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濕電咨詢服務(wù)： 陶經(jīng)理18332815001 張經(jīng)理18633235200
摘要：通過(guò)對(duì)濕法煙氣脫硫工藝過(guò)程的分析和系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果，總結(jié)出原煙氣中氧量、粉塵、溫度等參數(shù)的變化和工藝過(guò)程控制、設(shè)備運(yùn)行方式的改變對(duì)煙氣脫硫效率的影響規(guī)律，對(duì)運(yùn)行實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：煙氣脫硫；二氧化硫；脫硫率；影響因素
1 前言
濕式石灰石－石膏煙氣脫硫（以下簡(jiǎn)稱FGD）是目前世界上技術(shù)最成熟、實(shí)用業(yè)績(jī)最多、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝，脫硫效率在90％以上，副產(chǎn)品石膏可回收利用。杭州半山發(fā)電有限公司采用德國(guó)斯泰米勒公司石灰石－石膏濕法工藝，處理4、5號(hào)爐2×125 MW機(jī)組的全部燃煤煙氣，最大處理煙氣量1．0×106 m3／h（濕），脫硫率在95％以上，F(xiàn)GD出口SO2排放濃度＜180 mg／m3，作為煙氣脫硫的副產(chǎn)品石膏，其純度＞90％，含水率＜10％。
濕法煙氣脫硫工藝涉及到一系列的化學(xué)和物理過(guò)程，脫硫效率取決于多種因素。在原料方面，工藝水品質(zhì)、石灰石粉的純度和顆粒細(xì)度等直接影響脫硫化學(xué)反應(yīng)活性；在工藝控制方面，石灰石粉的制漿濃度、石膏旋流站排出的廢水流量設(shè)定等都與脫硫率有關(guān)，而FGD關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行和控制方式將決定脫硫效果和終產(chǎn)物石膏的品質(zhì)；機(jī)組原煙氣參數(shù)如溫度、SO2濃度、氧量、粉塵濃度等也不同程度地影響脫硫反應(yīng)進(jìn)程。本文旨在探討原煙氣與脫硫劑的接觸反應(yīng)時(shí)間、原煙氣參數(shù)的變動(dòng)、吸收塔漿液pH值、石膏漿液密度等因素對(duì)煙氣脫硫效率的影響規(guī)律，為優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行、提高脫硫效率提供參考。
2 濕法脫硫工藝過(guò)程分析
FGD包括增壓風(fēng)機(jī)、氣－氣加熱器、吸收塔、石灰石制漿系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)和廢水處理等部分，其中吸收塔是煙氣脫硫反應(yīng)的關(guān)鍵部分，見(jiàn)圖1所示。濕法煙氣脫硫工藝的主要原理是以石灰石漿液作為脫硫劑，在吸收塔（洗滌塔）內(nèi)對(duì)含有SO2的煙氣進(jìn)行噴淋洗滌，使SO2與漿液中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaSO3和CaSO4而將SO2去除，其化學(xué)反應(yīng)如下：
氣相部分：SO2＋H2O＋1／2O2→H2SO4
液相部分：H2SO4＋CaCO3＋H2O→CaSO4•2H2O ＋CO2↑
吸收塔由兩層攪拌器（上、下各3臺(tái)）、漿液噴淋盤(pán)（4層，交錯(cuò)排列）、兩級(jí)除霧器組成，在添加新鮮石灰石漿液的情況下，石灰石、石膏和水的混合物通過(guò)4臺(tái)循環(huán)泵至噴淋盤(pán)，漿液經(jīng)噴嘴霧化成霧滴，從上部向下噴灑。煙氣分別
4、5號(hào)爐煙道引出，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)至氣－氣加熱器，煙溫從135℃降至100℃左右，然后進(jìn)入吸收塔下部，在塔內(nèi)上升過(guò)程中與霧滴充分接觸，大部分SO2、SO3、HCl等從煙氣中去除，反應(yīng)后的凈煙氣通過(guò)除霧器，以除去夾帶的液滴，然后進(jìn)入氣－氣加熱器被加熱后排至煙囪。
在吸收塔內(nèi)，通過(guò)氧化風(fēng)機(jī)將空氣引入到漿液中，再經(jīng)攪拌器攪拌使氧充分注入漿液，這樣既保證了被吸收的SO2與漿液反應(yīng)后生成的HSO3－完全氧化成SO42－，又減少了漿液發(fā)生結(jié)垢的可能性，使石膏CaSO4•2H2O結(jié)晶析出，在吸收塔內(nèi)停留一定時(shí)間后，通過(guò)石膏外排泵送至石膏旋流站。經(jīng)旋流器分離的高濃度石膏漿液進(jìn)入真空皮帶機(jī)脫水形成水分少于10％的石膏，低濃度的旋流溢流液則返回至吸收塔繼續(xù)反應(yīng)或進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)。
從濕法煙氣脫硫工藝過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)歷程不難發(fā)現(xiàn)，提高煙氣與混合漿液的接觸反應(yīng)時(shí)間、增加漿液循環(huán)量、增加氧量、控制吸收塔漿液合理的pH值等措施都將有利于SO2的吸收、脫硫率的提高和石膏的形成。
3 影響脫硫率的因素分析
濕法煙氣脫硫效率與原煙氣參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行方式等有直接關(guān)系，而且許多因素是共同作用的。半山發(fā)電廠4、5號(hào)機(jī)組燃煤平均含硫率為0．8％，進(jìn)入吸收塔的煙氣中SO2濃度在1500 mg／m3（干）左右，由于煤種的變換，實(shí)際運(yùn)行中SO2進(jìn)口濃度在900 mg／m3～3500 mg／m3之間波動(dòng)，脫硫率也不十分穩(wěn)定，當(dāng)原煙氣中SO2突然升高時(shí)，脫硫率會(huì)有所下降，但若能有效地控制設(shè)備運(yùn)行方式，就能保障FGD有較高而穩(wěn)定的脫硫率。表1收集了在FGD整套啟動(dòng)調(diào)試和試運(yùn)行期間，比較典型的各種工況下的運(yùn)行參數(shù)，從中可以發(fā)現(xiàn)吸收塔漿液pH變化、循環(huán)泵運(yùn)行方式、氧化風(fēng)機(jī)投運(yùn)臺(tái)數(shù)等對(duì)脫硫率的影響規(guī)律。
3．1煙氣與脫硫劑接觸時(shí)間
煙氣自氣－氣加熱器進(jìn)入吸收塔后，自下而上流動(dòng)，與噴淋而下的石灰石漿液霧滴接觸反應(yīng)，接觸時(shí)間越長(zhǎng)，反應(yīng)進(jìn)行得越完全。每層噴淋盤(pán)對(duì)應(yīng)一臺(tái)循環(huán)泵，排列順序?yàn)?、2、3、4號(hào)自下而上（見(jiàn)圖1），4號(hào)循環(huán)泵對(duì)應(yīng)的噴淋盤(pán)位置最高，與煙氣接觸洗滌的時(shí)間最長(zhǎng)，因此投運(yùn)4號(hào)循環(huán)泵有利于煙氣和脫硫劑充分反應(yīng)，相應(yīng)的脫硫率也高。從表1實(shí)際運(yùn)行的情況可以發(fā)現(xiàn)，在處理1臺(tái)機(jī)組煙氣時(shí)，不論運(yùn)行哪3臺(tái)循環(huán)泵都能保持很高的脫硫率，而運(yùn)行2臺(tái)循環(huán)泵時(shí)如果開(kāi)啟4號(hào)循環(huán)泵，則脫硫率可比運(yùn)行其它循環(huán)泵時(shí)的脫硫率高出1～2％，效果顯著；處理2臺(tái)機(jī)組煙氣時(shí)，2、3、4循環(huán)泵聯(lián)合運(yùn)行時(shí)的脫硫率要比1、2、3號(hào)泵聯(lián)合運(yùn)行時(shí)高出3％以上，可見(jiàn)，4號(hào)循環(huán)泵的投運(yùn)對(duì)提高脫硫率效果顯著，3號(hào)循環(huán)泵的影響次之，2號(hào)、1號(hào)依次減弱，也就是說(shuō)，煙氣與脫硫劑的接觸時(shí)間越長(zhǎng)，脫硫率越高。另外，新鮮的石灰石漿液是通過(guò)3號(hào)或4號(hào)循環(huán)管注入的，所以3、4號(hào)循環(huán)泵的投運(yùn)與否將直接影響脫硫率。
3．2 漿液循環(huán)量
新鮮的石灰石漿液噴淋下來(lái)后與煙氣接觸后，SO2等氣體與石灰石的反應(yīng)并不完全，需要不斷地循環(huán)反應(yīng)，從表1可以發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行3臺(tái)循環(huán)泵的脫硫率明顯高于只運(yùn)行2臺(tái)的工況。原因是增加了漿液的循環(huán)量，也就加大了CaCO3與SO2的接觸反應(yīng)機(jī)會(huì)，從而提高了SO2的去除率。此外，增加漿液的循環(huán)量，將促進(jìn)混合漿液中的HSO3－氧化成SO42－，有利于石膏的形成。
3．3 吸收塔漿液pH值
煙氣中SO2與吸收塔漿液接觸后發(fā)生如下一些化學(xué)反應(yīng)：
SO2＋H2O＝HSO3－＋H＋
CaCO3＋H＋＝HCO3－＋Ca2＋
HSO3－＋1／2O2＝SO4 2－＋H＋
SO42－＋Ca2＋＋2H2O＝CaSO4•2H2O
從以上反應(yīng)歷程不難發(fā)現(xiàn)，高pH的漿液環(huán)境有利于SO2的吸收，而低pH則有助于Ca2＋的析出，二者互相對(duì)立，因此選擇一合適的pH值對(duì)煙氣脫硫反應(yīng)至關(guān)重要。為此我們做了一次試驗(yàn)，在連續(xù)一段時(shí)間（10 h）內(nèi)，人為調(diào)整石灰石漿液進(jìn)吸收塔的流量，使?jié){液的pH值先從小到大，然后又逐漸減少，圖2反映了pH變化時(shí)，脫硫率及漿液中CaCO3、CaSO4•2H2O含量的變化曲線。
通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)隨著吸收塔漿液pH的升高，脫硫率一般也呈上升趨勢(shì)，因?yàn)楦遬H意味著漿液中有較多的CaCO3存在，對(duì)脫硫當(dāng)然有益，但pH＞5．8后脫硫率不會(huì)繼續(xù)升高，反而降低，原因是隨著H＋濃度的降低，Ca2＋的析出越來(lái)越困難，當(dāng)pH＝5．9時(shí)，漿液中CaCO3的含量達(dá)到2．98％，而CaSO4•2H2O含量也低于90％，顯然此時(shí)SO2與脫硫劑的反應(yīng)不徹底，既浪費(fèi)了石灰石，又降低了石膏的品質(zhì)，pH再下降時(shí)，CaSO4•2H2O含量又回升，CaCO3則降低。因此，漿液pH值既不能太高又不能太低，一般情況下控制吸收塔漿液的pH在5．4～5．5之間，能使脫硫反應(yīng)的Ca／S保持在設(shè)計(jì)值（1．02左右）內(nèi)，獲得較為理想的脫硫率，同時(shí)又使?jié){液中CaCO3的含量低于1％。
3．4氧量
O2參與煙氣脫硫的化學(xué)過(guò)程，使4HSO3－氧化為SO42－，圖3顯示了接收二臺(tái)機(jī)組煙氣時(shí)，在煙氣量、SO2濃度、煙溫等參數(shù)基本恒定的情況下氧量對(duì)脫硫率的影響曲線，隨著煙氣中O2含量的增加，CaSO4•2H2O的形成加快，脫硫率也呈上升趨勢(shì)。當(dāng)原煙氣中氧量一定時(shí)，可入為往吸收塔漿液中增加氧氣，所以多投運(yùn)氧化風(fēng)機(jī)可提高脫硫率。當(dāng)煙氣中O2含量為6．0％時(shí)，運(yùn)行2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)比運(yùn)行1臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)的脫硫率高出2％左右。
3．5 石膏漿液密度
隨著煙氣與脫硫劑反應(yīng)的進(jìn)行，吸收塔的漿液密度不斷升高，通過(guò)吸收塔漿液化學(xué)成分的取樣分析結(jié)果，當(dāng)密度＞1085 kg／m3時(shí)，混合漿液中Ca－CO3和CaSO4•2H2O的濃度已趨于飽和，CaSO4•2H2O對(duì)SO2的吸收有抑制作用，脫硫率會(huì)有所下降；而石膏漿液密度過(guò)低（＜1075 kg／m3＝時(shí)，說(shuō)明漿液中CaSO4•2H2O的含量較低，CaCO3的相對(duì)含量升高，此時(shí)如果排出吸收塔，將導(dǎo)致石膏中Ca－CO3含量增高，品質(zhì)降低，而且浪費(fèi)了脫硫劑石灰石。因此運(yùn)行中控制石膏漿液密度在一合適的范圍內(nèi)（1075～1085 kg／m3），將有利于FGD的有效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
3．6 煙塵
原煙氣中的飛灰在一定程度上阻礙了SO2與脫硫劑的接觸，降低了石灰石中Ca2＋的溶解速率，同時(shí)飛灰中不斷溶出的一些重金屬如Hg、Mg、Cd、Zn等離子會(huì)抑制Ca2＋與HSO3－的反應(yīng)。試驗(yàn)證明，如果煙氣中粉塵含量持續(xù)超過(guò)400 mg／m3（干），則將使脫硫率下降1％～2％，并且石膏中CaSO4•2H2O的含量降低，白度減少，影響了品質(zhì)。
3．7 煙氣溫度
實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷變化較頻繁，F(xiàn)GD進(jìn)口煙溫也會(huì)隨之波動(dòng)，對(duì)脫硫率有一定的影響。理論上進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度越低，越利于SO2氣體溶于漿液，形成HSO3－，所以高溫的原煙氣先經(jīng)過(guò)氣－氣加熱器降溫后再進(jìn)入吸收塔與脫硫劑接觸有利于SO2的吸收。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，在處理二臺(tái)機(jī)組煙氣、運(yùn)行2、4號(hào)循環(huán)泵、進(jìn)口煙氣SO2濃度和氧量基本不變的工況下，當(dāng)進(jìn)入吸收塔的煙溫為96℃時(shí)，脫硫率為92．1％；當(dāng)煙溫升到103℃時(shí)，脫硫率已下降至84．8％，而接收一臺(tái)機(jī)組煙氣時(shí)煙溫對(duì)脫硫率的影響就更明顯了。
4 結(jié)論
（1）濕法煙氣脫硫過(guò)程中，煙氣與脫硫劑的接觸反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)、吸收塔漿液循環(huán)量越多越有利于脫硫率的提高。
（2）進(jìn)入吸收塔的原煙氣中O2含量高、粉塵濃度低、煙溫低等都對(duì)脫硫反應(yīng)有利，當(dāng)氧量一定時(shí)，增開(kāi)一臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)能提高脫硫效率。
（3）保持吸收塔漿液pH在5．4～5．5之間，可使FGD保持較好的脫硫效果和石膏品質(zhì)，pH太高不利于Ca2＋的析出和石灰石的充分利用，pH過(guò)低則影響SO2的吸收。
（4）吸收塔漿液密度過(guò)高會(huì)降低脫硫率，過(guò)低時(shí)脫硫劑的利用不徹底，保持漿液密度在1075～1085 kg／m3之間，可獲得較好的脫硫效果
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