火電廠石灰石濕法脫硫效率的影響因素和提高措施

魏利苔

一、概述

石灰石/石膏濕法煙氣脫硫FGD（Flue gas desulfurization）工藝技術在我國火力發電廠鍋爐煙氣脫硫中有著廣泛的應用，但近年來，隨著國家對環保的日益重視，對SO2等污染物的排放要求越來越嚴格，要滿足國家標準的新要求，作為火力發電廠，只能通過分析影響FGD系統運行效率的因素，并對其加以嚴格控制，從而提高脫硫效率，有效的降低SO2排放量。本文根據多年從事脫硫工作的一些經驗和本廠脫硫運行情況，對影響FGD脫硫效率的因素進行分析，并嘗試提出相應的解決方案。

二、石灰石/石膏濕法煙氣脫硫的原理和工藝流程

從電除塵器出來的煙氣通過增壓風機進入吸收塔，而石灰石漿液則從吸收塔沉淀槽中泵入安裝在塔頂部的噴嘴集管中，上升的煙氣與沿噴霧塔下落的石灰石漿液接觸。煙氣中的SO2溶入水溶液中，并被其中的堿性物質中和，從而使煙氣中的硫脫除。煙氣經循環石灰石稀漿的洗滌，可將煙氣中95%以上的硫脫除。同時還能將煙氣中近100%的氯化氫除去。在吸收器的頂部，脫硫后的煙氣穿過除霧器，除去懸浮水滴，由煙道進入煙囪排入大氣中。而石灰石漿液中的碳酸鈣則與二氧化硫和氧（空氣中的氧）發生反應，最終生成石膏，這些石膏在沉淀槽中從溶液中析出。石膏稀漿由吸收塔沉淀槽中抽出，經濃縮、脫水和洗滌后先儲存起來，然后再從當地運走。石灰石和工藝水通過石灰石制漿裝置制漿后由加漿泵補充至吸收塔。石灰石/石膏濕法煙氣脫硫工藝流程見圖1

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三、影響煙氣脫硫效率的因素

1.通過脫硫系統的煙氣量及原煙氣中SO2的含量

在脫硫系統設備運行方式一定，運行工況穩定，無其它影響因素時，當處理煙氣量及原煙氣中SO2的含量升高時，脫硫效率將下降。因為入口SO2的增加，能很快的消耗循環漿液中可提供的堿量，造成漿液液滴吸收SO2的能力減弱。

2.通過脫硫系統煙氣的性質

（1）煙氣中所含的灰塵。因灰塵中帶入的Al3+與煙氣氣體中帶入的F-形成的絡化物達到一定濃度 時，會吸附在CaCO3固體顆粒的表面，“封閉”了CaCO3的活性，嚴重減緩了CaCO3的溶解速度，造成脫硫效率的降低。

（2）煙氣中的HCl。當煙氣通過脫硫吸收塔時，煙氣中的HCl幾乎全部溶于吸收漿液中，因Cl-比SO42-的活性高（鹽酸比硫酸酸性更強），更易與CaCO3發生反應，生成溶于水的CaCl2，從而使漿液中Ca2+ 的濃度增大，由于同離子效應，其將抑制CaCO3的溶解速度，會造成脫硫效率的降低。同時，由于 離子強度和溶液黏度的增大，漿液中離子的擴散速度變慢，致使漿液液滴中有較高的SO32-，從而降低了SO2向循環漿液中的傳質速度，也會造成脫硫效率的降低。

3.循環漿液的pH值

脫硫系統中，循環漿液的pH值是運行人員控制的主要參數之一，漿液的pH值對脫硫效率的影響最明顯。提高漿液的pH值就是增加循環漿液中未溶解的石灰石的總量，當循環漿液液滴在吸收塔內下落過程中吸收SO2堿度降低后，液滴中有較多的吸收劑可供溶解，保證循環漿液能夠隨時具有吸收SO2的能力。同時，提高漿液的pH值就意味著增加了可溶性堿物質的濃度，提高了漿液中和吸收SO2 的后產生的H+ 的作用。因此，提高pH值就可直接提高脫硫系統的脫硫效率。 但是，漿液的pH值也不是越高越好，雖然脫硫效率隨pH值的升高而升高，但當pH值達到一定數值后，再提高pH值對脫硫效率的影響并不大，因為過高的pH值會使漿液中石灰石的溶解速率急劇下降，同時過高的pH值會造成石灰石量的浪費，并且使石膏含CaCO3的量增大，嚴重降低了石膏的品質。因此pH值應控制在一個合理的范圍內，目前我廠脫硫系統中循環漿液pH值控制在4.8——5.2之間，即可得到品質良好的石膏，又能保證脫硫效率不低于95%。

4.氧化空氣量

我廠脫硫系統采取強制氧化方式運行，若漿液池內氧化空氣供量不足，或氧化空氣進行吸收塔的 位置距液面沒有足夠的深度，漿液中的亞硫酸鹽含量將增加，即HSO3-濃度增大，當其相對飽和度較高時，會發生亞硫酸鹽嚴重抑制作用（反應封閉）。發生此種情況的現象是運行漿液的pH值下降，而加入石灰石漿液時，pH值也沒有明顯提高，脫硫效率下降，漿液中未反應的石灰石濃度增加。因此運行中必須保證進入脫硫吸收塔的氧化空氣量能夠滿足系統需求。

5.吸收系統的鈣硫摩爾比（Ca/S）

鈣硫摩爾比是指每脫除1摩爾SO2所需加入系統的CaCO3 摩爾數。從理論上講，鈣硫摩爾比為1。但是在實際運行為，保證脫硫系統運行的效率和穩定性，要保持鈣硫摩爾比大于1。因為Ca/S過低，不能滿足運行要求，使系統脫硫效率降低。但是Ca/S過高，又使石膏的品質降低，浪費石灰石粉。目前我廠脫硫系統鈣硫比保持在1.03左右。

6.吸收劑石灰石的性質

石灰石中CaCO3的含量，石灰石中CaCO3的含量若過低，含其它雜質過多，給運行帶來一些問題，造成吸收劑耗量的增加，同時也使石膏的純度下降。吸收劑的特性不僅包括其化學成分，也包括其反應活性。吸收劑的活性影響到吸收劑量的溶解速度和溶解度。其活性越好，吸收SO2的能力就越強，對提高脫硫效率越有利。石灰石粉細度的影響。石灰石粉越細，就相對增加了石灰石溶解的表面積，其直接影響到循環漿液的運行pH值，因此，石灰石越細，對脫硫效率的提高就越有利。

另外，影響煙氣脫硫效率的因素還有煙氣流速，煙氣流速越快，提高了漿液液滴下降時的擾動，能夠促進煙氣中SO2與漿液的反應速度，對提高脫硫效率越有利；循環漿液的密度對脫硫效率也有一定影響，當循環漿液的密度過高時，漿液中所含Ca2+ 也相對較高，影響了CaCO3的離解，同時也減小了煙氣中SO2與漿液液體的接觸面積。因此循環漿液的濃度過高對提高煙氣脫硫效率是無益的，在運行中，應加強對循環漿液濃度的控制。 當然，煙氣通過脫硫吸收塔時，所發生的化學反應和物理傳質過程是復雜的、紊亂的，其反應現象和反應過程并不局限于此，并且三個區域之內的反應也不是單一的。

四、煙氣脫硫系統運行中主要控制措施

1.加強對煙氣含塵量的控制

經前面分析，煙氣中含塵濃度高時，會因煙氣中各種惰性物質的存在造成石灰石顆粒反應閉塞，將嚴重制成脫硫效率的下降。此外，煙氣含塵濃度高時，還會加大循環漿液對設備和管道的磨損。因此，在運行中，應確保煙氣脫硫系統上一級設備——靜電除塵器的高效運行，保證除塵效率大于99.5%， 脫硫系統入口煙塵含量小于300mg/Nm3 。

2.對吸收系統水質的控制

因煙氣通過脫硫吸收塔時，煙氣中的HCl溶于吸收漿液中，造成漿液中Cl-含量高，造成脫硫效 率的降低。因此，應降低漿液中Cl-的含量。Cl-主要以CaCl、MgCl、NaCl、KCl以及其它金屬氯化物 的形式存在。要除去循環漿液中的Cl-，就要加強對脫硫系統廢水處理的運行維護，保證循環漿液中氯離子的有效去除和排出。

3.對循環漿液pH值的控制

循環漿液的pH值是運行人員控制煙氣脫硫效率的主要參數，提高循環漿液的pH值可直接提高脫硫系統的脫硫效率。pH值過低，能提高石膏的品質，但不能保證脫硫效率；而pH值過高，會造成石灰石粉的浪費，降低了石膏的品質，增加了循環漿液的密度，加大了對設備的磨損。并且當循環漿液pH值大于5.7后，再提高pH值對提高脫硫效率影響并不大，一般運行控制pH值不大于6。目前我廠脫硫系統循環漿液pH值控制在4.8～5.2之間。

4.提高液氣比

液氣比是指吸收塔洗滌單位體積的煙氣需要的循環漿液量。在其它條件不變的情況下，增加吸收塔循環漿液量即增大液氣比，脫硫效率隨之升高。在運行中，為保證脫硫效率，應適時增加漿液循環泵的運行臺數。

5.保持吸收系統的鈣硫摩爾比穩定（Ca/S）

保證脫硫系統運行的效率和穩定性， Ca/S過低不能滿足運行要求，使系統脫硫效率降低。但是Ca/S過高，又使石膏的品質降低。目前我廠脫硫系統鈣硫比保持在1.03左右。

6.吸收劑石灰石的性質

石灰石中CaCO3的含量百分比、石灰石的活性、石灰石的細度，對脫硫效率都有影響，因此在運行中，應加強對入口石灰石粉品質的檢查和控制，以保證脫硫效率的穩定。

7.循環漿液密度

當循環漿液密度過高時，漿液黏度增大，相對減小了漿液與煙氣的接觸面積，造成漿液中離子的擴散速度變慢，降低了SO2向漿液中的傳質速度。因此在運行中應控制好循環漿液的密度，現我廠脫 硫系統循環漿液密度控制在1080——1200kg/m3 ，系統能夠穩定運行。

五、結束語

運行中通過對SO2吸收系統各運行參數的控制，目前，我廠煙氣脫硫系統運行穩定，各項指標合格。但是影響石灰石——石膏濕法煙氣脫硫效率的因素是復雜的、多方面的，我們還將在今后的運行中，探索出更加有效可靠的控制方式。