石灰—石膏濕法煙氣脫硫塔體結(jié)垢的原因及裝置的技術(shù)改造

李妮妮 鄭鵬輝 皇甫瑞麗

摘 要：石灰-石膏濕法煙氣脫硫是目前應(yīng)用最為廣泛且最為成熟的煙氣脫硫技術(shù)之一，影響該種濕法煙氣脫硫系統(tǒng)脫硫效率的因素是多方面的，有液氣比、漿液pH值、石灰的溶解度、塔體結(jié)垢等多種因素。文章旨在探討針對塔體結(jié)垢影響系統(tǒng)效率的因素，采用添加新設(shè)備以及對原有設(shè)備進(jìn)行改造的脫硫系統(tǒng)提效。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硫；脫硫效率；提效

前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，城市化和工業(yè)化進(jìn)程日益加快，各種大氣污染物急劇增加，國家“十二五”規(guī)劃綱要中提出“要強(qiáng)化污染物排放和治理，推進(jìn)火電、鋼鐵、有色、化工、建材等行業(yè)二氧化硫和氮氧化物治理……”這對于環(huán)保企業(yè)來說，即是機(jī)遇，又是挑戰(zhàn)。

煙氣脫硫技術(shù)分濕法、半干法、干法三類，其中濕法煙氣脫硫工藝已有幾十年的發(fā)展歷史，技術(shù)上日趨成熟完善，根據(jù)吸收劑的不同又有多種不同工藝，常見的有石灰石/石灰-石膏法、海水法、氨法、雙堿法等。石灰-石膏濕法脫硫工藝由于具有吸收劑來源豐富、成本低廉、脫硫效率高以及副產(chǎn)品可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，成為廣泛應(yīng)用的一種煙氣脫硫工藝。

石灰-石膏濕法煙氣脫硫過程是采用具有堿性特性的吸收液吸收酸性煙氣，并將吸收后的產(chǎn)物氧化成副產(chǎn)品石膏的過程，該過程涉及一系列的物理化學(xué)過程，影響這一過程煙氣脫硫效率的主要因素有液氣比，漿液的pH值，煙氣流速以及接觸的時間[1]，文章旨在討論塔體結(jié)垢對脫硫系統(tǒng)的影響以及所采取的改進(jìn)的技術(shù)。

1 塔體結(jié)垢的類型及其產(chǎn)因

石灰-石膏濕法煙氣脫硫是采用石灰漿液吸收煙氣中SO2而將其從煙氣中脫除，最后將反應(yīng)產(chǎn)物氧化結(jié)晶成副產(chǎn)品石膏并加以回收利用的脫除原理。這一工藝主要涉及兩個過程，一是SO2的吸收，二是反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)晶氧化。在氧化結(jié)晶階段，若各參數(shù)如液氣比、漿液的pH值等控制不當(dāng)，會引起塔底漿液的溶解性降低，造成系統(tǒng)結(jié)垢。脫硫系統(tǒng)的結(jié)垢會增加系統(tǒng)阻力、降低脫硫效率，典型的石灰-石膏濕法煙氣脫硫結(jié)垢主要有以下兩種類型：

第一：石膏垢，當(dāng)吸收塔的石膏漿液中CaSO4過飽和度≥1.4[1]時，溶液中的CaSO4就會在吸收塔內(nèi)各組件表面析出結(jié)晶形成石膏垢。石膏垢分布在吸收塔壁面及循環(huán)泵入口、噴淋管網(wǎng)母管支管噴嘴等、石膏泵入口濾網(wǎng)的兩側(cè)，以及在水力旋流器溢流的蓋子和底部分流器管子上。另外，在上層除霧器的葉片上，由于沖洗不徹底，也有明顯的漿液黏積現(xiàn)象。CaSO4·2H2O的結(jié)垢非常堅硬，這種硬垢不能用降低pH值的方法溶解掉，必須用機(jī)械方法清除。更為嚴(yán)重的是，CaSO4·2H2O結(jié)垢一旦形成，將以此結(jié)垢處為“據(jù)點(diǎn)”，繼續(xù)擴(kuò)大，即使將相對飽和度降至正常工況也無法避免。要是過飽和對小于1.4，運(yùn)行人員要嚴(yán)格控制吸收塔內(nèi)石膏漿液濃度、液氣比，并提高氧化率。

當(dāng)系統(tǒng)的氧化程度低時，生成的CaSO3·1/2H2O的溶解度較低，僅為0.0043g/100mL，（18°C），極易達(dá)到飽和而結(jié)晶在塔壁和部件表面，隨著晶核增大，形成很厚的垢層，如若氧化徹底，將CaSO3·1/2H2O氧化成CaSO4，CaSO4的溶解度0.24g/100mL（20°C），較CaSO3·1/2H2O大很多，在相同條件下不會很快達(dá)到飽和程度，不易結(jié)晶而結(jié)垢。

第二：CSS垢，它是CaSO3·1/2H2O和CaSO4·2H2O兩種物質(zhì)的混合結(jié)晶[1]。CSS垢在吸收塔內(nèi)各組件表面逐漸長大形成片狀的垢層，生長速度低于石膏垢。CSS垢主要分布在吸收塔底數(shù)臺攪拌器的死區(qū)內(nèi)。CaSO3·1/2H2O未及時清理，也會逐漸氧化為CaSO4·2H2O，由軟垢變成硬垢。

關(guān)于以上兩種垢體形成原因的分析，可知石膏垢主要是漿液飽和度過大，氧化不徹底所致，CSS垢體主要是主要在吸收塔底部存在攪拌器死區(qū)所致，因此為了防止以上兩種結(jié)垢現(xiàn)象的出現(xiàn)，可通過加大塔底氧化系統(tǒng)的氧化力度，和提高攪拌器的性能，或者是通過對原有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，采用新的技術(shù)，以防止結(jié)垢的出現(xiàn)。

2 石灰-石膏濕法煙氣脫硫設(shè)備配置技術(shù)改造

由以上塔體結(jié)垢的成因分析，主要是由于塔底氧化系統(tǒng)氧化不徹底以及塔底攪拌器攪拌不全面，存在大面積的攪拌死區(qū)所致。所以，為了避免塔體結(jié)垢現(xiàn)象的出現(xiàn)，減少結(jié)垢對脫硫系統(tǒng)的影響，需要提高氧化系統(tǒng)的氧化效果以及改善攪拌器的攪拌性能。

2.1 氧化系統(tǒng)的改造

原脫硫塔的氧化系統(tǒng)是采用氧氣曝氣管放置在攪拌器前端，利用攪拌器的攪拌性將曝氣管的氧氣帶入到塔底漿液內(nèi)部，使得氧氣與CaSO3·1/2H2O進(jìn)行反應(yīng)生成CaSO4·2H2O，但是該方法反應(yīng)不均勻，不能使O2與CaSO3·1/2H2O充分反應(yīng)，尤其是在攪拌器的攪拌死區(qū)，吸收塔的中間部位，攪拌器攪拌不到，自然不能將氧氣帶入到該部位，造成氧化風(fēng)機(jī)氧化不徹底，容易阻塞塔底。

為改善原有氧化系統(tǒng)反應(yīng)不均勻，采用均勻布置氧氣曝氣管，在吸收塔內(nèi)均勻布置曝氣管，該氧化系統(tǒng)產(chǎn)生的氣泡相對較大，且有一定的浸沒深度，可使O2與CaSO3·1/2H2O充分反應(yīng)，生成CaSO4·2H2O，在減少塔底結(jié)垢堵塞的前提下，還可保證石膏質(zhì)量，以利于副產(chǎn)品的二次回收利用。

2.2 攪拌系統(tǒng)的改造

塔底結(jié)垢的第二個原因主要是攪拌系統(tǒng)存在攪拌死區(qū)所致。原攪拌系統(tǒng)采用在脫硫塔周圍安裝有若干臺側(cè)進(jìn)式攪拌器的方式，對塔底漿液進(jìn)行攪拌，以防止?jié){液沉淀。這種系統(tǒng)只能保證塔底周邊的漿液不發(fā)生沉淀，而處于吸收塔中間的部分，攪拌器無法觸及的部位易發(fā)生沉淀，嚴(yán)重時，會使沉淀堆積如山，影響脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

為了改善原攪拌系統(tǒng)存在的攪拌死區(qū)現(xiàn)象，防止?jié){液沉淀，在吸收塔底部采用多效紊動做法，即采用擾動泵，利用吸收塔漿液，輸入塔底布置管道，管道設(shè)計多個噴嘴進(jìn)行漿液擾動，保證脫硫漿液不沉淀。在吸收塔內(nèi)采用幾根帶有朝向吸收塔底的噴嘴的管子，通過擾動泵將液體從吸收塔反應(yīng)池上部抽出，經(jīng)管路重新打回反應(yīng)池內(nèi)，當(dāng)液體從噴嘴中噴出時就產(chǎn)生了擾動作用，依靠這種擾動作用可以攪起塔底的固體物，進(jìn)而防止沉淀。

3 結(jié)束語

石灰-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)目前技術(shù)最為成熟且應(yīng)用最為廣泛的脫硫技術(shù)，且在“十二五”規(guī)劃中嚴(yán)格要求的大氣污染排放指標(biāo)，該方法無疑是大氣污染控制中硫氧化物治理的核心技術(shù)，所以在控制其工藝參數(shù)的同時，加大對其設(shè)備的技術(shù)改造及革新也是解決石灰-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)瓶頸的一個突破口。

參考文獻(xiàn)

[1]殷紅.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫的影響因素[J].重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2006，11（3）：20-23.

[2]李建舟.石灰石-石膏法煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)垢分析與控制綜述[C].冶煉煙氣制酸及廢渣、廢水治理技術(shù)研討會，2011，8：23-25.