石灰石—石膏法單塔雙循環(huán)煙氣脫硫pH值控制設(shè)計(jì)及優(yōu)化

婁敏虹

（南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，江蘇 南京 210012）

石灰石—石膏法單塔雙循環(huán)煙氣脫硫pH值控制設(shè)計(jì)及優(yōu)化

婁敏虹

（南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，江蘇 南京 210012）

SO2為燃煤電廠主要廢氣，如果不采取任何措施對(duì)其進(jìn)行處理，將會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染，產(chǎn)生酸雨污染環(huán)境。在技術(shù)水平不斷提高的背景下，生產(chǎn)過(guò)程中除了要保證較高的效率外，還需要在提高資源利用率的同時(shí)，減少對(duì)環(huán)境的污染。本文主要對(duì)石灰石—石膏法單塔雙循環(huán)煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行分析，以其對(duì)工藝過(guò)程中pH值進(jìn)行控制，將煙氣內(nèi)SO2含量控制在允許范圍內(nèi)，嚴(yán)格落實(shí)SO2排放標(biāo)準(zhǔn)。

石灰石—石膏法；單塔雙循環(huán)；脫硫；pH值

現(xiàn)在煙氣脫硫方法日益增多，其中石灰石—石膏法應(yīng)用比較廣泛，并且就應(yīng)用效果來(lái)看，技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，取得了較好的效果。基于以往應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)石灰石—石膏法單塔雙循環(huán)煙氣脫硫技術(shù)原理進(jìn)行分析，確定各影響因素，提高煙氣脫硫pH值控制效果，對(duì)技術(shù)存在的缺陷進(jìn)行優(yōu)化，提高整個(gè)工藝實(shí)施過(guò)程控制效率。

1 石灰石—石膏法煙氣脫硫技術(shù)原理

應(yīng)用石灰石—石膏法來(lái)進(jìn)行煙氣脫硫處理，即將石灰石作為脫硫吸收劑，石灰石研磨成粉狀，與水混合將其制作成吸收漿液。將漿液置于吸收塔內(nèi)，通入待處理煙氣后，含有的SO2便會(huì)與漿液內(nèi)的CaCO3以及鼓入的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，生成石膏的同時(shí)將SO2去除。經(jīng)過(guò)反應(yīng)后的石膏漿液從吸收塔內(nèi)排出，然后對(duì)其進(jìn)行脫水處理后進(jìn)行回收再利用。而經(jīng)過(guò)脫硫處理后的煙氣，經(jīng)過(guò)除霧器去水處理后由煙囪排向環(huán)境中，將SO2的排放控制在50mg/Nm3的排放限值內(nèi)，減少大氣污染。

為保證脫硫高效，一般可以從吸收塔下側(cè)將煙氣通入，保證可以與漿液進(jìn)行充分接觸，提高CaCO3與SO2、H2O反應(yīng)效率，生成CO2、CaSO3·1/2H2O，同時(shí)落入吸收塔漿液池的CaSO3·1/2H2O將會(huì)與H2O、O2產(chǎn)生氧化反應(yīng)，生成石膏。反應(yīng)過(guò)程為：

2CaCO3+H2O+2SO2=2CaSO3·1/2H2O+2CO2

2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O=2CaSO4·2H2O

石灰石—石膏法單塔雙循環(huán)工藝流程中煙氣通過(guò)吸收塔實(shí)現(xiàn)兩次SO2脫除過(guò)程，經(jīng)過(guò)了兩級(jí)漿液循環(huán)（圖1）。一座吸收塔配置一座塔外漿池(AFT漿池)設(shè)計(jì)。煙氣進(jìn)入吸收塔，其首先與吸收塔內(nèi)噴淋的一級(jí)石灰石循環(huán)漿液逆向接觸，吸收煙氣中的部分SO2；煙氣接著上升充分與來(lái)自塔外漿池的二級(jí)噴淋漿液接觸，吸收煙氣中剩余部分的SO2。一級(jí)循環(huán)保證優(yōu)異的亞硫酸鈣氧化效果和石灰石漿液的充分溶解及充足的石膏結(jié)晶時(shí)間；二級(jí)循環(huán)保證SO2最終的脫除效率。

圖1 石灰石-石膏法單塔雙循環(huán)工藝吸收塔系統(tǒng)流程

2 煙氣脫硫pH值控制要點(diǎn)

2.1 煙氣脫硫pH值

對(duì)石灰石—石膏法煙氣脫硫pH值進(jìn)行控制，關(guān)鍵就是控制循環(huán)漿液在吸收完SO2后，與新鮮石灰石漿液進(jìn)行混合后漿液的pH值大小。就總結(jié)經(jīng)驗(yàn)分析，pH越大SO2吸收率越高，脫硫效果更明顯，但是所需動(dòng)力支持更多，煙氣出口溫度越低。但是當(dāng)pH達(dá)到一定值后，脫硫效果將不再提升。一般在實(shí)際生產(chǎn)中，不建議為提高煙氣脫硫效果提高pH值，以免結(jié)垢后堵塞設(shè)備，影響脫硫劑利用效率，并且還會(huì)降低石膏品質(zhì)，無(wú)法達(dá)到回收水平。而降低pH值，同時(shí)提高反應(yīng)塔內(nèi)的氧氣濃度，可以促使亞硫酸鈣發(fā)生氧化。但同時(shí)需避免pH值過(guò)小，會(huì)使SO2的吸收受到抑制，將影響脫硫效率。因此需要合理控制pH值。

2.2 pH值影響因素

（1）SO2濃度。通入吸收塔煙氣所含SO2的濃度，會(huì)對(duì)反應(yīng)后漿液pH大小產(chǎn)生影響，即便通入的煙氣含量不變，但是隨著鍋爐燃煤含硫量的變化，也會(huì)造成煙氣內(nèi)SO2含量的變動(dòng)。

（2）煙氣量。通入反應(yīng)塔內(nèi)煙氣含量高低，是影響漿液pH值的關(guān)鍵因素。假如不改變吸收塔所通入的石灰石漿液流量大小，通入的煙氣含量越多，對(duì)漿液pH值產(chǎn)生的影響越大，pH值越小，相反則越大。在實(shí)際生產(chǎn)中，火電廠鍋爐生產(chǎn)負(fù)荷不斷變化，導(dǎo)致吸收塔內(nèi)通入的煙氣含量大小不定。基于此特點(diǎn)，在對(duì)石灰石—石膏脫硫反應(yīng)系統(tǒng)漿液pH值進(jìn)行控制時(shí)，就需要做好對(duì)煙氣量這一變化要素的控制。

（3）漿液輸入。對(duì)于石灰石漿液的選擇，可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)對(duì)其流量、密度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，為提高對(duì)漿液pH值的控制效率，應(yīng)根據(jù)鍋爐煙氣量、煙氣SO2濃度以及實(shí)際所測(cè)循環(huán)漿液pH值進(jìn)行調(diào)整。并且對(duì)于石灰石漿液的各項(xiàng)參數(shù)完全可測(cè)，將吸收塔內(nèi)石灰石漿液pH值作為控制對(duì)象，靈活調(diào)整脫硫系統(tǒng)內(nèi)石灰石漿液流量大小，保證可以將漿液pH值控制在脫硫效率最高狀態(tài)。

2.3 pH值控制

（1）加藥閉環(huán)控制。通過(guò)此種控制方式來(lái)對(duì)通入吸收塔的石灰石漿液流量進(jìn)行調(diào)整，利用酸堿中和反應(yīng)對(duì)漿液pH值進(jìn)行控制，為煙氣與漿液反應(yīng)提供一個(gè)最佳的酸堿狀態(tài)，提高煙氣脫硫效率。關(guān)鍵是要保證能夠向吸收塔穩(wěn)定提供足量的石灰石漿液來(lái)滿足與煙氣的反應(yīng)，對(duì)脫硫前煙氣量以及所含SO2含量進(jìn)行測(cè)定，確定進(jìn)入脫硫系統(tǒng)內(nèi)的SO2總量，并以此為依據(jù)計(jì)算得到脫硫反應(yīng)所需石灰石漿液流量，將結(jié)果作為可變指令，結(jié)合所測(cè)pH值與換算因子進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)石灰石漿液濃度來(lái)確定石灰石流量，作為實(shí)際值通入到脫硫反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比。在此過(guò)程中，控制參數(shù)可以作為設(shè)定值校正調(diào)整的依據(jù)，保證吸收塔內(nèi)石灰石漿液流量在系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合內(nèi)，提高煙氣與漿液反應(yīng)效率，最后生成石膏（圖2）。

（2）優(yōu)化控制參數(shù)。單塔雙循環(huán)煙氣脫硫控制系統(tǒng)煙氣經(jīng)過(guò)一級(jí)循環(huán)及二級(jí)循環(huán)兩個(gè)不同的循環(huán)過(guò)程和石灰石反應(yīng)，可以對(duì)煙氣內(nèi)SO2進(jìn)行吸收凈化，最終得到石膏還可以回收。在煙氣進(jìn)行物理與化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，固體濃、類型以及pH值會(huì)發(fā)生一定變化。總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，在一級(jí)循環(huán)階段，pH為4．5～5．3之間；二級(jí)循環(huán)階段，pH值為5．8～6．4之間。吸收塔內(nèi)被鼓入氧氣可產(chǎn)生反應(yīng)，尤其是較低的pH值條件下，氧化反應(yīng)效率高。一級(jí)循環(huán)階段中pH值處于4．5～5．3之間，為吸收劑完全溶解以及石膏充分氧化提供了有利條件，還提高了石膏脫水效率，最終可得到優(yōu)質(zhì)的石膏副產(chǎn)物，同時(shí)還可以降低氧化反應(yīng)所需動(dòng)力。在二級(jí)循環(huán)階段，通過(guò)鼓入氧化空氣可以避免結(jié)垢，此階段pH值較高＞6，可保持較高的脫硫效率，且液氣比比較低，可減少循環(huán)泵的能耗。兩個(gè)循環(huán)階段可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，石灰石漿液依次進(jìn)入到二級(jí)循環(huán)與一級(jí)循環(huán)，延長(zhǎng)石灰石漿液在吸收塔內(nèi)的停留時(shí)間。尤其是一級(jí)循環(huán)中，pH值較低，可以提高顆粒溶解效率，面對(duì)較大粒徑以及品質(zhì)稍差的石灰石時(shí)，研磨所需的電能損耗較低，具有更大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

圖2

3 工程實(shí)例

廣州恒運(yùn)熱電（D）廠責(zé)任公司#8、#9煙氣脫硫改造工程是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)投運(yùn)石灰石-石膏法單塔雙循環(huán)工藝的項(xiàng)目。該工程于2012年6月開始施工，于2013年5月15日通過(guò)#8機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)168小時(shí)試運(yùn)行。試運(yùn)期間吸收塔入口SO2濃度在1800～4200 mg/Nm3之間，吸收塔出口SO2濃度始終保持在50mg/Nm3以下，出口煙氣含塵量在20mg/Nm3以下。

廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院于2013年8、9月分別對(duì)該脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了75%及100%負(fù)荷（指煙氣流量）的全套脫硫裝置的性能試驗(yàn)。試驗(yàn)證明脫硫硫效率達(dá)到99．3%。

4 結(jié)語(yǔ)

石灰石—石膏法煙氣脫硫技術(shù)已經(jīng)比較成熟，現(xiàn)在被廣泛的應(yīng)用到電廠煙氣脫硫工作中，并且具有較高的應(yīng)用效果。石灰石-石膏法單塔雙循環(huán)工藝通過(guò)一臺(tái)吸收塔實(shí)現(xiàn)兩次SO2脫除過(guò)程，經(jīng)過(guò)了兩級(jí)漿液循環(huán)，通過(guò)兩次pH值控制優(yōu)化對(duì)SO2的大范圍變化有很好的適應(yīng)性；更加精細(xì)地控制了工藝反應(yīng)過(guò)程達(dá)到最佳的脫硫處理效果。

[1]嚴(yán)錦玉．脫硫除塵工藝水酸堿度控制研究[D]．安徽工程大學(xué),2016．

[2]馬苗云．燃煤電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)優(yōu)化控制的仿真運(yùn)行研究[D]．華北電力大學(xué),2012．

[3]鄧仁昌．燃煤電廠石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)研究[D]．海南大學(xué),2011．

X701.3

A

1671-0711（2017）10（下）-0113-02