影响石灰石湿法烟气脱硫效率的因素研究

李大鹏

摘 要：随着我国社会经济不断地发展，对燃煤机组二氧化硫排放标准不断提高，吸收塔旁路烟道相继拆除，现有的湿法脱硫机组已经不能满足当代社会的发展，这就要求我们进一步提高脱硫效率，燃煤机组进行超低排放改造以满足国家环保新要求。本文重点介绍了影响石灰石湿法烟气脱硫效率的因素，并结合实际应用分析了二氧化硫入口浓度，以及烟气流量和塔内烟气流速，与施工中的PH值、液气比和吸收区高度等因素进行了分析。总结出了石灰石湿气脱硫效率的影响因素，为机组运行时控制烟气二氧化硫浓度及设备改造提供了有效的参考和借鉴。

关键词：石灰石;烟气脱硫;脱硫效率;影响因素

中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）19-0179-02

0 引言

国内常见的烟气脱硫工艺，石灰石-石膏烟气脱硫工艺，旋转喷雾干燥烟气脱硫工艺，磷铵肥法烟气脱硫工艺，炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺，烟气循环泵流化床脱硫工艺，海水脱硫工艺，电子束法脱硫工艺，氨水洗涤法脱硫工艺，目前国内主流的技术是石灰石-石膏烟气脱硫工艺，石灰石湿法脱硫技术，拥有较高的脱硫速度，且运行相对安全可靠，可以试用各类煤种，拥有丰富的脱硫剂资源，因此受到了广泛的应用。大部分的脱硫工作都应用了石灰石湿法烟气脱硫，我国这类技术发展已经非常的完善，整体技术也发展成熟，火电厂的水平也不断提高。

1 基本石灰石湿法烟气脱硫原理

600-1000MW火电燃煤机组，一般不采用GGH配增压风机的组合，一般采用引增合一的配置。脱硫烟气一般从引风机出口进入，然后吸收进塔。能够完美的与石灰石浆液逆流相接触。石灰石湿法烟气脱硫系统主要由烟气系统，吸收塔系统和石灰石浆液制备系统，以及石灰石湿法脱水及储存系统，工业水系统，压缩空气系统，浆液排放及收集系统和事故喷淋系统十大系统构成。十大系统经多个供需循环共同完成石灰石湿法烟气脱硫工作。

2 石灰石湿法烟气脱硫总体构成

（1）脱硫效率计算。烟气脱硫效率的计算需要去除SO2的吸收能力，效率是单位时间内烟气脱硫系统除SO2量和进入脱硫系统时烟气中得SO2量的比值。（2）钙硫比的计算。它是指脱硫系统在达到一定脱硫效率之后所需要的脱硫吸收剂的过量程度。它等于脱硫系统中钙基与脱硫系统SO2之间的摩尔数比值。（3）脱硫系统中的液气比。系统中液态和气态之间的比之，专业术语是指单位体积气流量在整个脱硫吸收塔中不断循环的液体之间的体积比，但从数值上讲，它等于单位时间内吸收剂浆液喷淋量和单位时间内脱硫下湿烟气之间的比值。（4）吸收塔。吸收塔是整个设备最为重要，也是最核心的部分，是整个湿法脱硫系统中必不可少的组成，它是由钢制容器加内衬构成，通过相应的反应，使烟气中的二氧化硫成功拖出，并与石膏进行相应的化学反应，整个过程体现了化学原理，与整个脱硫过程密不可分。（5）FGD的含义。FGH是“FLUE GAS DESULFU RIZATION”的缩写，表示为烟气脱硫。（6）旁路烟道。脱硫系统烟道有主烟道，而其余分支叫做旁路烟道。（7）原烟道。原烟道與主烟道相连接，只是未到达通风口和吸收塔，未经脱硫反应的烟道都被称作原烟道。（8）净烟道。经过吸收塔脱硫处理之后进行进化处理的烟道称为净烟道。

3 湿法烟气脱硫建立

进行湿烟气脱硫的第一步是通过浆液循环泵石灰石浆液运至喷淋层喷出，然后降落到浆液池中，这个过程是要让浆液吸收二氧化硫，然后进行反应。湿法烟气脱硫需要进行相应的模型建立，为了便于建立模型做出以下计算，对吸收塔模型建立一下模拟理论[1]：

（1）塔内吸收过程要遵循双模理论;（2）模型不考虑外界因素，进入塔内的二氧化硫对脱硫的影响不计其内;（3）塔内石灰石浆液吸收二氧化硫的整个过程即为瞬时反应;（4）浆液滴落过程，不考虑液滴碰撞，且模拟为液滴大小相等;（5）计算用到的化学公式有：①SO2+H2O→H2SO3;②CaCO3+ H2SO3→CaSO3+CO2+H2O;③CaSO3+1/2O2→CaSO4;④CaSO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2OCaSO4+2H2O→CaSO42H2O;⑤CaSO3+H2SO3→Ca（HSO3）2PH。

依据以上条件进行模型的建设，和化学公式可以精准的计算出二氧化硫在过程中的分压和效率，以及工作中的压强。吸收塔内反应中引起高度方向将反应区分为多个小单元我们用符号i表示，二氧化硫与脱硫剂在浆液池内发生化学反应，当脱硫烟向上扩散有一个平面流向另一个断面时，其中二氧化硫的含量是发生改变的。建立湿法烟气脱硫建立能有效提高工作效率。

4 常见的石灰石湿法烟气脱硫方法

我国国内湿法脱硫大致可以分为两种：一种是石膏法，一种是抛弃法。两种方法各有优势及特点。要根据不同情况，不同的环境地点进行相应的石灰石湿法烟气脱硫工作[2]。

4.1 常用方法石膏法

该技术最大的特点在于向吸收塔的浆液中释放空气，使得空气与CaSO3发生氧化反应生成CaSO4（石膏），脱硫的副产品为主要为石膏。进入的空气产生更大的作用就是起到氧化的作用，这种方法大大提高了脱硫率，并且成功率可达90%以上，经过现代科技的有效控制，能够有效的防治结垢和堵塞等现象。由于我国石灰石价格比较便宜，运输与保存没有特殊的要求，因而石灰石的是目前最重要的脱硫剂。我国大多数火电厂烟气脱硫设备，都是采用石灰石湿法脱硫，石灰石主要优点是：适用的煤种的要求低且使用范围广、脱硫效率比较高、吸收剂能够反复利用、设备运转速度快，效率高、工作的可靠性安全性比较好。目前脱硫剂-石灰石来源丰富且价格便宜。但是石灰石湿法烟气脱硫也存在一些问题：初期工程投资巨大、运行费用不低、占地面积巨大、系统管理操作相对复杂、磨损腐蚀现象严重减少了机器的使用寿命、市场对石膏需求不大，副产物很难被处理大量堆放没有价值，对废水的处理不到位等。

4.2 常用方法抛弃法

主要是通过对石灰石或石灰的浆液进行脱硫，在吸收塔内对SO2烟气进行洗涤，通过这类操作使烟气中的SO2经化学反应生成CaSO3和CaSO4，这个反应会产生大量的钙。湿法烟气脱硫系统Ca的产生与H的浓度和CaCO3的存在密切相关;对于抛弃法来讲，很大的问题来自于钙的生成，它容易形成结垢与堵塞，溶液或浆液中的水分在吸收过程中蒸发而使其中解析出的物质发生固体沉积：氢氧化钙或碳酸钙沉积时最常见的堵塞物;反应产物CaSO4或CaSO4的结晶析出等。但这类方法也有相应的优势：它的持液量特别大、气液间相对速度高、气液接触面大、内部构件简单经济成本低、阻力相对小，从某些方面来说也占据了一定的优势，这些特有的特点不可以被忽视。对洗涤塔要求比较高主要有固定填充、转盘、湍流、文丘里、道尔型等洗涤方式，操作的可靠性和脱硫效率往往呈现反比。同样废弃物的处理也是很大的问题，需要占用大量的空间，因此这类方法与石膏法相比较，已经落伍。

5 脱硫效率的影响因素

5.1 烟气含硫量

脱硫效率可随烟气含硫量的增加而降低，当保持二氧化硫含量不断增加时，石灰石湿法脱硫，其他运行条件不变，脱硫效率可随烟气含硫量的增加而不断降低，这是由于烟气含硫量升高，能够吸收石灰石，快速耗尽石灰石，影响脱硫效率。因此想要提高脱硫效率，就要降低烟气含硫量，降低含硫量可进行燃烧前对煤炭脱硫一般可分为物理脱硫法，化学脱硫法和生物脱硫法。

5.2 吸收塔入口脱硫烟气量

由于机组负荷或煤质的影响，进入吸收塔的烟气流量会有很大的变化，烟气流量的变化必然会导致气流速度产生变化，烟气流量增加时，PH值就会降低，这样就是得脱硫，效率也降低，但随着烟气流量的增加，喷淋浆液密度就会提高，反而增加了吸收塔内单位体積的含氧液量，增加了浆液与烟气的接触面积，从而使得二氧化碳吸收量和脱硫效率增加[3]。

5.3 吸收塔内烟气流速

当脱硫工作时其他参数不变时，对塔内烟气流速进行增加。烟气与浆液的反应时间缩短，相应的阻力也变小，反应效果不好造成脱硫效率降低。随着烟气流速的增加，达到某种饱和之后，脱硫效率反而会降低，所以想要提高脱硫效率，就要严格的控制吸收塔内烟气流动速度。

5.4 吸收塔浆液PH值

PH值是石灰石湿法脱硫工作运行中重要的一个环节，PH值越高越有利于二氧化硫的吸收脱硫效率高，PH值越低越有利于石膏的形成，二者相互对立，但PH>5.8后脱硫效率不会继续上升，反而降低，主要原因是氢离子浓度降低，石膏形成困难，影响了反应，根据研究的曲线，PH值保持在5.2-5.6左右最为合适。

5.5 液气比

在其他参数一定的条件下，不断增加液气比，总结液气比与脱硫效率的关系。这样有利于吸收塔塔内喷淋密度和脱硫烟气浆液接触面积的增加，从而能够增加吸收的推动力，最大限度的增加脱硫效率，合理的液汽比控制在7-9之间，增加液汽比的方法有增加浆液循环泵，采用高效雾化喷嘴，增加喷淋层湍流器等。

5.6 吸收区高度

当其他条件一定是，我们比较吸收塔吸收区高度，发现增加角液池液面高度，能够提高整个系统的脱硫系数，但是增加高度耗费的财力和时间相对较大，并且运行过程中会增大塔内压力损失，并且增加了电厂用电量，不利于系统的运行。

5.7 氧量

CaSO3形成CaSO4的反应中需要氧气的参与，各其他工况不变的情况下，烟气中的氧量及氧化风机的氧量含量高，则反应越好，脱硫效率呈上升趋势，因此合理控制氧量也是影响脱硫效率的因素之一。

5.8 石膏浆液密度

随着烟气与脱硫剂反应的进行，吸收塔的浆液密度不断升高，通过吸收塔浆液化学成分的取样分析结果，当浆液密度>1085kg/m3时，石膏浓度趋于饱和，此时将抑制二氧化硫的吸收反应，脱硫效率会有所下降，当浆液密度过低时，石膏中的碳酸钙含量增多，造成石膏品质过低，石灰石单耗增加，经济性较差。

6 结语

其他影响因素还有石灰石浆液密度、烟尘、烟温、重金属等等因素，通过对石灰石湿法脱硫的研究，我们能够还原脱硫效率的模型，进行全方面的研究，并且通过各类影响因素的控制实验，得出了新各类因素与脱硫效率之间的关系，在设备运行PH值、浆液密度等控制方面及增效的改造方面提供依据，为机组提高脱硫效率保证环保经济运行提供有效参考。

参考文献

[1] 叶兴南，陈建民.大气二次细颗粒物形成机理的前沿研究[J].化学进展，2009（2）：288-296.

[2] 任志华，沈炳耘，王苏琛.石灰石-石膏湿法烟气脱硫效率的影响因素与分析[J].科技视界，2013（4）：99-100.

[3] 潘卫国，豆斌林，李红星，等.石灰石-石膏湿法烟气脱硫过程中影响脱硫率的因素[J].发电设备，2007（1）：78-82.