭資源豐富，且燃煤發(fā)電技術(shù)發(fā)展成熟可靠，因此我國主要以火力發(fā)電為主。然而，經(jīng)過多年的監(jiān)測及研究顯示，火電力行業(yè)是我國大氣污染物的主要排放來源。而為了響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護理念，國家于2015年12月2日對燃煤電廠提出了“超低排放”的要求。

HCl是酸雨形成的主要成分，具有強腐蝕性，且會危害人類健康。對于燃煤機組而言，如果煙氣中HCl濃度過高，不僅會影響石灰石溶解及脫硫效率，還會嚴重腐蝕設(shè)備，造成設(shè)備堵塞現(xiàn)象。更重要的是，燃煤煙氣脫氯是一項實現(xiàn)脫硫廢水零排放的新技術(shù)[1]。為此，本文主要探討煙煤電廠影響煙氣脫氯反應(yīng)效率的主要因素及影響效果，以降低HCl對儀器設(shè)備及人類產(chǎn)生危害，同時，為煙氣脫氯實現(xiàn)脫硫廢水零排放技術(shù)可行性提供一定的依據(jù)。

1 氯化氫采樣及檢測

1.1 采樣

HCl采樣儀器設(shè)備主要有洗氣瓶、取樣槍、吸收瓶、硅膠管、干燥管、流量計、調(diào)節(jié)閥以及真空泵等。具體操作步驟為：洗氣瓶內(nèi)裝50.0 mL吸收液，以1 L/min流量采樣20 min。HCl采樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 HCl氣體釆樣結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 檢測

本試驗采用戴安ICS-000型離子色譜儀，配IonPacAS11陰離子交換色譜柱(250 mm×4.0 mm)檢測HCl。在對樣品進行檢測前，需要建立離子色譜標準曲線。標線建立完成后，即可進樣進行測量。離子色譜法在分析陰、陽離子方面優(yōu)勢突出，本次單次測量時間固定為10 min，溶液進樣體積為50 μL。

2 影響煙氣脫氯反應(yīng)效率的主要因素

2.1 噴嘴布置方式

噴嘴是煙氣脫氯實現(xiàn)脫硫廢水零排放技術(shù)的核心設(shè)備。根據(jù)煙氣流向，噴嘴的布置方式分為順噴和逆噴兩種。分別討論噴嘴布置方式對霧化效果、煙溫影響等的影響。

1) 對霧化效果的影響。將噴嘴固定在支架上，利用風(fēng)扇研究順噴和逆噴對噴嘴霧化的影響。結(jié)果顯示，相比于與煙氣流動方向相同的順噴，逆噴可以增大霧化角，增強霧化液滴與煙氣的混合。

2) 對煙溫的影響。霧化液滴與煙氣的混合狀況將直接影響煙氣溫度的變化，本文利用中試試驗臺和中試自動控制系統(tǒng)進行試驗。結(jié)果表明，順噴和逆噴在距離噴嘴最近的3個測點的溫度皆陡然下降，且隨著距離噴嘴位置的逐漸增大，順噴和逆噴溫降逐漸減小，當距離噴嘴4.75 m處時，溫降符合熱平衡計算結(jié)果；可能由于逆噴工況下霧化液滴與煙氣混合情況要好于順噴，故逆噴在距離噴嘴最近的3個測點的溫度下降更小，且在相同噴堿液量的工況下，逆噴的溫降要小于順噴。距離噴嘴4.75 m處順噴和逆噴的溫降情況如圖2所示。

圖2 距離噴嘴4.75 m處順噴和逆噴對溫降的影響

2.2 噴堿液量

在機組滿負荷工況下，研究堿液量分別為0、50、100、150、200、250 mL/min情況下順噴與逆噴對煙氣溫度的影響。結(jié)果顯示，無論是順噴還是逆噴，噴堿液量與溫降成正比，與煙氣溫度成反比；與脫硫廢水回噴相比，煙氣脫氯技術(shù)所造成的溫降更小，尤其當堿液流量為100 mL/min時，溫降大約僅為2 ℃，為煙氣脫氯技術(shù)可行性研究中的最佳噴堿液量，且可以避免脫硫廢水回噴引起的積灰結(jié)渣、低溫腐蝕等問題。

2.3 Na/Cl化學(xué)計量比對煙氣脫氯效率的影響

在機組滿負荷工況并保持工況不變條件下，劉暢等研究表明，當Na/Cl化學(xué)計量比為4.48時，脫氯效率為58.36%[2]。為研究Na/Cl化學(xué)計量比對煙氣脫氯效率的影響，本文選取NaOH作為堿基物質(zhì)，配制濃度為2.55 mol/L的堿基溶液。其結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，總體看來，HCl的脫除效率隨Na/Cl化學(xué)計量比的增加而增加。具體為，當Na/Cl化學(xué)計量比為0～6時，HCl的脫除效率迅速增

圖3 Na/Cl化學(xué)計量比對燃煤煙氣脫氯效率的影響

高，從0%增高到58%；當Na/Cl化學(xué)計量比大于6時，HCl的脫除效率增加比較緩慢?？赡苁且驗?，當Na/Cl化學(xué)計量比過大，大部分的NaOH都被SO2消耗。然而，NaOH的價格是石灰石的8倍，會大大增加運行成本。因此需要選擇最佳Na/Cl化學(xué)計量比，在機組滿負荷工況并保持工況不變條件下，實現(xiàn)脫硫廢水零排放及經(jīng)濟性目標。

2.4 堿基溶液濃度對煙氣脫氯效率的影響

與干法及濕法脫氯技術(shù)不同，在半干法煙氣脫氯技術(shù)中，還存在HCl溶于水后與堿基物質(zhì)接觸的過程，以及吸收液蒸發(fā)干燥的過程。因此，半干法煙氣脫氯技術(shù)與堿基溶液濃度密切相關(guān)，需要通過試驗研究堿基溶液濃度對煙氣脫氯效率的影響。本文研究噴入Na/Cl化學(xué)計量比為7.09時不同堿基溶液濃度的煙氣脫氯效率。其結(jié)果如圖4所示。

圖4 堿基溶液濃度對脫氯效率的影響

由圖4可知，總體看來，HCl的脫除效率隨堿基溶液濃度的增加而逐漸降低。具體的，當堿基溶液濃度為1 mol/L～5 mol/L時，HCl的脫除效率下降較為緩慢，HCl的脫除效率可達60%以上；當堿基溶液濃度大于5 mol/L時，HCl的脫除效率較為迅速地下降，尤其當堿基溶液濃度達7.6 mol/L時，脫氯效率陡降至46%左右。可能是由于，堿基物質(zhì)濃度過高，其經(jīng)噴嘴霧化后會立刻被煙氣干燥蒸發(fā)，造成可以通過充分接觸而去除HCl的氣-液反應(yīng)時間降低，從而導(dǎo)致脫氯效率大幅度降低。然而，堿基溶液濃度又并非越低越好，因為過低的堿基溶液濃度會增大噴入煙道的吸收液流量，從而導(dǎo)致堿基溶液腐蝕電極，影響機組安全運行。此外，因為脫硫廢水的排放并不是連續(xù)排放，因此堿基溶液濃度在一定范圍內(nèi)可以變化意義重大。

3 結(jié)論

本文通過對影響燃煤電廠煙氣脫氯反應(yīng)效率中試試驗研究，得出如下結(jié)論：

1) 相比于與煙氣流動方向相同的順噴，逆噴可以增大霧化角，增強霧化液滴與煙氣的混合。同時，在距離噴嘴相同距離下，或者在相同噴堿液量的工況下，逆噴的溫降低于順噴。綜合考慮，在進行工業(yè)應(yīng)用時盡量選擇逆噴方式。

2) 無論是順噴還是逆噴，噴堿液量與溫降成正比，與煙氣溫度成反比。且與脫硫廢水回噴相比，煙氣脫氯技術(shù)所造成的溫降更小，更有利于實現(xiàn)脫硫廢水零排放。

3) 堿基溶液濃度對煙氣脫氯效率有一定的影響，當脫硫廢水排放量變化時，為了減少不必要的試劑浪費，更好地實現(xiàn)煙氣脫氯技術(shù)基本保持穩(wěn)定及廢水零排放，可在一定幅度上改變堿基溶液濃度。如，當選取NaOH作為堿基物質(zhì)時，其溶液濃度在1.69 mol/L～5.06 mol/L為最佳。