浅谈某电厂混烧生物质对燃煤电厂湿法脱硫的影响

(陕投集团 陕西 西安 721500)

一、影响湿法脱硫设备正常运行和脱硫效率的主要因素

(一)物料平衡

SO2吸收过程进行的方向与极限取决于溶质(气体)在气液两相中的平衡关系。气体吸收的平衡关系是指气体在液相中的溶解度。平衡状态下气相中的溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中溶质浓度称为平衡浓度或饱和浓度。要确定吸收设备内任何位置气、液实际浓度与其平衡浓度的差距,需明了系统的平衡关系在一定温度下，表示溶液中气体溶质的组成与气体平衡压力关系的曲线称为气体的溶解度曲线或平衡曲线，各种系统的曲线一般都是根据实验结果作出。化学吸收是由物理吸收过程和化学反应2个过程组成的。在物理吸收过程中，被吸收的气体在液相中进行溶解，当气液达到相平衡时，被吸收气体的平衡浓度，是物理吸收过程的极限。被吸收气体中的活性组分进行化学反应,当化学反应达到平衡时，被吸收气体的消耗量，是化学吸收过程的极限。

化学吸收过程中，被吸收气体的气液平衡关系，既应服从相平衡关系，又应服从化学平衡关系。

系统传质性能越好，系统的脱硫率就越高。烟气系统传质速率取决于吸收塔的结构以及烟气流速流量等因素决定。

(二)液气比

液气比就是脱硫系统操作线的斜率,它直接影响设备尺寸和操作运行费用。当烟气处理量一定时，操作线的斜率取决于吸收剂用量的多少。对石灰石-石膏法而言，它决定了石灰石的消耗量。液气比越大，气液接触的几率越大，脱硫率相应增大，运行费用增大；但液气比超过一定值，气液平衡后，脱硫率将不会增加;液气比降低，脱硫率降低。脱硫实际工程一般液气比选择为8-25 L/m。

(三)烟尘含量

烟气中的飞灰在一定程度上会影响气液两相的接触面；飞灰中的一些重金属和反应生成的钙铝氟化物沉淀在石灰石表面，在液相膜表面结壳，阻碍石灰石的溶解，这都将降低脱硫效率。飞灰量大，影响脱硫系统含尘量排放指标，还将影响石膏白度，降低石膏品质;大量的飞灰会堵塞喷淋层喷嘴。脱硫前级除尘器必须达到性能指标要求，对吸收塔入口的烟尘含量加以监测，控制入口的烟尘质量浓度小于 100mg/m3。

(三)石灰石粒径

在相同条件下,石灰石粒径越小,液相反应粒子越多，气液两相接触几率越大,越有利于SO2的吸收。但原料成本增加,运行费用提高;反之，石灰石粒径越大，不利于SO2的吸收，对设备的磨损几率增大。要达到相同指标的脱硫率，必须加大液气比，提高循环泵的能力，增加设备投资。石灰石粒径确定原则为在保证一定脱硫率的前提下，获取最优的经济指标。工程中石灰石粉粒径在200-300目，90%通过的范围内选择。

(五)浆液浓度值

浆液浓度要控制合适,过高的浆液浓度易产生堵塞、磨损和结垢;浆液浓度较低,既影响脱硫率又使pH值难以控制。工程中吸收塔入口石灰石浆液质量分数控制在 30%，吸收塔内石灰石浆液质量分数通过控制排出泵石膏浆液流向维持在15%为宜。

(六)浆液pH值

浆液的pH值是影响脱硫效率的重要因素。pH值高，传质系数增高，有利于SO2的吸收，pH值为6时，SO2的吸收效果最佳。但此时亚硫酸钙的氧化和石灰石的溶解受到影响，石灰石的活性下降，产生大量难以脱水的亚硫酸钙和石灰石颗粒，石膏利用率降低，易发生结垢、堵塞现象。pH值低，有利于亚硫酸钙的氧化，石灰石溶解度增加。通过氧化空气，亚硫酸钙可全部就地氧化，石膏品质得到保证，但不利于SO2的吸收，pH值为4时，对SO2的吸收作用几乎为零，且浆液呈酸性，对设备有腐蚀作用。实际工程中将 pH值控制在5.4 -5.6为宜。

(七)Cl离子含量

燃煤使烟气中含有 HCl,石灰石浆液吸收HCl后以Cl离子的形式聚集在浆液中。大量的Cl使浆液的pH值降低,影响SO2的吸收，同时使浆液极具腐蚀性，影响设备安全。Cl离子增高，抑制石灰石溶解，使石膏中石灰石超标，严重影响石膏品质，超标的Cl离子使石膏板不能成型，难以综合利用。工程中将部分浆液作为废水排除来降低吸收塔内浆液Cl离子。一般将石膏2级旋流器的溢流作为废水排除。

二、掺烧少量生物质对电厂脱硫设备的运行及脱硫效率影响的分析

由于本次项目采用掺烧10%左右的生物质，并且掺烧方式是在电厂原有的一层燃烧器直接加入生物质进行掺烧。没有改变电厂系统原有的湿法脱硫系统。在分析上述影响FGD脱硫效率的各个因素中可以清楚的得出，按照此种方式掺烧少量生物质对脱硫系统的物料物料平衡、液气比、浆液浓度值、浆液pH值这几项没有任何影响。相应的由于生物质的飞灰含量比煤粉的飞灰含量明显低的多，加之电除尘设备的除尘效率一般都非常高，有些甚至达到99%以上。所以掺烧少量生物质对锅炉尾部进入脱硫设备的烟尘浓度没有明显的影响。

对于生物质中含有少量的Cl元素。首先在燃烧过程中部分的Cl元素以化合物的形式或包缚与飞灰颗粒中被电除尘器吸收从灰渣中被带走。悬浮于电除尘出口烟气中的Cl元素到达脱硫设备的数量会非常少。在脱硫系统中，Cl元素又以Cl离子的形式从在与浆液中。但由于其含量非常少，所以对浆液的pH以及抑制石灰石溶解是非常微弱的。残余Cl离子脱硫设备的腐蚀效应也会是非常微弱的。应为由于浆液吸收了烟气中的SO2 浆液呈酸性这对设备本身就有一定的腐蚀，虽然加入了极其少量的Cl离子，又由于Cl离子含量的极其少所以它对脱硫设备的腐蚀影响也是非常有限的，但同时由于生物质中S含量相比煤粉中的含量要小的多，所以掺烧部分生物质会使烟气中总的SO2含量会有所降低。所以它对设备的腐蚀是没有明显的影响。

国外关于30万千瓦机组的煤粉锅炉掺烧少量生物质的文献如下。芬兰三大能源公司之一的富腾公司的Naantali-3是一个长期掺烧草本类生物质的315MW电厂。它的锅炉采用四角切圆煤粉燃烧方式，ESP(静电除尘系统)和FGD(湿法脱硫系统)。该厂采用生物质与煤粉在煤场进行混合然后送入锅炉炉膛进行燃烧。它的质量掺烧比例在9%-25%之间。

学者KatiSavolainen对该电厂进行了一年多的现场试验研究。他们做了关于掺烧生物质后对电厂FGD(湿法脱硫系统)的影响测试得出结论为：掺烧生物质对电厂的FGD(湿法脱硫系统)没有影响或影响非常细微。

综上我们得出结论此次掺烧生物质对本厂的FGD(湿法脱硫系统)没有明显的影响。