提高火力发电厂脱硫效率的探讨
摘 要：讲述提高脱硫效率的几种方法，重点阐述了石灰石－石膏湿法脱硫工艺原理及存在的技术问题和处理方法，并对影响脱硫效率的主要因素进行了探讨。
关键词：湿法脱硫；技术问题 ；脱硫效率
火电厂脱硫可以从燃烧前、燃烧中、燃烧后进行，而燃烧后的脱硫技术在新建、扩建、或改建的大型燃煤工矿企业，特别是燃煤电厂正得到广泛的推广应用，其中石灰石－石膏湿法脱硫是技术最成熟、适合我国国情且国内应用最多的高效脱硫工艺，但投资在实际应用中如果不能针对具体情况正确处理结垢、堵塞、腐蚀等的技术问题，将达不到预期的脱硫效果和SO2排放达标要求。本文就该法的工艺原理、影响脱硫效率的主要因素、提高效率的方法做如下简要探讨。
1. 石灰石－石膏湿法脱硫工艺及脱硫原理
石灰石-石膏湿法烟气脱硫的原理是用石灰石浆液作为吸收液，吸收锅炉烟气中的SO2等有害气体而使烟气净化。其特点是整个脱硫系统位于烟道末端，在除尘系统之后，脱硫反应在吸收塔内完成。石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺流程见图1。
烟气从锅炉引风机出口排出进入吸收塔，烟气中的S02被吸收液(石灰石浆液)所吸收，被净化后的烟气经除雾器除雾后离开吸收塔，由烟道进入烟囱排入大气中。吸收液从沉淀槽中由循环泵送入安装在塔顶部的喷嘴集管中，在吸收液下落过程中与上升的烟气接触，烟气
中的SO2被吸收液吸收，并被其中的碱性物质中和。石灰石浆液与二氧化硫发生反应，最终生成石膏，这些石膏在沉淀槽中经过曝气后从溶液中析出。石膏稀浆由排浆泵从沉淀槽中抽出，经浓缩、脱水和洗涤后储存起来，然后运走。石灰和工艺水通过石灰石制浆装置制浆后由加浆泵补充至吸收塔。 3 影响烟气脱硫效率的因素 3.1 烟气侧
在实际运行过程中，锅炉负荷随着室外温度的变化而变化。锅炉负荷变化比较频繁，烟气温度、烟气流速、烟气中SO2质量浓度也随之变化，必然对脱硫效率产生不同程度影响。 ① 烟气温度
根据SO2吸收化学反应原理，温度较低时有利于吸收，温度较高时有利于解析。因此，当进入吸收塔的烟气温度较低时，有利于S02的吸收，提高脱硫效率。 ② 烟气流速
在其他参数不变的情况下，烟气流速变大可以增强烟气与吸收液之间的湍动，减薄烟气与吸收液之间的膜厚度，增强气液传质。另外，烟气流速变大将使喷淋液滴的下降速度相对变慢，使单位体积内持液量增大：增大吸收段的传质面积从而增加传质单元数，提高脱硫效率。
③ 烟气SO2质量浓度
在其他工况不变的条件下，随着吸收塔入口烟气SO2质量浓度的提高，脱硫效率有下降的趋势
[10]
。原因是：尽管吸收塔入口烟气S02质量浓度的升高，可使烟气中的SO2分压力增
大，降低了气相传质阻力，有利于SO2吸收。但在SO2质量浓度增大的同时，吸收液的碱性并未随之增大，这就使得吸收反应的增强因子减小。而且后一种作用的影响更为明显，这两种作用的综合结果易使得传质单元数减少，从而降低了脱硫效率。 ④ 烟气中的飞灰
烟气中的飞灰易在一定程度上阻碍烟气中SO2与吸收液接触，降低了脱硫速率。此外，飞灰中的一些重金属离子将抑制Ca与HS03的反应，进而影响脱硫效果。 3.2 吸收液侧
在实际运行中，吸收液的来源、吸收液的流量会经常发生变化，这必然对脱硫效率产生不同程度的影响。 ① 吸收液
高纯度的石灰石浆液有利于SO2的吸收，并生产优质的脱硫石膏。此外，石灰石的粒度直接影响有效反应面积，通常粒度越小，单位体积的表面积越大，脱硫效率及石灰石利用率越高。 ② 液气比
液气比是指脱硫装置处理单位体积烟气所需吸收液的体积，即吸收液喷淋量与烟气处理量的比值。湿法烟气脱硫系统脱硫效率的数学模型给出了脱硫效率η与液气比q/qg间的关系式
[11]
2+
-
：
式中η——脱硫效率 a——吸收速率系数
[11]
q——吸收液喷淋量，L/s qg——烟气处理量，m/s
不同烟气流速下液气比与脱硫效率的关系见图2
[12]
3
。由图2可知，在烟气流速一定的情
况下，随着液气比的升高，脱硫效率也随之升高，但曲线的斜率也不断变小。这说明，液气比超过一定程度后，脱硫效率将不会有显著提高。
在吸收塔的设计中，吸收液流量决定了S02吸收表面积。在其他参数不变的情况下，提高液气比相当于增大了吸收塔内的吸收液喷淋密度，从而增大了气液传质表面积，提高液气比也相对增大了吸收液的碱度，因此传质单元数也随之增加，提高了脱硫效率。
③ 吸收液的pH值
烟气中S02与吸收液接触后发生如下化学反应：
吸收液pH值与脱硫效率的关系见图3
[10]
。由图3可知，吸收液pH值升高，降低了液相
的传质阻力，有利于S02的吸收。但随着pH值的升高曲线斜率也不断变小，这说明pH值增大到一定程度后对提高脱硫效率的作用变小。
④ 吸收液的饱和度
吸收液在吸收S02后生成CaS03和CaS04，在循环过程中，饱和及过饱和的溶液易在设备表面结垢引起堵塞，从而影响脱硫系统的稳定运行，因此吸收液应维持在饱和度以下。 ⑤ 吸收液停留时间
吸收液在沉淀槽内停留时间长，将有利于吸收液中的石灰石颗粒与S02充分反应，以提高吸收液的利用率，并使反应生成物(CaS03)有足够的时间完全氧化生成CaS04，以获得粒度均匀、纯度高的石膏。
4 提高脱硫效率和节能运行的措施 4.1 烟气侧 ① 合理控制烟气温度
为降低烟气温度，以利于吸收塔中S02的吸收，合理的脱硫系统应使烟气先经过换热器降温后再进入吸收塔，吸收塔出口烟气再经过烟气再热器升温后，进入烟囱排入大气。 经过换热器降温后的烟气温度过低也会降低S02的吸收速率，并会带来烟道腐蚀等问题。一般要求高于露点(约60℃左右)10～20℃，以避免烟道腐蚀。并要求烟囱出口烟气流速为15～20rfds，以避免冷空气倒灌。温度较高时，烟气密度较小，风机容易将其排出烟囱。若湿法烟气脱硫后，烟气温度远低于60℃，易增大风机负荷，从而缩短烟道、风机的寿命，并影响运行经济性。 ② 合理控制烟气流速
烟气流速的增大可以减小吸收塔的截面积，从而降低工程造价，还可以降低循环泵的能耗。但是，烟气流速的增大也易造成吸收液溢液和烟气带水，从而增加除雾器的负担，并加大吸收塔的阻力，使风机能耗增加。对于逆流喷淋型吸收塔，烟气流速宜为3～5m/s。 ③ 检测吸收塔入口烟气S02质量浓度
随着吸收塔入口烟气S02质量浓度的增加，在吸收液碱度不变的情况下，易造成脱硫效率下降。因此，实际运行中应根据吸收塔入口烟气S02质量浓度，调整吸收液的碱度，以保证脱硫效果。
④ 减少烟气中的飞灰
烟气中粉尘含量持续超过设计允许量，将使脱硫效率大为下降，喷头堵塞。一般要求湿法烟气脱硫系统入口粉尘质量浓度小于200mg/m，因此应在脱硫系统前安装性能可靠、除尘效率较高的除尘设备。 4.2 吸收液侧
① 控制石灰石浆液的纯度
石灰石浆液的纯度越高、石灰石的粒径越小，越有利于S02的吸收，但要求过高易导致石灰石浆液制备成本和能耗的上升。根据实践经验，石灰石浆液的纯度应在90%以上，石灰石的粒径在48～74μm较为合适。 ② 液气比
在实际工程应用中，提高液气比将使循环泵的流量增大，进而增加设备的造价和能耗。此外，高液气比还易使吸收塔内的阻力增大，增加风机能耗。因此，综合考虑脱硫效果以及运行能耗和投资因素，石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的液气比宜控制在10～12L/m。 ③ 吸收液的pH值
3
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吸收液较低的pH值有利于石灰石的溶解和的氧化，但当吸收
液的pH值过低时，有较强的腐蚀性。而pH值较高则有利于S02的吸收，但若pH值过高，易导致吸收液中的S03和C03离子浓度的相对增加，从而促使CaS03和CaC03在石灰石颗粒表面结晶。因此，选择合适的pH值，对湿法烟气脱硫系统的良好运行有着重要的意义。 ④ 吸收液的饱和度
由于CaS03和CaS04的溶解度随温度变化不大，而且两者都能发生强烈过饱和，因此用降温的方法难以使二者从吸收液中结晶出来。这是由于溶解的盐类在同种盐的晶体上结晶比在异类粒子上结晶要快得多，因此在吸收液中加入CaS04·2H20作为晶种，使CaS04的过饱和度降低到正常水平，可以减轻因CaS04过饱和而引起的结垢。CaS03晶种的作用较小，通常在湿法烟气脱硫系统中设置充气槽将CaS03氧化成CaS04，从而不至于干扰CaS04·2H20的结晶。
此外，向吸收液中加入MgS04等添加剂，使S02生成一种可溶性盐(MgS03)的形式被吸收。MgS03的溶解度约为CaS03的630倍，将使溶液中的SO3活度大大增加，这不仅可以提高S02
2-2-2-