石灰—石膏濕法煙氣脫硫塔體結垢的原因及裝置的技術改造

李妮妮 鄭鵬輝 皇甫瑞麗

摘 要：石灰-石膏濕法煙氣脫硫是目前應用最為廣泛且最為成熟的煙氣脫硫技術之一，影響該種濕法煙氣脫硫系統脫硫效率的因素是多方面的，有液氣比、漿液pH值、石灰的溶解度、塔體結垢等多種因素。文章旨在探討針對塔體結垢影響系統效率的因素，采用添加新設備以及對原有設備進行改造的脫硫系統提效。

關鍵詞：煙氣脫硫；脫硫效率；提效

前言

隨著我國經濟持續高速發展，城市化和工業化進程日益加快，各種大氣污染物急劇增加，國家“十二五”規劃綱要中提出“要強化污染物排放和治理，推進火電、鋼鐵、有色、化工、建材等行業二氧化硫和氮氧化物治理……”這對于環保企業來說，即是機遇，又是挑戰。

煙氣脫硫技術分濕法、半干法、干法三類，其中濕法煙氣脫硫工藝已有幾十年的發展歷史，技術上日趨成熟完善，根據吸收劑的不同又有多種不同工藝，常見的有石灰石/石灰-石膏法、海水法、氨法、雙堿法等。石灰-石膏濕法脫硫工藝由于具有吸收劑來源豐富、成本低廉、脫硫效率高以及副產品可回收利用等優點，成為廣泛應用的一種煙氣脫硫工藝。

石灰-石膏濕法煙氣脫硫過程是采用具有堿性特性的吸收液吸收酸性煙氣，并將吸收后的產物氧化成副產品石膏的過程，該過程涉及一系列的物理化學過程，影響這一過程煙氣脫硫效率的主要因素有液氣比，漿液的pH值，煙氣流速以及接觸的時間[1]，文章旨在討論塔體結垢對脫硫系統的影響以及所采取的改進的技術。

1 塔體結垢的類型及其產因

石灰-石膏濕法煙氣脫硫是采用石灰漿液吸收煙氣中SO2而將其從煙氣中脫除，最后將反應產物氧化結晶成副產品石膏并加以回收利用的脫除原理。這一工藝主要涉及兩個過程，一是SO2的吸收，二是反應產物的結晶氧化。在氧化結晶階段，若各參數如液氣比、漿液的pH值等控制不當，會引起塔底漿液的溶解性降低，造成系統結垢。脫硫系統的結垢會增加系統阻力、降低脫硫效率，典型的石灰-石膏濕法煙氣脫硫結垢主要有以下兩種類型：

第一：石膏垢，當吸收塔的石膏漿液中CaSO4過飽和度≥1.4[1]時，溶液中的CaSO4就會在吸收塔內各組件表面析出結晶形成石膏垢。石膏垢分布在吸收塔壁面及循環泵入口、噴淋管網母管支管噴嘴等、石膏泵入口濾網的兩側，以及在水力旋流器溢流的蓋子和底部分流器管子上。另外，在上層除霧器的葉片上，由于沖洗不徹底，也有明顯的漿液黏積現象。CaSO4·2H2O的結垢非常堅硬，這種硬垢不能用降低pH值的方法溶解掉，必須用機械方法清除。更為嚴重的是，CaSO4·2H2O結垢一旦形成，將以此結垢處為“據點”，繼續擴大，即使將相對飽和度降至正常工況也無法避免。要是過飽和對小于1.4，運行人員要嚴格控制吸收塔內石膏漿液濃度、液氣比，并提高氧化率。

當系統的氧化程度低時，生成的CaSO3·1/2H2O的溶解度較低，僅為0.0043g/100mL，（18°C），極易達到飽和而結晶在塔壁和部件表面，隨著晶核增大，形成很厚的垢層，如若氧化徹底，將CaSO3·1/2H2O氧化成CaSO4，CaSO4的溶解度0.24g/100mL（20°C），較CaSO3·1/2H2O大很多，在相同條件下不會很快達到飽和程度，不易結晶而結垢。

第二：CSS垢，它是CaSO3·1/2H2O和CaSO4·2H2O兩種物質的混合結晶[1]。CSS垢在吸收塔內各組件表面逐漸長大形成片狀的垢層，生長速度低于石膏垢。CSS垢主要分布在吸收塔底數臺攪拌器的死區內。CaSO3·1/2H2O未及時清理，也會逐漸氧化為CaSO4·2H2O，由軟垢變成硬垢。

關于以上兩種垢體形成原因的分析，可知石膏垢主要是漿液飽和度過大，氧化不徹底所致，CSS垢體主要是主要在吸收塔底部存在攪拌器死區所致，因此為了防止以上兩種結垢現象的出現，可通過加大塔底氧化系統的氧化力度，和提高攪拌器的性能，或者是通過對原有設備進行技術改造，采用新的技術，以防止結垢的出現。

2 石灰-石膏濕法煙氣脫硫設備配置技術改造

由以上塔體結垢的成因分析，主要是由于塔底氧化系統氧化不徹底以及塔底攪拌器攪拌不全面，存在大面積的攪拌死區所致。所以，為了避免塔體結垢現象的出現，減少結垢對脫硫系統的影響，需要提高氧化系統的氧化效果以及改善攪拌器的攪拌性能。

2.1 氧化系統的改造

原脫硫塔的氧化系統是采用氧氣曝氣管放置在攪拌器前端，利用攪拌器的攪拌性將曝氣管的氧氣帶入到塔底漿液內部，使得氧氣與CaSO3·1/2H2O進行反應生成CaSO4·2H2O，但是該方法反應不均勻，不能使O2與CaSO3·1/2H2O充分反應，尤其是在攪拌器的攪拌死區，吸收塔的中間部位，攪拌器攪拌不到，自然不能將氧氣帶入到該部位，造成氧化風機氧化不徹底，容易阻塞塔底。

為改善原有氧化系統反應不均勻，采用均勻布置氧氣曝氣管，在吸收塔內均勻布置曝氣管，該氧化系統產生的氣泡相對較大，且有一定的浸沒深度，可使O2與CaSO3·1/2H2O充分反應，生成CaSO4·2H2O，在減少塔底結垢堵塞的前提下，還可保證石膏質量，以利于副產品的二次回收利用。

2.2 攪拌系統的改造

塔底結垢的第二個原因主要是攪拌系統存在攪拌死區所致。原攪拌系統采用在脫硫塔周圍安裝有若干臺側進式攪拌器的方式，對塔底漿液進行攪拌，以防止漿液沉淀。這種系統只能保證塔底周邊的漿液不發生沉淀，而處于吸收塔中間的部分，攪拌器無法觸及的部位易發生沉淀，嚴重時，會使沉淀堆積如山，影響脫硫系統的安全運行。

為了改善原攪拌系統存在的攪拌死區現象，防止漿液沉淀，在吸收塔底部采用多效紊動做法，即采用擾動泵，利用吸收塔漿液，輸入塔底布置管道，管道設計多個噴嘴進行漿液擾動，保證脫硫漿液不沉淀。在吸收塔內采用幾根帶有朝向吸收塔底的噴嘴的管子，通過擾動泵將液體從吸收塔反應池上部抽出，經管路重新打回反應池內，當液體從噴嘴中噴出時就產生了擾動作用，依靠這種擾動作用可以攪起塔底的固體物，進而防止沉淀。

3 結束語

石灰-石膏濕法煙氣脫硫技術目前技術最為成熟且應用最為廣泛的脫硫技術，且在“十二五”規劃中嚴格要求的大氣污染排放指標，該方法無疑是大氣污染控制中硫氧化物治理的核心技術，所以在控制其工藝參數的同時，加大對其設備的技術改造及革新也是解決石灰-石膏濕法煙氣脫硫技術瓶頸的一個突破口。

參考文獻

[1]殷紅.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫的影響因素[J].重慶電力高等專科學校學報，2006，11（3）：20-23.

[2]李建舟.石灰石-石膏法煙氣脫硫系統結垢分析與控制綜述[C].冶煉煙氣制酸及廢渣、廢水治理技術研討會，2011，8：23-25.