摘要：通過對濕法煙氣脫硫工藝過程的分析和系統(tǒng)調(diào)試結果，總結出原煙氣中氧量、粉塵、溫度等參數(shù)的變化和工藝過程控制、設備運行方式的改變對煙氣脫硫效率的影響規(guī)律，對運行實踐有一定的指導意義。

關鍵詞：煙氣脫硫；二氧化硫；脫硫率；影響因素

1 前言

濕式石灰石－石膏煙氣脫硫（以下簡稱FGD）是目前世界上技術最成熟、實用業(yè)績最多、運行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝，脫硫效率在90％以上，副產(chǎn)品石膏可回收利用。杭州半山發(fā)電有限公司采用德國斯泰米勒公司石灰石－石膏濕法工藝，處理4、5號爐2×125 MW機組的全部燃煤煙氣，最大處理煙氣量1．0×106 m³／h（濕），脫硫率在95％以上，F(xiàn)GD出口SO2排放濃度＜180 mg／m³，作為煙氣脫硫的副產(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和物理過程，脫硫效率取決于多種因素。在原料方面，工藝水品質、石灰石粉的純度和顆粒細度等直接影響脫硫化學反應活性；在工藝控制方面，石灰石粉的制漿濃度、石膏旋流站排出的廢水流量設定等都與脫硫率有關，而FGD關鍵設備的運行和控制方式將決定脫硫效果和終產(chǎn)物石膏的品質；機組原煙氣參數(shù)如溫度、SO2濃度、氧量、粉塵濃度等也不同程度地影響脫硫反應進程。本文旨在探討原煙氣與脫硫劑的接觸反應時間、原煙氣參數(shù)的變動、吸收塔漿液pH值、石膏漿液密度等因素對煙氣脫硫效率的影響規(guī)律，為優(yōu)化系統(tǒng)運行、提高脫硫效率提供參考。

2 濕法脫硫工藝過程分析

FGD包括增壓風機、氣－氣加熱器、吸收塔、石灰石制漿系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)和廢水處理等部分，其中吸收塔是煙氣脫硫反應的關鍵部分，見圖1所示。濕法煙氣脫硫工藝的主要原理是以石灰石漿液作為脫硫劑，在吸收塔（洗滌塔）內(nèi)對含有SO2的煙氣進行噴淋洗滌，使SO2與漿液中的堿性物質發(fā)生化學反應生成CaSO₃和CaSO₄而將SO₂去除，其化學反應如下：

氣相部分：SO₂＋H₂O＋1／2O₂→H₂SO₄

液相部分：H₂SO₄＋CaCO₃＋H₂O→CaSO₄•2H₂O ＋CO₂↑

吸收塔由兩層攪拌器（上、下各3臺）、漿液噴淋盤（4層，交錯排列）、兩級除霧器組成，在添加新鮮石灰石漿液的情況下，石灰石、石膏和水的混合物通過4臺循環(huán)泵至噴淋盤，漿液經(jīng)噴嘴霧化成霧滴，從上部向下噴灑。煙氣分別

4、5號爐煙道引出，經(jīng)增壓風機至氣－氣加熱器，煙溫從135℃降至100℃左右，然后進入吸收塔下部，在塔內(nèi)上升過程中與霧滴充分接觸，大部分SO2、SO3、HCl等從煙氣中去除，反應后的凈煙氣通過除霧器，以除去夾帶的液滴，然后進入氣－氣加熱器被加熱后排至煙囪。

在吸收塔內(nèi)，通過氧化風機將空氣引入到漿液中，再經(jīng)攪拌器攪拌使氧充分注入漿液，這樣既保證了被吸收的SO2與漿液反應后生成的HSO3－完全氧化成SO42－，又減少了漿液發(fā)生結垢的可能性，使石膏CaSO4•2H2O結晶析出，在吸收塔內(nèi)停留一定時間后，通過石膏外排泵送至石膏旋流站。經(jīng)旋流器分離的高濃度石膏漿液進入真空皮帶機脫水形成水分少于10％的石膏，低濃度的旋流溢流液則返回至吸收塔繼續(xù)反應或進入廢水處理系統(tǒng)。

從濕法煙氣脫硫工藝過程和化學反應歷程不難發(fā)現(xiàn)，提高煙氣與混合漿液的接觸反應時間、增加漿液循環(huán)量、增加氧量、控制吸收塔漿液合理的pH值等措施都將有利于SO2的吸收、脫硫率的提高和石膏的形成。

3 影響脫硫率的因素分析

濕法煙氣脫硫效率與原煙氣參數(shù)和設備運行方式等有直接關系，而且許多因素是共同作用的。半山發(fā)電廠4、5號機組燃煤平均含硫率為0．8％，進入吸收塔的煙氣中SO2濃度在1500 mg／m3（干）左右，由于煤種的變換，實際運行中SO2進口濃度在900 mg／m3～3500 mg／m3之間波動，脫硫率也不十分穩(wěn)定，當原煙氣中SO2突然升高時，脫硫率會有所下降，但若能有效地控制設備運行方式，就能保障FGD有較高而穩(wěn)定的脫硫率。表1收集了在FGD整套啟動調(diào)試和試運行期間，比較典型的各種工況下的運行參數(shù)，從中可以發(fā)現(xiàn)吸收塔漿液pH變化、循環(huán)泵運行方式、氧化風機投運臺數(shù)等對脫硫率的影響規(guī)律。

3．1煙氣與脫硫劑接觸時間

煙氣自氣－氣加熱器進入吸收塔后，自下而上流動，與噴淋而下的石灰石漿液霧滴接觸反應，接觸時間越長，反應進行得越完全。每層噴淋盤對應一臺循環(huán)泵，排列順序為1、2、3、4號自下而上（見圖1），4號循環(huán)泵對應的噴淋盤位置最高，與煙氣接觸洗滌的時間最長，因此投運4號循環(huán)泵有利于煙氣和脫硫劑充分反應，相應的脫硫率也高。從表1實際運行的情況可以發(fā)現(xiàn)，在處理1臺機組煙氣時，不論運行哪3臺循環(huán)泵都能保持很高的脫硫率，而運行2臺循環(huán)泵時如果開啟4號循環(huán)泵，則脫硫率可比運行其它循環(huán)泵時的脫硫率高出1～2％，效果顯著；處理2臺機組煙氣時，2、3、4循環(huán)泵聯(lián)合運行時的脫硫率要比1、2、3號泵聯(lián)合運行時高出3％以上，可見，4號循環(huán)泵的投運對提高脫硫率效果顯著，3號循環(huán)泵的影響次之，2號、1號依次減弱，也就是說，煙氣與脫硫劑的接觸時間越長，脫硫率越高。另外，新鮮的石灰石漿液是通過3號或4號循環(huán)管注入的，所以3、4號循環(huán)泵的投運與否將直接影響脫硫率。

3．2 漿液循環(huán)量

新鮮的石灰石漿液噴淋下來后與煙氣接觸后，SO2等氣體與石灰石的反應并不完全，需要不斷地循環(huán)反應，從表1可以發(fā)現(xiàn)，運行3臺循環(huán)泵的脫硫率明顯高于只運行2臺的工況。原因是增加了漿液的循環(huán)量，也就加大了CaCO3與SO2的接觸反應機會，從而提高了SO2的去除率。此外，增加漿液的循環(huán)量，將促進混合漿液中的HSO^3－氧化成SO₄^2－，有利于石膏的形成。

3．3 吸收塔漿液pH值

煙氣中SO2與吸收塔漿液接觸后發(fā)生如下一些化學反應：

SO₂＋H₂O＝HSO3^－＋H^＋

CaCO₃＋H^＋＝HCO3^－＋Ca^2＋

HSO₃－＋1／2O₂＝SO₄ ^2－＋H^＋

SO4^2－＋Ca^2＋＋2H₂O＝CaSO₄•2H₂O

從以上反應歷程不難發(fā)現(xiàn)，高pH的漿液環(huán)境有利于SO2的吸收，而低pH則有助于Ca^2＋的析出，二者互相對立，因此選擇一合適的pH值對煙氣脫硫反應至關重要。為此我們做了一次試驗，在連續(xù)一段時間（10 h）內(nèi)，人為調(diào)整石灰石漿液進吸收塔的流量，使?jié){液的pH值先從小到大，然后又逐漸減少，圖2反映了pH變化時，脫硫率及漿液中CaCO₃、CaSO₄•2H₂O含量的變化曲線。

通過試驗發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)隨著吸收塔漿液pH的升高，脫硫率一般也呈上升趨勢，因為高pH意味著漿液中有較多的CaCO3存在，對脫硫當然有益，但pH＞5．8后脫硫率不會繼續(xù)升高，反而降低，原因是隨著H＋濃度的降低，Ca^2＋的析出越來越困難，當pH＝5．9時，漿液中CaCO3的含量達到2．98％，而CaSO4•2H2O含量也低于90％，顯然此時SO2與脫硫劑的反應不徹底，既浪費了石灰石，又降低了石膏的品質，pH再下降時，CaSO4•2H2O含量又回升，CaCO3則降低。因此，漿液pH值既不能太高又不能太低，一般情況下控制吸收塔漿液的pH在5．4～5．5之間，能使脫硫反應的Ca／S保持在設計值（1．02左右）內(nèi)，獲得較為理想的脫硫率，同時又使?jié){液中CaCO3的含量低于1％。

3．4氧量

O2參與煙氣脫硫的化學過程，使4HSO3－氧化為SO42－，圖3顯示了接收二臺機組煙氣時，在煙氣量、SO2濃度、煙溫等參數(shù)基本恒定的情況下氧量對脫硫率的影響曲線，隨著煙氣中O2含量的增加，CaSO4•2H2O的形成加快，脫硫率也呈上升趨勢。當原煙氣中氧量一定時，可入為往吸收塔漿液中增加氧氣，所以多投運氧化風機可提高脫硫率。當煙氣中O2含量為6．0％時，運行2臺氧化風機比運行1臺氧化風機的脫硫率高出2％左右。

3．5 石膏漿液密度

隨著煙氣與脫硫劑反應的進行，吸收塔的漿液密度不斷升高，通過吸收塔漿液化學成分的取樣分析結果，當密度＞1085 kg／m3時，混合漿液中Ca－CO3和CaSO4•2H2O的濃度已趨于飽和，CaSO4•2H2O對SO2的吸收有抑制作用，脫硫率會有所下降；而石膏漿液密度過低（＜1075 kg／m3＝時，說明漿液中CaSO4•2H2O的含量較低，CaCO3的相對含量升高，此時如果排出吸收塔，將導致石膏中Ca－CO3含量增高，品質降低，而且浪費了脫硫劑石灰石。因此運行中控制石膏漿液密度在一合適的范圍內(nèi)（1075～1085 kg／m3），將有利于FGD的有效、經(jīng)濟運行。

3．6 煙塵

原煙氣中的飛灰在一定程度上阻礙了SO2與脫硫劑的接觸，降低了石灰石中Ca2＋的溶解速率，同時飛灰中不斷溶出的一些重金屬如Hg、Mg、Cd、Zn等離子會抑制Ca2＋與HSO3－的反應。試驗證明，如果煙氣中粉塵含量持續(xù)超過400 mg／m3（干），則將使脫硫率下降1％～2％，并且石膏中CaSO4•2H2O的含量降低，白度減少，影響了品質。

3．7 煙氣溫度

實際運行過程中，機組負荷變化較頻繁，F(xiàn)GD進口煙溫也會隨之波動，對脫硫率有一定的影響。理論上進入吸收塔的煙氣溫度越低，越利于SO2氣體溶于漿液，形成HSO3－，所以高溫的原煙氣先經(jīng)過氣－氣加熱器降溫后再進入吸收塔與脫硫劑接觸有利于SO2的吸收。實際運行結果也證實了這一點，在處理二臺機組煙氣、運行2、4號循環(huán)泵、進口煙氣SO2濃度和氧量基本不變的工況下，當進入吸收塔的煙溫為96℃時，脫硫率為92．1％；當煙溫升到103℃時，脫硫率已下降至84．8％，而接收一臺機組煙氣時煙溫對脫硫率的影響就更明顯了。

4 結論

（1）濕法煙氣脫硫過程中，煙氣與脫硫劑的接觸反應時間越長、吸收塔漿液循環(huán)量越多越有利于脫硫率的提高。

（2）進入吸收塔的原煙氣中O2含量高、粉塵濃度低、煙溫低等都對脫硫反應有利，當氧量一定時，增開一臺氧化風機能提高脫硫效率。

（3）保持吸收塔漿液pH在5．4～5．5之間，可使FGD保持較好的脫硫效果和石膏品質，pH太高不利于Ca2＋的析出和石灰石的充分利用，pH過低則影響SO2的吸收。

（4）吸收塔漿液密度過高會降低脫硫率，過低時脫硫劑的利用不徹底，保持漿液密度在1075～1085 kg／m3之間，可獲得較好的脫硫效果