濕法脫硫工藝
關(guān)鍵詞：濕法脫硫；脫硫效率；導(dǎo)致原因
1概述
二氧化硫是主要的大氣污染物之一，而燃煤供電是它的主要來源。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫由于其技術(shù)成熟，運行穩(wěn)定且成本相對低廉而占據(jù)了世界75%的脫硫市場。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝復(fù)雜，化學(xué)反應(yīng)步驟較多，對反應(yīng)條件要求較高，因此協(xié)調(diào)各方面因素改進脫硫工藝從而提高脫硫效率勢在必行。
2石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝概述
石灰石-石膏濕法煙氣脫硫是濕法脫硫最常見的方法。它的脫硫吸收劑以石灰或石灰石為原料，將石灰石仔細(xì)研磨成粉后與水混合攪拌制成吸收劑漿液，當(dāng)使用石灰作為吸收劑原料時，石灰粉經(jīng)過消化處理后與水混合制成吸收劑漿液。吸收漿液與煙氣在吸收塔中接觸混合，煙氣中的二氧化硫在有空氣參與的狀態(tài)下借助氧氣的氧化作用與吸收漿液中的碳酸鈣進行化學(xué)反應(yīng)從而被脫除，最終得到石膏。
來自于鍋爐等燃煤設(shè)備的煙氣經(jīng)過除塵作用后在引風(fēng)機的推動下進入吸收塔，吸收塔是一個空間噴淋結(jié)構(gòu)，為了保證反應(yīng)的充分進行，讓煙氣與吸收漿液有更大的接觸面積，在這一部分煙氣與吸收漿液逆向接觸，如此一來吸收塔既有吸收功能又有氧化功能，上半部分為吸收區(qū)，下半部分為氧化區(qū)。
系統(tǒng)一般裝有3-5臺循環(huán)泵保證吸收漿液的流動，每臺循環(huán)泵對應(yīng)一層噴淋層。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷較小的時候，為了保持較高的液氣比可以停運1-2層噴淋層，從而達到最理想的脫硫效果。吸收區(qū)上部設(shè)置有二級除霧器，除霧器出口煙氣中的小液珠不超過75毫克每標(biāo)準(zhǔn)立方米。
漿液吸收二氧化硫后進入循環(huán)氧化區(qū)，在這一區(qū)域內(nèi)，亞硫酸鈣被空氣中的氧氣氧化成石膏晶體。與此同時，由吸收劑制備系統(tǒng)向吸收氧化系統(tǒng)提供新鮮的石灰石漿液，填補所需要的碳酸鈣成分，使吸收漿液保持一定的pH值。含有石膏晶體的漿液達到一定密度后排放到副產(chǎn)品收集系統(tǒng)，經(jīng)過脫水得到石膏。
3吸收塔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)
4影響石灰石-石膏濕法脫硫效率低的因素分析
4.1煙氣入口參數(shù)問題
脫硫效率是指脫硫系統(tǒng)脫除的二氧化硫含量與原煙氣中二氧化硫含量的比值。在吸收塔內(nèi)，吸收漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的二氧化硫和漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)從而被脫除，最終得到石膏。
從控制變量法的角度進行分析，在脫硫系統(tǒng)設(shè)備運行方式、運行條件等其他因素不變的情況下，當(dāng)處理煙氣量和原煙氣中二氧化硫的含量升高時，脫硫效率將下降。因為入口二氧化硫的增加，循環(huán)漿液中的堿量迅速降低，造成漿液液滴吸收二氧化硫能力下降；煙氣流速同樣是影響脫硫效率的因素之一，煙氣流速越快，漿液液滴下降過程中被擾動的頻率越高，從而煙氣中的二氧化硫與漿液的反應(yīng)速度提高，脫硫效率降低；此外循環(huán)漿液的密度對脫硫效率也有一定影響。
4.2吸收塔內(nèi)吸收液問題
由濕法脫硫系統(tǒng)作用原理可得，影響脫硫效果的吸收塔漿液成分主要包括碳酸鈣、鹽酸不溶物和亞硫酸鈣。在一定范圍內(nèi)，碳酸鈣含量越高，脫硫效果越好。但碳酸鈣含量如果過高，便會導(dǎo)致石灰石屏蔽，阻礙二氧化硫與吸收液中碳酸鈣的接觸，從而降低脫硫效率。
另一方面碳酸鈣含量高會導(dǎo)致系統(tǒng)污垢過多甚至堵塞系統(tǒng)，因此一般要求碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%左右；煙塵是吸收塔漿液中鹽酸不溶物的主要組成部分，鹽酸不溶物含量高，同樣也會造成石灰石屏蔽，明顯影響脫硫效率，因而一般要求鹽酸不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%以下；亞硫酸鈣含量高則說明系統(tǒng)的氧化效果不好，會對脫硫效率有不利影響，而且亞硫酸鈣含量高也容易造成系統(tǒng)的結(jié)垢和堵塞，一般要求亞硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3%以下。
除了以上幾點之外，作為制作吸收漿液的主要成分，石灰石品質(zhì)同樣會影響吸收漿液的質(zhì)量。石灰石的質(zhì)量主要受到顆粒直徑、碳酸鈣含量、碳酸鎂含量以及鹽酸不溶物含量等因素影響，由已有的研究經(jīng)驗可知石灰石越細(xì)，反應(yīng)效果就越好；碳酸鈣含量越高，石灰石中的活性成分含量也就越高，石灰石的品質(zhì)就越好，所以通常要求石灰石中的碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于90%。
4.3氧化空氣量的多少
在吸收區(qū)內(nèi)，煙氣中的二氧化硫與吸收漿液發(fā)生反應(yīng)。然而在這一步驟中只有一部分亞硫酸氫根與氧氣反應(yīng)生成硫酸。因為煙氣和漿液的接觸時間過短，漿液中的碳酸鈣只能中和部分已經(jīng)氧化了的亞硫酸氫根和硫酸。在這一區(qū)域內(nèi)，只有很少一部分碳酸鈣發(fā)揮了作用，所以液滴的pH值會隨著不斷下落而降低，pH值減小的漿液無法中和亞硫酸氫根和硫酸，它的吸收能力也因此而降低。
漿液的pH值在上半部分時處于較高狀態(tài)，此時漿液中易產(chǎn)生水合亞硫酸鈣。在漿液下落過程中，接觸的二氧化硫濃度越來越高，漿液pH值下降加快，這時候水合亞硫酸鈣就會轉(zhuǎn)化成亞硫酸氫鈣。因此氧氣含量的多少對脫硫效率有重要影響，只有在氧氣充足的狀態(tài)下才能保證碳酸鈣的利用率，即二氧化硫的吸收效率。
如果系統(tǒng)中的氧化空氣量不能維持反應(yīng)正常進行，或氧化空氣進入吸收塔是與液面之間距離過短，漿液中將會含有大量亞硫酸鹽，即亞硫酸氫根濃度增大，當(dāng)亞硫酸氫根相對飽和度較高時，將會對化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用。因此在系統(tǒng)運行中必須保證進入脫硫吸收塔的氧氣含量能滿足系統(tǒng)需求。
4.4除霧器效率
除霧器是石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)的主要部件之一，作為下游設(shè)備的“保護神”，除霧器的除霧效果的好壞在整個流程中起著至關(guān)重要的作用，一旦排出的煙氣中所含的小霧滴沒有被有效的處理干凈，會導(dǎo)致煙氣散熱器腐蝕、散熱元件堵塞等一系列問題。
除霧器一般包含除霧器本體和沖洗系統(tǒng)這兩部分，依靠重力和慣性撞擊這兩種作用捕集極小的霧滴，從而避免酸性液體對設(shè)備造成影響。除霧器從葉片上區(qū)分有折流和波紋兩種，這兩種結(jié)構(gòu)會增加霧沫被捕集的機率，從而大大提高除霧效率。脫硫除霧器的設(shè)計和選型主要考慮因素包括：煙氣流速、煙氣溫度、材質(zhì)、除霧器葉片形式及其間距和沖洗水系統(tǒng)等，所以要提高除霧器效率不僅要保證除霧器的品質(zhì)，也要與整體設(shè)備協(xié)調(diào)配合。
5結(jié)束語
我國是硫資源缺乏而煤含硫高的地區(qū)，大力發(fā)展?jié)穹摿蚣夹g(shù)，不僅能解決煤電產(chǎn)業(yè)脫硫的現(xiàn)實難題，還保護了環(huán)境，真正做到了節(jié)能環(huán)保，適合中國的國情。所以當(dāng)脫硫效率降低時，應(yīng)首先對裝置進行細(xì)致排查，在此基礎(chǔ)上找到誘發(fā)原因，提出相應(yīng)的合理高效的解決辦法，保證脫硫效率達到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，對大型火力電廠的脫硫工作的平穩(wěn)高效運行具有一定指導(dǎo)意義。