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1、湿法烟气脱硫技术脱硫效率影响因素分析王光凯（株洲华银火力发电有限公司，湖南，株洲412000） 摘要 对湿法烟气脱硫工艺中影响石灰石湿法烟气脱硫效率的关键参数进行了分析,对脱硫系统的设计和运行实践具有一定的指导意义。Abstract: The influences of the premier parameters on the SO2 removal efficiency in the wet flue gas desulphurization (WFGD) are analyzed, which may be useful for the design and operation of F
2、GD system. 关键词：烟气脱硫 脱硫效率 关键参数 Key Words: flue gas desulphurization, SO2 removal efficiency, key parameters.在各种烟气脱硫工艺中，湿法烟气脱硫（Flue Gas Desulphurization，简称FGD）工艺已有几十年的发展历史，技术上日臻完善。石灰石-石膏湿法烟气脱硫是利用石灰石浆液来吸收烟气中的二氧化硫，反应后生成亚硫酸钙(硫酸钙)，净化后的烟气可以达到排放标准。该法具有脱硫效率高，吸收剂来源丰富，价格低廉，副产品可回收利用等特点，从而得到了广泛应用，是目前世界上燃煤电厂烟气脱硫应
3、用最广泛的方法1。对于湿法FGD工艺原理及设备的介绍见诸于多篇文献，在此不再鏖述。本文重点分析电力生产中九种不同重要指标对湿法烟气脱硫的影响，探讨实际应用中关键参数的最佳取值。1湿法烟气脱硫的主要影响因素1.1 烟气温度在实际运行中，由于锅炉机组负荷变化比较频繁。FGD系统的进口烟温也随之波动，对脱硫效率有一定的影响。根据SO2吸收的气液平衡可知，进入吸收塔的烟气温度越低，越有利于SO2溶于浆液，形成HSO。所以高温的原烟气先经过GGH（烟气再热器）降温后再进入吸收塔有利于SO2的吸收。但是，烟气温度过低也会降低SO2的吸收速率。1.2 烟气流速在其它参数恒定的情况下，提高烟气流速可以增强气液
4、两相的湍动，减薄烟气与吸收浆液之间的膜厚度，增强气液传质。另外，增大烟气流速将使喷淋液滴的下降速度相对降低，使单位体积内持液量增大，增大了吸收段的传质面积从而增大了传质单元数，提高了脱硫效率。在实际工程应用中，烟气流速的增加可以减小吸收塔的横截面积，降低其体积从而降低工程造价，还可以降低循环泵的能耗。但是，烟气流速的增大也可能造成溢液和烟气带水而增加除雾器的负担。此外，烟气流速的选择还必须考虑吸收塔的型式。对于FGD系统中所采用的主流塔型逆流喷淋塔来说，通常采用的烟气流速为35m/s2。1.3 液气比L/G液气比是与流经吸收塔的单位体积的烟气量相对应的浆液喷淋量。液气比对脱硫效率的高低有着重要
5、的影响。这是因为，在吸收塔（特别是喷淋塔和盘式塔）的设计中，循环浆液量的大小决定了SO2吸收表面积的大小。在其它参数恒定的情况下，提高液气比相当于增大了吸收塔内的浆液喷淋密度从而增大了气液传质表面积；同时，提高液气比也增大了可用于吸收SO2的浆液的碱度使增大，因此传质单元数也随之增大，提高了脱硫效率。胡满银等在文献3中建立了湿法脱硫系统脱硫效率的数学模型，并给出了脱硫效率和液气比L/G之间的关系式： （1）其中， L石灰石浆液喷淋量，L/s； G处理烟气量，m3/s； L/G液气比，L/m3； a吸收速率系数，定义为吸收液中SO2浓度增量占烟气内SO2浓度的比值。该式是液气比的理论计算方法，实
6、际液气比的计算中还要考虑吸收塔型式、运行经济性等因素的影响。文献4中给出了液气比与脱硫效率的关系曲线，如图1所示。图1. 脱硫效率与液气比的关系由图1可以看出，在风速一定的情况下，随着液气比的升高，脱硫效率也随之升高。但曲线的斜率也不断变小。这说明，液气比超过一定程度后，脱硫效率将不会有显著提高。在实际工程应用中，提高液气比将使浆液循环泵的流量增大，进而增加设备的投资和能耗。此外，高液气比还会使吸收塔内的压降增大，增加风机能耗。1.4 循环浆液的pH值循环浆液的pH值是石灰石湿法烟气脱硫工艺中的重要运行参数。浆液pH值升高，降低了液相的传质阻力，将随之增大，进而KG和NTU也随之增大，有利于S
7、O2的吸收。根据文献5，循环浆液的pH值和脱硫效率的关系如图2所示。图2. 脱硫效率与循环浆液pH值的关系较低的pH值有利于石灰石的溶解和CaSO31/2H2O的氧化，但浆液的pH值过低时有较强的腐蚀性，对设备、管道的材质要求较高，会增加系统的投资；而pH较高则有利于SO2的吸收，但如果pH值过高，将会导致溶液中的SO和CO离子浓度的相对增加，促使CaSO3和CaCO3在石灰石颗粒表面结晶。特别是当浆液的pH值大于7时，会发生吸收CO2的反应，从而降低了脱硫剂的活性和利用率。因此，选择合适的pH值，对FGD系统的良好运行有着重要的意义。一般认为吸收塔pH值选择在5.56.0为宜。1.5 入口S
8、O2浓度在其它工况不变的条件下，如果采用含硫量较高的燃煤，随着入口SO2浓度的提高，脱硫效率有下降的趋势，文献5中给出了入口SO2浓度跟脱硫效率之间的关系曲线，如图3所示：图3. 脱硫效率与入口SO2浓度的关系根据双膜理论，入口SO2浓度的升高，使烟气中的SO2分压增大，降低了气相传质阻力；有利于SO2吸收，但在SO2浓度增大的同时吸收浆液的碱性并未随之增大，这就使得吸收反应的增强因子减小。但后一种作用的影响更为明显，这两种作用的综合结果使得传质单元数减小从而降低了脱硫效率。1.6 吸收剂高纯度的石灰石有利于SO2的吸收，有利于生产优质的脱硫石膏。此外，石灰石的粒度大小直接影响有效反应面积的大
9、小，通常粒度越小，单位体积的表面积越大，脱硫效率及石灰石利用率越高。但石灰石的纯度和粒度过高，将会导致吸收剂制备价格和能耗的上升。通常要求吸收剂的纯度在90以上，粒度在200300目。1.7 浆液停留时间浆液在浆液吃内停留时间长将有利于浆液中的石灰石颗粒与SO2充分反应以提高脱硫剂的利用率，并使反应生成物CaSO3有足够的时间完全氧化生成CaSO4以获得粒度均匀、纯度高的脱硫石膏。但浆液停留时间过长将会使浆液池容积增大，氧化空气量和搅拌机的容量增大，将增加土建和设备费用及能耗。此外，浆液停留时间过长，由于浆液循环泵和搅拌器的运行所造成的剪切力和石膏颗粒撞击和摩擦，容易使石膏晶体破碎，不利于脱水
10、处理。运行经验表明，FGD系统的浆液停留时间以1224小时为宜。1.8 原烟气中的飞灰原烟气中的飞灰会在一定程度上阻碍SO2跟吸收剂的接触，减少了SO2的吸收表面积，降低了其吸收速率。此外，飞灰中溶出的一些重金属离子会抑制Ca2和HSO的反应，进而影响脱硫效果。1.9 吸收液的过饱和度石灰石浆液吸收SO2后生成CaSO3和CaSO4，在循环操作中，饱和或过饱和的溶液会在设备表面结垢引起堵塞，故吸收液应维持在饱和程度以下。由于CaSO3和CaSO4的溶解度随温度变化不大，而且两者都能强烈发生过饱和，所以用降温的方法难以使二者从吸收液中结晶出来。因为溶解的盐类在同种盐的晶体上结晶比在异类粒子上结晶
11、要快的多，故在循环浆液中加入CaSO42H2O作为晶种，使CaSO4的过饱和度降低到正常水平，可以减轻因为CaSO4过饱和而引起的结垢。亚硫酸钙晶种的作用较小，通常在FGD系统中设置充气槽将CaSO3氧化成CaSO4，从而不至于干扰CaSO42H2O的结晶并提高脱硫石膏的纯度。此外，向吸收液中加入MgSO4等添加剂，使SO2以生成一种可溶性盐（MgSO3）的形式被吸收。MgSO3的溶解度约为CaSO3的630倍，将使溶液中的SO活度大大增加，这不仅可以提高SO2的吸收率，而且可以降低溶液中的Ca2浓度，使系统在未达饱和的状态下运行，避免了因石膏过饱和而结垢。此外，也可以通过控制吸收时的液气比L
12、/G使循环浆液的pH值不至于过大来控制结垢。运行经验表明，FGD系统中循环浆液的过饱和度应控制在110130。2. 结束语影响脱硫效率的关键参数有很多，而且它们之间又相互影响。在实际工程应用中，要根据实际情况选择合适的设计和运行参数，既要实现脱硫的高效率，又要兼顾经济上的可行性。参考文献1. 朱世勇. 环境与工业气体净化技术M. 北京：化学工业出版社，2001，3723732. Radian International LLC. Electric Utility Engineers FGD Manual Volume I-FGD Process Design. 1996,I.3-9I3-123. 胡满银等. 锅炉运行对湿式脱硫系统性能影响的研究. 华北电力大学学报，2003，30（4）：97-994. 孔华等. 液柱冲击式湿法脱硫装置的试验研究. 工程热物理学报，2001，22（5）：649-6525. 万玮等. 简易液柱式湿法脱硫装置的试验研究J. 煤炭转化，2003，26（1），7576