曹晉寧

(山西西山熱電有限責(zé)任公司，山西 太原 030022)

濕法脫硫技術(shù)的應(yīng)用及對(duì)霧霾的影響

曹晉寧

(山西西山熱電有限責(zé)任公司，山西 太原 030022)

結(jié)合西山熱電脫硫系統(tǒng)改造前后情況，介紹了2種脫硫系統(tǒng)的主要設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)以及影響脫硫效率的因素和運(yùn)行中的問(wèn)題，分析目前應(yīng)用最廣的石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)排放的高濕煙氣對(duì)霧霾產(chǎn)生的影響。

脫硫效率；石灰石-石膏濕法；高濕煙氣；霧霾

引 言

西山熱電擁有3×220 t/h循環(huán)流化床(CFB)鍋爐，主要燃燒貧瘦煤、煤矸石、煤泥等高硫燃料。該廠坐落于山西省太原市西山礦務(wù)局，距市中心約10 km。根據(jù)最新環(huán)保要求，該廠位于特別限制排放區(qū)域范圍，其二氧化硫(SO2)排放量須≤50 mg/m3、煙塵≤20 mg/m3。但目前的脫硫設(shè)備無(wú)法達(dá)到新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，故引進(jìn)石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)[1]。

1 原有脫硫系統(tǒng)

原有脫硫系統(tǒng)采用爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)，該技術(shù)廣泛用于中小型CFB鍋爐，是一種干式燃燒脫硫方式。2005年，投產(chǎn)使用該技術(shù)，SO2排放量為800 mg/m3，系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，主要由物料儲(chǔ)存?zhèn)}、爐前粉倉(cāng)、羅茨風(fēng)機(jī)及相關(guān)系統(tǒng)組成。

該系統(tǒng)工作流程是，由0 m物料儲(chǔ)存?zhèn)}里的石灰石粉通過(guò)0.6 MPa壓縮空氣輸送到24 m高的爐前石灰石倉(cāng)，石灰石粉再通過(guò)計(jì)量分配給料控制，由15 m的羅茨風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)與爐膛前壁的2個(gè)二次風(fēng)管連接吹入爐膛工作。

在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)影響脫硫效率及存在的問(wèn)題如下：1)對(duì)石灰石粉原料的顆粒、有效成分的含量、物料水分等品質(zhì)要求比較嚴(yán)格；2)壓縮空氣易帶水，在輸送中因石灰石吸水率高造成其結(jié)塊，堵塞管道；3)燃燒物由煤矸石和貧瘦煤配比混合，含硫高，使用石灰石量大，投入后床溫下降、床壓升高，冷渣器排渣量增大且易堵塞；4)由于從二次風(fēng)管注入，二次風(fēng)本身穿透力差，使得石灰石不容易與SO2充分接觸；5)運(yùn)行人員對(duì)床溫及過(guò)量空氣系數(shù)變化的控制對(duì)脫硫效率有一定影響；6)使用清華大學(xué)最新研制的方形旋風(fēng)分離器，對(duì)于直徑小于50 μm的飛灰回收能力較差?，F(xiàn)實(shí)中的石灰石直徑2.3 mm～30 μm，在燃燒區(qū)中停留時(shí)間過(guò)短，造成脫硫效率低、成本費(fèi)用增大。因此，脫硫效率與運(yùn)行人員技術(shù)水平及設(shè)備狀態(tài)有關(guān)。

在實(shí)際運(yùn)行中，整個(gè)系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都是不受控的影響因素，運(yùn)行人員只能對(duì)石灰石給料壓力監(jiān)控。運(yùn)行中，鍋爐工況不穩(wěn)定，燃料配比不嚴(yán)格。為了保證硫排放達(dá)標(biāo)，運(yùn)行人員通常只是加大石灰石的投入，即提高石灰石給料壓力，使得石灰石用量非常大，造成Ca/S比增大，帶來(lái)了諸多弊端。比如，大量石灰石煅燒使得CO2排放量增大；使粉煤灰中鈣含量高，不利于后期利用；增加NOX的排放；干擾正常燃燒，提高運(yùn)行成本，影響鍋爐效能等。總之，該系統(tǒng)在該廠的實(shí)際應(yīng)用中脫硫效率低、事故率高、鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差。

2 改造后的脫硫系統(tǒng)

2013年，對(duì)脫硫系統(tǒng)改造，應(yīng)用了技術(shù)成熟的石灰石-石膏濕法尾部煙氣脫硫系統(tǒng)(FGD)。

具體系統(tǒng)改造是,在引風(fēng)機(jī)后采用一爐一塔方案。主要系統(tǒng)及工作流程如圖1所示。主要系統(tǒng)包括煙氣處理系統(tǒng)、SO2吸收氧化系統(tǒng)、反應(yīng)劑制備系統(tǒng)、石膏脫水制備系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等。

煙氣處理系統(tǒng)。由于整個(gè)煙氣系統(tǒng)沿程阻力及局部阻力增大，為保證煙氣在吸收塔中上升速度在3 m/s～4 m/s，所以引風(fēng)機(jī)功率增大至800 kW。將原有4級(jí)電除塵系統(tǒng)的后2級(jí)(第3、4級(jí))改造為布袋除塵，從而提升除塵效率，保證煙氣飛灰小于50 mg/m3。其中，液氣比(L/G)是決定脫硫率的一個(gè)主要參數(shù)，同等效率下煙氣升速越高，L/G越低。一般以L/G體積比15 L/m3為宜。過(guò)高，會(huì)使得脫硫效率提高緩慢，同時(shí)增大風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵功率。

SO2吸收氧化系統(tǒng)。此過(guò)程在吸收塔內(nèi)完成，是脫硫系統(tǒng)的核心設(shè)備。 煙氣進(jìn)入吸收塔噴淋區(qū)下部(一般距漿液800 mm～1 200 mm)向上走，由石灰石制備系統(tǒng)配制成石灰石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的漿液，經(jīng)漿液泵注入吸收塔底部。再由漿液循環(huán)泵打入吸收塔上部的噴淋層，向下噴淋。該廠有5臺(tái)漿液循環(huán)泵，分別接5個(gè)噴淋層，漿液與煙氣逆流有利于接觸反應(yīng)，但煙氣阻力損失較大。這時(shí)，吸收塔的吸收區(qū)把氣相SO2全部轉(zhuǎn)變?yōu)橐合郤O2。其中，鈣硫比(Ca/S)是吸收塔內(nèi)影響脫硫效率的主要參數(shù)之一。一定范圍內(nèi)，鈣硫比增大，脫硫效率會(huì)增加。鈣硫比一般在1.02～1.05。

圖1 石灰石-石膏脫硫系統(tǒng)

液相SO2漿液落入吸收塔下部氧化區(qū)，進(jìn)行強(qiáng)制氧化反應(yīng)。氧化氧氣來(lái)自煙氣(含氧量約為6%)、風(fēng)機(jī)供氧和水中溶氧。該廠有2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)提供氧化空氣，一運(yùn)一備。經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)，最終生成高品質(zhì)石膏。在實(shí)際運(yùn)行中，要注意保證氧化區(qū)的液位，即保證氧化區(qū)高度，使氧化反應(yīng)充分。另外，可以保證循環(huán)泵壓頭。

漿液的pH值是應(yīng)重點(diǎn)控制的參數(shù)。pH值直接影響SO2的吸收，選擇合適的pH值有利于系統(tǒng)良好運(yùn)行。影響pH值的因素較多，比如，給漿量的大小、煙氣SO2含量、漿液活性等，需要運(yùn)行人員不斷摸索，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，控制好pH值。一般情況下，pH值6～7。

氧化區(qū)下部是中和區(qū)。通過(guò)新注入的漿液中和部分游離的H+，生成二水硫酸鈣，并能保持漿液中的pH值。

中和區(qū)下部就是副產(chǎn)品石膏結(jié)晶區(qū)，結(jié)晶的石膏由底部石膏排出泵送入石膏脫水系統(tǒng)脫水。該廠每個(gè)吸收塔配2臺(tái)石膏排出泵。

吸收塔頂部還有除霧器(ME)，為兩級(jí)折流板式除霧器。煙氣經(jīng)過(guò)吸收區(qū)后帶有大量的水分，只有脫去水分，才不會(huì)對(duì)后面設(shè)備、煙道造成影響。處理后煙氣含水質(zhì)量濃度應(yīng)小于75 mg/m3，最好小于50 mg/m3。除霧器內(nèi)煙氣流速要均勻，不然容易造成堵塞。并且要保證煙氣流速，以免降低除霧器除霧能力。

該廠通過(guò)改造，脫硫效率有大的提高，基本在90%以上。新系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，還經(jīng)常能看到該廠周?chē)袩焽栌戡F(xiàn)象，影響了周?chē)髿猸h(huán)境，說(shuō)明該廠脫硫效率的控制運(yùn)行能力有待提高。

3 濕法脫硫?qū)Νh(huán)境的影響

像絕大多數(shù)電廠一樣，該廠設(shè)備中沒(méi)有設(shè)置煙氣再熱器(GGH)，脫硫后的煙氣溫度一般在30 ℃～50 ℃，比干煙氣排放溫度低80 ℃～100 ℃，并且煙氣濕度(100 g/m3～200 g/m3)是原先干煙氣的10倍,是我國(guó)大氣平均濕度(9 g/m3)10倍以上。除霧器脫水后的煙氣濕度達(dá)到大氣濕度的8倍且實(shí)際中受到煙氣灰分、流速等的影響時(shí)，除霧器效率會(huì)降低。

濕法脫硫?qū)O2的脫硫效率高，但對(duì)SO3的脫硫效率只有30%。排放煙氣中的SO3主要以氣溶膠形式存在，氣溶膠是影響大氣能見(jiàn)度的主要物質(zhì)。另外，濕煙氣中含有氟化氫，氯化物，殘留細(xì)煤灰，逃逸的氨，二次轉(zhuǎn)化的硫酸銨、硝酸銨、硫酸鈣、硝酸鈣等，增大了煙氣在煙囪中酸性結(jié)露、低溫腐蝕的概率。由于低溫?zé)煔馀c大氣密度差小，所以向高空放空難，受環(huán)境風(fēng)速影響也較大。濕煙氣是以霧狀排放到大氣中的，溫度低、濕氣大，在空氣中難擴(kuò)散。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每脫100 t硫，產(chǎn)生14 t細(xì)顆粒物排放。這些細(xì)顆粒在空氣中遇到二次污染物(汽車(chē)尾氣和其他工業(yè)排放物等)，在陽(yáng)光作用下大氣氧化增強(qiáng)，吸濕性氣溶膠顆?；钚噪S周?chē)髿夂吭龃蠖鰪?qiáng)，使細(xì)顆粒發(fā)生吸附形成較大直徑的微粒，變重下沉，在低空聚集。高濕煙氣不僅可以促進(jìn)大氣污染物二次轉(zhuǎn)化，而且可以促進(jìn)酸化氣溶膠活性及吸濕增長(zhǎng)。污染物增長(zhǎng)很容易造成連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致空氣質(zhì)量急劇惡化。尤其在靜空氣中，更容易形成霧霾。

根據(jù)煙囪規(guī)范要求，排放物濃度降低、溫度減低，新建煙囪高度可以降低(大約是干煙囪的一半即可滿足要求)，但同時(shí)必須是附近最高建筑高度的1.5倍。這樣，對(duì)于采用濕法脫硫技術(shù)不設(shè)置GGH的新建電廠，就有可能發(fā)生煙氣低空排放更不容易擴(kuò)散的情況。同時(shí)，低溫濕煙氣在大氣中容易下沉，接觸到低空的二次污染物，在靜空氣中越容易形成霧霾。

我國(guó)大多電廠都采用濕法脫硫，它可使SO2排放總量降低，對(duì)治理酸雨貢獻(xiàn)突出。濕法脫硫?qū)Τ龎m的高要求，也使得煙氣排放粉塵降低很多。因此，大氣中各種污染物總量減少有益于霧霾的治理。

高濕煙氣帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，應(yīng)該引起大家的注意，并及早采取措施。目前，國(guó)際上通過(guò)加裝GGH設(shè)備、煙塔合一等方法，提高煙氣排放溫度，提升煙囪排放能力，實(shí)現(xiàn)高空排放，增強(qiáng)煙氣擴(kuò)散能力。其中，煙塔合一方案得到好評(píng)，綜合利用效率最好。但是，對(duì)于我國(guó)北方缺水地區(qū)的電廠，大多使用空冷系統(tǒng)，煙塔合一方案較難實(shí)施。因此，需要研究一套適應(yīng)于空冷系統(tǒng)的高效、低故障率的全新煙氣加熱系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合西山熱電脫硫改造，介紹了2種脫硫系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的情況對(duì)比。改造后的濕法脫硫高效、穩(wěn)定、綜合利用高等，被大多數(shù)電廠采用，解決了高濕煙氣帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題。高濕煙氣對(duì)周?chē)植凯h(huán)境的影響是比較顯著的，它對(duì)于整個(gè)大氣環(huán)境的影響還需要進(jìn)一步調(diào)查研究。

[1] 薛建明.濕法煙氣脫硫設(shè)計(jì)及設(shè)備選型手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

Applicationofwetdesulfurizationtechnologyanditsinfluenceonfogandhaze

CAOJinning

(ShanxiXishanThermoelectricityCo.,Ltd.,TaiyuanShanxi030022,China)

Combined with Xishan thermal power desulphurization system before and after the transformation, this paper introducestechnical characteristics of main equipment for two kinds of desulfurization system, and factors effecting desulfurization efficiency and problems in operation, then analyzes the influence of high wet flue gas of most widely used limestone gypsum wet desulfurization technology on haze.

desulfurization efficiency; limestonegypsum wet; high wet flue gas; haze

2017-04-26

曹晉寧，男，1985年出生，2010年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，本科，熱動(dòng)助理工程師，從事電廠運(yùn)行工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.17

X701.3

A

1004-7050(2017)03-0056-03

專(zhuān)題討論