探究石灰石濕法煙氣脫硫效率的影響因素

劉吉亞太

四川神華天明發(fā)電有限責任公司 四川綿陽 621700

我國蘊含巨大的化石能源，因此我國也當仁不讓的成為世界上煤炭消費量遙遙領先的國家。與此同時，由于技術、設備上的落后，我國電廠對煤炭資源未能做到充分、有效的利用，因此也排出了大量的二氧化碳、二氧化硫等氣體，嚴重的污染了大氣質量。目前許多火電廠因為石灰石濕法煙氣脫硫技術具有顯著提高脫硫效率，安全性高、適應多種煤種等特點而廣泛運用，根據2017年我國火力發(fā)電廠的調查報告不難看出，運用石灰石濕法煙氣脫硫技術的發(fā)電機組容量占總脫硫機組容量的85%以上，而提高石灰石濕法煙氣脫硫技術的經濟性和效率性的方法受到了許多火力發(fā)電廠的關注[1]。

1 石灰石濕法煙氣脫硫原理

石灰石濕法煙氣脫硫技術的工作原理大致分為以下幾個部分，首先將火力發(fā)電鍋爐產生的煙氣通過引風機的抽吸引入到石灰石濕法煙氣脫硫吸收塔，然后通過噴石灰石漿液與含硫煙氣進行充分接觸反應，除去含硫煙氣中的硫含量，然后將脫硫后的氣體通過漿液循環(huán)噴淋層上方除塵除霧器進行煙氣中水分的分離，最后將脫硫后的煙氣通過煙囪排放到大氣中。整個過程可以分為以下幾個部分：①含硫煙氣引入系統(tǒng)（煙風系統(tǒng)）；②石灰石漿液循環(huán)系統(tǒng)；③吸收塔反應系統(tǒng)；④氧化風系統(tǒng)；⑤除塵除霧系統(tǒng)；⑥脫硫氣體排放系統(tǒng)。

2 濕法煙氣脫硫工藝的過程分析

目前我國采用的石灰石濕法煙氣脫硫技術主要部件包括引風機、漿液循環(huán)泵、石灰石制漿球磨機、氧化風機、吸收塔、除塵除霧器等，而煙氣進行脫硫反應主要發(fā)生在吸收塔設備中，通過將石灰石漿液作為脫硫劑，來對吸收塔內含硫煙氣進行噴霧脫硫，脫硫的化學原理是通過石灰石漿種的堿性物質與硫發(fā)生化學反應生成硫酸鈣、亞硫酸鈣，從而降低煙氣中硫的含量。引風機的作用是將含硫煙氣大量注入到石灰石漿中，使煙氣與石灰石漿充分接觸，并且降低石灰石漿發(fā)生結垢的可能性，提高脫硫效果。從整個石灰石濕法煙氣脫硫過程中我們可以發(fā)現(xiàn)，提高含硫煙氣與石灰石漿的接觸時間以及石灰石漿含氧量、流動量是常用提高對氣體脫硫效率方法[2]。

3 脫硫效率原理模型建立

石灰石濕法煙氣脫硫技術的關鍵點在于吸收塔噴灑石灰石漿部位到吸收塔底部的這一區(qū)域，因為這一區(qū)域設計的好壞決定著石灰石濕法煙氣脫硫技術的效果，石灰石濕法煙氣脫硫技術在運用過程中，工作人員需要通過模型建立以及公式計算，提前對吸收塔進行石灰石濕法煙氣脫硫能力進行了解。不過在進行模擬前，工作人員需要將一些微量影響因素進行去除，常見的微量影響因素有以下幾種：（1）吸收塔在進行含硫氣體脫硫過程中并不能完全按照雙膜理論進行，但是在進行模擬計算時我們可以將其忽略，認為吸收塔內石灰石漿與含硫氣體接觸的任意位置都遵循雙膜理論。（2）其實含硫氣體在吸收塔內進行脫硫反應過程中，含硫氣體中二氧化碳的含量會對吸硫效果造成影響，不過在進行吸收塔吸硫能力的模擬計算中認為進入吸收塔中的含硫氣體內二氧化碳濃度對吸收塔吸硫能力影響效果忽略不計。（3）含硫氣體在進入吸收塔后并不是立刻與石灰石漿充分接觸發(fā)生反應，這之間需要經歷一段時間，但是在進行模擬吸硫性能時，假設吸收塔內含硫氣體與石灰石漿之間的反應瞬間發(fā)生。（4）在吸收塔內石灰石漿與含硫氣體接觸的過程中，石灰石漿液滴會在降落過程中相互接觸，并且各石灰石漿液滴的體積并不相同，這也會對吸收塔吸硫效果造成影響，但是在進行吸收塔吸硫能力的模擬運算中，我們將各石灰石漿液滴的體積看做一樣大小，并且認為石灰石漿液滴在下落的過程中，液滴之間不會有接觸[3]。

通過將吸收塔內反應區(qū)域進行微分，劃分成無數個i小單元，當含硫氣體從位置z斷面下降到z+dz斷面時，含硫氣體中的二氧化硫含量將會發(fā)生變化，通過公式來計算不同位置區(qū)域的二氧化硫分壓，通過公式得出不同位置二氧化硫分壓后，再結合公式計算出吸收塔對含硫氣體的吸硫效率，最后通過積分就能夠得出整個吸收塔的吸硫能力。公式中的各個參數需要采用國際單位，P代表氣相總壓強，單位為Pa，G為氣體流量，單位為mol/s，L為吸收塔石灰石漿的流量，單位為m3/s，dD為石灰石漿的直徑，單位為m，ud為石灰石漿的降落速度，單位為m/s，v為含硫氣體流動速度，單位為m/s。

4 各參數與脫硫效率的關系

4.1 SO2通入口濃度對脫硫效率的影響

火電廠進行脫硫氣體的含硫量主要受到火電廠燃煤含硫量的影響，如果燃煤含硫量較高，那么其生成氣體的SO2含量也會隨之升高，而當需要脫硫氣體中硫含量過多時，會降低煙氣的脫硫效率。這時因為當氣體中硫含量較高時，在吸收塔中的石灰石漿消耗的很快，這樣就會提高液膜的吸收阻力，不過如果含硫氣體含硫量太低時比如1000mg/m3，氣體含硫量的增加就不會對脫硫效率造成明顯影響[4]。

4.2 吸收塔入口脫硫煙氣流量對脫硫效率的影響

火電廠進行脫硫工作還會受到吸收塔入口含硫氣體通入量的影響，這是因為氣體流量會對液氣比以及塔內煙氣流速造成影響。如果通入氣體流量提高，那么液氣比會下降，受到氣體酸性的影響，石灰石漿PH值會降低，降低脫硫效率。如果向增加氣體流入量，工作人員需要增加噴灑的石灰石漿量，提高吸收塔內單位體積中石灰石漿含量，從而增加漿液與氣體的接觸面積，提高脫硫效率。另外根據多年數據進行分析，可以發(fā)現(xiàn)含硫氣體流量增加對液氣比的影響比對煙氣流速的影響要大，所以當含硫氣體流量增加時，系統(tǒng)脫硫效率降低。

4.3 吸收塔塔內含硫氣體流速與脫硫效率的關系。

火力發(fā)電廠吸收塔對硫的吸收效率還會受到通入含硫氣體流速的影響，流速增加時會降低液膜的厚度，這樣傳質阻力就會變小，增加了總的傳質系數；并且因為氣體流速提高會降低石灰石漿下落速度，增加傳質面積。但是因為液氣比對脫硫效率的影響比以上兩點多，所以隨著含硫氣體流速提高，脫硫效率降低。我們可以得出，如果吸收塔直徑不變，那么脫硫效率會因為含硫氣體流速的升高而降低，如果含硫氣體量不變，脫硫效率會因為含硫氣體速度增加而增加，不過應該注意，含硫氣體的流速會受到脫硫吸收塔內除霧器性能影響，綜上所述，一般火電廠含硫氣體的流速為3-5m/s。

4.4 吸收塔石灰石漿pH值與脫硫效率的關系

石灰石漿的PH值對于含硫氣體吸硫效率有很大的影響，雖然PH值越高對含硫氣體來說有更好的吸硫效率，但是會造成吸硫后的產物碳酸鈣不容易溶解，不過當石灰石漿PH值過高時，雖然會增加吸硫產物碳酸鈣的溶解，但又會降低吸硫效率。PH過高降低碳酸鈣溶解速度是因為會讓石膏趨于小顆粒發(fā)展，附著于碳酸鈣表面，影響其溶解。所以石灰石漿需要將PH值控制在合適的范圍內，通常人們會選擇pH值為5.3左右的石灰石漿[5]。

4.5 液氣比對脫硫效率的影響

對于火電廠氣體脫硫系統(tǒng)中，吸收塔中液體、氣體的比值也會對脫硫效率造成顯著影響，當液氣比升高時，說明吸收塔內石灰石漿的含量增高，單位體積的含硫氣體與石灰石漿的接觸面積增大，能夠顯著提高脫硫效率。但是如果吸收塔內液氣比達到足夠高時，再提高液氣比就不會對脫硫效率有顯著影響。目前常用提高液氣比的方法是提高石灰漿液循環(huán)泵的數量，不過這會提高脫硫成本，目前人們常用的液氣比值大約在12到18L/m3之間。

4.6 吸收塔吸收區(qū)高度對脫硫效率的影響

想要提高火電廠脫硫效率，增加吸收塔的高度是一個不錯的方法，因為隨著吸收塔吸收高度的增加能夠提高石灰石漿到漿液液面之間的高度，讓石灰石漿與含硫氣體有更長的接觸時間，使石灰石漿與含硫氣體之間接觸更加充分，不過提高吸收塔高度需要對脫硫工程進行更多的經濟投入，增加吸收塔的運行成本，比如用電量。所以通常來說，火電廠對于吸收塔吸收區(qū)的建設高度大約為12到15米。

5 結語

綜上所述，目前我國對于石灰石濕法煙氣脫硫技術的運用時間已經非常久了，常見的影響脫硫效率因素有很多，比如液氣比、石灰石漿與含硫氣體的接觸時間、含硫氣體流速、石灰石漿循環(huán)次數、漿液停留時間等，因此在進行脫硫系統(tǒng)的建造中要充分考慮這些因素以及建造成本，設計出最適合本廠的脫硫系統(tǒng)。