淺論濕法煙氣脫硫技術在火力發電中的應用

劉 劍

（華電四川分公司內江發電廠，四川 內江 641005）

在相當長的一段時間里，我國的能源將以消耗煤炭的火力發電為主。其裝機容量和發電量均占全國的80%左右，是名副其實的煤炭消耗大戶。因此，我國的二氧化硫主要是來自于煤炭的大量燃燒，而火力發電產生的二氧化硫是大氣中二氧化硫的主要來源。能夠對火力發電中二氧化硫進行合理的控制，就能有效地減少酸雨發生，利于環境保護。對于促進火力發電的長期持續健康地發展，實現經濟效益和環境的全面協調發展具有十分重要的作用。

一、煙氣脫硫技術

石灰石的主要成分是碳酸鈣，屬于強堿性鹽，并且難以溶于水。石灰石主要是用作循環漿液與富含二氧化硫的煙氣進行接觸，使二氧化硫等酸性氣體被其吸收，溶解在水中，其產生的氫離子能夠促進石灰石的溶解，產生鈣離子、二氧化碳，二氧化碳在酸性中是不易存在的，會大部分逸出，鈣離子與硫酸根離子結合生成難溶于水的亞硫酸鈣，其屬于中性產品，不夠穩定，不能夠露天堆放，必須對其進行強制氧化處理，生成較為穩定的硫酸鈣，從而真正地達到脫硫的目的。

火力發電產生的高溫氣體經過除塵器，進入到脫硫系統中。經過煙氣加熱器后的氣體，在經過濕煙處理后，進入吸收塔，與循環漿進行接觸，并被漿液吸收。煙氣經過氣液分離器之后，經過煙氣加熱器后排出。循環漿中的水溶液吸收了二氧化硫之后，使溶液的酸性增強，使二氧化碳從其中逸出。由于煙氣中含有氧氣，導致部分亞硫酸鹽被氧化為硫酸鹽，但是氧化率較低，從而容易在設備的內表面垢結，因此，為了避免二次污染，必須要進行強氧化處理，將亞硫酸鹽氧化為穩定的硫酸鹽。其工藝具有以下的特點：運行穩定并且技術成熟，煙氣的處理能力高，脫硫效率能夠達到95%；脫硫系統是獨立的，不影響發電機組的安全運行。產生的副產品可以進行回收利用，成本低，但是對于材料的選用具有較高地要求。

漿液的酸堿度是脫硫系統的重要參數，理論上越偏向于堿性，對于二氧化硫的吸收效果越好，脫硫的效率也越高，但是，堿性越高對于漿液中的副產品排除越不利，因此，需要將漿液的酸堿度控制在較高的脫硫效率之內。

石灰石是難溶于水的，其活性較小，對于反映的進行是不利的，但是，我們可以通過控制液化比來克服它。通常情況下，吸收設備大多是空塔，不宜采用內部元件較多的設備，液氣比越高，脫硫率就會越高，但是，當液氣比提高到一定的程度之后，脫硫效率將不再明顯地變化，通常將其控制在12L/m2左右。對于石灰石的品質要求也比較高，其品質越高就越有利于二氧化硫地吸收。同時，其產生的副產品的品味也會越高。此外，石灰石中所含有的雜質對于脫硫的效率也是有影響的。

煙氣與循環漿液的接觸時間決定了空塔內氣流的速度，對于二氧化硫的溶解及吸收的速率也是有直接影響的，氣流的速度愈小，接觸的時間愈長，愈有利于二氧化硫的脫除，降低了系統的阻力，就會造成塔的直徑較大，使得成本增加；氣流速度愈小，接觸時間愈短，二氧化硫不能很好的與漿液接觸，使得脫硫率較低，同時會帶來阻力增加、除霧難度的增大等問題。因此，合理的氣流速度對于脫硫是十分重要的，應該結合實際的生產，綜合考慮各方面的相關因素，來確定塔中的流速，通常對于空塔來說，一般氣流為3～6m/s。

循環漿液的溫度，漿液溫度的高低能夠影響二氧化硫在水中的溶解度，溫度愈高，溶解度就會愈小，脫硫率就會愈低。循環漿液的溫度一般為50～55℃。碳酸鈣與二氧化硫的加入量應該相同，由于石灰石中還有雜質，所以石灰石的量應該稍微多一點，根據實踐經驗，當石灰石的加入量與二氧化硫的加入量的比例適中，脫硫率約為95%，由于實際情況的不同，所以應該結合實際情況來確定石灰石的加入量。

二、系統的組成及設備

1 系統組成

煙氣脫硫系統一般由石灰石與漿液制備系統、脫硫系統、石膏脫水系統組成。這三部分需要根據具體的情況而定，可以外購石灰粉直接將其配成漿液，石膏的脫水需要根據市場來確定。煙氣脫硫系統包括以下部分：由煙氣通道、膨脹節、脫硫風機、換熱器和脫硫塔等組成的煙氣系統；漿液循環系統，石膏漿的派出系統，強氧化系統，沖洗水系統。

2 系統設備

煙氣系統最主要的系統是脫硫風機，其類型有三種：離心風機、動葉／靜葉可調軸流風機。各有各的特點，需要根據具體的情況進行選定。由于脫硫風機與鍋爐的引風機都是進行串行連接的，所以，它們的選型基本相同。有些時候也可以將他們合并為一臺。典型的脫硫系統，風機的配置主要有四種：進口側、出口側、處理過的煙氣進口側、出口側。原煙氣進口側：煙氣是干的，溫度高，含有大量的粉塵，流量大，風機的容量要大，耗電量高，磨損重。出口側：溫度低，煙氣量較少，需要注意兩個方面：由于密封氣體是濕氣，經過反應之后，會腐蝕設備；由于硫風機在出氣口側，原煙氣處于負壓狀態，可能帶入部分濕煙氣，造成腐蝕。因此都需要進行防腐蝕。凈氣進口側：煙氣的溫度低，為飽和的濕潤氣，煙氣量較小，呈酸性，需要考慮防腐蝕，另外，由于凈氣側的壓力較大，如果密封性不好，可能造成濕潤氣泄漏，因此，出氣口側需要做防腐處理。凈氣出口側：溫度約在80度左右，濕度較大，氣流量較大，氣壓較大，容易造成凈氣泄漏，需要考慮進行考慮防腐措施，并會造成脫硫率下降等后果。通過以上的敘述，可以得出：脫硫風機需要優先考慮原煙氣進氣口，雖然具有風量大、能耗高等缺點，因風機不需要防腐處理，成本相對較低，維護的任務較少，利于生產者的管理，同時，在國內就能夠采購，利于實現國產化。

脫硫塔是脫硫系統的核心設備。種類較為繁多，當前使用廣泛的是空塔及其類似的設備。空塔是由漿液槽、強氧化噴嘴、漿液攪拌器等組成，漿液槽分為氧化和結晶兩個部分，煙氣進入之后，與漿液進行充分地接觸，完成去塵，去二氧化硫的過程，此過程也叫絕熱蒸發過程，高溫煙氣經過不斷地蒸發，然后冷卻至絕熱飽和狀態，經過捕沫器，通過氣液分離出塔。

漿液吸收二氧化硫之后，由于重力的作用，進入氧化區，在此完成大部分的反應，并生成亞硫酸鹽，然后進行氧化，進入結晶區，結晶成石膏晶體。里面設置有攪拌器，主要是用來提高對其的氧化，防止漿液結晶，保證系統的正常運行，并為石膏地濃縮創造條件。其主要的參數有：氣流速度，漿液速度，煙氣的溫度等。

三、脫硫技術在火力發電中的應用

此技術產生于20世紀90年代的重慶，通過對該技術的不斷改進與創新，我國許多大型火力發電站已經開始投入使用，以下主要介紹在某發電廠的應用。其于1987年建設成功并投入使用，具有高壓循環氣鍋爐、靜電除塵等裝置。煤炭來自于唐山與山西。此工程屬于技術改造過的工程,并加入了煙氣脫硫系統，完成了煙氣道、脫硫系統、石膏的濃縮、水系統、氧化系統等的改造。改造的過程是在不影響正常生成的情況下進行的。漿液制備系統主要由粉碎機、混合槽、漿液泵等組成，主要是為了完成石灰漿液的制備，為進一步地脫硫做好準備工作，其提供的漿液濃度約為15%～25%。煙氣脫硫系統主要由塔、風機、循環泵等相關部件組成。脫硫塔由塔體、雙層攪拌器、旋流器和氣液分離器等構成，系統的主要功能是：克服煙氣經過時產生的壓力下降，并去除其中的二氧化硫和粉塵，完成強氧化處理，并將副產品排出。石膏漿液濃縮系統包括：旋流器、相關槽、漿液泵等。主要是為了將石膏的漿液中石膏的濃度提高，使其從15%提高到50%，然后進行排出。水系統主要是用來對脫硫工藝中的水進行補充，并對有些設備進行沖洗及冷卻。

四、設計需要考慮的問題

根據該發電廠在投入使用中出現的一些問題，我們需要注意：漿液較容易沉淀與硬結，在進行設計的時候需要進行充分地考慮，進一步強化防止沉淀與硬結的措施，可以采用設置一些攪拌裝置，加快循環漿液的流動速度，對其坡度進行加大處理等。由于使用的石灰石中含有部分雜質，其在酸性的條件下，將會加重對相關設備的腐蝕，因此，在進行設計的時候，要充分地考慮到這些物質的腐蝕作用，由于脫硫過程中漿液中含有許多固體性顆粒，對于設備的防止腐蝕涂層以及管道的防腐磨損都需要進行認真地考慮。在沒有GGH的設計中，排除脫硫塔的大量飽和濕潤氣體，會在經過管道及煙囪的過程中產生大量的冷結水，這些水的去向問題需要進行充分地考慮。脫硫后的氣體中會含有大量的強腐蝕性物質，使得煙囪的腐蝕度進一步提高，因此，需要考慮煙囪的防腐處理問題。

結語

濕氣脫硫技術具有高效率、技術成熟、適應性強的特點，在我國的許多地方已經被廣泛采用。其產生的副產品大都直接堆放，沒有很好地進行利用，建議增加一套加工系統，將其加工成石膏板等相關產品。通過對脫硫系統的設計，體會到我國的相關技術還是較為薄弱，需要進一步加強，能夠真正地實現國產化，并達到世界先進水平。

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