湿法脱硫技术的应用及对雾霾的影响

曹晋宁

(山西西山热电有限责任公司，山西 太原 030022)

湿法脱硫技术的应用及对雾霾的影响

曹晋宁

(山西西山热电有限责任公司，山西 太原 030022)

结合西山热电脱硫系统改造前后情况，介绍了2种脱硫系统的主要设备技术特点以及影响脱硫效率的因素和运行中的问题，分析目前应用最广的石灰石-石膏湿法脱硫技术排放的高湿烟气对雾霾产生的影响。

脱硫效率；石灰石-石膏湿法；高湿烟气；雾霾

引 言

西山热电拥有3×220 t/h循环流化床(CFB)锅炉，主要燃烧贫瘦煤、煤矸石、煤泥等高硫燃料。该厂坐落于山西省太原市西山矿务局，距市中心约10 km。根据最新环保要求，该厂位于特别限制排放区域范围，其二氧化硫(SO2)排放量须≤50 mg/m3、烟尘≤20 mg/m3。但目前的脱硫设备无法达到新的环保标准要求，故引进石灰石-石膏湿法脱硫系统[1]。

1 原有脱硫系统

原有脱硫系统采用炉内喷钙脱硫技术，该技术广泛用于中小型CFB锅炉，是一种干式燃烧脱硫方式。2005年，投产使用该技术，SO2排放量为800 mg/m3，系统构成简单，主要由物料储存仓、炉前粉仓、罗茨风机及相关系统组成。

该系统工作流程是，由0 m物料储存仓里的石灰石粉通过0.6 MPa压缩空气输送到24 m高的炉前石灰石仓，石灰石粉再通过计量分配给料控制，由15 m的罗茨风机经过与炉膛前壁的2个二次风管连接吹入炉膛工作。

在实际应用中，该系统影响脱硫效率及存在的问题如下：1)对石灰石粉原料的颗粒、有效成分的含量、物料水分等品质要求比较严格；2)压缩空气易带水，在输送中因石灰石吸水率高造成其结块，堵塞管道；3)燃烧物由煤矸石和贫瘦煤配比混合，含硫高，使用石灰石量大，投入后床温下降、床压升高，冷渣器排渣量增大且易堵塞；4)由于从二次风管注入，二次风本身穿透力差，使得石灰石不容易与SO2充分接触；5)运行人员对床温及过量空气系数变化的控制对脱硫效率有一定影响；6)使用清华大学最新研制的方形旋风分离器，对于直径小于50 μm的飞灰回收能力较差。现实中的石灰石直径2.3 mm～30 μm，在燃烧区中停留时间过短，造成脱硫效率低、成本费用增大。因此，脱硫效率与运行人员技术水平及设备状态有关。

在实际运行中，整个系统的每个环节都是不受控的影响因素，运行人员只能对石灰石给料压力监控。运行中，锅炉工况不稳定，燃料配比不严格。为了保证硫排放达标，运行人员通常只是加大石灰石的投入，即提高石灰石给料压力，使得石灰石用量非常大，造成Ca/S比增大，带来了诸多弊端。比如，大量石灰石煅烧使得CO2排放量增大；使粉煤灰中钙含量高，不利于后期利用；增加NOX的排放；干扰正常燃烧，提高运行成本，影响锅炉效能等。总之，该系统在该厂的实际应用中脱硫效率低、事故率高、锅炉运行经济性差。

2 改造后的脱硫系统

2013年，对脱硫系统改造，应用了技术成熟的石灰石-石膏湿法尾部烟气脱硫系统(FGD)。

具体系统改造是,在引风机后采用一炉一塔方案。主要系统及工作流程如图1所示。主要系统包括烟气处理系统、SO2吸收氧化系统、反应剂制备系统、石膏脱水制备系统、废水处理系统等。

烟气处理系统。由于整个烟气系统沿程阻力及局部阻力增大，为保证烟气在吸收塔中上升速度在3 m/s～4 m/s，所以引风机功率增大至800 kW。将原有4级电除尘系统的后2级(第3、4级)改造为布袋除尘，从而提升除尘效率，保证烟气飞灰小于50 mg/m3。其中，液气比(L/G)是决定脱硫率的一个主要参数，同等效率下烟气升速越高，L/G越低。一般以L/G体积比15 L/m3为宜。过高，会使得脱硫效率提高缓慢，同时增大风机和循环泵功率。

SO2吸收氧化系统。此过程在吸收塔内完成，是脱硫系统的核心设备。 烟气进入吸收塔喷淋区下部(一般距浆液800 mm～1 200 mm)向上走，由石灰石制备系统配制成石灰石质量分数为20%的浆液，经浆液泵注入吸收塔底部。再由浆液循环泵打入吸收塔上部的喷淋层，向下喷淋。该厂有5台浆液循环泵，分别接5个喷淋层，浆液与烟气逆流有利于接触反应，但烟气阻力损失较大。这时，吸收塔的吸收区把气相SO2全部转变为液相SO2。其中，钙硫比(Ca/S)是吸收塔内影响脱硫效率的主要参数之一。一定范围内，钙硫比增大，脱硫效率会增加。钙硫比一般在1.02～1.05。

图1 石灰石-石膏脱硫系统

液相SO2浆液落入吸收塔下部氧化区，进行强制氧化反应。氧化氧气来自烟气(含氧量约为6%)、风机供氧和水中溶氧。该厂有2台氧化风机提供氧化空气，一运一备。经过氧化反应，最终生成高品质石膏。在实际运行中，要注意保证氧化区的液位，即保证氧化区高度，使氧化反应充分。另外，可以保证循环泵压头。

浆液的pH值是应重点控制的参数。pH值直接影响SO2的吸收，选择合适的pH值有利于系统良好运行。影响pH值的因素较多，比如，给浆量的大小、烟气SO2含量、浆液活性等，需要运行人员不断摸索，总结经验，控制好pH值。一般情况下，pH值6～7。

氧化区下部是中和区。通过新注入的浆液中和部分游离的H+，生成二水硫酸钙，并能保持浆液中的pH值。

中和区下部就是副产品石膏结晶区，结晶的石膏由底部石膏排出泵送入石膏脱水系统脱水。该厂每个吸收塔配2台石膏排出泵。

吸收塔顶部还有除雾器(ME)，为两级折流板式除雾器。烟气经过吸收区后带有大量的水分，只有脱去水分，才不会对后面设备、烟道造成影响。处理后烟气含水质量浓度应小于75 mg/m3，最好小于50 mg/m3。除雾器内烟气流速要均匀，不然容易造成堵塞。并且要保证烟气流速，以免降低除雾器除雾能力。

该厂通过改造，脱硫效率有大的提高，基本在90%以上。新系统投运以来，还经常能看到该厂周围有烟囱雨现象，影响了周围大气环境，说明该厂脱硫效率的控制运行能力有待提高。

3 湿法脱硫对环境的影响

像绝大多数电厂一样，该厂设备中没有设置烟气再热器(GGH)，脱硫后的烟气温度一般在30 ℃～50 ℃，比干烟气排放温度低80 ℃～100 ℃，并且烟气湿度(100 g/m3～200 g/m3)是原先干烟气的10倍,是我国大气平均湿度(9 g/m3)10倍以上。除雾器脱水后的烟气湿度达到大气湿度的8倍且实际中受到烟气灰分、流速等的影响时，除雾器效率会降低。

湿法脱硫对SO2的脱硫效率高，但对SO3的脱硫效率只有30%。排放烟气中的SO3主要以气溶胶形式存在，气溶胶是影响大气能见度的主要物质。另外，湿烟气中含有氟化氢，氯化物，残留细煤灰，逃逸的氨，二次转化的硫酸铵、硝酸铵、硫酸钙、硝酸钙等，增大了烟气在烟囱中酸性结露、低温腐蚀的概率。由于低温烟气与大气密度差小，所以向高空放空难，受环境风速影响也较大。湿烟气是以雾状排放到大气中的，温度低、湿气大，在空气中难扩散。据统计，每脱100 t硫，产生14 t细颗粒物排放。这些细颗粒在空气中遇到二次污染物(汽车尾气和其他工业排放物等)，在阳光作用下大气氧化增强，吸湿性气溶胶颗粒活性随周围大气含水量增大而增强，使细颗粒发生吸附形成较大直径的微粒，变重下沉，在低空聚集。高湿烟气不仅可以促进大气污染物二次转化，而且可以促进酸化气溶胶活性及吸湿增长。污染物增长很容易造成连锁反应，导致空气质量急剧恶化。尤其在静空气中，更容易形成雾霾。

根据烟囱规范要求，排放物浓度降低、温度减低，新建烟囱高度可以降低(大约是干烟囱的一半即可满足要求)，但同时必须是附近最高建筑高度的1.5倍。这样，对于采用湿法脱硫技术不设置GGH的新建电厂，就有可能发生烟气低空排放更不容易扩散的情况。同时，低温湿烟气在大气中容易下沉，接触到低空的二次污染物，在静空气中越容易形成雾霾。

我国大多电厂都采用湿法脱硫，它可使SO2排放总量降低，对治理酸雨贡献突出。湿法脱硫对除尘的高要求，也使得烟气排放粉尘降低很多。因此，大气中各种污染物总量减少有益于雾霾的治理。

高湿烟气带来的环境问题，应该引起大家的注意，并及早采取措施。目前，国际上通过加装GGH设备、烟塔合一等方法，提高烟气排放温度，提升烟囱排放能力，实现高空排放，增强烟气扩散能力。其中，烟塔合一方案得到好评，综合利用效率最好。但是，对于我国北方缺水地区的电厂，大多使用空冷系统，烟塔合一方案较难实施。因此，需要研究一套适应于空冷系统的高效、低故障率的全新烟气加热系统。

4 结语

结合西山热电脱硫改造，介绍了2种脱硫系统在实际应用中的情况对比。改造后的湿法脱硫高效、稳定、综合利用高等，被大多数电厂采用，解决了高湿烟气带来的环境问题。高湿烟气对周围局部环境的影响是比较显著的，它对于整个大气环境的影响还需要进一步调查研究。

[1] 薛建明.湿法烟气脱硫设计及设备选型手册[M].北京：中国电力出版社，2011.

Applicationofwetdesulfurizationtechnologyanditsinfluenceonfogandhaze

CAOJinning

(ShanxiXishanThermoelectricityCo.,Ltd.,TaiyuanShanxi030022,China)

Combined with Xishan thermal power desulphurization system before and after the transformation, this paper introducestechnical characteristics of main equipment for two kinds of desulfurization system, and factors effecting desulfurization efficiency and problems in operation, then analyzes the influence of high wet flue gas of most widely used limestone gypsum wet desulfurization technology on haze.

desulfurization efficiency; limestonegypsum wet; high wet flue gas; haze

2017-04-26

曹晋宁，男，1985年出生，2010年毕业于中国矿业大学，本科，热动助理工程师，从事电厂运行工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.17

X701.3

A

1004-7050(2017)03-0056-03

专题讨论