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脫硫各因素分析,脫硫效率影響因素

摘要:通過對濕法煙氣脫硫工藝過程的分析和系統調試結果,總結出原煙氣中氧量、粉塵、溫度等參數的變化和工藝過程控制、設備運行方式的改變對煙氣脫硫效率的影響規律,對運行實踐有一定的指導意義。
關鍵詞:煙氣脫硫;二氧化硫;脫硫率;影響因素

1前言

濕式石灰石-石膏煙氣脫硫(以下簡稱FGD)是目前世界上技術最成熟、實用業績最多、運行狀況最穩定的脫硫工藝,脫硫效率在90%以上,副產品石膏可回收利用。杭州半山發電有限公司采用德國斯泰米勒公司石灰石-石膏濕法工藝,處理4、5號爐2×125 MW機組的全部燃煤煙氣,最大處理煙氣量10×106 m3h(濕),脫硫率在95%以上,FGD出口SO2排放濃度<180 mgm3,作為煙氣脫硫的副產品石膏,其純度>90%,含水率<10%。

濕法煙氣脫硫工藝涉及到一系列的化學和物理過程,脫硫效率取決于多種因素。在原料方面,工藝水品質、石灰石粉的純度和顆粒細度等直接影響脫硫化學反應活性;在工藝控制方面,石灰石粉的制漿濃度、石膏旋流站排出的廢水流量設定等都與脫硫率有關,而FGD關鍵設備的運行和控制方式將決定脫硫效果和終產物石膏的品質;機組原煙氣參數如溫度、SO2濃度、氧量、粉塵濃度等也不同程度地影響脫硫反應進程。本文旨在探討原煙氣與脫硫劑的接觸反應時間、原煙氣參數的變動、吸收塔漿液pH值、石膏漿液密度等因素對煙氣脫硫效率的影響規律,為優化系統運行、提高脫硫效率提供參考。

2濕法脫硫工藝過程分析

FGD包括增壓風機、氣-氣加熱器、吸收塔、石灰石制漿系統、石膏脫水系統和廢水處理等部分,其中吸收塔是煙氣脫硫反應的關鍵部分,見圖1所示。濕法煙氣脫硫工藝的主要原理是以石灰石漿液作為脫硫劑,在吸收塔(洗滌塔)內對含有SO2的煙氣進行噴淋洗滌,使SO2與漿液中的堿性物質發生化學反應生成CaSO3CaSO4而將SO2去除,其化學反應如下:
   
氣相部分:SO2H2O12O2→H2SO4

液相部分:H2SO4CaCO3H2O→CaSO4·2H2O CO2↑

收塔由兩層攪拌器(上、下各3臺)、漿液噴淋盤(4層,交錯排列)、兩級除霧器組成,在添加新鮮石灰石漿液的情況下,石灰石、石膏和水的混合物通過4臺循 環泵至噴淋盤,漿液經噴嘴霧化成霧滴,從上部向下噴灑。煙氣分別從4、5號爐煙道引出,經增壓風機至氣-氣加熱器,煙溫從135℃降至100℃左右,然后 進入吸收塔下部,在塔內上升過程中與霧滴充分接觸,大部分SO2、SO3、HCl等從煙氣中去除,反應后的凈煙氣通過除霧器,以除去夾帶的液滴,然后進入氣-氣加熱器被加熱后排至煙囪。

在吸收塔內,通過氧化風機將空氣引入到漿液中,再經攪拌器攪拌使氧充分注入漿液,這樣既保證了被吸收的SO2與漿液反應后生成的HSO3-完全氧化成SO42-,又減少了漿液發生結垢的可能性,使石膏CaSO4·2H2O結晶析出,在吸收塔內停留一定時間后,通過石膏外排泵送至石膏旋流站。經旋流器分離的高濃度石膏漿液進入真空皮帶機脫水形成水分少于10%的石膏,低濃度的旋流溢流液則返回至吸收塔繼續反應或進入廢水處理系統。

從濕法煙氣脫硫工藝過程和化學反應歷程不難發現,提高煙氣與混合漿液的接觸反應時間、增加漿液循環量、增加氧量、控制吸收塔漿液合理的pH值等措施都將有利于SO2的吸收、脫硫率的提高和石膏的形成。

3影響脫硫率的因素分析

濕法煙氣脫硫效率與原煙氣參數和設備運行方式等有直接關系,而且許多因素是共同作用的。半山發電廠4、5號機組燃煤平均含硫率為08%,進入吸收塔的煙氣中SO2濃度在1500 mgm3(干)左右,由于煤種的變換,實際運行中SO2進口濃度在900 mgm33500 mgm3之間波動,脫硫率也不十分穩定,當原煙氣中SO2突然升高時,脫硫率會有所下降,但若能有效地控制設備運行方式,就能保證FGD有較高而穩定的脫硫率。表1收集了在FGD整套啟動調試和試運行期間,比較典型的各種工況下的運行參數,從中可以發現吸收塔漿液pH變化、循環泵運行方式、氧化風機投運臺數等對脫硫率的影響規律。

31煙氣與脫硫劑接觸時間

氣自氣-氣加熱器進入吸收塔后,自下而上流動,與噴淋而下的石灰石漿液霧滴接觸反應,接觸時間越長,反應進行得越完全。每層噴淋盤對應一臺循環泵,排列順 序為1、2、3、4號自下而上(見圖1),4號循環泵對應的噴淋盤位置最高,與煙氣接觸洗滌的時間最長,因此投運4號循環泵有利于煙氣和脫硫劑充分反應, 相應的脫硫率也高。從表1實際運行的情況可以發現,在處理1臺機組煙氣時,不論運行哪3臺循環泵都能保持很高的脫硫率,而運行2臺循環泵時如果開啟4號循環泵,則脫硫率可比運行其它循環泵時的脫硫率高出12%,效果顯著;處理2臺機組煙氣時,2、3、4循環泵聯合運行時的脫硫率要比1、2、3號泵聯合運行時高出3%以上,可見,4號循環泵的投運對提高脫硫率效果顯著,3號循環泵的影響次之,2號、1號依次減弱,也就是說,煙氣與脫硫劑的接觸時間越長,脫硫率越高。另外,新鮮的石灰石漿液是通過3號或4號循環管注入的,所以3、4號循環泵的投運與否將直接影響脫硫率。

32漿液循環量

新鮮的石灰石漿液噴淋下來后與煙氣接觸后,SO2等氣體與石灰石的反應并不完全,需要不斷地循環反應,從表1可以發現,運行3臺循環泵的脫硫率明顯高于只運行2臺的工況。原因是增加了漿液的循環量,也就加大了CaCO3SO2的接觸反應機會,從而提高了SO2的去除率。此外,增加漿液的循環量,將促進混合漿液中的HSO3-氧化成SO42-,有利于石膏的形成。

33吸收塔漿液pH

煙氣中SO2與吸收塔漿液接觸后發生如下一些化學反應:

SO2H2OHSO3-+H

CaCO3H+=HCO3-+Ca2
HSO3
-+12O2SO42-+H

SO42-+Ca2++2H2OCaSO4·2H2O

從以上反應歷程不難發現,高pH的漿液環境有利于SO2的吸收,而低pH則有助于Ca2+的析出,二者互相對立,因此選擇一合適的pH值對煙氣脫硫反應至關重要。為此我們做了一次試驗,在連續一段時間(10 h)內,人為調整石灰石漿液進吸收塔的流量,使漿液的pH值先從小到大,然后又逐漸減少,圖2反映了pH變化時,脫硫率及漿液中CaCO3、CaSO4·2H2O含量的變化曲線。

通過試驗發現,在一定范圍內隨著吸收塔漿液pH的升高,脫硫率一般也呈上升趨勢,因為高pH意味著漿液中有較多的CaCO3存在,對脫硫當然有益,但pH58后脫硫率不會繼續升高,反而降低,原因是隨著H+濃度的降低,Ca2+的析出越來越困難,當pH59時,漿液中CaCO3的含量達到298%,而CaSO4·2H2O含量也低于90%,顯然此時SO2與脫硫劑的反應不徹底,既浪費了石灰石,又降低了石膏的品質,pH再下降時,CaSO4·2H2O含量又回升,CaCO3則降低。因此,漿液pH值既不能太高又不能太低,一般情況下控制吸收塔漿液的pH5455之間,能使脫硫反應的CaS保持在設計值(102左右)內,獲得較為理想的脫硫率,同時又使漿液中CaCO3的含量低于1%。

34氧量

O2參與煙氣脫硫的化學過程,使4HSO3-氧化為SO42-,圖3顯示了接收二臺機組煙氣時,在煙氣量、SO2濃度、煙溫等參數基本恒定的情況下氧量對脫硫率的影響曲線,隨著煙氣中O2含量的增加,CaSO4·2H2O的形成加快,脫硫率也呈上升趨勢。當原煙氣中氧量一定時,可入為往吸收塔漿液中增加氧氣,所以多投運氧化風機可提高脫硫率。當煙氣中O2含量為60%時,運行2臺氧化風機比運行1臺氧化風機的脫硫率高出2%左右。

35石膏漿液密度

隨著煙氣與脫硫劑反應的進行,吸收塔的漿液密度不斷升高,通過吸收塔漿液化學成分的取樣分析結果,當密度>1085 kgm3時,混合漿液中CaCO3CaSO4·2H2O的濃度已趨于飽和,CaSO4·2H2OSO2的吸收有抑制作用,脫硫率會有所下降;而石膏漿液密度過低(<1075 kgm3=時,說明漿液中CaSO4·2H2O的含量較低,CaCO3的相對含量升高,此時如果排出吸收塔,將導致石膏中CaCO3含量增高,品質降低,而且浪費了脫硫劑石灰石。因此運行中控制石膏漿液密度在一合適的范圍內(10751085 kgm3),將有利于FGD的有效、經濟運行。

36煙塵

原煙氣中的飛灰在一定程度上阻礙了SO2與脫硫劑的接觸,降低了石灰石中Ca2+的溶解速率,同時飛灰中不斷溶出的一些重金屬如Hg、Mg、Cd、Zn等離子會抑制Ca2+與HSO3-的反應。試驗證明,如果煙氣中粉塵含量持續超過400 mgm3(干),則將使脫硫率下降1%~2%,并且石膏中CaSO4·2H2O的含量降低,白度減少,影響了品質。

37煙氣溫度

實際運行過程中,機組負荷變化較頻繁,FGD進口煙溫也會隨之波動,對脫硫率有一定的影響。理論上進入吸收塔的煙氣溫度越低,越利于SO2氣體溶于漿液,形成HSO3-,所以高溫的原煙氣先經過氣-氣加熱器降溫后再進入吸收塔與脫硫劑接觸有利于SO2的吸收。實際運行結果也證實了這一點,在處理二臺機組煙氣、運行2、4號循環泵、進口煙氣SO2濃度和氧量基本不變的工況下,當進入吸收塔的煙溫為96℃時,脫硫率為921%;當煙溫升到103℃時,脫硫率已下降至848%,而接收一臺機組煙氣時煙溫對脫硫率的影響就更明顯了。

4 結論

(1)濕法煙氣脫硫過程中,煙氣與脫硫劑的接觸反應時間越長、吸收塔漿液循環量越多越有利于脫硫率的提高。

(2)進入吸收塔的原煙氣中O2含量高、粉塵濃度低、煙溫低等都對脫硫反應有利,當氧量一定時,增開一臺氧化風機能提高脫硫效率。

(3)保持吸收塔漿液pH5455之間,可使FGD保持較好的脫硫效果和石膏品質,pH太高不利于Ca2+的析出和石灰石的充分利用,pH過低則影響SO2的吸收。

(4)吸收塔漿液密度過高會降低脫硫率,過低時脫硫劑的利用不徹底,保持漿液密度在10751085 kgm3之間,可獲得較好的脫硫效果。

 

 

 

 



發布時間:2011-7-28 [打印此頁] [收藏此頁]
 
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