飞灰对湿法脱硫系统影响及研究

王文超

摘 要：湿法烟气脱硫作为一种相对较成熟、脱硫效率较高的脱硫技术，得到了最广泛的应用。随着脱硫系统取消旁路，飞灰对湿法脱硫工艺的影响引起人们的重视。尽管飞灰对脱硫系统影响已有经验性报道，但是飞灰影响的定量影响的理论性研究不多，尚未见详细报道。因此，深入研究飞灰对脱硫工艺的主要参数影响，对我国湿法脱硫工艺的发展具有长远意义。本文围绕飞灰对WFGD的影响开展一系列研究，并提出解决办法。

关键词：WFGD；脱硫；飞灰

1 研究背景

我国80%以上的煤通过直接燃烧的方式转化为其他形式的能源，煤燃烧所产生的SO2是大气污染的主要来源。燃煤SO2污染已成为电力生产可持续发展的制约性因素[1，2]。因此，降低火电厂SO2的排放量是控制我国SO2排放总量的重点。烟气脫硫是控制SO2污染行之有效的方法。烟气脱硫中湿式石灰石-石膏烟气脱硫（简称WFGD）是目前世界上技术最成熟、实用业绩最多、运行状况最稳定的脱硫工艺。

目前我国火力发电厂燃煤机组的脱硫装置均设有烟气旁路，用来保障机组的安全可靠运行，保护脱硫装置在事故状态时不受损坏。在燃煤机组启动运行过程中，由于煤种较差，灰分偏高，电除尘故障或者因长时间不排除废水或者石膏，导致大量烟气中的飞灰进入吸收塔，并在吸收塔内大量累积，飞灰在吸收塔浆液中富集超标。通常应对这样的工况，也只有通过打开旁路挡板，减少进入吸收塔的烟气量来降低对塔内浆液的污染程度。但随着国家环保要求的进一步提高以及环保政策的日益严格，确保脱硫装置的投运，严格控制SO2的排放指标，脱硫装置取消旁路是脱硫行业的必然趋势。脱硫装置取消旁路必然导致大量飞灰顺烟道系统进入吸收塔内，导致吸收塔内浆液易受到污染。

2.1 飞灰的主要性质[3，4]

进入脱硫系统的飞灰（即粉煤灰）是一种白色或者灰色的粉末物料，它的组成与性质因燃煤物种、燃烧温度及燃烧方式不同而变化。一般飞灰粒径为1～20 ?m，比表面积为2900～4000 cm2/g，它的化学成分如表所示，从表中数据可知：主要氧化物的含量变化范围很大，其组成与无机硅酸盐材料相似。

2.2 飞灰对WFGD系统的影响

飞灰对WFGD系统的影响是多方面的，而且是由飞灰本身的特性决定。首先，由于飞灰的主要成分是金属和非金属氧化物，在脱硫浆液的酸性环境中会溶出部分Al、Fe等金属阳离子，这些离子与浆液中存在的众多阴离子发生复杂的化学反应。其次，由于飞灰粒径较小，并具有一定的吸附能力，大量飞灰易溶解于浆液中，造成浆液物理性质发生改变，进而对脱硫系统产生相应的影响。

2.2.1 飞灰对WFGD系统浆液的影响

吸收塔浆液对SO2吸收最初始阶段可认为是SO2溶解于水中。浆液中大量的飞灰会在一定程度上影响气液两相的接触面，增大了SO2吸收的传质阻力。此外，由于湿飞灰具有一定的粘度，如果浆液中飞灰浓度较高，则浆液的粘度可能会有较大的变化，这对SO2吸收同样有一定不利影响。浆液粘度增大，可能导致浆液喷淋颗粒分布变大，从而使单位气液接触比表面积降低，相当于降低了液气比，最终导致了脱硫效率的降低。

2.2.2 飞灰对SO2吸收的影响

石灰石浆液吸收SO2的过程是一个相当复杂的反应过程，故影响石灰石活性的因素很多。吸收塔内石灰石浆液所处化学环境复杂，含有多种离子，这些离子对于石灰石活性有重要影响。

飞灰中所含的一些可溶性碱性氧化物溶出的一些重金属阳离子，如Fe3+、Al3+与CO32-相结合，形成难溶的碳酸盐沉淀覆盖在石灰石颗粒表面，阻碍了H+向石灰石颗粒表面的扩散从而抑制了Ca2+离子溶解速率，同时又会抑制Ca2+和HSO3-的反应[6，7]。此外，飞灰的存在一定程度上阻碍了石灰石与SO2的接触，降低了石灰石的溶解速率[8]。石灰石活性的降低可导致浆液pH值下降从而引起脱硫效率的降低。

尽管浆液中F-浓度单独对石灰石的消溶有微弱的抑制作用，但当飞灰中的Al3+、Fe3+和Zn2+等离子在吸收塔不断富集时，具有强配位能力的F-会与这些金属离子发生配位反应，形成氟化络合物，该络合物会吸附于石灰石颗粒的表面，将CaCO3包裹起来极大地阻碍石灰石的溶解，造成反应闭塞，出现“氟化铝致盲”现象[9，10]。氟化铝致盲会导致石灰石调节pH值能力下降，脱硫效率降低。

2.2.3 飞灰对石灰石活性的影响

几乎在所有石灰石-石膏湿法脱硫系统中GGH都或多或少地遇到结垢、堵塞和腐蚀等问题。造成这种现象的主要原因是：浆液中含有石灰石、石膏及飞灰，而飞灰中含有硅、铁、铝等物质，这些物质具有较大的粘度。如果烟气中飞灰含量很高，当除雾器除雾性能不是很好时，净烟气中飞灰与烟气中的雾滴或石膏浆液容易混合碰撞到GGH换热元件上，它们中的部分便会粘附而沉降下来。同时由于烟气具有较高温度，加快沉积层水分的蒸发，使沉积层逐渐形成水泥似的硬垢。这些硬垢会堵塞换热元件的通道，进一步增加GGH的压降，降低了WFGD系统的可用率，增加了维修费用。

2.2.4飞灰对结垢的影响

烟气中飞灰含量过高不仅影响脱硫反应的进行，而且对石膏产品的质量也有一定的影响。如果浆液中飞灰含量过高，由于飞灰的颗粒细小，会阻塞皮带机滤布的滤水通道甚至无法脱水，造成皮带拉稀现象，使石膏含水量超标。此外，经过洗涤后，飞灰沉淀下来，有一部分飞灰随浆液存于石膏中，会导致石膏白度减少，影响石膏的质量。石膏质量降低将影响石膏的综合利用价值，使经济效益降低。

3 消除飞灰对FGD影响的措施

针对湿法脱硫系统取消旁路后烟气中飞灰和油污对湿法脱硫系统运行的不利影响，目前常用于防止飞灰超标的应对措施主要有确保除尘器的除尘效果、添加氢氧化钠脱硫剂、废水排放等。

3.1 确保除尘效果

控制除尘器保持良好的运行状态，最好能够使入口烟气粉尘降低于100mg/ Nm3。当电除尘效率较低，且脱硫系统取消旁路时，应考虑设置电袋复合式除尘器和布袋式除尘器，以保证良好的除尘效果。

3.2 添加氢氧化钠（NaOH）脱硫剂

NaOH是强碱，也是活性很强的脱硫剂，在石灰石-石膏法中加入NaOH可以提高浆液的碱度，强化SO2的吸收过程。在出现浆液中毒的情况下，加入的NaOH可以直接参与脱硫反应，中和H+，控制pH值和脱硫率使其不致下降过多，使得一些中毒问题得到缓解，浆液的活性得到恢复。加入强碱后可迅速提高浆液的pH值。研究表明，在由于飞灰超标引起的氟化络合物包裹石灰石类的中毒情况时，由于pH值的提高，可以使氟化络合物得到分解，从根本上消除飞灰造成浆液中毒的根源

3.3 废水排放

在加强浆液化学分析的情况下，一旦发现飞灰含量超标，加强废水排放，尤其是废水旋流器溢流的排放，通过旋流器对细颗粒飞灰的选择能力，有效降低浆液中飞灰的含量。

参考文献

[1]王华，祝社民，李玮峰等.烟气脱硫技术研究新进展[J].电站系统工程，2006，22（6）：5-7.

[2]陈俊峰，黄振仁，廖传华.烟气脱硫在我国的发展现状及研究进展[J].电站系统工程，2008，24（4）：4-6.

[3]彭敏，阮湘元，陈小明等.粉煤灰表面形貌和组成的电子显微镜/能量色散谱、聚焦离子束分析[J].分析化学，2004，32（9）：1196-1198.