石灰石-石膏湿法烟气脱硫效率的影响因素与分析

任志华 沈炳耘 王苏琛

（内蒙古工业大学 能源与动力工程学院，内蒙古 呼和浩特 010051）

0 引言

燃煤过程中的二氧化硫排放造成严重的大气污染，控制电力行业二氧化硫排放是实现全国二氧化硫削减目标的关键。近两年，国家采取一系列措施，大力推进火电厂烟气脱硫工程建设，取得了举世瞩目的成就。目前，在众多的脱硫工艺中，石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术发展较为成熟，应用最为广泛，也是我国火电厂脱硫应用的主流工艺。

1 湿法烟气脱硫原理

烟气从吸收塔下侧进入，与吸收浆液逆流接触，洗涤烟气中的SO2、HCl和HF等，在塔内进行吸收反应，对落入吸收塔浆池的反应物再进行氧化反应，得到脱硫副产品二水石膏。

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的反应机理[3]为:

石灰石-石膏湿法脱硫工艺技术成熟，设备运行可靠性高，脱硫效率高达95%以上，单塔处理烟气量大，适应不同含硫量的煤种，吸收剂资源丰富，脱硫副产物便于利用，目前广泛应用于世界各地。此工艺的缺点是:投资费用高，设备占地面积大，运行费用较高，且设备易腐蚀。

2 影响脱硫效率的因素分析

本论文数据采集于内蒙古某电厂#4机组300MW脱硫装置，在脱硫系统设备良好、运行正常，通过控制其负荷及烟气量在一定范围条件下，对脱硫系统运行参数:pH值、液气比、入口SO2浓度、入口烟尘含量、含氧量，运用单因素分析方法，作图观察其对脱硫效率的影响趋势。

2.1 烟气SO2浓度对脱硫效率的影响

机组负荷控制在270-300MW附近，烟气量为983710～1036113（Nm3/h），入口烟气温度为 125-128，pH 值为 5.5，含氧量 6.36-6.5%，运行基本稳定，作图观察SO2与脱硫效率的影响趋势如下:

图1 脱硫效率与入口烟气SO2浓度的关系曲线

当烟气SO2浓度较低，由于吸收塔出口的烟气SO2浓度不会低于其平衡浓度，脱硫效率不会很高。当烟气SO2浓度逐渐升高，SO2通过浆液表面向液滴内部扩散，反应速度加快，脱硫效率提高。若烟气SO2浓度继续增大，受浆液吸收能力的限制，脱硫效率将会下降。

从图1可以看出，在3350-3950mg/Nm3范围内，随着SO2浓度增大，受浆液吸收能力的限制，机组脱硫效率反而降低。当入口SO2浓度低于3400mg/Nm3，脱硫效率为97%以上，当入口SO2浓度达到3900mg/Nm3，脱硫效率降低到95%以下。

2.2 烟气中的飞灰

机组负荷 250MW-300MW, 烟气量 983710～1036113（Nm3/h），pH值为 5.5，含氧量 6.36-6.5%，入口 SO2浓度 3650-3850mg/Nm3，观察脱硫效率与烟气含尘量的关系曲线（图2）:

图2 脱硫效率与烟尘含量的关系曲线

原烟气中的飞灰在一定程度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触，降低了石灰石中Ca＋的溶解速率，同时飞灰中不断溶出的一些重金属会抑制Ca＋与HSO3-的反应。图2可以看出脱硫效率随着粉尘含量的增加而降低，一般要求FGD入口粉尘含量小于100mg/Nm3。

2.3 液气比

机组负荷 250MW～300MW, 烟气量 983710-1036113（Nm3/h），pH值为 5.5，含氧量 6.36-6.5%，入口 SO2浓度 3650-3850mg/Nm3，观察液气比与脱硫效率的关系如图3:

图3 脱硫效率与液气比的关系曲线

如图3所示，随着液气比的增加，脱硫效率也随之增大，当液气比达到7，脱硫效率达到95%以上，当液气比达到8.5，脱硫效率达到97%，且随着液气比的继续增加，脱硫效率增加减缓。石灰石一石膏法中二氧化硫的吸收过程是气膜控制过程，相应的，液气比的增大，代表了气液接触的机率增加，脱硫率相应增大。但二氧化硫与吸收液有一个气液平衡，液气比超过一定值后，脱硫率将不在增加。而较高的液气比会造成系统运行电耗增加，运行成本增大，建议采用液气比7-9之间。

2.4 pH 值

机组负荷 250MW～300MW,烟气量 983710-1036113（Nm3/h），含氧量 6.36-6.5%，入口 SO2浓度 3650-3850mg/Nm3，观察 pH 值与脱硫效率的关系如图4。

图4 脱硫效率与浆液pH值的关系曲线

图5 脱硫效率与烟气含氧量的关系曲线

由图4可知，pH值低于5.6时，随着pH值的升高脱硫效率增加明显，当pH值超过5.7，随着pH值的增加脱硫效率增加减缓。从二氧化硫的吸收来讲，高的pH值有利于二氧化硫的吸收，但pH值过高会抑制亚硫酸钙的氧化和石灰石的溶解。低的pH值有利于亚硫酸钙的氧化，石灰石溶解度增加，但pH值过低会抑制二氧化硫的吸收，使脱硫效率大大降低。一般建议pH在5.5左右合适。

2.5 含氧量

机组负荷 250MW-300MW, 烟气量 983710～1036113（Nm3/h），pH值为5.5，入口SO2浓度3650-3850mg/Nm3，观察含氧量与脱硫效率的关系如图5。

由图5可以看出，氧含量低于6%，脱硫效率随烟气含氧量增加明显升高，当烟气含氧量高于6，随烟气氧含量增加，脱硫效率升高不明显。氧化空气提供将SO2氧化成硫酸盐所必须的氧气。氧化风量必须能够满足系统要求，分布均匀并达到一定的利用率。否则，石膏浆液中亚硫酸盐会超标，无法形成合格的石膏晶体。因此，应当保证充分的氧化风量。

3 结论

本文通过对pH值、液气比、入口SO2浓度、入口烟尘含量、含氧量，运用单因素分析方法，分析得出各因素对脱硫效率产生的影响趋势，在3350-3950mg/Nm3范围内脱硫效率随着SO2浓度增大而降低，烟气飞灰浓度的增加也会降低系统的脱硫效率，建议pH值取5.5左右，在保证一定的脱硫效率的前提下可以尽量采用较小的液气比。通过上述分析结果，对今后脱硫装置的安全稳定运行和提高脱硫效率具有一定的实践意义。

［1］阎维平，刘忠，王春波.电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制[J].2005.

［2］钟毅，林永明，高翔.石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统石灰石活性影响因素研究[J].电站系统工程，2005(09).

［3］李守信，纪立国，于军玲.石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺原理[J].华北电力大学学报，2002，29（4）:91-94.

［4］陈素珍，石英桂.老厂湿法脱硫改造工程GGH的设置与烟囱防腐[J].2007.