濕法脫硫系統中脫硫效率降低問題的分析與應對辦法探討

張旭

福建華電可門發電有限公司 福建 福州 350500

吸收塔的類型是目前廣泛采用的逆流噴淋空塔，吸收塔的設計采用德國LLAG公司富有特色的池分離裝置和脈沖懸浮攪拌裝置。吸收塔系統是利用石灰石漿液在吸收塔內脫去煙氣中的SO2，同時對其進行氧化生成石膏。鍋爐引風機排出的原煙氣進入吸收塔，與布置在塔上部的噴淋層噴出的循環漿液形成逆向接觸吸收。吸收了煙氣中有害成分（主要為SO2、HCl 、HF和飛灰）的漿液被收集在塔底的反應池中，凈化后的煙氣繼續向上流經布置在塔頂的除霧器，凈煙氣夾帶的液滴在除霧器中被除去。離開除霧器后的凈煙氣進入煙囪，排向大氣。吸收塔反應池除了匯集下落的循環吸收漿液外，循環漿液吸收SO2形成的亞硫酸鹽的氧化、中和以及石膏結晶析出等反應大部分發生在反應池中。反應池上部布置了池分離器和氧化空氣布氣管，使反應池的上部成為氧化區，下部為中和區。在中和區底部懸掛有脈沖懸浮噴管，起攪拌懸浮漿液作用。反應池外側還布置有四臺漿液循環泵、兩臺石膏排漿泵和兩臺脈沖懸浮泵。在反應池中脫硫生成的石膏經排漿泵送至石膏旋流站，旋流站底流（濃漿）直接去石膏脫水系統（真空皮帶脫水機），溢流（稀漿液）部分去回流水箱。為了盡量減少煙氣中所夾帶的液滴，引導煙氣通過除霧器，一級除霧器除去煙氣中較粗的液滴，二、三級除霧器除去煙氣中較細的液滴。為了清潔除霧器，除霧器安裝了沖洗系統，除霧器的沖洗系統安裝在各級除霧器的前、后部（為防止煙氣含水量高，最高層除霧器后部未按照沖洗系統），間斷沖洗除霧器的表面，防止形成沉積物。吸收塔氧化池設有氧化空氣噴管，以有效的氧化亞硫酸根為硫酸根。氧化空氣由離心氧化風機提供，在氧化空氣噴管前加裝有工藝水作為氧化空氣噴管冷卻沖洗水。當氧化空氣通過噴管噴出后，與吸收塔內被脈沖泵攪拌的漿液一起流動，使氧化池內漿液里產生很多細小的氣泡，在空氣與漿液間形成很高的氣-液接觸面積，達到很高的氧化率。

因此，根據脫硫吸收塔系統的工作原理及結構組成，由于石灰石漿液品質、氧化風品質、漿液循環泵出力，脈沖懸浮泵出力，入爐煤煤質，電除塵工作狀況等因素的影響，脫硫系統長時間投運后，吸收塔系統內結垢、堵塞、管道脫落斷裂、吸收塔漿液品質惡化，從而導致脫硫系統脫硫效率降低，機組在高負荷高燃煤硫份的工況下，存在煙氣SO2排放值超標的風險，污染環境并造成嚴重環保不安全事件。本文將就濕法脫硫系統中脫硫效率降低的原因及解決辦法進行了分析和探討。

1 脫硫效率的影響因素

1.1 漿液的pH值的影響

吸收塔漿液pH值的控制可作為提高效率的細調節手段，pH值高有利于SO2的吸收但不利于石灰石的溶解。反之，pH值低有利于石灰石的溶解但不利SO2的吸收。

1.2 鈣硫比的影響

吸收塔的吸收劑所含鈣的物質的量與煙氣中所含硫的物質的量之比。它的大小表示加入到吸收塔中的吸收劑量的多少。從脫除SO2的角度思考，鈣硫比對脫硫率的影響最大。鈣硫比在1.02～1.05范圍時，脫硫效率最高，吸收劑具有最佳的利用率[1]。

1.3 吸收劑的影響

影響石灰石品質的主要因素是石灰石純度。用于脫硫的石灰石中CaCO3的含量宜不低于90%，MgO含量宜不高于2.5%，SIO2的含量宜不高于2%。石灰石粉的細度應根據石灰石的特性和脫硫系統與石灰石粉磨制系統綜合優化確定，對燃用中高硫煤的鍋爐，石灰石粉的細度宜不低于325目90%過篩率。

純度低的石灰石漿液難以維持吸收塔pH值，使脫硫率降低；若為了維持pH值加大供漿量，則會增加雜質含量，容易造成石膏晶體的沉積結垢，影響系統安全性。

1.4 液氣比的影響

液氣比指吸收每立方米的煙氣所用的漿液量。增大液氣比，氣相和液相的傳質質數提高，從而有利于SO2的吸收，但另一方面隨著液氣比的提高也會產生以下不利影響：①停留時間會減少，從而削減了傳質速率提高對SO2的吸收有利的強度；②出口煙氣的霧沫夾帶增加，給后續設備和煙道帶來結垢和腐蝕；③循環液量的增大帶來了系統設計功率及運行電耗的增加，使得運行成本提高較快。所以，在保證一定的脫硫率的前提下，應盡量采取較小的液氣比，通常其操作范圍在15～25。

1.5 煙氣進塔溫度影響

根據吸收過程的氣液平衡可知，進塔溫度越低越有利于SO2的吸收，降低煙溫，SO2的平衡分壓隨之降低，促進氣液傳質，有利于提高吸收劑的脫硫率。但進塔溫度過低會使H2SO3與CaCO3反應速率降低，使設備龐大，后期會導致吸收塔的水平衡破壞。

1.6 粉塵濃度影響

經過吸收塔后的煙氣中大部分粉塵都會留在漿液中，其中一部分隨廢水排除，另一部分仍留在吸收塔中。如果因除塵、除灰設備故障，引起漿液中的粉塵、重金屬雜質過多，則會影響石灰石的溶解，導致漿液pH值降低，脫硫效率下降。

1.7 煙氣流速影響

提高煙氣的流速可以增強氣液兩相的湍動，減少煙氣與液滴之間的隔膜厚度，提高傳質效果，同時使噴淋液滴的下降速度相對減小，增大傳質面積。但是氣流增速會減小氣液接觸時間，又會導致脫硫率降低。一般流速控制在3.5～4.5m/s。因機組負荷變化，煙氣流速也隨時變化，無法將煙氣流速穩定在理想的范圍。

1.8 吸收塔系統設備缺陷影響

吸收塔系統長時間投運后，存在的問題有：漿液循環泵葉輪磨損、噴淋層管道斷裂、噴嘴堵塞和脫落；氧化風管堵塞和斷裂；脈沖懸浮泵管道堵塞和斷裂；吸收塔合金托盤脫落堵塞等設備缺陷均會降低脫硫率。

2 脫硫效率降低的應對措施

2.1 投運增效劑

在脫硫過程中，石灰石與硫的反應速度受控于CaCO3的溶解速度，CaCO3在水中的溶解度較小，克服或改善CaCO3在水中的溶解問題，將會對整個脫硫工藝有較大的改善提高。由于CaCO3在水中的溶解度較小，在吸收塔中大量的CaCO3是以微小顆粒狀存在的，經研究發現，在這些微球表面，存在著雙膜效應，嚴重影響了液體中硫的傳質，采用針對CaCO3表面物性的活性劑和催化劑來減弱和消除雙膜效應，同時配合化學隧道形成劑來滲透進入CaCO3的微球表面遍布的微孔和裂紋，制造無數的從微球體表面到內部的隧道，使得液體中硫的傳質從這些微孔和裂紋順利引入，大大加快了石灰石與硫的反應速度。

在濕法脫硫技術中，加入一定量的脫硫增效劑，可以明顯改善化學反應與傳質過程，能促進CaCO3的溶解和緩沖漿液pH值的下降，促進SO2的溶解，加速SO2的化學吸收；可顯著降低水蒸氣分壓，減小蒸發速率，延長脫硫效率；既可提高脫硫效率，提高脫硫劑的利用率，進而降低運行費用，同時還能減緩結垢速率，從而提高系統的可靠性[2]。

2.2 提高石灰石漿液品質

保證石灰石漿液品質，嚴格把控石灰石漿液制備流程的各項參數指標，石灰石旋流器溢流漿液濃度為30%，運行時確認壓力表計正常，各旋流子無堵塞、沉砂嘴無破損，調整前充分沖洗旋流站，各旋流子閥門調整保持各手動門開度一致；石灰石再循環泵出口壓力控制0.34～0.43MPa，旋流站壓力控制0.15～0.20MPa。經石灰石漿液旋流站旋流，底流返回濕磨機再磨，合格的溢流制成20%～30%的石灰石漿液存放于石灰石漿罐中，始終將石灰石漿罐中的漿液維持在1500～1200kg/m3。

加強石灰石入廠品質驗收工作，及時取樣化驗，具體要求如下表；

CaO SiO2 Fe2O2 Al2O3 MgO 酸不溶物 粒徑≥52% ≤2% ≤0.3% ≤0.5% ≤1.5% ＜1.5% 粒徑≤20mm

2.3 提高吸收塔漿液品質

脫硫吸收塔漿液密度按1060～1140kg/m3的標準進行控制,在保障脫硫處理能力的前提下減緩漿液沉積結垢。脫硫吸收塔漿液密度高于1130kg/m3時，投運石膏脫水系統運行。脫硫吸收塔漿液密度低于1080kg/m3時，停運石膏脫水系統運行。為減緩吸收塔內漿液氯根和重金屬含量的增加，石膏脫水系統運行期間，保持脫硫廢水排出。保持吸收塔pH值在4.8～5.8之間，防止過高或過低。過低可能造成脫硫效率的降低、腐蝕性加強，過高漿液中未反應的石灰石量增多[3]。

加強漿液成分分析，漿液成分具體要求如下表：

含固量 SiO2 PH CaCO3 CaSO4.2H2O CaSO3.1/2H2O CL≥15%～20% ≤3% 4.8～5.8 ≤3% ≥90% ＜1% ＜5000PPM

3 結束語

濕法脫硫效率降低問題跟系統設計、運行工況、控制調整緊密相關，脫硫效率的降低會增大整個脫硫系統的能耗。就超凈排放的燃煤機組而言，脫硫效率降低，當前脫硫率遠低于設計脫硫率時，會造成嚴重的污染物超標事件，對機組安全運行造成巨大影響，值得發電廠足夠重視這類問題。尤其，在脫硫系統長時間投運，系統隱患缺陷累計，間接性對系統脫硫效率造成影響，需要精細化控制和合理添加增效劑，來維持其系統應具備的脫硫效率。

防止脫硫效率降低最有效的方式是運行優化調整塔內氧化風量，確保石膏品質；pH值調節，減緩腐蝕和結垢；重金屬離子排放，保證漿液健康；嚴控石灰石漿液制備品質。同時，經試驗運行結果表明，在滿足電廠環保排放的情況下，合理使用增效劑后，可以停運1臺漿液循環泵，燃燒含硫量較高的煤種，降低了發電成本和脫硫運行成本。由于長期使用脫硫增效劑，促進了SO2的吸收，加速了氣－液兩相的傳質過程，使得脫硫系統前、后壓差較小，同時達到了脫硫系統優化的效果。