石灰—石膏湿法烟气脱硫塔体结垢的原因及装置的技术改造

李妮妮 郑鹏辉 皇甫瑞丽

摘 要：石灰-石膏湿法烟气脱硫是目前应用最为广泛且最为成熟的烟气脱硫技术之一，影响该种湿法烟气脱硫系统脱硫效率的因素是多方面的，有液气比、浆液pH值、石灰的溶解度、塔体结垢等多种因素。文章旨在探讨针对塔体结垢影响系统效率的因素，采用添加新设备以及对原有设备进行改造的脱硫系统提效。

关键词：烟气脱硫；脱硫效率；提效

前言

随着我国经济持续高速发展，城市化和工业化进程日益加快，各种大气污染物急剧增加，国家“十二五”规划纲要中提出“要强化污染物排放和治理，推进火电、钢铁、有色、化工、建材等行业二氧化硫和氮氧化物治理……”这对于环保企业来说，即是机遇，又是挑战。

烟气脱硫技术分湿法、半干法、干法三类，其中湿法烟气脱硫工艺已有几十年的发展历史，技术上日趋成熟完善，根据吸收剂的不同又有多种不同工艺，常见的有石灰石/石灰-石膏法、海水法、氨法、双碱法等。石灰-石膏湿法脱硫工艺由于具有吸收剂来源丰富、成本低廉、脱硫效率高以及副产品可回收利用等优点，成为广泛应用的一种烟气脱硫工艺。

石灰-石膏湿法烟气脱硫过程是采用具有碱性特性的吸收液吸收酸性烟气，并将吸收后的产物氧化成副产品石膏的过程，该过程涉及一系列的物理化学过程，影响这一过程烟气脱硫效率的主要因素有液气比，浆液的pH值，烟气流速以及接触的时间[1]，文章旨在讨论塔体结垢对脱硫系统的影响以及所采取的改进的技术。

1 塔体结垢的类型及其产因

石灰-石膏湿法烟气脱硫是采用石灰浆液吸收烟气中SO2而将其从烟气中脱除，最后将反应产物氧化结晶成副产品石膏并加以回收利用的脱除原理。这一工艺主要涉及两个过程，一是SO2的吸收，二是反应产物的结晶氧化。在氧化结晶阶段，若各参数如液气比、浆液的pH值等控制不当，会引起塔底浆液的溶解性降低，造成系统结垢。脱硫系统的结垢会增加系统阻力、降低脱硫效率，典型的石灰-石膏湿法烟气脱硫结垢主要有以下两种类型：

第一：石膏垢，当吸收塔的石膏浆液中CaSO4过饱和度≥1.4[1]时，溶液中的CaSO4就会在吸收塔内各组件表面析出结晶形成石膏垢。石膏垢分布在吸收塔壁面及循环泵入口、喷淋管网母管支管喷嘴等、石膏泵入口滤网的两侧，以及在水力旋流器溢流的盖子和底部分流器管子上。另外，在上层除雾器的叶片上，由于冲洗不彻底，也有明显的浆液黏积现象。CaSO4·2H2O的结垢非常坚硬，这种硬垢不能用降低pH值的方法溶解掉，必须用机械方法清除。更为严重的是，CaSO4·2H2O结垢一旦形成，将以此结垢处为“据点”，继续扩大，即使将相对饱和度降至正常工况也无法避免。要是过饱和对小于1.4，运行人员要严格控制吸收塔内石膏浆液浓度、液气比，并提高氧化率。

当系统的氧化程度低时，生成的CaSO3·1/2H2O的溶解度较低，仅为0.0043g/100mL，（18°C），极易达到饱和而结晶在塔壁和部件表面，随着晶核增大，形成很厚的垢层，如若氧化彻底，将CaSO3·1/2H2O氧化成CaSO4，CaSO4的溶解度0.24g/100mL（20°C），较CaSO3·1/2H2O大很多，在相同条件下不会很快达到饱和程度，不易结晶而结垢。

第二：CSS垢，它是CaSO3·1/2H2O和CaSO4·2H2O两种物质的混合结晶[1]。CSS垢在吸收塔内各组件表面逐渐长大形成片状的垢层，生长速度低于石膏垢。CSS垢主要分布在吸收塔底数台搅拌器的死区内。CaSO3·1/2H2O未及时清理，也会逐渐氧化为CaSO4·2H2O，由软垢变成硬垢。

关于以上两种垢体形成原因的分析，可知石膏垢主要是浆液饱和度过大，氧化不彻底所致，CSS垢体主要是主要在吸收塔底部存在搅拌器死区所致，因此为了防止以上两种结垢现象的出现，可通过加大塔底氧化系统的氧化力度，和提高搅拌器的性能，或者是通过对原有设备进行技术改造，采用新的技术，以防止结垢的出现。

2 石灰-石膏湿法烟气脱硫设备配置技术改造

由以上塔体结垢的成因分析，主要是由于塔底氧化系统氧化不彻底以及塔底搅拌器搅拌不全面，存在大面积的搅拌死区所致。所以，为了避免塔体结垢现象的出现，减少结垢对脱硫系统的影响，需要提高氧化系统的氧化效果以及改善搅拌器的搅拌性能。

2.1 氧化系统的改造

原脱硫塔的氧化系统是采用氧气曝气管放置在搅拌器前端，利用搅拌器的搅拌性将曝气管的氧气带入到塔底浆液内部，使得氧气与CaSO3·1/2H2O进行反应生成CaSO4·2H2O，但是该方法反应不均匀，不能使O2与CaSO3·1/2H2O充分反应，尤其是在搅拌器的搅拌死区，吸收塔的中间部位，搅拌器搅拌不到，自然不能将氧气带入到该部位，造成氧化风机氧化不彻底，容易阻塞塔底。

为改善原有氧化系统反应不均匀，采用均匀布置氧气曝气管，在吸收塔内均匀布置曝气管，该氧化系统产生的气泡相对较大，且有一定的浸没深度，可使O2与CaSO3·1/2H2O充分反应，生成CaSO4·2H2O，在减少塔底结垢堵塞的前提下，还可保证石膏质量，以利于副产品的二次回收利用。

2.2 搅拌系统的改造

塔底结垢的第二个原因主要是搅拌系统存在搅拌死区所致。原搅拌系统采用在脱硫塔周围安装有若干台侧进式搅拌器的方式，对塔底浆液进行搅拌，以防止浆液沉淀。这种系统只能保证塔底周边的浆液不发生沉淀，而处于吸收塔中间的部分，搅拌器无法触及的部位易发生沉淀，严重时，会使沉淀堆积如山，影响脱硫系统的安全运行。

为了改善原搅拌系统存在的搅拌死区现象，防止浆液沉淀，在吸收塔底部采用多效紊動做法，即采用扰动泵，利用吸收塔浆液，输入塔底布置管道，管道设计多个喷嘴进行浆液扰动，保证脱硫浆液不沉淀。在吸收塔内采用几根带有朝向吸收塔底的喷嘴的管子，通过扰动泵将液体从吸收塔反应池上部抽出，经管路重新打回反应池内，当液体从喷嘴中喷出时就产生了扰动作用，依靠这种扰动作用可以搅起塔底的固体物，进而防止沉淀。

3 结束语

石灰-石膏湿法烟气脱硫技术目前技术最为成熟且应用最为广泛的脱硫技术，且在“十二五”规划中严格要求的大气污染排放指标，该方法无疑是大气污染控制中硫氧化物治理的核心技术，所以在控制其工艺参数的同时，加大对其设备的技术改造及革新也是解决石灰-石膏湿法烟气脱硫技术瓶颈的一个突破口。

参考文献

[1]殷红.石灰石-石膏湿法烟气脱硫的影响因素[J].重庆电力高等专科学校学报，2006，11（3）：20-23.

[2]李建舟.石灰石-石膏法烟气脱硫系统结垢分析与控制综述[C].冶炼烟气制酸及废渣、废水治理技术研讨会，2011，8：23-25.