影响燃煤电厂烟气脱氯反应效率中试试验研究

王晓宁

(山西省临汾生态环境监测中心，山西 临汾 041000)

近年来，随着国内经济的迅猛发展，我国仍然是世界上最大的能源消费国。同时，由于我国煤炭资源丰富，且燃煤发电技术发展成熟可靠，因此我国主要以火力发电为主。然而，经过多年的监测及研究显示，火电力行业是我国大气污染物的主要排放来源。而为了响应可持续发展及生态环境保护理念，国家于2015年12月2日对燃煤电厂提出了“超低排放”的要求。

HCl是酸雨形成的主要成分，具有强腐蚀性，且会危害人类健康。对于燃煤机组而言，如果烟气中HCl浓度过高，不仅会影响石灰石溶解及脱硫效率，还会严重腐蚀设备，造成设备堵塞现象。更重要的是，燃煤烟气脱氯是一项实现脱硫废水零排放的新技术[1]。为此，本文主要探讨烟煤电厂影响烟气脱氯反应效率的主要因素及影响效果，以降低HCl对仪器设备及人类产生危害，同时，为烟气脱氯实现脱硫废水零排放技术可行性提供一定的依据。

1 氯化氢采样及检测

1.1 采样

HCl采样仪器设备主要有洗气瓶、取样枪、吸收瓶、硅胶管、干燥管、流量计、调节阀以及真空泵等。具体操作步骤为：洗气瓶内装50.0 mL吸收液，以1 L/min流量采样20 min。HCl采样系统结构示意图如图1所示。

图1 HCl气体釆样结构示意图

1.2 检测

本试验采用戴安ICS-000型离子色谱仪，配IonPacAS11阴离子交换色谱柱(250 mm×4.0 mm)检测HCl。在对样品进行检测前，需要建立离子色谱标准曲线。标线建立完成后，即可进样进行测量。离子色谱法在分析阴、阳离子方面优势突出，本次单次测量时间固定为10 min，溶液进样体积为50 μL。

2 影响烟气脱氯反应效率的主要因素

2.1 喷嘴布置方式

喷嘴是烟气脱氯实现脱硫废水零排放技术的核心设备。根据烟气流向，喷嘴的布置方式分为顺喷和逆喷两种。分别讨论喷嘴布置方式对雾化效果、烟温影响等的影响。

1) 对雾化效果的影响。将喷嘴固定在支架上，利用风扇研究顺喷和逆喷对喷嘴雾化的影响。结果显示，相比于与烟气流动方向相同的顺喷，逆喷可以增大雾化角，增强雾化液滴与烟气的混合。

2) 对烟温的影响。雾化液滴与烟气的混合状况将直接影响烟气温度的变化，本文利用中试试验台和中试自动控制系统进行试验。结果表明，顺喷和逆喷在距离喷嘴最近的3个测点的温度皆陡然下降，且随着距离喷嘴位置的逐渐增大，顺喷和逆喷温降逐渐减小，当距离喷嘴4.75 m处时，温降符合热平衡计算结果；可能由于逆喷工况下雾化液滴与烟气混合情况要好于顺喷，故逆喷在距离喷嘴最近的3个测点的温度下降更小，且在相同喷碱液量的工况下，逆喷的温降要小于顺喷。距离喷嘴4.75 m处顺喷和逆喷的温降情况如图2所示。

图2 距离喷嘴4.75 m处顺喷和逆喷对温降的影响

2.2 喷碱液量

在机组满负荷工况下，研究碱液量分别为0、50、100、150、200、250 mL/min情况下顺喷与逆喷对烟气温度的影响。结果显示，无论是顺喷还是逆喷，喷碱液量与温降成正比，与烟气温度成反比；与脱硫废水回喷相比，烟气脱氯技术所造成的温降更小，尤其当碱液流量为100 mL/min时，温降大约仅为2 ℃，为烟气脱氯技术可行性研究中的最佳喷碱液量，且可以避免脱硫废水回喷引起的积灰结渣、低温腐蚀等问题。

2.3 Na/Cl化学计量比对烟气脱氯效率的影响

在机组满负荷工况并保持工况不变条件下，刘畅等研究表明，当Na/Cl化学计量比为4.48时，脱氯效率为58.36%[2]。为研究Na/Cl化学计量比对烟气脱氯效率的影响，本文选取NaOH作为碱基物质，配制浓度为2.55 mol/L的碱基溶液。其结果如图3所示。

由图3可知，总体看来，HCl的脱除效率随Na/Cl化学计量比的增加而增加。具体为，当Na/Cl化学计量比为0～6时，HCl的脱除效率迅速增

图3 Na/Cl化学计量比对燃煤烟气脱氯效率的影响

高，从0%增高到58%；当Na/Cl化学计量比大于6时，HCl的脱除效率增加比较缓慢。可能是因为，当Na/Cl化学计量比过大，大部分的NaOH都被SO2消耗。然而，NaOH的价格是石灰石的8倍，会大大增加运行成本。因此需要选择最佳Na/Cl化学计量比，在机组满负荷工况并保持工况不变条件下，实现脱硫废水零排放及经济性目标。

2.4 碱基溶液浓度对烟气脱氯效率的影响

与干法及湿法脱氯技术不同，在半干法烟气脱氯技术中，还存在HCl溶于水后与碱基物质接触的过程，以及吸收液蒸发干燥的过程。因此，半干法烟气脱氯技术与碱基溶液浓度密切相关，需要通过试验研究碱基溶液浓度对烟气脱氯效率的影响。本文研究喷入Na/Cl化学计量比为7.09时不同碱基溶液浓度的烟气脱氯效率。其结果如图4所示。

图4 碱基溶液浓度对脱氯效率的影响

由图4可知，总体看来，HCl的脱除效率随碱基溶液浓度的增加而逐渐降低。具体的，当碱基溶液浓度为1 mol/L～5 mol/L时，HCl的脱除效率下降较为缓慢，HCl的脱除效率可达60%以上；当碱基溶液浓度大于5 mol/L时，HCl的脱除效率较为迅速地下降，尤其当碱基溶液浓度达7.6 mol/L时，脱氯效率陡降至46%左右。可能是由于，碱基物质浓度过高，其经喷嘴雾化后会立刻被烟气干燥蒸发，造成可以通过充分接触而去除HCl的气-液反应时间降低，从而导致脱氯效率大幅度降低。然而，碱基溶液浓度又并非越低越好，因为过低的碱基溶液浓度会增大喷入烟道的吸收液流量，从而导致碱基溶液腐蚀电极，影响机组安全运行。此外，因为脱硫废水的排放并不是连续排放，因此碱基溶液浓度在一定范围内可以变化意义重大。

3 结论

本文通过对影响燃煤电厂烟气脱氯反应效率中试试验研究，得出如下结论：

1) 相比于与烟气流动方向相同的顺喷，逆喷可以增大雾化角，增强雾化液滴与烟气的混合。同时，在距离喷嘴相同距离下，或者在相同喷碱液量的工况下，逆喷的温降低于顺喷。综合考虑，在进行工业应用时尽量选择逆喷方式。

2) 无论是顺喷还是逆喷，喷碱液量与温降成正比，与烟气温度成反比。且与脱硫废水回喷相比，烟气脱氯技术所造成的温降更小，更有利于实现脱硫废水零排放。

3) 碱基溶液浓度对烟气脱氯效率有一定的影响，当脱硫废水排放量变化时，为了减少不必要的试剂浪费，更好地实现烟气脱氯技术基本保持稳定及废水零排放，可在一定幅度上改变碱基溶液浓度。如，当选取NaOH作为碱基物质时，其溶液浓度在1.69 mol/L～5.06 mol/L为最佳。