陳柳 李歲月

摘要：FGD濕法煙氣脫硫工藝是脫硫行業(yè)中應用最多的工藝種類之一，該工藝涉及物理反應、化學反應等多種復雜反應。通過對濕法煙氣脫硫技術(shù)的研究，旨在解析脫硫過程中的反應機理，分析pH、煙氣SO，的濃度、液氣比等因素對系統(tǒng)脫硫效率的影響，分析各子系統(tǒng)的主要功能及控制方式，優(yōu)化系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硫；脫硫效率；pH；SO2濃度

1 SO2對環(huán)境影響概述

為解決環(huán)境污染問題，滿足社會經(jīng)濟發(fā)展和人民越來越高的生活需求，必須減少大氣中的污染物。由于大氣中的SO2，NOx等有害氣體很大一部分是通過燃燒煤炭排放到大氣中的，因此，控制燃煤煙氣中SO2，NOx等氣體的含量是減少大氣污染物的有效措施。如何減少燃煤煙氣含硫量是我國必須解決的重大問題。我國有關(guān)部門先后頒布一系列環(huán)保政策，對火力發(fā)電廠燃煤煙氣的排放制定了嚴格的標準，要求煙塵、SO2、NOx的排放濃度分別不得高于30 mg/Nm3、100 mg/Nm3、100 mg/Nm3，對于部分重點區(qū)域的煙氣排放標準更為嚴格。嚴格的排放標準促進脫硫行業(yè)的快速發(fā)展，為提高脫硫系統(tǒng)的脫硫效率，更有效地減少SO2的排放量，脫硫控制系統(tǒng)必須進一步優(yōu)化才能滿足行業(yè)需求。濕法煙氣脫硫技術(shù)應運而生，將石灰石漿液作為吸收劑吸收煙氣中的SO2，反應生成物石膏無二次污染，具備商業(yè)價值?？梢苑治鯯O2吸收效率的影響因素，結(jié)合實際工況提高系統(tǒng)性能。

2 濕法煙氣脫硫工藝簡述

濕式脫硫法的工作原理是以堿性溶液為脫硫劑中和煙氣中的酸性氣體。煙氣脫硫（Flue Gas Desulfurization，F(xiàn)GD）工藝發(fā)展比較成熟，脫硫劑石灰石資源豐富、脫硫的副產(chǎn)品石膏無二次污染且應用廣泛，我國脫硫行業(yè)大多采用該工藝。FGD系統(tǒng)一般采用分布式控制系統(tǒng)（DistributedControl System，DCS）控制方式，根據(jù)FGD系統(tǒng)根據(jù)各部分的功能需求可分為以下幾大子系統(tǒng)：煙氣系統(tǒng)，吸收塔系統(tǒng)，漿液制備系統(tǒng)，石膏制備系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)。濕法煙氣脫硫工藝流程如圖1所示。

濕法煙氣脫硫工藝的脫硫過程如下：漿液制備系統(tǒng)將配置好的石灰石漿液呈堿性，作為SO2的吸收劑送至吸收塔系統(tǒng)。當煙氣通過風機增壓后由煙氣管道進入吸收塔系統(tǒng)，與吸收塔上方噴淋下來的堿性漿液進行中和反應，吸收煙氣中的SO2等氣體。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器去除煙氣中的水分后經(jīng)煙道排出。脫硫副產(chǎn)品石膏漿液從吸收塔漿液池中泵出，經(jīng)過石膏制備系統(tǒng)充分脫水后得到石膏。

煙氣脫硫一般會采用DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)對整個脫硫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制、調(diào)節(jié)、報警、計算、報表等功能?？刂葡到y(tǒng)的功能可分為脫硫數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)（DataAcquisition System，DAS）、主要順序控制系統(tǒng)（SequenceControl System，SCS）、主要模擬量控制系統(tǒng)（ModulatingControl System，MCS）等。DAS系統(tǒng)連續(xù)采集和處理所有與脫硫工藝系統(tǒng)有關(guān)的重要測點信號及設備狀態(tài)信號，能夠快速及時地向操作人員提供有關(guān)的實時信息；SCS系統(tǒng)包括脫硫系統(tǒng)啟動、停止順序控制、除霧器清洗、石灰石漿液制備系統(tǒng)順序控制、石膏脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)以及漿液管道沖洗順序控制功能組等；MCS系統(tǒng)包括石灰石漿液濃度控制、真空皮帶轉(zhuǎn)速控制、吸收塔液位控制、工藝水箱液位控制、吸收塔漿液pH控制等。

吸收塔系統(tǒng)是脫硫裝置的核心系統(tǒng)，SO2的吸收、石膏的生成等反應均發(fā)生在吸收塔系統(tǒng)中。煙氣中的硫氧化物與石灰石漿液產(chǎn)生的反應主要經(jīng)過4個階段，分別是：吸收反應、氧化反應、中和反應、結(jié)晶。由于SO，溶于水H2SO3，電離出H+，HSO3-，SO32-；HSO3-和SO32-在反應池中被氧化空氣氧化成SO42-；石灰石漿液中含有Ca2+和CO32-，HCO3-等離子，漿液呈堿性，中和吸收塔中的H+并釋放出CO2，使吸收塔中的漿液pH維持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)。SO2在石灰石漿液中反應生成硫酸鈣，在吸收塔中結(jié)晶形成二水硫酸鈣，即石膏。系統(tǒng)主要的反應方程式如下。

吸收反應：

3 脫硫效率影響因素分析

脫硫效率是檢驗脫硫系統(tǒng)性能的一個重要指標。脫硫效率指的是單位時間內(nèi)脫硫系統(tǒng)脫除的SO2量占進入脫硫系統(tǒng)煙氣中SO2量的百分比。濕法煙氣脫硫工藝涉及一系列的物理和化學反應，因此脫硫效率取決于多種因素。

3.1 pH

SO2是酸性氣體，漿液與之反應后pH會下降。吸收塔漿液pH的大小取決于石灰石漿液的濃度。當漿液pH升高，可以加快SO2的吸收速度；但是pH增高，石灰石在水中的溶解速度會降低，這樣會降低吸收劑的吸收效果降低，造成資源浪費；而且pH增高會降低反應副產(chǎn)品石膏的品質(zhì)。當漿液pH降低，SO2的吸收速度也會降低，同樣會影響系統(tǒng)的額脫硫效率。在煙氣脫硫過程中需要將pH保持在一個相對穩(wěn)定的閾值內(nèi)，通過實驗數(shù)據(jù)分析可知當pH在5.6左右，系統(tǒng)的脫硫效率最高，通常情況下，會將pH控制5.2-5.8。pH與系統(tǒng)脫硫效率之間的影響關(guān)系如圖2所示。

3.2入口煙氣SO2質(zhì)量濃度

煤炭中含硫量的大小直接影響到燃煤煙氣中的SO2的質(zhì)量濃度。由于SO2的溶于水是一個可逆過程，由雙模理論可知，增大SO2的質(zhì)量濃度，煙氣中SO2的分壓增大，能夠減小氣膜吸收阻力，提高SO，的吸收速度。但是，過高的SO2質(zhì)量濃度會使氣體溶于水后的酸性增強，吸收劑的消耗速度會加快，因此提高了液膜的吸收阻力，會降低脫硫效率。入口煙氣SO2質(zhì)量濃度與脫硫效率的影響關(guān)系如圖3所示。

3.3 液氣比

液氣比是指流經(jīng)吸收塔單位體積煙氣量相對應的漿液噴淋量的比值。保持其他的參數(shù)不變或者維持在平衡狀態(tài)，增大液氣比，相當于增大了原煙氣和吸收劑漿液的反應面積，加快了反應速度，有利于SO2的吸收，提高系統(tǒng)脫硫效率。但是脫硫效率和液氣比之間并不是線性正相關(guān)，液氣比增大時，脫硫效率高，但是，脫硫效率的增量會降低，液氣比過大，脫硫效率將不再變化。

3.4 入口煙氣溫度

對于一定的氣體溶質(zhì)和溶劑，氣體的溶解度隨溫度的升高而減小，吸收塔溫度越低，越有利于SO2氣體溶于漿液，形成HSO，，而且濕法脫硫工藝中產(chǎn)生化學反應過程中釋放熱量，溫度低有利于生成CaSO4方向進行。故吸收塔溫度越低，越有利于脫硫效率的提高。但是，溫度過低，SO2氣體難溶于水，且會導致凈煙氣出口處的煙氣溫度達不到規(guī)定的排放標準。

4 結(jié)語

分析了脫硫過程中石灰石漿液吸收煙氣中的SO2過程中發(fā)生的吸收、中和反應，以及石膏生成的過程中的氧化、結(jié)晶反應等反應機理。通過對控制流程及系統(tǒng)脫硫效率的影響因素的分析知：漿液pH是影響系統(tǒng)脫硫效率的主要因素，pH為5.6時系統(tǒng)脫硫效率最高，結(jié)合實際工況，一般會將pH控制在5.2-5.8。入口煙氣溫度、SO2質(zhì)量濃度和液氣比也是影響系統(tǒng)脫硫效率的因素之一，脫硫系統(tǒng)工作時，煙氣溫度盡量不要太高，將脫硫后的凈煙氣溫度控制在排放標準內(nèi)可對煙氣溫度進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)；SO2質(zhì)量濃度的大小決定了使用的吸收劑量的大小，控制進入吸收塔中的SO2質(zhì)量濃度時，需要綜合考慮燃煤含硫量和脫硫效率要求；脫硫效率隨液氣比增大而提高，但提高幅度會逐漸減小，液氣比過大不僅無法調(diào)高脫硫效率，還會造成漿液循環(huán)泵、噴淋層等設備的工作強度。