循環(huán)漿液pH值對濕法煙氣脫硫過程的影響

宋德亮

【摘 ?要】石灰石濕法煙氣脫硫歷史悠久，技術(shù)成熟，且在脫硫效率、運(yùn)行穩(wěn)定性及副產(chǎn)品處理方面具有較大的優(yōu)勢。合理的石灰石濕法煙氣脫硫模型將給脫硫系統(tǒng)日常運(yùn)行帶來理論性的指導(dǎo)意見，同時在滿足電廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下，有效提高石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的脫硫效率、優(yōu)化運(yùn)行方式，降低脫硫系統(tǒng)能耗與物耗開銷，降低脫硫系統(tǒng)的日常運(yùn)行經(jīng)濟(jì)成本，一直是脫硫領(lǐng)域所研究的重要方向，也是廣大發(fā)電廣家所追求的目標(biāo)?；诖?，本文主要對循環(huán)漿液pH值對濕法煙氣脫硫過程的影響進(jìn)行分析探討。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)漿液pH值;濕法煙氣脫硫;過程影響

1、試驗裝置與試驗方法

1.1試驗系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)

1.1.1試驗系統(tǒng)

模擬實際濕法脫硫主要工藝過程，建立了并流有序降膜式濕法脫硫系統(tǒng)試驗臺，來研究漿液pH值對脫硫過程的影響。試驗系統(tǒng)主要由煙氣模擬系統(tǒng)、氧化系統(tǒng)、漿液循環(huán)系統(tǒng)和石灰石漿液補(bǔ)充系統(tǒng)組成。

（1）煙氣模擬系統(tǒng)。鋼瓶內(nèi)液態(tài)SO2經(jīng)減壓閥減壓氣化后，通過氣體流量計計量與鼓風(fēng)機(jī)鼓入的空氣混合以模擬燃煤電廠所排放的煙氣，混合煙氣通過加熱器加熱后，進(jìn)入吸收塔和塔內(nèi)均勻液膜充分接觸脫硫后再經(jīng)煙囪排入大氣。

（2）漿液循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)槽內(nèi)的漿液通過閥門控制流量，由液體流量計計量后排入高位漿液儲槽內(nèi)，漿液再通過槽內(nèi)的布液器在吸收塔內(nèi)薄片上形成均勻液膜與氣相組分進(jìn)行傳質(zhì)交換后，再落入循環(huán)槽，同時循環(huán)槽內(nèi)一部分漿液作為廢液在槽內(nèi)一定高度上溢流取出，以保證槽內(nèi)漿液量保持恒定。

（3）氧化系統(tǒng)。空氣由壓縮機(jī)經(jīng)閥門控制流量，通過流量計計量鼓入槽內(nèi)曝氣器，從曝氣器壓出的空氣被循環(huán)槽內(nèi)的攪拌器強(qiáng)力攪拌分散成細(xì)小的氣泡，氣泡內(nèi)的氧通過氣液膜擴(kuò)散至液相氧化其中的亞硫酸根離子。

（4）石灰石漿液補(bǔ)充系統(tǒng)。新鮮石灰石漿液從補(bǔ)充槽內(nèi)排出通過流量計進(jìn)入循環(huán)槽，在循環(huán)槽內(nèi)，石灰石溶解以中和從塔內(nèi)吸收的SO2水解或氧化生成的H+，從而使得循環(huán)槽維持一定的pH值。

2.1.2試驗裝置主體結(jié)構(gòu)

并流有序降膜組脫硫塔主體部分由高位儲液槽、布液器、脫硫薄片束、吸收塔體、底部槽體及槽內(nèi)的曝氣器和攪拌器組成。

（1）吸收塔頂部的高位儲液槽與布液板密封相連，起到布液的作用。液流通過粘結(jié)在布液板上的脫硫薄片兩側(cè)1mm窄縫布液。本試驗各個工況下，高位儲液槽內(nèi)漿液高度均保持在120mm以上，能保證布液均勻。

（2本試驗臺底部循環(huán)槽為0.65m×0.65m×0.65m的正方體槽。在循環(huán)槽內(nèi)不同高度上設(shè)有溢流管以保證漿液保持在一定高度，即保證漿液在槽內(nèi)一定的停留時間。

1.2試驗過程

（1）試驗開始前在循環(huán)槽內(nèi)加入一定量的蒸餾水（根據(jù)槽內(nèi)漿液要求量添加），啟動攪拌器并將攪拌轉(zhuǎn)速調(diào)至試驗工況值，并加入分析純的石膏配制成濃度10%的漿液，然后再加入小量分析純石灰石（大約300gm3）;啟動漿液循環(huán)系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)，并調(diào)節(jié)液流量、塔內(nèi)空塔截面氣速至試驗工況值;啟動氧化系統(tǒng)并調(diào)節(jié)氧化空氣量至設(shè)定值，槽內(nèi)漿液開始通入空氣;再次檢測漿液流量、氣體流量、氧化空氣氣量是否穩(wěn)定在試驗工況值。

（2）觀察（1）中系統(tǒng)物理過程，穩(wěn)定后開始給氣相添加SO2氣體，并同時在線測量吸收塔入口及塔出口處的SO2濃度，通過測量吸收塔入口的SO2濃度來調(diào)節(jié)SO2的供給流量，使得煙氣中SO2濃度穩(wěn)定在試驗工況值;在氣相供給SO2后，同時在線監(jiān)測循環(huán)槽內(nèi)及吸收塔出口pH值;由于吸收塔內(nèi)漿液吸收SO2，隨著試驗的進(jìn)行，槽內(nèi)pH值開始下降，當(dāng)pH值下降至設(shè)定工況值時，開始添加石灰石含量為5.81%的新鮮漿液，并通過調(diào)節(jié)添加漿液流量，使槽內(nèi)pH值穩(wěn)定在設(shè)定值;在線監(jiān)測塔出口氣相SO2濃度，并每隔20min在槽內(nèi)及塔出口處液相取樣，分析Ca2+、SIV離子及其中的CaCO3濃度;當(dāng)循環(huán)槽內(nèi)及塔出口處Ca2+、SIV離子及CaCO3含量與前一時間測點上的濃度基本相等時，認(rèn)為試驗系統(tǒng)已達(dá)到化學(xué)過程穩(wěn)定。

（3）當(dāng)系統(tǒng)化學(xué)過程穩(wěn)定后，測得各測點氣相SO2及CO2濃度，同時測得液相各測點上的pH值，并在循環(huán)槽內(nèi)及吸收塔內(nèi)各取樣點上取樣;取樣后關(guān)閉試驗系統(tǒng);測量各取樣點上漿液組分的濃度，包括Ca2+、SIV濃度及漿液中石灰石含量，試驗結(jié)束。

1.3測量方法

SO2、CO2濃度通過兩臺德圖300M型煙道氣體分析儀監(jiān)測;Ca2+濃度利用EDTA滴定測定;SIV濃度由淀粉作指示劑，利用碘當(dāng)量法測定;石灰石含量利用酸滴定測定。

2、試驗結(jié)果及討論

2.1循環(huán)漿液pH值對脫硫率的影響

改變循環(huán)槽內(nèi)漿液pH值，吸收塔體的脫硫率隨pH值的增加而增加。pH值從4.5增至6.5，脫硫率提高8.1個百分點。脫硫率在pH值大于6.0及小于4.8后，脫硫率的變化都很明顯。脫硫率隨pH值的增加而增加，分析原因主要是：（1）循環(huán)槽內(nèi)漿液pH值的提高，使得吸收塔內(nèi)漿液pH值相應(yīng)提高，氣、液界面處液相側(cè)pH值也隨著增加，從而促進(jìn)了SO2在傳質(zhì)液膜表面處的水解，增加了SO2的溶解度，提高了SO2在傳質(zhì)液膜內(nèi)的傳質(zhì)動力;（2）漿液液相主體pH值的提高，會促進(jìn)H2SO3、HSO3-在傳質(zhì)液膜內(nèi)傳遞時進(jìn)行水解，從而提高SO2傳遞過程中的增強(qiáng)系數(shù)，總傳質(zhì)系數(shù)增加;（3）脫硫塔內(nèi)漿液液相主體pH值的提高使得液相H2SO3所占SIV濃度的比例下降，SO2氣液傳質(zhì)動力增加。

2.2循環(huán)漿液pH值對石灰石含量的影響

在2.1的試驗條件下，測得循環(huán)槽內(nèi)漿液中石灰石含量，pH值提高時，循環(huán)槽內(nèi)石灰石含量相應(yīng)增加，pH值從4.5增加至6.0時，石灰石含量從0.145gL增至0.399gL，增加比較緩慢;而pH值大于6.0時，石灰石含量急劇增加，pH值從6.0增加至6.5時，石灰石含量從0.399gL增至1.420gL。

石灰石的含量隨pH值的升高而增加，主要是由于石灰石的溶解速率隨pH值的提高而下降引起的。石灰石溶解過程是石灰石固相表面的Ca2+和CO23-透過固相和液相主體之間的液固膜向液相主體擴(kuò)散的過程。在擴(kuò)散過程中，CO23-由于發(fā)生水解而使得溶解速率得到增強(qiáng)，pH值越低，CO23-擴(kuò)散過程中的水解速率越快，傳質(zhì)增強(qiáng)作用越明顯，增強(qiáng)系數(shù)越大。相反pH值越高，增強(qiáng)作用受到抑制，溶解速率減慢。

pH值提高時，循環(huán)槽內(nèi)漿液中Ca2+、SO24-及吸收塔出口處的SIV均有所增加，系統(tǒng)所吸收SO2量增加。在循環(huán)槽相同石膏量的基礎(chǔ)上，石膏的過飽和度相應(yīng)有所提高來增加結(jié)晶速率，故漿液中Ca2+、SO24-有所提高。

3、結(jié)語

（1）循環(huán)槽內(nèi)漿液pH值的合理運(yùn)行區(qū)間為4.8～6.0。

（2）隨著循環(huán)槽漿液pH值的提高，脫硫率增加;循環(huán)槽漿液pH值大于6.0及小于4.8后，漿液pH值對系統(tǒng)脫硫率影響增大。

（3）循環(huán)槽漿液pH值提高時，漿液中石灰石含量相應(yīng)增加。循環(huán)槽漿液pH值從4.5增加至6.0時，石灰石含量增加比較緩慢;而pH值大于6.0后，石灰石含量急劇增加。

（4）循環(huán)槽漿液pH值提高，漿液中Ca2+、SO24-及SIV濃度均有所增加，但影響不大。

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（作者單位：國電雙遼發(fā)電有限公司）