影響濕式石灰石煙氣脫硫系統(tǒng)脫硫效率的因素分析

馮斌

摘 要：文章從SO2吸收的雙膜理論、影響脫硫效率的主要因素分析等入手，旨在分析影響脫硫效率的各種因素，從而做到有效優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行以及提高脫硫效率。

關(guān)鍵詞：脫硫系統(tǒng)；脫硫效率；影響因素

引言

濕式石灰石煙氣脫硫工藝的脫硫效率受諸多因素影響，如漿液pH值、吸收塔內(nèi)空塔煙氣流速、鈣硫比（Ca/S）、液氣比（L/G）、進(jìn)入吸收塔的煙氣SO2濃度和漿液在氧化槽內(nèi)的滯留時(shí)間等。國(guó)華滄東發(fā)電有限公司2×600MW機(jī)組采用石灰石-石膏濕法工藝，脫硫率在99%以上，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)和物理過程，脫硫效率取決于多種因素。在原料方面，石灰石粉的純度、活性、粒度等直接影響脫硫化學(xué)反應(yīng)活性；在工藝方面，循環(huán)漿液量、氧化風(fēng)量、含塵濃度、Cl-等都與脫硫率有關(guān)；機(jī)組原煙氣參數(shù)如溫度、SO2濃度、氧量等也不同程度地影響脫硫反應(yīng)進(jìn)程。文章旨在探討影響脫硫效率的各種因素，為優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行、提高脫硫效率提供參考。

1 SO2吸收的雙膜理論

對(duì)于SO2在吸收塔中的變化，常用雙膜理論予以闡述，如下：首先，通過氣膜作用，SO2由氣相向氣液交界面?zhèn)鬟f，并溶于液膜表面，然后，通過液膜作用，SO2由氣液交界面向液相傳遞，此時(shí)，處于液相主體的SO2與吸收塔內(nèi)化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，完成被吸收。顯然，通過雙膜理論可以看出，SO2由氣相到氣液變化，或由氣液向液相變化時(shí)，可對(duì)其進(jìn)行吸收調(diào)節(jié)。

2 影響脫硫效率的主要因素分析

2.1 煙氣質(zhì)量流量

一般情況下，系統(tǒng)中煙氣流速與系統(tǒng)中逆流噴淋空塔總氣相傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系呈正相關(guān)關(guān)系，因?yàn)橄到y(tǒng)中提高液滴表面湍流度，減小氣、液界面間膜厚度，從而出現(xiàn)以上情況。目前，有關(guān)對(duì)于全尺寸噴淋空塔研究結(jié)果顯示在石灰石FGD系統(tǒng)中1/G和NTU的關(guān)系呈正相關(guān)。而在設(shè)計(jì)的過程中，噴淋空塔煙氣流速一般控制在3-5m/s之間，其中系統(tǒng)除霧器性能決定了煙氣流速的最大值。帶托盤的逆流噴淋塔系統(tǒng)中，噴淋塔托盤的水力性質(zhì)決定了最佳煙氣流速。在實(shí)際工作過程中如果系統(tǒng)煙速過低，可能會(huì)導(dǎo)致漿液從托盤底部流出；相反如果流速太高，則容易導(dǎo)致漿液無法從托盤中流出，導(dǎo)致“泛液”現(xiàn)象的出現(xiàn)，導(dǎo)致煙氣壓降的提高。在順流填料塔SO2吸收表面一般由循環(huán)漿液流填料表面提供，煙氣相對(duì)流速與流速之間的關(guān)系呈正相關(guān)，從這方面來看系統(tǒng)總氣相傳質(zhì)系數(shù)K值會(huì)相應(yīng)的增大。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析中可以看出，填料塔中NTU與G-G的關(guān)系呈反比，其最佳流速為5-7m/s，這種情況下，填料塔不會(huì)出現(xiàn)除霧器的超負(fù)荷運(yùn)行和液滴的過量攜帶。

2.2 漿液pH值和Ca/S摩爾比

在煙氣脫硫過程中對(duì)SO2脫除其重要作用的是漿液pH值的液膜增強(qiáng)因子，漿液pH值越高，總質(zhì)量傳質(zhì)系數(shù)K值越大。漿液pH值對(duì)FGD的脫硫效率的影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：其一是漿液中的堿量隨著漿液pH值升高而升高，也就是說煙氣脫硫通過中吸收SO2起的H-量增多；其二是漿液pH值循環(huán)漿液中含有的未溶解石灰石之間的關(guān)系呈正相關(guān)，從這方面來看如果漿液中的液相堿量使用完畢，而這種情況下仍然有很多的吸收劑能夠使?jié){液進(jìn)一步溶解，但是這種溶解方式比較浪費(fèi)財(cái)力。FGD系統(tǒng)中pH值一般控制在為5.0-6.0范圍內(nèi)，Ca/S比范圍為1.05-1.10，如果在脫硫過程中商品石膏質(zhì)量純度想達(dá)到95%以上，必須通過降低PH值來達(dá)到。

2.3 煙氣中的SO2濃度

在石灰石FGD系統(tǒng)中，當(dāng)其他條件相同時(shí)，脫硫率一般隨吸收塔入口煙氣SO，濃度的增高而下降。其原因是：較高的入口SO2濃度能使存在于液相中的堿量較快地消耗掉，從而使SO2的吸收受阻于液膜。對(duì)全尺寸逆流噴淋吸收塔試驗(yàn)的最新研究成果表明，在石灰石FGD系統(tǒng)中，傳質(zhì)單元數(shù)NTU正比于1/SO2。

2.4 漿液含固量及其滯留時(shí)間

FGD系統(tǒng)中，主要分析漿液含固量與時(shí)間問題，此時(shí)系統(tǒng)再循環(huán)漿液中固體物上會(huì)出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象，為了使系統(tǒng)中的CaSO3濃度不至于很大而導(dǎo)致塔內(nèi)較多結(jié)垢，這時(shí)必須使?jié){液中有足夠的“晶種”固體物。在此過程中要保障晶體含固量的主要標(biāo)準(zhǔn)為系統(tǒng)中最低含固量為控制在1%-2%范圍訥，這樣才能維持漿液中存在足夠的“晶種”，而在FGD運(yùn)行時(shí)，漿液固含量一般維持在10%-15%范圍內(nèi)。通常情況下，漿液固含量的保真一般通過脫水系統(tǒng)排放漿液取得保障。氧化反應(yīng)槽容積與漿液向脫水設(shè)備平均排放流量比值相同，另外，與固體物總量與固體物平均產(chǎn)出量之間的比值也相同。

在石灰石FGD系統(tǒng)中，固體物在氧化反應(yīng)槽中的滯留時(shí)間通常為12-24h。因系統(tǒng)中應(yīng)用的大容量循環(huán)泵和攪拌器產(chǎn)生的剪切力和對(duì)顆粒的沖擊會(huì)使?jié){液中生成的石膏晶體破裂和磨損，因此，過長(zhǎng)的固體物滯留時(shí)間會(huì)對(duì)脫硫副產(chǎn)物石膏的物理、脫水和處置等性能產(chǎn)生不良影響。另外，滯留時(shí)間長(zhǎng)會(huì)使石膏漿液密度增大，容易產(chǎn)生結(jié)垢。

2.5 Cl-濃度

煙氣中的SO2、HCl等酸性氣體在與液體接觸時(shí)，生成相應(yīng)的酸液，其Cl-、SO42-對(duì)金屬有很強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)防腐內(nèi)襯亦有很強(qiáng)的擴(kuò)散滲透破壞作用。當(dāng)Cl-一直維持在較高狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，會(huì)慢慢滲透襯膠，腐蝕金屬設(shè)備，導(dǎo)致襯膠脫落。Cl-還會(huì)抑制吸收塔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，改變PH值，降低SO42-去除率，從而影響脫硫率；Cl-含量增加也會(huì)引起石膏脫水困難，使其含水率大于10%。Cl-含量增加嚴(yán)重降低石膏品質(zhì)，Cl-超標(biāo)使石膏板不能成型，導(dǎo)致綜合利用困難。一般將Cl-濃度控制在20000mg/L以下。

2.6 煙氣在線分析儀的影響

我們?cè)诿看蚊摿蚵氏陆禃r(shí)都會(huì)將上位機(jī)上和脫硫率有關(guān)的參數(shù)在一張圖上對(duì)比分析，并多次發(fā)現(xiàn)煙氣在線分析儀標(biāo)定時(shí)，會(huì)造成脫硫率的暫時(shí)下降。由于標(biāo)定是自動(dòng)進(jìn)行的，人為無法干預(yù)，且以前我們沒有把這一現(xiàn)象和脫硫率下降關(guān)聯(lián)，造成了監(jiān)盤人員為了將脫硫率提上去而盲目添加石灰石漿液量的現(xiàn)象。另外，在線煙氣分析儀還會(huì)因?yàn)闇y(cè)量不準(zhǔn)、零點(diǎn)漂移問題影響到脫硫率。我們加強(qiáng)了定期維護(hù)和就地上位機(jī)比對(duì)凈煙氣SO2含量的辦法，使這一問題基本得到了解決。

3 結(jié)束語

隨著社會(huì)發(fā)展，火電廠對(duì)脫硫系統(tǒng)的需求越來越大，能夠保證安全、高效、穩(wěn)定的運(yùn)行是每個(gè)公司追求的目標(biāo)，濕法煙氣脫硫作為一種較成熟的脫硫工藝，已很多廣泛應(yīng)用，文章著重介紹了影響濕法煙氣脫硫效率的幾點(diǎn)重要因素，以供火電廠參考。但脫硫系統(tǒng)要完全做到高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、可靠地運(yùn)行，還有許多方面值得脫硫設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)人員研究和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李仁剛，管一明.pH值對(duì)濕式石灰石煙氣脫硫傳質(zhì)反應(yīng)特性的影響[J].電力環(huán)境保護(hù)，2002.

[2]時(shí)鈞，汪家鼎，余國(guó)琮，等，化學(xué)工程手冊(cè)（第二版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.