煙氣脫硫系統中石膏雨的綜合治理方法

陳凌云

（神華陜西國華錦界能源有限責公司，陜西神木719319）

目前，國內大多數發電企業都安裝了煙氣脫硫系統。采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝的火力發電廠，在“濕煙囪”排放過程中易出現石膏雨現象，不僅對發電廠的運作安全帶來一定的危害，而且對周圍的生態環境帶來污染。因此，通過對石膏雨形成的原因進行分析，尋找合理有效的治理措施，從而可以最大程度減少石膏雨現象的產生。同時希望能夠引起業內人士和有關部門的重視和關注，提高電廠脫硫系統的環保效益。

1 煙氣脫硫系統中石膏雨成因分析

“石膏雨”包含了兩層含義：“石膏”和“雨”，“石膏”指的是石膏漿液；“雨”指的是凈煙氣中飽和水形成的冷凝液液滴。

1.1 “石膏”的成因

“石膏”是煙氣中夾帶的石膏漿液隨煙氣排放落到地面形成的。脫硫裝置凈煙氣中的石膏漿液主要來源于吸收塔噴淋層噴嘴霧化后的細小液滴，石膏漿液經噴嘴霧化后霧滴直徑一般在920 μm，經碰撞后會產生少量在15 μm左右。在經過除霧器后，一般會除去99.99%的不小于22 μm霧滴，同時還可以去除50%的15～22 μm液滴，15 μm以下的霧滴無法攔截，因此凈煙氣中有一定量的石膏漿液是必然的。但是如果煙氣在除霧器處的流速超過設計值，除霧器的效果將大大降低，甚至失效，除霧器也會在高速的煙氣下發生二次攜帶現象，大量的石膏漿液將會隨煙氣被帶入煙囪，形成凈煙氣帶漿現象。

“石膏”的形成與多方面的因素有關，主要包括除霧器的除霧效果、吸收塔的設計、運行操作等。

1.2 “雨”的成因

“雨”就是凈煙氣中冷凝液，其形成的直接原因是煙氣除了含有飽和水蒸氣外，還攜帶有未被除霧器除去的液滴，煙氣的水份主要是從除霧器中逃逸的霧滴組成。

其形成的間接原因是飽和煙氣絕熱膨脹及接觸煙道及煙囪內壁形成的冷凝物。飽和濕煙氣在煙囪上升過程中，煙氣壓力降低，絕熱膨脹后促使煙氣降溫，形成非常細小的液滴（直徑＜1 μm），絕熱膨脹在煙囪中產生最大數量的霧滴。在煙囪內部，由于受慣性力的作用，煙氣夾帶的較大水滴撞到煙道和煙囪壁上，并與壁上冷凝液結合，并受氣流影響重新被帶入煙氣，這些重新被帶出的液滴直徑通常在100～500 μm，其數量取決于壁面的特性和煙氣流速。粗糙的壁面、較高的煙氣流速會使夾帶液滴量增加。

“雨”形成的另外一個原因是環境因素的影響，通常情況下，環境氣溫低及氣壓低會造成“雨”的出現。如前所述，脫硫后的煙氣溫度通常在50℃左右，與未脫硫的原煙氣直排相比，脫硫后的凈煙氣在抬升高度及擴散能力方面相對較差，因此當脫硫后煙氣從煙囪排出時，由于煙溫與環境溫度相差較大，煙氣來不及擴散，煙氣中的飽和態水遇冷變成過飽和狀態，最終成為冷凝液落到地面形成“雨”，煙氣排放溫度與環境溫度相差越大，越容易形成“雨”。

2 石膏雨綜合治理方法

在WFCD的設計和建設過程中充分考慮煙氣通過吸收塔后凈煙氣溫度、水分含量的情況采取改進措施。一方面可增強除霧效果、減少煙氣中的霧滴攜帶，另一方面可提高煙溫，強化煙氣的抬升和擴散，減弱、甚至消除火電廠周邊區域的“石膏雨”現象。

2.1 強化除霧器效果

大量霧滴逃逸是濕法煙氣脫硫系統凈煙氣中液滴形成的直接原因，霧滴逃逸與吸收塔內煙氣流速、除霧器效率和沖洗效果有著直接關系，所以WFGD系統除霧器設計上需要對入口煙氣量與設計參數的偏差、煙氣流速的大小、除霧器的選型等方面進行充分考慮。

除霧器效率對濕法煙氣脫硫系統后部煙道系__統具有重要影響，在安裝GGH的情況下，除霧器堵塞失效會造成大量石膏漿液隨煙氣至GGH波紋板，是導致WFGD系統中GGH結垢的重要原因。相同條件下，煙氣攜帶石膏漿液的能力會隨著吸收塔流速的提高而增強，在吸收塔內，將煙氣流速控制到3.5m/s以下可以有效減少漿液攜帶。煙氣進入除霧器以后，在臨界煙氣流速范圍內，除霧器對液滴分離能力隨煙氣流速增大而提高，當煙氣流速超過除霧器臨界流速后，除霧器除霧能力迅速下降，除霧器煙氣流速高于8m/s后，就會出現嚴重的二次攜帶，造成除霧效率急劇下降。影響除霧效率的因素主要包括葉片間距、布置級數、除霧器葉片形式，在布置中采取多級除霧器，以及強化除霧器的沖洗都可以增強煙氣除霧效果。

在除霧器結構形式和布置方式一定的情況下，影響除霧效果的主要因素是除霧器煙氣流速與氣流分布的均勻性。如果除霧器各部位煙氣通流量不均，將加重除霧器局部堵塞現象，堵塞以后煙氣流動通道變小，使得煙氣流速增加，攜帶石膏漿液能力進一步加強。通常靠近煙道壁面附近煙氣流速高，所以在煙道內設置導流板，可以減少除霧器入口煙氣擾動，使煙氣均勻進入除霧器，提高除霧器工作效率。在吸收塔上部擴徑，增加除霧器區域面積，降低煙氣流速，也可以減少被帶出除霧器的石膏漿液霧滴。

2.2 增加煙氣加熱裝置

將脫硫后的凈煙氣加熱至過熱狀態，且保證煙氣在煙囪出口仍適度過熱，可以有效減弱尾部煙道和煙囪的腐蝕。提高煙氣溫度可以增強煙氣抬升、擴散效果，使煙氣在排出煙囪以后，能夠實現充分稀釋，從而減弱煙囪周圍的“石膏雨”現象。但是對凈煙氣進行加熱，不能以降低煙氣的凈化效率為代價。

最直接的煙氣加熱方法是通過煙氣旁路系統，用未脫硫的部分高溫煙氣與從吸收塔出來的凈煙氣混合以后排放。對脫硫要求不太嚴格的情況下可以采用這種煙氣加熱方法，但是采用原煙氣混合的方式加熱低溫凈煙氣嚴重削弱了煙氣的脫硫效果，通常不采用。可以考慮下面幾種在工程中得到應用的WFGD凈煙氣加熱技術。

2.3 優化煙囪設計

如果煙氣內的液滴在排出煙囪之前能夠有效收集，也可以減弱“石膏雨”現象。排煙中所含的水滴主要來源于煙氣夾帶的液滴，這部分液滴的直徑通常在100～1000μm，還有一部分來自飽和煙氣順著煙囪上升時由于壓力下降，絕熱膨脹使煙氣變冷所形成的直徑大約為1μm的水滴，熱飽和煙氣接觸到較冷的煙道和煙囪內壁形成的冷凝物也是煙囪排煙中水滴的來源之一。濕法煙氣脫硫系統煙囪設計時，應盡可能減少這些液滴的排出。保持煙囪內筒形線及內襯表面的光滑，煙囪排煙筒內煙氣流速不超過酸液液膜撕裂的臨界流速，減少煙囪內壁上液體的二次攜帶，都可以起到良好的效果。

為減少煙流下洗并增強煙氣擴散，應保證煙氣的出口動量，在煙囪內筒出口處設置變徑，煙囪內筒由“直筒型”改為“直筒型+出口收縮段型”有利于減少煙流下洗，便于煙氣擴散。歐美等國家煙囪的設計流速一般控制在15m/s左右，煙氣流速低，煙囪內的冷凝液不易被煙氣帶走，而是順著煙囪壁流下，在低點處收集，這樣就可減少煙氣中的液滴向外排放。

2.4 煙塔合一技術

采用煙塔合一技術可以利用冷卻塔巨大熱量和熱空氣量對脫硫后的濕煙氣進行抬升，促進煙氣內污染物的擴散，從而減弱“石膏雨”的形成。脫硫后的煙氣被送入循環水冷卻塔后，冷卻塔巨大的熱濕空氣對脫硫后的凈煙氣形成一個環狀氣幕，對脫硫后的凈煙氣形成包裹和抬升，依靠其動量和攜帶熱量的提高，實現較好的擴散。在設計工況下，120m高的冷卻塔對地面造成的SO2、NOx和煙塵年均落地濃度，總體好于240m高煙囪對地面造成的落地濃度。對無煙氣換熱器的石灰石-石膏濕法脫硫系統，煙塔合一技術不僅可提高火力發電系統的能源利用效率，還可以簡化火電廠的煙氣系統，減少投資和脫硫系統的運行維護費用。

結語

綜上所述，石膏雨問題的治理是一項技術性要求比較高的工作。其治理的好壞不僅影響到許多電力廠脫硫系統的運作生產，而已對周圍生態環境也會造成一定的污染。因此，應通過改進除霧器以及優化煙氣流場來提高脫硫系統中除霧器的工作效率。同時加強系統運作過程中各項設備的監控，若發現問題應及時制定好治理措施，提高相關技術人員的綜合技能。從而提高電廠煙氣脫硫系統的環保效益，推動脫硫產業向著健康蓬勃的方向發展。

[1]付昱，何金起.火力發電廠濕法脫硫“石膏雨”治理方法討論[J].黑龍江電力，2009（05）.