閆偱英 王峰

【摘要】：近年來，隨著大氣環(huán)境的惡化和對環(huán)保關(guān)注的提高，國家環(huán)保對鍋爐煙氣排放的要求有了大幅的提高，使我國的脫硫技術(shù)迅速發(fā)展，技術(shù)上也逐漸趨于成熟。石灰石-石膏法脫硫工藝以其成熟的技術(shù)、穩(wěn)定可靠的運行、較高的脫硫效率和來源廣泛的脫硫劑的優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種鍋爐環(huán)保改造中。但在實際運行中，也存在著嚴(yán)重的結(jié)垢堵塞、設(shè)備腐蝕、廢水難以處理等問題，一直困擾著設(shè)計和運行人員。而徹底解決這些問題，是改進濕法脫硫技術(shù)的關(guān)鍵所在。

本文討論了石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)和工藝流程及反應(yīng)原理，并探討了影響脫硫效率的因素和脫硫系統(tǒng)運行中幾種經(jīng)常遇到的問題產(chǎn)生原因及應(yīng)對措施，最后得出結(jié)論，若要滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，需要對該方法進行進一步的改造。

【關(guān)鍵詞】：石灰石濕法；影響因素；漿液起泡；結(jié)垢堵塞

1、概述

作為濕法脫硫中的一種重要工藝，石灰石-石膏法脫硫工藝是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣、工藝技術(shù)最成熟的。它以來源廣泛，價格低廉的石灰石作脫硫吸收劑原料，制成粉狀后加水制成脫硫劑漿液。在脫硫塔內(nèi)，煙氣與石灰脫硫漿液接觸，煙氣中的SO2與漿液中的CaCO3和空氣中的氧進發(fā)生學(xué)反應(yīng)，吸收除去SO2，生成石膏沉淀。脫硫后的凈煙氣經(jīng)塔內(nèi)頂部的除霧器除去煙氣水霧后排出。反應(yīng)后的脫硫漿液排出塔外，經(jīng)脫水裝置脫水后重復(fù)利用。由于脫硫石灰漿液可循環(huán)利用的特性，使脫硫劑保持了很高的利用率。近幾年來，在勝利油田的供熱鍋爐上，這一脫硫工藝也得到了較多的應(yīng)用。

石灰石-石膏法脫硫的工藝流程為：鍋爐出口煙氣經(jīng)布袋除塵系統(tǒng)后進入脫硫吸收塔，在吸收塔內(nèi)與霧化的石灰石漿液反應(yīng)后去除其中的SO2和SO3，并生成石膏沉淀，漿液中的亞硫酸鈣在吸收塔底部被氧化風(fēng)機鼓入的空氣氧化生成石膏晶體。同時，脫硫后的凈煙氣經(jīng)脫硫塔頂部除霧器除去水霧后由煙囪排放到大氣中。脫硫工藝系統(tǒng)流程圖見圖1。

2、影響石灰石-石膏法脫硫效率的因素

2.1脫硫反應(yīng)原理

2.1.1用石灰漿液作脫硫吸收劑時，煙氣中的SO2在吸收塔中轉(zhuǎn)化，其反應(yīng)簡式如下：

CaCO3+2 SO2+H2O →Ca（HSO3）2+CO2

2.1.2通過氧化風(fēng)機鼓入的空氣使?jié){液中的亞硫酸氫鈣在吸收塔漿池中氧化成石膏晶體。

Ca（HSO3）2+O2+ CaCO3+3 H2O →2CaSO4.2H2O+CO2

2.2煙氣溫度

在脫硫系統(tǒng)正常運行時，脫硫塔入口處煙氣溫度不能超過規(guī)定的范圍。如果煙氣溫度過高，吸收塔內(nèi)的玻璃鱗片防腐層和噴淋層等會因高溫而變形損壞。在供熱鍋爐運行過程中，其負荷變化極為頻繁，脫硫塔入口處的煙氣溫度也會隨之變化，直接影響脫硫系統(tǒng)的效率。煙氣溫度越低，越有利于石灰漿液吸收SO2，形成HSO3?，而且有利于硫酸鈣沉淀的生成。

2.3石灰石漿液的影響

石灰石的純度和活性對脫硫系統(tǒng)性能的影響很大。石灰石的活性越大，脫硫吸收反應(yīng)越好，脫硫效率越高。石灰石的純度對脫硫系統(tǒng)性能的影響也很明顯。石灰石中的雜質(zhì)會導(dǎo)致石灰石活性的降低，石灰石的脫硫性能也會隨之降低。而且，雜質(zhì)溶于脫硫漿液后非鈣離子會大量增加，減弱了碳酸鈣在溶解體系中的溶解和電離性能。所以，石灰石中含有的雜質(zhì)越多，脫硫系統(tǒng)性能效果越差。所以，在脫硫用石灰石的選擇上，在保證活性的基礎(chǔ)上，純度越高越好。

2.4漿液PH值

在供熱鍋爐的實際運行中，脫硫漿液PH值不僅對煙氣脫硫效率有顯著影響，而且對系統(tǒng)運行的好壞也有極大影響。運行時脫硫漿液PH值過低，脫硫效率明顯降低，SO2的排放量快速增加，很難達到排放標(biāo)準(zhǔn)；另外過低的PH值造成漿液酸度增高，造成設(shè)備腐蝕，影響設(shè)備和運行的安全。

運行時脫硫漿液PH值過高，脫硫效率高，容易達標(biāo)排放，但是會使?jié){液濃度增加，飽和結(jié)晶更快，導(dǎo)致脫硫設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢堵塞，無法運行，更難以保證設(shè)備安全運行，對產(chǎn)出高品質(zhì)石膏副產(chǎn)品也有較大影響。

2.5漿液密度

在脫硫系統(tǒng)運行過程中，煙氣與脫硫吸收劑的不斷反應(yīng)，脫硫吸收塔內(nèi)漿液密度會越來越大，當(dāng)密度超過一定比例，漿液中鈣離子的濃度趨于飽和時，反而會導(dǎo)致吸收SO2降低，使得脫硫效率明顯下降。而當(dāng)石膏漿液密度越低，相對碳酸鈣的含量會越高，導(dǎo)致石膏中碳酸鈣含量增加，造成石膏品質(zhì)下降，而且對石灰石來說也是一種浪費。而且，石膏漿液密度大小對旋流器運行的壓力、旋流子磨損也有較大的影響。石膏漿液的密度越大，旋流器的運行壓力會越高，旋流脫水的效果越好，但對旋流子磨損會越大。因此運行中應(yīng)嚴(yán)格控制石灰石漿液密度，使其在恰當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)才能使脫硫系統(tǒng)高效且經(jīng)濟的運行。

2.6液氣比L/G

液氣比是指與流經(jīng)脫硫吸收塔單位體積煙氣量與對應(yīng)的脫硫漿液噴淋量的比例。液氣比越大，漿液和煙氣的接觸面積越大，吸收反應(yīng)進行的越快，脫硫效率也會提高。但是液氣比超過了一定的比例，吸收效率反而不會有明顯提高，但脫硫吸收劑消耗將急劇增大。而且實際運行中過高的液氣比會使?jié){液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機等設(shè)備電耗增大，而且還會增大煙氣阻力，增加了引風(fēng)機能耗。但過低的液氣比會導(dǎo)致煙氣超標(biāo)排放，因此在初始設(shè)計時，應(yīng)在保證脫硫效率的同時，達到最佳的液氣比。

3、常見問題及解決辦法

3.1結(jié)垢堵塞

在石灰石-石膏法煙氣脫硫中，設(shè)備與管道的結(jié)垢堵塞，是影響脫硫系統(tǒng)正常運行和達標(biāo)排放的關(guān)鍵問題。探究結(jié)垢堵塞的原因，一般來說常見的有以下 3種方式：1、漿液濃度過高或煙氣溫度過高，造成漿液沉積或者析出，在設(shè)備表面并生長而造成結(jié)垢。2、脫硫吸收劑一次加入超量，導(dǎo)致漿液pH值過高，反而促進了煙氣中的CO的吸收，生成過多的CaCO3等沉淀附著在設(shè)備和管道內(nèi)；三、前端除塵系統(tǒng)出現(xiàn)問題，煙氣含有大量塵進入脫硫系統(tǒng)，造成煙塵的沉積。

當(dāng)前還沒有找到有效方法來徹底解決此問題。一些常見的防止結(jié)垢堵塞的方法有：（1）在鍋爐操作上，控制煙氣溫度，防治吸收液中水分蒸發(fā)過快和漿液沉積；（2）控制脫硫劑的 pH值，保持在5-6范圍之內(nèi)。（3）控制石灰漿液的濃度，不能過高或過低。（4）操作好除塵系統(tǒng)，防止大量灰塵進入脫硫系統(tǒng)；（5）使用部分添加劑。目前使用的添加劑有 CaC12，Mg（OH）2，己二酸等。

在運行過程中應(yīng)密切監(jiān)視設(shè)備和管道的壓力、流量、差壓等參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，調(diào)整脫硫劑的PH值和加入量等，保證整個脫硫系統(tǒng)的正常投運。

3.2腐蝕

設(shè)備腐蝕的原因多樣，它與多種因素有關(guān)。如：溶液的pH值、溫度、煤的含硫量、漿液氯離子濃度等。在石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)中漿液PH值過低是設(shè)備腐蝕一個重要原因。PH值越低，漿液酸性越高，對有關(guān)設(shè)備腐蝕越嚴(yán)重。

目前來說，解決腐蝕問題的主要方法是對脫硫系統(tǒng)各部位進行防腐處理或采用耐腐蝕材料以及在設(shè)備內(nèi)外涂防腐材料。在吸收塔煙氣進出口段，增加耐熱玻璃鱗片涂層，在吸收塔塔內(nèi)壁使用耐磨耐腐的玻璃鋼或者不銹鋼材質(zhì)管道。另外適當(dāng)控制漿液的pH值來避免腐蝕。

3.3吸收塔漿液起泡

起泡原因分析，（1）雜質(zhì)增多。運行過程中煤炭燃燒不好，未充分燃燒的成份或者部分碳顆?；蚪褂碗S鍋爐煙氣進入吸收塔，或者鍋爐出口的除塵系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題，使煙氣中的粉塵濃度過高，使得大量雜質(zhì)進入脫硫吸收漿液，吸收塔漿液非鈣離子含量增高，使?jié){液發(fā)生物理性能的變化，表面張力增加，從而使?jié){液表面出現(xiàn)起泡。（2）化學(xué)反應(yīng)。石灰石純度不夠，含有過量MgO等雜質(zhì)，與漿液中的硫酸根離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生了大量泡沫。（3）水質(zhì)惡化。脫硫系統(tǒng)中的脫水或廢水處理系統(tǒng)未能及時處理漿液，致使脫硫漿液水質(zhì)逐漸惡化。

應(yīng)對措施：（1）加入脫硫?qū)Ｓ玫南輨?。?）設(shè)計時盡可能減少吸收塔底部漿液的攪動。（3）加大塔內(nèi)漿液的排除量，不斷補入新鮮的漿液。稀釋脫硫吸收漿液的濃度。（4）對脫硫廢水進行對應(yīng)處理，減少吸收漿液的氯離子、重金屬離子及各種雜質(zhì)的含量，確保脫硫塔內(nèi)漿液的純度。（5）嚴(yán)格控制脫硫用工藝水的水質(zhì)，最好使用經(jīng)處理后的純凈水質(zhì)。（6）嚴(yán)格控制檢驗脫硫劑原料，保證活性和純度，雜質(zhì)成分含量不超標(biāo)。（7）加強脫硫吸收漿液、脫硫廢水、石灰石原料和副產(chǎn)品石膏的化驗分析工作，加強對脫硫系統(tǒng)運行狀況的監(jiān)控，保證漿液的品質(zhì)不發(fā)生惡化，并對出現(xiàn)的問題及時采取處理手段。

4、廢水的處理

脫硫漿液吸收煙氣中的硫后，產(chǎn)生的廢液中含有煙塵、硫酸鹽、亞硫酸鹽等各種雜質(zhì)，必須經(jīng)過處理達標(biāo)后才能排放，否則會對環(huán)境造成二次污染。當(dāng)前勝利油田現(xiàn)有鍋爐石灰石石膏法脫硫產(chǎn)生的廢水一直難以處理，受廠區(qū)場地限制以及處理投入較大，一直困擾著設(shè)計和運行人員，亟需有效方法予以解決。

結(jié)論

隨著國家環(huán)保力度的加強和政策的出臺，新的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-2011）全面實行，國家環(huán)保部、國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》（發(fā)改能源〔2014〕2093號）對節(jié)能減排做出的明確規(guī)定，勝利油田所屬的供熱鍋爐房環(huán)保壓力越來越大，雖然已經(jīng)在積極配套和完善環(huán)保設(shè)施以提升對大氣污染物的排放控制措施，但也存在一些缺陷?，F(xiàn)在勝利油田各鍋爐房正積極進行改造，通過對石灰石-石膏法脫硫設(shè)計、安裝及運行調(diào)整等方面進行優(yōu)化來保持系統(tǒng)的穩(wěn)定、健康運行和煙氣的達標(biāo)排放，已經(jīng)基本能給達到目前的環(huán)保指標(biāo)要求。

[1]陳煜；；燃煤電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水回用探討[J]；環(huán)境科技；2012年01期

[2] 姚德飛；姚建松；張建中；潘淑萍；；熱電行業(yè)大氣污染防治分析與探討[J]；現(xiàn)代科學(xué)儀器；2011年03期

[3] 尹漓江；脫硫工藝的研究與設(shè)計[D]；中南大學(xué)；2012年

[4] 沈煜暉；蘇軍劃；高惠華；金穎姍；；脫硫添加劑對濕法脫硫系統(tǒng)的影響[J]；華電技術(shù)；2012年06期

[5] 羅春；馬立實；吳堅；周超平；；火電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)技術(shù)（FGD）應(yīng)用的初步研究[A]；2011中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集（第二卷）[C]；2011年

作者簡介：

第一作者簡介：閆循英， 男， 1962年出生，漢族，山東省東營市，中國石化集團勝利油田管理局熱電聯(lián)供中心安全總監(jiān)，高級工程師，勝利石油管理局熱電聯(lián)供中心首席專家。長期從事安全環(huán)保管理和技術(shù)研究工作，努力降低鍋爐排放氣體對大氣污染，實現(xiàn)區(qū)域環(huán)境改善。

第二作者簡介：王峰， 男， 1979年出生，漢族，山東省東營市，中國石化集團勝利油田管理局熱電聯(lián)供中心安全環(huán)保部科長，碩士學(xué)歷，高級工程師，長期從事安全環(huán)保管理和技術(shù)研究工作，努力降低鍋爐排放氣體對大氣污染，實現(xiàn)區(qū)域環(huán)境改善。