湿法脱硫系统中脱硫效率降低问题的分析与应对办法探讨

张旭

福建华电可门发电有限公司 福建 福州 350500

吸收塔的类型是目前广泛采用的逆流喷淋空塔，吸收塔的设计采用德国LLAG公司富有特色的池分离装置和脉冲悬浮搅拌装置。吸收塔系统是利用石灰石浆液在吸收塔内脱去烟气中的SO2，同时对其进行氧化生成石膏。锅炉引风机排出的原烟气进入吸收塔，与布置在塔上部的喷淋层喷出的循环浆液形成逆向接触吸收。吸收了烟气中有害成分（主要为SO2、HCl 、HF和飞灰）的浆液被收集在塔底的反应池中，净化后的烟气继续向上流经布置在塔顶的除雾器，净烟气夹带的液滴在除雾器中被除去。离开除雾器后的净烟气进入烟囱，排向大气。吸收塔反应池除了汇集下落的循环吸收浆液外，循环浆液吸收SO2形成的亚硫酸盐的氧化、中和以及石膏结晶析出等反应大部分发生在反应池中。反应池上部布置了池分离器和氧化空气布气管，使反应池的上部成为氧化区，下部为中和区。在中和区底部悬挂有脉冲悬浮喷管，起搅拌悬浮浆液作用。反应池外侧还布置有四台浆液循环泵、两台石膏排浆泵和两台脉冲悬浮泵。在反应池中脱硫生成的石膏经排浆泵送至石膏旋流站，旋流站底流（浓浆）直接去石膏脱水系统（真空皮带脱水机），溢流（稀浆液）部分去回流水箱。为了尽量减少烟气中所夹带的液滴，引导烟气通过除雾器，一级除雾器除去烟气中较粗的液滴，二、三级除雾器除去烟气中较细的液滴。为了清洁除雾器，除雾器安装了冲洗系统，除雾器的冲洗系统安装在各级除雾器的前、后部（为防止烟气含水量高，最高层除雾器后部未按照冲洗系统），间断冲洗除雾器的表面，防止形成沉积物。吸收塔氧化池设有氧化空气喷管，以有效的氧化亚硫酸根为硫酸根。氧化空气由离心氧化风机提供，在氧化空气喷管前加装有工艺水作为氧化空气喷管冷却冲洗水。当氧化空气通过喷管喷出后，与吸收塔内被脉冲泵搅拌的浆液一起流动，使氧化池内浆液里产生很多细小的气泡，在空气与浆液间形成很高的气-液接触面积，达到很高的氧化率。

因此，根据脱硫吸收塔系统的工作原理及结构组成，由于石灰石浆液品质、氧化风品质、浆液循环泵出力，脉冲悬浮泵出力，入炉煤煤质，电除尘工作状况等因素的影响，脱硫系统长时间投运后，吸收塔系统内结垢、堵塞、管道脱落断裂、吸收塔浆液品质恶化，从而导致脱硫系统脱硫效率降低，机组在高负荷高燃煤硫份的工况下，存在烟气SO2排放值超标的风险，污染环境并造成严重环保不安全事件。本文将就湿法脱硫系统中脱硫效率降低的原因及解决办法进行了分析和探讨。

1 脱硫效率的影响因素

1.1 浆液的pH值的影响

吸收塔浆液pH值的控制可作为提高效率的细调节手段，pH值高有利于SO2的吸收但不利于石灰石的溶解。反之，pH值低有利于石灰石的溶解但不利SO2的吸收。

1.2 钙硫比的影响

吸收塔的吸收剂所含钙的物质的量与烟气中所含硫的物质的量之比。它的大小表示加入到吸收塔中的吸收剂量的多少。从脱除SO2的角度思考，钙硫比对脱硫率的影响最大。钙硫比在1.02～1.05范围时，脱硫效率最高，吸收剂具有最佳的利用率[1]。

1.3 吸收剂的影响

影响石灰石品质的主要因素是石灰石纯度。用于脱硫的石灰石中CaCO3的含量宜不低于90%，MgO含量宜不高于2.5%，SIO2的含量宜不高于2%。石灰石粉的细度应根据石灰石的特性和脱硫系统与石灰石粉磨制系统综合优化确定，对燃用中高硫煤的锅炉，石灰石粉的细度宜不低于325目90%过筛率。

纯度低的石灰石浆液难以维持吸收塔pH值，使脱硫率降低；若为了维持pH值加大供浆量，则会增加杂质含量，容易造成石膏晶体的沉积结垢，影响系统安全性。

1.4 液气比的影响

液气比指吸收每立方米的烟气所用的浆液量。增大液气比，气相和液相的传质质数提高，从而有利于SO2的吸收，但另一方面随着液气比的提高也会产生以下不利影响：①停留时间会减少，从而削减了传质速率提高对SO2的吸收有利的强度；②出口烟气的雾沫夹带增加，给后续设备和烟道带来结垢和腐蚀；③循环液量的增大带来了系统设计功率及运行电耗的增加，使得运行成本提高较快。所以，在保证一定的脱硫率的前提下，应尽量采取较小的液气比，通常其操作范围在15～25。

1.5 烟气进塔温度影响

根据吸收过程的气液平衡可知，进塔温度越低越有利于SO2的吸收，降低烟温，SO2的平衡分压随之降低，促进气液传质，有利于提高吸收剂的脱硫率。但进塔温度过低会使H2SO3与CaCO3反应速率降低，使设备庞大，后期会导致吸收塔的水平衡破坏。

1.6 粉尘浓度影响

经过吸收塔后的烟气中大部分粉尘都会留在浆液中，其中一部分随废水排除，另一部分仍留在吸收塔中。如果因除尘、除灰设备故障，引起浆液中的粉尘、重金属杂质过多，则会影响石灰石的溶解，导致浆液pH值降低，脱硫效率下降。

1.7 烟气流速影响

提高烟气的流速可以增强气液两相的湍动，减少烟气与液滴之间的隔膜厚度，提高传质效果，同时使喷淋液滴的下降速度相对减小，增大传质面积。但是气流增速会减小气液接触时间，又会导致脱硫率降低。一般流速控制在3.5～4.5m/s。因机组负荷变化，烟气流速也随时变化，无法将烟气流速稳定在理想的范围。

1.8 吸收塔系统设备缺陷影响

吸收塔系统长时间投运后，存在的问题有：浆液循环泵叶轮磨损、喷淋层管道断裂、喷嘴堵塞和脱落；氧化风管堵塞和断裂；脉冲悬浮泵管道堵塞和断裂；吸收塔合金托盘脱落堵塞等设备缺陷均会降低脱硫率。

2 脱硫效率降低的应对措施

2.1 投运增效剂

在脱硫过程中，石灰石与硫的反应速度受控于CaCO3的溶解速度，CaCO3在水中的溶解度较小，克服或改善CaCO3在水中的溶解问题，将会对整个脱硫工艺有较大的改善提高。由于CaCO3在水中的溶解度较小，在吸收塔中大量的CaCO3是以微小颗粒状存在的，经研究发现，在这些微球表面，存在着双膜效应，严重影响了液体中硫的传质，采用针对CaCO3表面物性的活性剂和催化剂来减弱和消除双膜效应，同时配合化学隧道形成剂来渗透进入CaCO3的微球表面遍布的微孔和裂纹，制造无数的从微球体表面到内部的隧道，使得液体中硫的传质从这些微孔和裂纹顺利引入，大大加快了石灰石与硫的反应速度。

在湿法脱硫技术中，加入一定量的脱硫增效剂，可以明显改善化学反应与传质过程，能促进CaCO3的溶解和缓冲浆液pH值的下降，促进SO2的溶解，加速SO2的化学吸收；可显著降低水蒸气分压，减小蒸发速率，延长脱硫效率；既可提高脱硫效率，提高脱硫剂的利用率，进而降低运行费用，同时还能减缓结垢速率，从而提高系统的可靠性[2]。

2.2 提高石灰石浆液品质

保证石灰石浆液品质，严格把控石灰石浆液制备流程的各项参数指标，石灰石旋流器溢流浆液浓度为30%，运行时确认压力表计正常，各旋流子无堵塞、沉砂嘴无破损，调整前充分冲洗旋流站，各旋流子阀门调整保持各手动门开度一致；石灰石再循环泵出口压力控制0.34～0.43MPa，旋流站压力控制0.15～0.20MPa。经石灰石浆液旋流站旋流，底流返回湿磨机再磨，合格的溢流制成20%～30%的石灰石浆液存放于石灰石浆罐中，始终将石灰石浆罐中的浆液维持在1500～1200kg/m3。

加强石灰石入厂品质验收工作，及时取样化验，具体要求如下表；

CaO SiO2 Fe2O2 Al2O3 MgO 酸不溶物 粒径≥52% ≤2% ≤0.3% ≤0.5% ≤1.5% ＜1.5% 粒径≤20mm

2.3 提高吸收塔浆液品质

脱硫吸收塔浆液密度按1060～1140kg/m3的标准进行控制,在保障脱硫处理能力的前提下减缓浆液沉积结垢。脱硫吸收塔浆液密度高于1130kg/m3时，投运石膏脱水系统运行。脱硫吸收塔浆液密度低于1080kg/m3时，停运石膏脱水系统运行。为减缓吸收塔内浆液氯根和重金属含量的增加，石膏脱水系统运行期间，保持脱硫废水排出。保持吸收塔pH值在4.8～5.8之间，防止过高或过低。过低可能造成脱硫效率的降低、腐蚀性加强，过高浆液中未反应的石灰石量增多[3]。

加强浆液成分分析，浆液成分具体要求如下表：

含固量 SiO2 PH CaCO3 CaSO4.2H2O CaSO3.1/2H2O CL≥15%～20% ≤3% 4.8～5.8 ≤3% ≥90% ＜1% ＜5000PPM

3 结束语

湿法脱硫效率降低问题跟系统设计、运行工况、控制调整紧密相关，脱硫效率的降低会增大整个脱硫系统的能耗。就超净排放的燃煤机组而言，脱硫效率降低，当前脱硫率远低于设计脱硫率时，会造成严重的污染物超标事件，对机组安全运行造成巨大影响，值得发电厂足够重视这类问题。尤其，在脱硫系统长时间投运，系统隐患缺陷累计，间接性对系统脱硫效率造成影响，需要精细化控制和合理添加增效剂，来维持其系统应具备的脱硫效率。

防止脱硫效率降低最有效的方式是运行优化调整塔内氧化风量，确保石膏品质；pH值调节，减缓腐蚀和结垢；重金属离子排放，保证浆液健康；严控石灰石浆液制备品质。同时，经试验运行结果表明，在满足电厂环保排放的情况下，合理使用增效剂后，可以停运1台浆液循环泵，燃烧含硫量较高的煤种，降低了发电成本和脱硫运行成本。由于长期使用脱硫增效剂，促进了SO2的吸收，加速了气－液两相的传质过程，使得脱硫系统前、后压差较小，同时达到了脱硫系统优化的效果。