濕法脫硫技術的應用及對霧霾的影響

曹晉寧

(山西西山熱電有限責任公司，山西 太原 030022)

濕法脫硫技術的應用及對霧霾的影響

曹晉寧

(山西西山熱電有限責任公司，山西 太原 030022)

結合西山熱電脫硫系統改造前后情況，介紹了2種脫硫系統的主要設備技術特點以及影響脫硫效率的因素和運行中的問題，分析目前應用最廣的石灰石-石膏濕法脫硫技術排放的高濕煙氣對霧霾產生的影響。

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局，距市中心約10 km。根據最新環保要求，該廠位于特別限制排放區域范圍，其二氧化硫(SO2)排放量須≤50 mg/m3、煙塵≤20 mg/m3。但目前的脫硫設備無法達到新的環保標準要求，故引進石灰石-石膏濕法脫硫系統[1]。

1 原有脫硫系統

原有脫硫系統采用爐內噴鈣脫硫技術，該技術廣泛用于中小型CFB鍋爐，是一種干式燃燒脫硫方式。2005年，投產使用該技術，SO2排放量為800 mg/m3，系統構成簡單，主要由物料儲存倉、爐前粉倉、羅茨風機及相關系統組成。

該系統工作流程是，由0 m物料儲存倉里的石灰石粉通過0.6 MPa壓縮空氣輸送到24 m高的爐前石灰石倉，石灰石粉再通過計量分配給料控制，由15 m的羅茨風機經過與爐膛前壁的2個二次風管連接吹入爐膛工作。

在實際應用中，該系統影響脫硫效率及存在的問題如下：1)對石灰石粉原料的顆粒、有效成分的含量、物料水分等品質要求比較嚴格；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)由于從二次風管注入，二次風本身穿透力差，使得石灰石不容易與SO2充分接觸；5)運行人員對床溫及過量空氣系數變化的控制對脫硫效率有一定影響；6)使用清華大學最新研制的方形旋風分離器，對于直徑小于50 μm的飛灰回收能力較差。現實中的石灰石直徑2.3 mm～30 μm，在燃燒區中停留時間過短，造成脫硫效率低、成本費用增大。因此，脫硫效率與運行人員技術水平及設備狀態有關。

在實際運行中，整個系統的每個環節都是不受控的影響因素，運行人員只能對石灰石給料壓力監控。運行中，鍋爐工況不穩定，燃料配比不嚴格。為了保證硫排放達標，運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，提高運行成本，影響鍋爐效能等。總之，該系統在該廠的實際應用中脫硫效率低、事故率高、鍋爐運行經濟性差。

2 改造后的脫硫系統

2013年，對脫硫系統改造，應用了技術成熟的石灰石-石膏濕法尾部煙氣脫硫系統(FGD)。

具體系統改造是,在引風機后采用一爐一塔方案。主要系統及工作流程如圖1所示。主要系統包括煙氣處理系統、SO2吸收氧化系統、反應劑制備系統、石膏脫水制備系統、廢水處理系統等。

煙氣處理系統。由于整個煙氣系統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，所以引風機功率增大至800 kW。將原有4級電除塵系統的后2級(第3、4級)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主要參數，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。過高，會使得脫硫效率提高緩慢，同時增大風機和循環泵功率。

SO2吸收氧化系統。此過程在吸收塔內完成，是脫硫系統的核心設備。 煙氣進入吸收塔噴淋區下部(一般距漿液800 mm～1 200 mm)向上走，由石灰石制備系統配制成石灰石質量分數為20%的漿液，經漿液泵注入吸收塔底部。再由漿液循環泵打入吸收塔上部的噴淋層，向下噴淋。該廠有5臺漿液循環泵，分別接5個噴淋層，漿液與煙氣逆流有利于接觸反應，但煙氣阻力損失較大。這時，吸收塔的吸收區把氣相SO2全部轉變為液相SO2。其中，鈣硫比(Ca/S)是吸收塔內影響脫硫效率的主要參數之一。一定范圍內，鈣硫比增大，脫硫效率會增加。鈣硫比一般在1.02～1.05。

圖1 石灰石-石膏脫硫系統

液相SO2漿液落入吸收塔下部氧化區，進行強制氧化反應。氧化氧氣來自煙氣(含氧量約為6%)、風機供氧和水中溶氧。該廠有2臺氧化風機提供氧化空氣，一運一備。經過氧化反應，最終生成高品質石膏。在實際運行中，要注意保證氧化區的液位，即保證氧化區高度，使氧化反應充分。另外，可以保證循環泵壓頭。

漿液的pH值是應重點控制的參數。pH值直接影響SO2的吸收，選擇合適的pH值有利于系統良好運行。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，需要運行人員不斷摸索，總結經驗，控制好pH值。一般情況下，pH值6～7。

氧化區下部是中和區。通過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。

中和區下部就是副產品石膏結晶區，結晶的石膏由底部石膏排出泵送入石膏脫水系統脫水。該廠每個吸收塔配2臺石膏排出泵。

吸收塔頂部還有除霧器(ME)，為兩級折流板式除霧器。煙氣經過吸收區后帶有大量的水分，只有脫去水分，才不會對后面設備、煙道造成影響。處理后煙氣含水質量濃度應小于75 mg/m3，最好小于50 mg/m3。除霧器內煙氣流速要均勻，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。

該廠通過改造，脫硫效率有大的提高，基本在90%以上。新系統投運以來，還經常能看到該廠周圍有煙囪雨現象，影響了周圍大氣環境，說明該廠脫硫效率的控制運行能力有待提高。

3 濕法脫硫對環境的影響

像絕大多數電廠一樣，該廠設備中沒有設置煙氣再熱器(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到大氣濕度的8倍且實際中受到煙氣灰分、流速等的影響時，除霧器效率會降低。

濕法脫硫對SO2的脫硫效率高，但對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度的主要物質。另外，濕煙氣中含有氟化氫，氯化物，殘留細煤灰，逃逸的氨，二次轉化的硫酸銨、硝酸銨、硫酸鈣、硝酸鈣等，增大了煙氣在煙囪中酸性結露、低溫腐蝕的概率。由于低溫煙氣與大氣密度差小，所以向高空放空難，受環境風速影響也較大。濕煙氣是以霧狀排放到大氣中的，溫度低、濕氣大，在空氣中難擴散。據統計，每脫100 t硫，產生14 t細顆粒物排放。這些細顆粒在空氣中遇到二次污染物(汽車尾氣和其他工業排放物等)，在陽光作用下大氣氧化增強，吸濕性氣溶膠顆粒活性隨周圍大氣含水量增大而增強，使細顆粒發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大氣污染物二次轉化，而且可以促進酸化氣溶膠活性及吸濕增長。污染物增長很容易造成連鎖反應，導致空氣質量急劇惡化。尤其在靜空氣中，更容易形成霧霾。

根據煙囪規范要求，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)，但同時必須是附近最高建筑高度的1.5倍。這樣，對于采用濕法脫硫技術不設置GGH的新建電廠，就有可能發生煙氣低空排放更不容易擴散的情況。同時，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。

我國大多電廠都采用濕法脫硫，它可使SO2排放總量降低，對治理酸雨貢獻突出。濕法脫硫對除塵的高要求，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。

高濕煙氣帶來的環境問題，應該引起大家的注意，并及早采取措施。目前，國際上通過加裝GGH設備、煙塔合一等方法，提高煙氣排放溫度，提升煙囪排放能力，實現高空排放，增強煙氣擴散能力。其中，煙塔合一方案得到好評，綜合利用效率最好。但是，對于我國北方缺水地區的電廠，大多使用空冷系統，煙塔合一方案較難實施。因此，需要研究一套適應于空冷系統的高效、低故障率的全新煙氣加熱系統。

4 結語

結合西山熱電脫硫改造，介紹了2種脫硫系統在實際應用中的情況對比。改造后的濕法脫硫高效、穩定、綜合利用高等，被大多數電廠采用，解決了高濕煙氣帶來的環境問題。高濕煙氣對周圍局部環境的影響是比較顯著的，它對于整個大氣環境的影響還需要進一步調查研究。

[1] 薛建明.濕法煙氣脫硫設計及設備選型手冊[M].北京：中國電力出版社，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年畢業于中國礦業大學，本科，熱動助理工程師，從事電廠運行工作。

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

X701.3

A

1004-7050(2017)03-0056-03

專題討論