影响燃煤电厂湿法烟气脱硫效率的主要因素

杜山锋

摘要：近年来，酸雨天气频现，环境污染问题愈发严峻，燃煤发电厂排放的烟气含有的SO2是形成酸雨等灾害天气的主要因素。而电厂的烟道气中含硫量较高，产生的SO2超过了国家和地方规定的排放标准，加剧酸雨的形成，加剧对环境的危害，因此通过高效烟气脱硫技术控制火电厂的SO2排放对于改善我国的大气环境质量有着十分重要的意义。石灰石—石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，目前燃煤火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。

关键词：湿法;烟气脱硫效率;影响因素

1、石灰石-石膏湿法脱硫工艺流程

1.1脱硫系统简介

石灰石-石膏湿法脱硫技术是当前国内外应用范围最广的烟气脱硫（FlueGasDesulfurization，FGD）技术，是目前世界上应用最多、SO2控制最有效、技术最为成熟的燃煤电厂烟气脱硫技术。它采用价廉易得的石灰石作为脱硫吸收剂，使石灰石（CaCO3）浆液与含有SO2的烟气在吸收塔内发生化学反应，生成脱硫石膏CaSO4·2H2O，剩余烟气经除雾器后，达到环保要求，再由换热器加热升温后通过烟囱排向大气。

具体脱硫化学反应过程如下：

SO2+H2O=HSO3-+H+

2CaCO3+H2O+2SO2→CaSO3·1/2H2O+2CO2

CaCO3+H+=HCO3-+Ca2+

2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O→2CaSO4·2H2O

1.2脱硫系统工艺流程

WFGD系统主要包含烟气系统、SO2吸收及氧化系统、浆液制备系统、石膏脱水系统、脱硫废水处理系统。核心部分为吸收塔SO2吸收及氧化系统。整个工艺流程图如图1所示。

2、影响脱硫效率的主要因素

湿法烟气脱硫系统是一个多重反应多重介质同时进行的复杂装置，而烟气脱硫效率是反应吸收塔脱硫系统吸收SO2能力的指标，也是衡量吸收塔脱硫设备是否正常运行的重要指标。

对此，探索影响湿法烟气脱硫效率的主要因素，为脱硫系统运行优化，降低运行成本，为脱硫效率的提高提供参考根据。

2.1吸收塔浆液pH值对脱硫效率的影响

吸收塔内浆液pH值的控制是提高脱硫效率，掌控石膏品质的关键环节。浆液pH值在实际运行中对于吸收塔内传质性能有着一定影响，具体表现在以下方面：首先，吸收浆液的pH较高，液相主体传质系数增大，有利于SO2的吸收，对SO2脱除有利，可减少石灰石浆液对设备的腐蚀作用;其次，当pH值越小时，会有利于石灰石的溶解，钙离子的析出，但不利于SO2的反应。随着SO2的吸收，浆液的pH值继续下降，酸度增加，CaSO3的析出量增加。CaCO3细本颗粒表面被析出的CaSO3包围，阻碍了CaCO3的继续分解，继而使pH值继续降低，反而会抑制SO2吸收反应的进行。所以在实际生产作业过程中，一般情况下，石灰石浆液的pH值控制在5.0-5.8比较合适的控制范围。

2.2Ca/S比对脱硫效率的影响

Ca/S比反映了浆液内固体含量的高低，塔内反应影响着石膏的结晶。提高Ca/S比值，有利于浆液对SO2的吸收。但过高的Ca/S值将导致钙的利用率低且用石灰石浆液量增大，会导致生成的副产品石膏中增加含有较高质量分数的碳酸钙，增加石灰石消耗及设备损耗，会对泵、搅拌器等设备产生较大磨损，不利于脱硫系统运行的经济性。目前火电厂实践生产中，Ca/S控制在1.02～1.05值间比较合理的范围。

2.3液气比对脱硫效率的影响

液气比是指循环浆液量和标态下的烟气流量之比。提高浆液循环量会导致净烟气含水量增加，增大后续设备的腐蚀，同时加大除雾器的负担，加剧堵塞除雾器、烟道等，降低了烟气抬升力，影响脱硫系统的安全稳定的运行;反之，液气比太低，会使脱硫效率下降。在火电厂实践运行过程中，液气比的影响因素主要有喷淋层数、喷淋层间距、喷嘴选型设计、烟气流速的大小以及烟温的高低等方面。

2.4入口烟气温度对脱硫效率的影响

燃煤火电厂常规FGD入口的温度约为100-160度左右，这个与燃用煤质、锅炉燃烧情况有关。这与SO2的吸收过程是一个放热的过程有关联，若FGD入口温度过高，会造成吸收塔内液面SO2平衡分压上升，导致二氧化硫溶解度下降，脱硫率降低。另外，过高的烟气温度还会降低了吸收塔内某些特种材质的使用寿命。SO2的吸收速率随着温度的升髙而降低，温度的升高还不利于反应向生成石膏过程移动。所以在实际的FGD装置中，通常高温原烟气会经过烟气换热器（GGH）来降低进入吸收塔的原烟气温度或在吸收塔前布置降温装置来降低吸收塔入口温度，提高了脱硫系统的效率。

2.5入口烟气含尘浓度对脱硫效率的影响

吸收塔在运行中若因除尘器故障等原因会使FGD入口烟尘增加，烟气中约75%的飞灰留在了浆液中，致使从而会降低脱硫效率。烟尘中的HF（氟化氢）进入脱硫塔与水接触，与CaCO3中Ca2+与F-发生反应生成CaF2，同时，飞灰中的铝离子溶解进脱硫塔内的浆液中，生成A1Fn多核络合物阻碍了石灰石的消溶，导致浆液pH值下降。同时灰尘中的重金属离子如Hg、Mg、Cd、Zn等会抑制Ca2+与HSO3-的反应，进而影响脱硫效率和石灰石的利用率。此外，飞灰化合成复合物，形成石灰石颗粒表面包膜，降低活性，也会影响生成石膏副产品的品质。

2.6石灰石品质对脱硫效率的影响

石灰石作为吸收剂，品质的优劣影响着脱硫FGD系统的性能、可靠性以及脱硫效率。

石灰石纯度低，供应量就大，影响了脱硫反应的速率，增加了吸收塔的负荷，使吸收塔的浆液密度不易控制，生成石膏的純度下降。

3、结语

结合运行实践生产中脱硫系统的反应原理，分析了脱硫系统的pH值、液气比、石灰石品质等影响脱硫效果的各种因素。通过对根据每个电厂的实际情况如从设备影响上控制液气比;从烟气影响上控制入口烟温，粉尘浓度;从脱硫剂影响上控制石灰石品质;从运行参数上控制吸收塔的pH值。

参考文献：

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[2]赵龙彬.燃煤烟气石灰石-石膏湿法脱硫影响因素研究[J].哈尔滨商业大学学报，2017（4）：423-425.

[3]李波.火力发电厂中的石灰石-石膏湿法烟气脱硫方法分析[J].水利电力，2018（6）：179.

（作者单位：神华国华孟津发电有限责任公司）