影響石灰石濕法煙氣脫硫效率的因素研究

李大鵬

摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)不斷地發(fā)展，對燃煤機(jī)組二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，吸收塔旁路煙道相繼拆除，現(xiàn)有的濕法脫硫機(jī)組已經(jīng)不能滿足當(dāng)代社會的發(fā)展，這就要求我們進(jìn)一步提高脫硫效率，燃煤機(jī)組進(jìn)行超低排放改造以滿足國家環(huán)保新要求。本文重點介紹了影響石灰石濕法煙氣脫硫效率的因素，并結(jié)合實際應(yīng)用分析了二氧化硫入口濃度，以及煙氣流量和塔內(nèi)煙氣流速，與施工中的PH值、液氣比和吸收區(qū)高度等因素進(jìn)行了分析?？偨Y(jié)出了石灰石濕氣脫硫效率的影響因素，為機(jī)組運行時控制煙氣二氧化硫濃度及設(shè)備改造提供了有效的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：石灰石;煙氣脫硫;脫硫效率;影響因素

中圖分類號：X701.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）19-0179-02

0 引言

國內(nèi)常見的煙氣脫硫工藝，石灰石-石膏煙氣脫硫工藝，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥煙氣脫硫工藝，磷銨肥法煙氣脫硫工藝，爐內(nèi)噴鈣尾部增濕煙氣脫硫工藝，煙氣循環(huán)泵流化床脫硫工藝，海水脫硫工藝，電子束法脫硫工藝，氨水洗滌法脫硫工藝，目前國內(nèi)主流的技術(shù)是石灰石-石膏煙氣脫硫工藝，石灰石濕法脫硫技術(shù)，擁有較高的脫硫速度，且運行相對安全可靠，可以試用各類煤種，擁有豐富的脫硫劑資源，因此受到了廣泛的應(yīng)用。大部分的脫硫工作都應(yīng)用了石灰石濕法煙氣脫硫，我國這類技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常的完善，整體技術(shù)也發(fā)展成熟，火電廠的水平也不斷提高。

1 基本石灰石濕法煙氣脫硫原理

600-1000MW火電燃煤機(jī)組，一般不采用GGH配增壓風(fēng)機(jī)的組合，一般采用引增合一的配置。脫硫煙氣一般從引風(fēng)機(jī)出口進(jìn)入，然后吸收進(jìn)塔。能夠完美的與石灰石漿液逆流相接觸。石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)，吸收塔系統(tǒng)和石灰石漿液制備系統(tǒng)，以及石灰石濕法脫水及儲存系統(tǒng)，工業(yè)水系統(tǒng)，壓縮空氣系統(tǒng)，漿液排放及收集系統(tǒng)和事故噴淋系統(tǒng)十大系統(tǒng)構(gòu)成。十大系統(tǒng)經(jīng)多個供需循環(huán)共同完成石灰石濕法煙氣脫硫工作。

2 石灰石濕法煙氣脫硫總體構(gòu)成

（1）脫硫效率計算。煙氣脫硫效率的計算需要去除SO2的吸收能力，效率是單位時間內(nèi)煙氣脫硫系統(tǒng)除SO2量和進(jìn)入脫硫系統(tǒng)時煙氣中得SO2量的比值。（2）鈣硫比的計算。它是指脫硫系統(tǒng)在達(dá)到一定脫硫效率之后所需要的脫硫吸收劑的過量程度。它等于脫硫系統(tǒng)中鈣基與脫硫系統(tǒng)SO2之間的摩爾數(shù)比值。（3）脫硫系統(tǒng)中的液氣比。系統(tǒng)中液態(tài)和氣態(tài)之間的比之，專業(yè)術(shù)語是指單位體積氣流量在整個脫硫吸收塔中不斷循環(huán)的液體之間的體積比，但從數(shù)值上講，它等于單位時間內(nèi)吸收劑漿液噴淋量和單位時間內(nèi)脫硫下濕煙氣之間的比值。（4）吸收塔。吸收塔是整個設(shè)備最為重要，也是最核心的部分，是整個濕法脫硫系統(tǒng)中必不可少的組成，它是由鋼制容器加內(nèi)襯構(gòu)成，通過相應(yīng)的反應(yīng)，使煙氣中的二氧化硫成功拖出，并與石膏進(jìn)行相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，整個過程體現(xiàn)了化學(xué)原理，與整個脫硫過程密不可分。（5）FGD的含義。FGH是“FLUE GAS DESULFU RIZATION”的縮寫，表示為煙氣脫硫。（6）旁路煙道。脫硫系統(tǒng)煙道有主煙道，而其余分支叫做旁路煙道。（7）原煙道。原煙道與主煙道相連接，只是未到達(dá)通風(fēng)口和吸收塔，未經(jīng)脫硫反應(yīng)的煙道都被稱作原煙道。（8）凈煙道。經(jīng)過吸收塔脫硫處理之后進(jìn)行進(jìn)化處理的煙道稱為凈煙道。

3 濕法煙氣脫硫建立

進(jìn)行濕煙氣脫硫的第一步是通過漿液循環(huán)泵石灰石漿液運至噴淋層噴出，然后降落到漿液池中，這個過程是要讓漿液吸收二氧化硫，然后進(jìn)行反應(yīng)。濕法煙氣脫硫需要進(jìn)行相應(yīng)的模型建立，為了便于建立模型做出以下計算，對吸收塔模型建立一下模擬理論[1]：

（1）塔內(nèi)吸收過程要遵循雙模理論;（2）模型不考慮外界因素，進(jìn)入塔內(nèi)的二氧化硫?qū)γ摿虻挠绊懖挥嬈鋬?nèi);（3）塔內(nèi)石灰石漿液吸收二氧化硫的整個過程即為瞬時反應(yīng);（4）漿液滴落過程，不考慮液滴碰撞，且模擬為液滴大小相等;（5）計算用到的化學(xué)公式有：①SO2+H2O→H2SO3;②CaCO3+ H2SO3→CaSO3+CO2+H2O;③CaSO3+1/2O2→CaSO4;④CaSO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2OCaSO4+2H2O→CaSO42H2O;⑤CaSO3+H2SO3→Ca（HSO3）2PH。

依據(jù)以上條件進(jìn)行模型的建設(shè)，和化學(xué)公式可以精準(zhǔn)的計算出二氧化硫在過程中的分壓和效率，以及工作中的壓強(qiáng)。吸收塔內(nèi)反應(yīng)中引起高度方向?qū)⒎磻?yīng)區(qū)分為多個小單元我們用符號i表示，二氧化硫與脫硫劑在漿液池內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)脫硫煙向上擴(kuò)散有一個平面流向另一個斷面時，其中二氧化硫的含量是發(fā)生改變的。建立濕法煙氣脫硫建立能有效提高工作效率。

4 常見的石灰石濕法煙氣脫硫方法

我國國內(nèi)濕法脫硫大致可以分為兩種：一種是石膏法，一種是拋棄法。兩種方法各有優(yōu)勢及特點。要根據(jù)不同情況，不同的環(huán)境地點進(jìn)行相應(yīng)的石灰石濕法煙氣脫硫工作[2]。

4.1 常用方法石膏法

該技術(shù)最大的特點在于向吸收塔的漿液中釋放空氣，使得空氣與CaSO3發(fā)生氧化反應(yīng)生成CaSO4（石膏），脫硫的副產(chǎn)品為主要為石膏。進(jìn)入的空氣產(chǎn)生更大的作用就是起到氧化的作用，這種方法大大提高了脫硫率，并且成功率可達(dá)90%以上，經(jīng)過現(xiàn)代科技的有效控制，能夠有效的防治結(jié)垢和堵塞等現(xiàn)象。由于我國石灰石價格比較便宜，運輸與保存沒有特殊的要求，因而石灰石的是目前最重要的脫硫劑。我國大多數(shù)火電廠煙氣脫硫設(shè)備，都是采用石灰石濕法脫硫，石灰石主要優(yōu)點是：適用的煤種的要求低且使用范圍廣、脫硫效率比較高、吸收劑能夠反復(fù)利用、設(shè)備運轉(zhuǎn)速度快，效率高、工作的可靠性安全性比較好。目前脫硫劑-石灰石來源豐富且價格便宜。但是石灰石濕法煙氣脫硫也存在一些問題：初期工程投資巨大、運行費用不低、占地面積巨大、系統(tǒng)管理操作相對復(fù)雜、磨損腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重減少了機(jī)器的使用壽命、市場對石膏需求不大，副產(chǎn)物很難被處理大量堆放沒有價值，對廢水的處理不到位等。

4.2 常用方法拋棄法

主要是通過對石灰石或石灰的漿液進(jìn)行脫硫，在吸收塔內(nèi)對SO2煙氣進(jìn)行洗滌，通過這類操作使煙氣中的SO2經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成CaSO3和CaSO4，這個反應(yīng)會產(chǎn)生大量的鈣。濕法煙氣脫硫系統(tǒng)Ca的產(chǎn)生與H的濃度和CaCO3的存在密切相關(guān);對于拋棄法來講，很大的問題來自于鈣的生成，它容易形成結(jié)垢與堵塞，溶液或漿液中的水分在吸收過程中蒸發(fā)而使其中解析出的物質(zhì)發(fā)生固體沉積：氫氧化鈣或碳酸鈣沉積時最常見的堵塞物;反應(yīng)產(chǎn)物CaSO4或CaSO4的結(jié)晶析出等。但這類方法也有相應(yīng)的優(yōu)勢：它的持液量特別大、氣液間相對速度高、氣液接觸面大、內(nèi)部構(gòu)件簡單經(jīng)濟(jì)成本低、阻力相對小，從某些方面來說也占據(jù)了一定的優(yōu)勢，這些特有的特點不可以被忽視。對洗滌塔要求比較高主要有固定填充、轉(zhuǎn)盤、湍流、文丘里、道爾型等洗滌方式，操作的可靠性和脫硫效率往往呈現(xiàn)反比。同樣廢棄物的處理也是很大的問題，需要占用大量的空間，因此這類方法與石膏法相比較，已經(jīng)落伍。

5 脫硫效率的影響因素

5.1 煙氣含硫量

脫硫效率可隨煙氣含硫量的增加而降低，當(dāng)保持二氧化硫含量不斷增加時，石灰石濕法脫硫，其他運行條件不變，脫硫效率可隨煙氣含硫量的增加而不斷降低，這是由于煙氣含硫量升高，能夠吸收石灰石，快速耗盡石灰石，影響脫硫效率。因此想要提高脫硫效率，就要降低煙氣含硫量，降低含硫量可進(jìn)行燃燒前對煤炭脫硫一般可分為物理脫硫法，化學(xué)脫硫法和生物脫硫法。

5.2 吸收塔入口脫硫煙氣量

由于機(jī)組負(fù)荷或煤質(zhì)的影響，進(jìn)入吸收塔的煙氣流量會有很大的變化，煙氣流量的變化必然會導(dǎo)致氣流速度產(chǎn)生變化，煙氣流量增加時，PH值就會降低，這樣就是得脫硫，效率也降低，但隨著煙氣流量的增加，噴淋漿液密度就會提高，反而增加了吸收塔內(nèi)單位體積的含氧液量，增加了漿液與煙氣的接觸面積，從而使得二氧化碳吸收量和脫硫效率增加[3]。

5.3 吸收塔內(nèi)煙氣流速

當(dāng)脫硫工作時其他參數(shù)不變時，對塔內(nèi)煙氣流速進(jìn)行增加。煙氣與漿液的反應(yīng)時間縮短，相應(yīng)的阻力也變小，反應(yīng)效果不好造成脫硫效率降低。隨著煙氣流速的增加，達(dá)到某種飽和之后，脫硫效率反而會降低，所以想要提高脫硫效率，就要嚴(yán)格的控制吸收塔內(nèi)煙氣流動速度。

5.4 吸收塔漿液PH值

PH值是石灰石濕法脫硫工作運行中重要的一個環(huán)節(jié)，PH值越高越有利于二氧化硫的吸收脫硫效率高，PH值越低越有利于石膏的形成，二者相互對立，但PH>5.8后脫硫效率不會繼續(xù)上升，反而降低，主要原因是氫離子濃度降低，石膏形成困難，影響了反應(yīng)，根據(jù)研究的曲線，PH值保持在5.2-5.6左右最為合適。

5.5 液氣比

在其他參數(shù)一定的條件下，不斷增加液氣比，總結(jié)液氣比與脫硫效率的關(guān)系。這樣有利于吸收塔塔內(nèi)噴淋密度和脫硫煙氣漿液接觸面積的增加，從而能夠增加吸收的推動力，最大限度的增加脫硫效率，合理的液汽比控制在7-9之間，增加液汽比的方法有增加漿液循環(huán)泵，采用高效霧化噴嘴，增加噴淋層湍流器等。

5.6 吸收區(qū)高度

當(dāng)其他條件一定是，我們比較吸收塔吸收區(qū)高度，發(fā)現(xiàn)增加角液池液面高度，能夠提高整個系統(tǒng)的脫硫系數(shù)，但是增加高度耗費的財力和時間相對較大，并且運行過程中會增大塔內(nèi)壓力損失，并且增加了電廠用電量，不利于系統(tǒng)的運行。

5.7 氧量

CaSO3形成CaSO4的反應(yīng)中需要氧氣的參與，各其他工況不變的情況下，煙氣中的氧量及氧化風(fēng)機(jī)的氧量含量高，則反應(yīng)越好，脫硫效率呈上升趨勢，因此合理控制氧量也是影響脫硫效率的因素之一。

5.8 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，通過吸收塔漿液化學(xué)成分的取樣分析結(jié)果，當(dāng)漿液密度>1085kg/m3時，石膏濃度趨于飽和，此時將抑制二氧化硫的吸收反應(yīng)，脫硫效率會有所下降，當(dāng)漿液密度過低時，石膏中的碳酸鈣含量增多，造成石膏品質(zhì)過低，石灰石單耗增加，經(jīng)濟(jì)性較差。

6 結(jié)語

其他影響因素還有石灰石漿液密度、煙塵、煙溫、重金屬等等因素，通過對石灰石濕法脫硫的研究，我們能夠還原脫硫效率的模型，進(jìn)行全方面的研究，并且通過各類影響因素的控制實驗，得出了新各類因素與脫硫效率之間的關(guān)系，在設(shè)備運行PH值、漿液密度等控制方面及增效的改造方面提供依據(jù)，為機(jī)組提高脫硫效率保證環(huán)保經(jīng)濟(jì)運行提供有效參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉興南，陳建民.大氣二次細(xì)顆粒物形成機(jī)理的前沿研究[J].化學(xué)進(jìn)展，2009（2）：288-296.

[2] 任志華，沈炳耘，王蘇琛.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫效率的影響因素與分析[J].科技視界，2013（4）：99-100.

[3] 潘衛(wèi)國，豆斌林，李紅星，等.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫過程中影響脫硫率的因素[J].發(fā)電設(shè)備，2007（1）：78-82.