循环浆液pH值对湿法烟气脱硫过程的影响

宋德亮

【摘  要】石灰石湿法烟气脱硫历史悠久，技术成熟，且在脱硫效率、运行稳定性及副产品处理方面具有较大的优势。合理的石灰石湿法烟气脱硫模型将给脱硫系统日常运行带来理论性的指导意见，同时在满足电厂烟气排放标准的情况下，有效提高石灰石湿法烟气脱硫系统的脱硫效率、优化运行方式，降低脱硫系统能耗与物耗开销，降低脫硫系统的日常运行经济成本，一直是脱硫领域所研究的重要方向，也是广大发电广家所追求的目标。基于此，本文主要对循环浆液pH值对湿法烟气脱硫过程的影响进行分析探讨。

【关键词】循环浆液pH值;湿法烟气脱硫;过程影响

1、试验装置与试验方法

1.1试验系统与主体结构

1.1.1试验系统

模拟实际湿法脱硫主要工艺过程，建立了并流有序降膜式湿法脱硫系统试验台，来研究浆液pH值对脱硫过程的影响。试验系统主要由烟气模拟系统、氧化系统、浆液循环系统和石灰石浆液补充系统组成。

（1）烟气模拟系统。钢瓶内液态SO2经减压阀减压气化后，通过气体流量计计量与鼓风机鼓入的空气混合以模拟燃煤电厂所排放的烟气，混合烟气通过加热器加热后，进入吸收塔和塔内均匀液膜充分接触脱硫后再经烟囱排入大气。

（2）浆液循环系统。循环槽内的浆液通过阀门控制流量，由液体流量计计量后排入高位浆液储槽内，浆液再通过槽内的布液器在吸收塔内薄片上形成均匀液膜与气相组分进行传质交换后，再落入循环槽，同时循环槽内一部分浆液作为废液在槽内一定高度上溢流取出，以保证槽内浆液量保持恒定。

（3）氧化系统。空气由压缩机经阀门控制流量，通过流量计计量鼓入槽内曝气器，从曝气器压出的空气被循环槽内的搅拌器强力搅拌分散成细小的气泡，气泡内的氧通过气液膜扩散至液相氧化其中的亚硫酸根离子。

（4）石灰石浆液补充系统。新鲜石灰石浆液从补充槽内排出通过流量计进入循环槽，在循环槽内，石灰石溶解以中和从塔内吸收的SO2水解或氧化生成的H+，从而使得循环槽维持一定的pH值。

2.1.2试验装置主体结构

并流有序降膜组脱硫塔主体部分由高位储液槽、布液器、脱硫薄片束、吸收塔体、底部槽体及槽内的曝气器和搅拌器组成。

（1）吸收塔顶部的高位储液槽与布液板密封相连，起到布液的作用。液流通过粘结在布液板上的脱硫薄片两侧1mm窄缝布液。本试验各个工况下，高位储液槽内浆液高度均保持在120mm以上，能保证布液均匀。

（2本试验台底部循环槽为0.65m×0.65m×0.65m的正方体槽。在循环槽内不同高度上设有溢流管以保证浆液保持在一定高度，即保证浆液在槽内一定的停留时间。

1.2试验过程

（1）试验开始前在循环槽内加入一定量的蒸馏水（根据槽内浆液要求量添加），启动搅拌器并将搅拌转速调至试验工况值，并加入分析纯的石膏配制成浓度10%的浆液，然后再加入小量分析纯石灰石（大约300gm3）;启动浆液循环系统、烟风系统，并调节液流量、塔内空塔截面气速至试验工况值;启动氧化系统并调节氧化空气量至设定值，槽内浆液开始通入空气;再次检测浆液流量、气体流量、氧化空气气量是否稳定在试验工况值。

（2）观察（1）中系统物理过程，稳定后开始给气相添加SO2气体，并同时在线测量吸收塔入口及塔出口处的SO2浓度，通过测量吸收塔入口的SO2浓度来调节SO2的供给流量，使得烟气中SO2浓度稳定在试验工况值;在气相供给SO2后，同时在线监测循环槽内及吸收塔出口pH值;由于吸收塔内浆液吸收SO2，随着试验的进行，槽内pH值开始下降，当pH值下降至设定工况值时，开始添加石灰石含量为5.81%的新鲜浆液，并通过调节添加浆液流量，使槽内pH值稳定在设定值;在线监测塔出口气相SO2浓度，并每隔20min在槽内及塔出口处液相取样，分析Ca2+、SIV离子及其中的CaCO3浓度;当循环槽内及塔出口处Ca2+、SIV离子及CaCO3含量与前一时间测点上的浓度基本相等时，认为试验系统已达到化学过程稳定。

（3）当系统化学过程稳定后，测得各测点气相SO2及CO2浓度，同时测得液相各测点上的pH值，并在循环槽内及吸收塔内各取样点上取样;取样后关闭试验系统;测量各取样点上浆液组分的浓度，包括Ca2+、SIV浓度及浆液中石灰石含量，试验结束。

1.3测量方法

SO2、CO2浓度通过两台德图300M型烟道气体分析仪监测;Ca2+浓度利用EDTA滴定测定;SIV浓度由淀粉作指示剂，利用碘当量法测定;石灰石含量利用酸滴定测定。

2、试验结果及讨论

2.1循环浆液pH值对脱硫率的影响

改变循环槽内浆液pH值，吸收塔体的脱硫率随pH值的增加而增加。pH值从4.5增至6.5，脱硫率提高8.1个百分点。脱硫率在pH值大于6.0及小于4.8后，脱硫率的变化都很明显。脱硫率随pH值的增加而增加，分析原因主要是：（1）循环槽内浆液pH值的提高，使得吸收塔内浆液pH值相应提高，气、液界面处液相侧pH值也随着增加，从而促进了SO2在传质液膜表面处的水解，增加了SO2的溶解度，提高了SO2在传质液膜内的传质动力;（2）浆液液相主体pH值的提高，会促进H2SO3、HSO3-在传质液膜内传递时进行水解，从而提高SO2传递过程中的增强系数，总传质系数增加;（3）脱硫塔内浆液液相主体pH值的提高使得液相H2SO3所占SIV浓度的比例下降，SO2气液传质动力增加。

2.2循环浆液pH值对石灰石含量的影响

在2.1的试验条件下，测得循环槽内浆液中石灰石含量，pH值提高时，循环槽内石灰石含量相应增加，pH值从4.5增加至6.0时，石灰石含量从0.145gL增至0.399gL，增加比较缓慢;而pH值大于6.0时，石灰石含量急剧增加，pH值从6.0增加至6.5时，石灰石含量从0.399gL增至1.420gL。

石灰石的含量随pH值的升高而增加，主要是由于石灰石的溶解速率随pH值的提高而下降引起的。石灰石溶解过程是石灰石固相表面的Ca2+和CO23-透过固相和液相主体之间的液固膜向液相主体扩散的过程。在扩散过程中，CO23-由于发生水解而使得溶解速率得到增强，pH值越低，CO23-扩散过程中的水解速率越快，传质增强作用越明显，增强系数越大。相反pH值越高，增强作用受到抑制，溶解速率减慢。

pH值提高时，循环槽内浆液中Ca2+、SO24-及吸收塔出口处的SIV均有所增加，系统所吸收SO2量增加。在循环槽相同石膏量的基础上，石膏的过饱和度相应有所提高来增加结晶速率，故浆液中Ca2+、SO24-有所提高。

3、结语

（1）循環槽内浆液pH值的合理运行区间为4.8～6.0。

（2）随着循环槽浆液pH值的提高，脱硫率增加;循环槽浆液pH值大于6.0及小于4.8后，浆液pH值对系统脱硫率影响增大。

（3）循环槽浆液pH值提高时，浆液中石灰石含量相应增加。循环槽浆液pH值从4.5增加至6.0时，石灰石含量增加比较缓慢;而pH值大于6.0后，石灰石含量急剧增加。

（4）循环槽浆液pH值提高，浆液中Ca2+、SO24-及SIV浓度均有所增加，但影响不大。

参考文献：

[1]张龙飞，林朝扶，范华等.石灰石-石巧湿法烟气脱硫系统节能优化探讨[J].广西电力，2015，38（4）：75-77.

[2]兰：颖，马平.湿法烟气脱疏系统脱琉效率的影响因素分析[J]，电力科学与工程，2013，29（7）：58-63

（作者单位：国电双辽发电有限公司）