燃煤電廠濕法煙氣脫硫pH值的影響與脫硫效果淺析

談智玲　王瑞民　詹靜　崔曉波

摘要：燃煤電廠廣泛采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，而漿液pH值是影響該系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)之一。在600 MW燃煤機(jī)組脫硫系統(tǒng)上進(jìn)行不同負(fù)荷下的脫硫?qū)嶒?yàn)，從而分析漿液pH值對(duì)脫硫效率、石膏品質(zhì)的影響以及漿液pH值與循環(huán)泵投運(yùn)數(shù)量的關(guān)系，并推薦了不同負(fù)荷下漿液pH值的優(yōu)化控制區(qū)間。

關(guān)鍵詞：濕法煙氣脫硫;漿液pH值;脫硫效率;運(yùn)行優(yōu)化

0 引言

為了解決我國(guó)嚴(yán)峻的大氣污染問(wèn)題，2014年三部委聯(lián)合頒布了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》，對(duì)燃煤電廠大氣污染物排放提出了嚴(yán)格的要求。各地認(rèn)真貫徹國(guó)家政策，并根據(jù)自身實(shí)際情況陸續(xù)制定了燃煤電廠超低排放地方標(biāo)準(zhǔn)，力爭(zhēng)進(jìn)一步降低燃煤電廠污染物排放濃度。如江蘇2020年發(fā)布了《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿）》，其分為兩個(gè)階段：Ⅰ階段顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放濃度限值分別為10 mg/m3、35 mg/m3和50 mg/m3，Ⅱ階段的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，其排放濃度限值分別為5 mg/m3、25 mg/m3和30 mg/m3。新建燃煤發(fā)電鍋爐即刻執(zhí)行Ⅱ階段規(guī)定的排放濃度限值，現(xiàn)有燃煤鍋爐執(zhí)行Ⅰ階段規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，但自2023年7月1日起，單臺(tái)出力300 MW及以上發(fā)電機(jī)組配套的現(xiàn)有燃煤發(fā)電鍋爐須執(zhí)行Ⅱ階段規(guī)定的排放濃度限值[1]。

漿液pH值是影響脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)之一，研究漿液pH值對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響對(duì)機(jī)組的節(jié)能降耗和優(yōu)化運(yùn)行具有重要意義[2]。某電廠2×600 MW發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔，吸收塔為單回路噴淋空塔，共設(shè)4層噴淋層，從上到下分別對(duì)應(yīng)漿液循環(huán)泵A、B、C、D。氧化空氣系統(tǒng)使用管網(wǎng)式進(jìn)行強(qiáng)制氧化。本文選取其中一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行脫硫工況調(diào)整實(shí)驗(yàn)。

1 吸收塔內(nèi)SO2脫除過(guò)程

煙氣中SO2在吸收塔的脫除過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的氣—液—固三相傳質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)過(guò)程[3]，大致可分為SO2被液相捕捉、與吸收劑中和反應(yīng)、亞硫酸氧化反應(yīng)和石膏結(jié)晶析出4個(gè)階段。漿液pH值是影響整個(gè)SO2脫除過(guò)程的重要因素，它主要受到機(jī)組負(fù)荷、原煙氣SO2濃度、吸收塔內(nèi)漿液密度以及脫硫石灰石品質(zhì)的影響。漿液pH值較高有利于SO2的吸收，而低pH值則有助于Ca2+的析出和CO2的釋放。研究表明，pH值達(dá)到6.1時(shí)，漿液達(dá)到最佳的二氧化硫吸收效果，CaSO3·1/2H2O的氧化和石灰石的溶解受到嚴(yán)重抑制[4]。

2 漿液pH值對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的影響

2.1 ? ?漿液pH值對(duì)脫硫效率的影響

漿液pH測(cè)量值是指新鮮石灰石漿液與吸收過(guò)煙氣中SO2的漿液兩者混合物的pH值，其數(shù)值大小與pH值測(cè)量裝置的安裝位置有關(guān)。本文在保持吸收塔漿液密度近似不變的情況下，對(duì)不同機(jī)組負(fù)荷時(shí)pH值與脫硫效率、石膏品質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

燃煤含硫量為0.8%，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中維持機(jī)組負(fù)荷分別為380 MW、510 MW和滿負(fù)荷600 MW，并在不同pH值條件下連續(xù)運(yùn)行6 h，計(jì)算出這段時(shí)間的脫硫效率平均值，其結(jié)果如圖1、圖2、圖3所示。從圖1可以看出，隨著漿液pH值的提高，脫硫效率先逐漸增加，但當(dāng)pH值高于5.6后，脫硫效率反而出現(xiàn)下降趨勢(shì)，即在某一機(jī)組負(fù)荷下存在pH值最優(yōu)值使得脫硫效率最高。圖2、圖3的510 MW和600 MW負(fù)荷下也有類(lèi)似規(guī)律。對(duì)比不同負(fù)荷下的結(jié)果，要達(dá)到最優(yōu)的脫硫效率，380 MW時(shí)漿液pH值需控制在5.6～5.7，510 MW時(shí)pH值控制在5.8左右，600 MW負(fù)荷時(shí)pH值控制在5.8～5.9。由此可見(jiàn)，隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，漿液pH值控制最優(yōu)值略有增加。

分析整理不同機(jī)組負(fù)荷下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為便于比較，設(shè)定要求達(dá)到的脫硫效率為97%，不同負(fù)荷下漿液pH值控制的結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯?，隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，為達(dá)到要求的脫硫效率，需控制漿液pH值相應(yīng)增大。

2.2 ? ?漿液pH值對(duì)石膏純度的影響

漿液pH值對(duì)石膏純度的影響如圖5所示，結(jié)果表明，漿液pH值相同時(shí)，低負(fù)荷下獲得的石膏純度優(yōu)于高負(fù)荷下的石膏純度;石膏的純度隨著漿液pH值的增加而減小，為了滿足石膏純度的要求，需控制漿液pH值的上限值。特別是在高負(fù)荷的情況下，如果要獲得較高品質(zhì)的石膏，漿液pH值必須控制在某數(shù)值以下，但這樣會(huì)犧牲一定的脫硫效率，需要綜合考量。如本機(jī)組在600 MW運(yùn)行時(shí)，若要獲得較高純度的石膏，則漿液pH值需控制在5.8以下。

2.3 ? ?漿液pH值對(duì)CaSO3氧化的影響

漿液pH值對(duì)脫硫漿液中CaSO3·1/2H2O的氧化有很大影響。隨著pH值的上升，CaSO3·1/2H2O的溶解度迅速下降，漿液中CaSO3含量會(huì)大幅減少，這會(huì)明顯降低整體氧化反應(yīng)速率。而過(guò)低的pH值雖有利于CaSO3的溶解，但會(huì)在石灰石顆粒的表面形成一層pH值較高的膜，使石灰石的表面發(fā)生鈍化，妨礙其溶解。并且pH值過(guò)低會(huì)引起SO2的逸出，使脫硫效果變差。因此，過(guò)高或過(guò)低的pH值都不利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行。王旭[5]研究發(fā)現(xiàn)，pH值在4～6有利于HSO3-的生成，氧化反應(yīng)能順利進(jìn)行。

2.4 ? ?漿液pH值與循環(huán)泵投運(yùn)情況的關(guān)系

維持機(jī)組負(fù)荷分別為380 MW、510 MW、600 MW，分析整理不同機(jī)組負(fù)荷下漿液循環(huán)泵投運(yùn)情況與脫硫數(shù)據(jù)，并將部分典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1。如前文所述，隨著漿液pH值的增加，脫硫效率呈先增加后減小的趨勢(shì)，因此，分析的工況數(shù)據(jù)僅選取脫硫效率隨pH值單調(diào)增加的區(qū)間，以便更好地厘清漿液pH值與循環(huán)泵投運(yùn)情況的關(guān)系。

不同機(jī)組負(fù)荷時(shí)煙氣量不同，若循環(huán)泵數(shù)量不變則漿液噴淋量不變，實(shí)則反映了液氣比的不同。液氣比較低時(shí)，單位噴淋漿液需要溶解較多的SO2，噴淋漿液在落入漿液池的過(guò)程中pH值降低較多，則可通過(guò)漿液池中過(guò)剩的CaCO3溶解維持較高的pH值，確保脫硫效率達(dá)到較大值。分析表1中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，高負(fù)荷時(shí)液氣比較小，漿液pH值對(duì)脫硫效率的影響更為明顯。相同機(jī)組負(fù)荷下，A、B、C 3臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)的液氣比小于A、B、C、D 4臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)的液氣比，因此3臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)漿液pH值對(duì)脫硫效率的影響更為明顯。

吸收塔漿液pH值對(duì)脫硫效率的影響與脫硫系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷和循環(huán)泵投運(yùn)數(shù)量息息相關(guān)。在循環(huán)泵未全部投運(yùn)的情況下，尤其是高負(fù)荷時(shí)，可以通過(guò)提高吸收塔漿液pH值使脫硫效率顯著提高。但吸收塔漿液pH值的提高意味著漿液中石灰石含量的提高，當(dāng)pH值高于約5.8后，石灰石的溶解度會(huì)顯著降低，石灰石利用率和石膏品質(zhì)也會(huì)相應(yīng)降低，所以在實(shí)際運(yùn)行中，吸收塔漿液pH值通?？刂圃?.0以下。

3 結(jié)語(yǔ)

濕法脫硫吸收塔運(yùn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，漿液pH值是影響脫硫效率的重要參數(shù)，不同機(jī)組負(fù)荷時(shí)pH值優(yōu)化運(yùn)行的區(qū)間略有差別。部分運(yùn)行工況下適當(dāng)提高漿液pH值可減少循環(huán)泵的投運(yùn)數(shù)量，且仍滿足脫硫效率和SO2排放濃度要求。本文的分析討論能為濕法脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行提供一些借鑒。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿）[Z]，2020.

[2] 杜謙，馬春元，董勇，等.循環(huán)漿液pH值對(duì)濕法煙氣脫硫過(guò)程的影響[J].熱能動(dòng)力工程，2006，21（5）：491-495.

[3] 陳爾魯.濕法煙氣脫硫過(guò)程建模與優(yōu)化[D].杭州：浙江大學(xué)，2016.

[4] 藍(lán)琨.漿液pH值對(duì)石灰石石膏法脫硫效率及傳質(zhì)特性影響的研究[J].機(jī)電信息，2013（3）：132-133.

[5] 王旭.濕法煙氣脫硫漿液氧化系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題分析[J].低碳世界，2015（25）：1-2.

收稿日期：2021-07-23

作者簡(jiǎn)介：談智玲（1973—），男，湖北孝感人，工程師，研究方向：火力發(fā)電廠熱能動(dòng)力工程。