石灰石/石膏湿法烟气脱硫中取消石膏旋流器的可能性

摘要：详细描述了在大气污染治理的烟气脱硫工艺中，脱水系统的石膏旋流器的原理、作用与副作用（飞灰对脱硫吸收塔内反应的影响）。采用石膏旋流器与不采用石膏旋流器对石膏浆液成分的影响，探讨取消石膏旋流器的可能性、取消的条件以及取消的实例。

关键词：烟气脱硫；取消；石膏旋流器；条件

中图分类号： TF704.3 文献标识码： A 文章编号：

0 引言

从国内第一台脱硫装置运行，到现在，烟气脱硫装置的脱水系统中，一直都认为安装石膏旋流器是必须的，然而在一些条件下，石膏旋流器是可以取消，而且取消是有好处的。本文就石膏旋流器取消的可能行和条件，做一些探讨。

1旋流器的在脱硫系统的应用

1.1旋流器的工作原理

石膏旋流器是一种水力旋流器，其工作原理是离心沉降。当待分离的两相混合液（石膏）以一定压力从旋流器周边切向进入旋流器内后，产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动。由于粗颗粒（或重相）与细颗粒（或轻相）之间存在着粒度差（或密度差），其受到的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大颗粒便以很快的速度沿筒壁旋转，而产生很大的离心力，甩向筒壁，从而沿筒壁向下滑动，从下部的底流排除，而清液和细小颗粒从旋流器顶部溢流，从而达到将浆液分离的作用。

1.2石膏旋流器在石灰石/石膏湿法脱硫中的应用

基于旋流器的工作原理，旋流设备在大气污染治理的烟气脱硫工程中的应用相当广泛。在烟气脱硫工程中采用石灰石旋流器和石膏旋流器两种。本文只就石膏旋流器的应用作说明。

石灰石/石膏湿法喷淋塔脱硫的脱水系统流程如下：吸收塔中浓度为15%wt的石膏浆液首先泵送进入石膏旋流器，在石膏旋流器器中浆液被浓缩到40~50%wt浓度的石膏浆液，再进入到真空皮带脱水机脱水。真空皮带脱水机后石膏含水率为10%wt。

此种方式典型的吸收塔塔形代表为喷淋塔，多层喷淋层装设于吸收塔顶部，喷嘴一般垂直向下安装，石膏浆液从吸收塔的顶部往下喷淋，烟气从吸收塔下部进入，与喷淋下来的石膏浆液逆向接触，为达到良好的汽液接触，喷嘴处需要加压使得浆液液滴雾化，那么浆液浓度不能做得太高，一般运行浓度为15%~17%，否则喷嘴易磨损。

是不是所有的脱水系统都需要石膏旋流器呢？不是的，当吸收塔的石膏浆液浓度达到30%时，无需通过石膏旋流器，可直接进入到真空皮带脱水机脱水。

这种方式典型的吸收塔塔形代表为液柱塔，液柱塔是方形钢结构塔体。浆液循环管采用母管制配置，塔内设有一层布置在塔体中低部的喷浆管。所有的喷嘴采用同一口径，全部垂直向上安装，浆液向上喷出，将原烟气卷入液柱，液柱上升过程中与原烟气充分接触，吸收剂浆液与烟气吸收反应。液柱到达顶部后分散成细小的液滴，细小下落的液滴与上升的液滴的碰撞形成高密集液滴层，提高烟气与吸收液的混合，使气－液高效接触，加速SO2的吸收反应。液滴下降过程中互相碰撞，表面不断更新，保持吸收能力，与上升的烟气进行吸收反应。这就是液柱塔的双倍接触吸收反应过程，因此具有优异的脱硫性能。在液柱塔工艺中采用大口径非加压喷嘴，同时针对循环泵而言，由于其压头较低，循环泵的磨损环境也得到很大的改善。吸收液的浓度以往被认为最大界限为20%，由于液柱塔工艺的特点，实现了采用30%浓度的吸收液技术。这为取消石膏旋流器奠定了基础。

2 石膏旋流器在石灰石/石膏湿法脱硫中的副作用

石膏旋流器在湿法脱硫中能起到初步浓缩石膏浆液的作用，但是在浆液中飞灰和杂质比较多的情况下，基于飞灰对吸收塔的不良影响，石膏旋流器在烟气脱硫中反而起副作用。

在烟气中有许多不纯物质，其中的HF和飞灰对石灰石的反应率有影响，铝离子Al3+和氟离子F－反应生成AlFx，AlFx（氟化铝复合物）是一种多核络合物，其吸附在石灰石颗粒的表面，从而抑制石灰石的溶解过程，从而导致石灰石活性的降低。

脱硫系统如果设置石膏旋流器，根据石膏旋流器的工作原理可以看出，石膏浆液中大部分粗颗粒（或重相）经旋流器底流口排出至皮带脱水机脱水，而大部分细颗粒（或轻相如飞灰和杂质）由顶流返回吸收塔，并在吸收塔内积累，同时飞灰会随废水排掉一部分，当飞灰在吸收塔积累的同时，废水排掉的部分的浓度也会增加，长期运行后，二者会达到一个平衡，即进入吸收塔的飞灰和排出吸收塔的飞灰量是相等的，所以我们通过控制废水量来控制吸收塔内浆液的飞灰浓度值不至于影响石灰石活性。

3 设置石膏旋流器和取消石膏旋流器浆液成分的变化

下面我们就同一个工程（吸收塔浆液浓度30%）设置石膏旋流器和取消石膏旋流器后石膏浆液的变化作比较：

3.1无石膏旋流器系统

假设吸收塔脱除了200kg/h的飞灰，排浆泵的流量50m3/h，浆液浓度30%，废水的排放是从滤液排放，不考虑废水（滤液）对飞灰的排放，则飞灰全部从石膏排除。在吸收塔中的飞灰浓度为：200 kg/50 m3=4g/L。

3.2 有石膏旋流器系统

假设吸收塔脱除了200kg/h的飞灰，排浆泵的流量60m3/h（因为有旋流器顶流返回吸收塔，排浆量需相应增大），浆液浓度30%，废水的排放是从滤液排放，不考虑废水（滤液）对飞灰的排放，则飞灰全部从石膏排除。考虑石膏旋流器入口水分份额为100%，按两种情况考虑：

（一）、如果石膏旋流器底流浓度为40%WT，则石膏旋流器的底流水分份额为22%，石膏旋流器顶流的水分份额为78%（由物料横算计算得出），飞灰的份额同水分的份额一致，在吸收塔中的飞灰浓度为：200 kg/h=60X×0.22 m3，解方程后X=15.15g/L。

（二）、如果石膏旋流器底流浓度为50%WT，则石膏旋流器的底流水分份额为15%，石膏旋流器顶流的水分份额为85%（由物料横算计算得出），飞灰的份额同水分的份额一致，在吸收塔中的飞灰浓度为：200 kg/h=60X×0.15 m3，解方程后X=22.22g/L。

3.3有石膏旋流器系统但增加了废水旋流器的系统

有石膏旋流器系统但增加了废水旋流器的系统

这种系统较有石膏旋流器系统多增加了一个排放废水的废水旋流器，而且同样考虑废水代走了部分飞灰。

假设吸收塔脱除了200kg/h的飞灰，排浆泵的流量60m3/h（因为有旋流器顶流返回吸收塔，排浆量需相应增大），浆液浓度30%。考虑石膏旋流器入口水分份额为100%，

如果石膏旋流器底流浓度为40%WT，则石膏旋流器的底流水分份额为22%，石膏旋流器顶流的水分份额为78%（由物料横算计算得出），石膏旋流器顶流的10%进入废水旋流器，废水旋流器的底流水分份额为20%，废水旋流器的顶流的水分份额为80%，废水旋流器的顶流全作为废水排放掉，飞灰的份额同水分的份额一致，在吸收塔中的飞灰浓度为：200 kg/h=60X×0.22 +60X ×0.78×0.1×0.8m3，解方程后X=14.73g/L。

结论：从上述的计算可以看出，有石膏旋流器和没有石膏旋流器，吸收塔中的飞灰浓度的差距是非常明显的，有3倍以上。基于飞灰对石灰石活性的影响，在能够取消石膏旋流器的情况下，取消旋流器对吸收塔内的反应是有好处的。

4 取消石膏旋流器的实例

韩城第二电厂1×600MW机组（2#FGD）烟气脱硫工程采用的是液柱塔，该装置由日本三菱公司建设完成。该FGD硫装置采用一炉一塔方式配置。在锅炉燃用设计煤和校核煤BMCR工况下单台机组排放浓度小于263mg/Nm3。且按BMCR工况下脱硫效率不低于93.3％的原则进行设计。此工程取消了石膏旋流器。运行状况一直很稳定。

5 有石膏旋流器和没有石膏旋流器情况下，脱水系统的投资比较

在吸收塔内石膏浆液浓度达到30%的情况下，石膏浆液能够直接排入真空皮带脱水机中脱水，与有旋流器相比，旋流器浓缩后的浆液浓度为40~60%，无旋流器系统的真空皮带脱水机的面积有所增加，但是没有旋流器以及旋流器间其总的投资还要节约一些。以产量为20吨10%含水量石膏的脱水系统为例，皮带机选择两台，按50%的富裕量选。下面就有无旋流器的脱水系统作一个比较：

在以喷淋塔为代表的FGD系统中，由于浆液浓度较低，无法取消石膏旋流器，在烟气中灰尘含量较多的情况下，经常采用两种方式来解决旋流器把飞灰返回吸收塔从而消除其对吸收塔性能的不良影响。

6.1 旋流器旁路

增加旋流器的旁路，从旋流器的入口分一支管路和旋流器底流混合，进入皮带机的浆液浓度变稀，但是由于入口的一部分浆液未通过旋流器，从而排除的飞灰更多。

6.2 用迷宫沉淀器替代废水旋流器

常规的喷淋塔系统是在石膏旋流器后装设废水旋流器。

迷宫沉淀器系统是在原装设废水旋流器的位置装设迷宫沉淀器。

这里所说的迷宫沉淀器类似于废水处理上用的斜板澄清器，迷宫沉淀器系统与废水旋流器系统的不同在于：排往废水处理去的废水，废水旋流器为顶流，而迷宫沉淀器为底流，因而，迷宫沉淀器排除的飞灰杂质更多。

7 结论

作为石灰石/石膏湿法脱硫中，有旋流器和无旋流器的比较如下：

在石膏浆液浓度允许的条件下取消石膏旋流器，烟气中飞灰会随石膏一起均匀排掉，对吸收塔的反应是有好处的，比起有旋流器方案来说，虽然真空皮带脱水机的面积增加，但实际投资更节省，而且系统简化，维修工作量小。特别是系统飞灰含量比较大的情况下，取消石膏旋流器这个设备对脱硫塔内的反应是相当好。然而是否能够取消石膏旋流器取决于石膏浆液的浓度，只要石膏浆液浓度满足真空皮带脱水机的运行要求，即可取消

作者简介：杨斌懿，（1972.6--）, 女, 高级工程师,研究方向： 大气污染治理.

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