石灰石—石膏法單塔雙循環煙氣脫硫pH值控制設計及優化

婁敏虹

（南京龍源環保有限公司，江蘇 南京 210012）

石灰石—石膏法單塔雙循環煙氣脫硫pH值控制設計及優化

婁敏虹

（南京龍源環保有限公司，江蘇 南京 210012）

SO2為燃煤電廠主要廢氣，如果不采取任何措施對其進行處理，將會造成嚴重的大氣污染，產生酸雨污染環境。在技術水平不斷提高的背景下，生產過程中除了要保證較高的效率外，還需要在提高資源利用率的同時，減少對環境的污染。本文主要對石灰石—石膏法單塔雙循環煙氣脫硫技術進行分析，以其對工藝過程中pH值進行控制，將煙氣內SO2含量控制在允許范圍內，嚴格落實SO2排放標準。

石灰石—石膏法；單塔雙循環；脫硫；pH值

現在煙氣脫硫方法日益增多，其中石灰石—石膏法應用比較廣泛，并且就應用效果來看，技術已經相對成熟，取得了較好的效果。基于以往應用經驗，對石灰石—石膏法單塔雙循環煙氣脫硫技術原理進行分析，確定各影響因素，提高煙氣脫硫pH值控制效果，對技術存在的缺陷進行優化，提高整個工藝實施過程控制效率。

1 石灰石—石膏法煙氣脫硫技術原理

應用石灰石—石膏法來進行煙氣脫硫處理，即將石灰石作為脫硫吸收劑，石灰石研磨成粉狀，與水混合將其制作成吸收漿液。將漿液置于吸收塔內，通入待處理煙氣后，含有的SO2便會與漿液內的CaCO3以及鼓入的氧氣進行反應，生成石膏的同時將SO2去除。經過反應后的石膏漿液從吸收塔內排出，然后對其進行脫水處理后進行回收再利用。而經過脫硫處理后的煙氣，經過除霧器去水處理后由煙囪排向環境中，將SO2的排放控制在50mg/Nm3的排放限值內，減少大氣污染。

為保證脫硫高效，一般可以從吸收塔下側將煙氣通入，保證可以與漿液進行充分接觸，提高CaCO3與SO2、H2O反應效率，生成CO2、CaSO3·1/2H2O，同時落入吸收塔漿液池的CaSO3·1/2H2O將會與H2O、O2產生氧化反應，生成石膏。反應過程為：

2CaCO3+H2O+2SO2=2CaSO3·1/2H2O+2CO2

2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O=2CaSO4·2H2O

石灰石—石膏法單塔雙循環工藝流程中煙氣通過吸收塔實現兩次SO2脫除過程，經過了兩級漿液循環（圖1）。一座吸收塔配置一座塔外漿池(AFT漿池)設計。煙氣進入吸收塔，其首先與吸收塔內噴淋的一級石灰石循環漿液逆向接觸，吸收煙氣中的部分SO2；煙氣接著上升充分與來自塔外漿池的二級噴淋漿液接觸，吸收煙氣中剩余部分的SO2。一級循環保證優異的亞硫酸鈣氧化效果和石灰石漿液的充分溶解及充足的石膏結晶時間；二級循環保證SO2最終的脫除效率。

圖1 石灰石-石膏法單塔雙循環工藝吸收塔系統流程

2 煙氣脫硫pH值控制要點

2.1 煙氣脫硫pH值

對石灰石—石膏法煙氣脫硫pH值進行控制，關鍵就是控制循環漿液在吸收完SO2后，與新鮮石灰石漿液進行混合后漿液的pH值大小。就總結經驗分析，pH越大SO2吸收率越高，脫硫效果更明顯，但是所需動力支持更多，煙氣出口溫度越低。但是當pH達到一定值后，脫硫效果將不再提升。一般在實際生產中，不建議為提高煙氣脫硫效果提高pH值，以免結垢后堵塞設備，影響脫硫劑利用效率，并且還會降低石膏品質，無法達到回收水平。而降低pH值，同時提高反應塔內的氧氣濃度，可以促使亞硫酸鈣發生氧化。但同時需避免pH值過小，會使SO2的吸收受到抑制，將影響脫硫效率。因此需要合理控制pH值。

2.2 pH值影響因素

（1）SO2濃度。通入吸收塔煙氣所含SO2的濃度，會對反應后漿液pH大小產生影響，即便通入的煙氣含量不變，但是隨著鍋爐燃煤含硫量的變化，也會造成煙氣內SO2含量的變動。

（2）煙氣量。通入反應塔內煙氣含量高低，是影響漿液pH值的關鍵因素。假如不改變吸收塔所通入的石灰石漿液流量大小，通入的煙氣含量越多，對漿液pH值產生的影響越大，pH值越小，相反則越大。在實際生產中，火電廠鍋爐生產負荷不斷變化，導致吸收塔內通入的煙氣含量大小不定。基于此特點，在對石灰石—石膏脫硫反應系統漿液pH值進行控制時，就需要做好對煙氣量這一變化要素的控制。

（3）漿液輸入。對于石灰石漿液的選擇，可以根據實際需求來對其流量、密度等參數進行調整，為提高對漿液pH值的控制效率，應根據鍋爐煙氣量、煙氣SO2濃度以及實際所測循環漿液pH值進行調整。并且對于石灰石漿液的各項參數完全可測，將吸收塔內石灰石漿液pH值作為控制對象，靈活調整脫硫系統內石灰石漿液流量大小，保證可以將漿液pH值控制在脫硫效率最高狀態。

2.3 pH值控制

（1）加藥閉環控制。通過此種控制方式來對通入吸收塔的石灰石漿液流量進行調整，利用酸堿中和反應對漿液pH值進行控制，為煙氣與漿液反應提供一個最佳的酸堿狀態，提高煙氣脫硫效率。關鍵是要保證能夠向吸收塔穩定提供足量的石灰石漿液來滿足與煙氣的反應，對脫硫前煙氣量以及所含SO2含量進行測定，確定進入脫硫系統內的SO2總量，并以此為依據計算得到脫硫反應所需石灰石漿液流量，將結果作為可變指令，結合所測pH值與換算因子進行調整。根據石灰石漿液濃度來確定石灰石流量，作為實際值通入到脫硫反應系統內，與設定值進行對比。在此過程中，控制參數可以作為設定值校正調整的依據，保證吸收塔內石灰石漿液流量在系統設計符合內，提高煙氣與漿液反應效率，最后生成石膏（圖2）。

（2）優化控制參數。單塔雙循環煙氣脫硫控制系統煙氣經過一級循環及二級循環兩個不同的循環過程和石灰石反應，可以對煙氣內SO2進行吸收凈化，最終得到石膏還可以回收。在煙氣進行物理與化學反應過程中，固體濃、類型以及pH值會發生一定變化。總結以往經驗，在一級循環階段，pH為4．5～5．3之間；二級循環階段，pH值為5．8～6．4之間。吸收塔內被鼓入氧氣可產生反應，尤其是較低的pH值條件下，氧化反應效率高。一級循環階段中pH值處于4．5～5．3之間，為吸收劑完全溶解以及石膏充分氧化提供了有利條件，還提高了石膏脫水效率，最終可得到優質的石膏副產物，同時還可以降低氧化反應所需動力。在二級循環階段，通過鼓入氧化空氣可以避免結垢，此階段pH值較高＞6，可保持較高的脫硫效率，且液氣比比較低，可減少循環泵的能耗。兩個循環階段可以實現獨立控制，石灰石漿液依次進入到二級循環與一級循環，延長石灰石漿液在吸收塔內的停留時間。尤其是一級循環中，pH值較低，可以提高顆粒溶解效率，面對較大粒徑以及品質稍差的石灰石時，研磨所需的電能損耗較低，具有更大的應用優勢。

圖2

3 工程實例

廣州恒運熱電（D）廠責任公司#8、#9煙氣脫硫改造工程是國內第一臺投運石灰石-石膏法單塔雙循環工藝的項目。該工程于2012年6月開始施工，于2013年5月15日通過#8機組煙氣脫硫系統168小時試運行。試運期間吸收塔入口SO2濃度在1800～4200 mg/Nm3之間，吸收塔出口SO2濃度始終保持在50mg/Nm3以下，出口煙氣含塵量在20mg/Nm3以下。

廣東環境保護工程職業學院于2013年8、9月分別對該脫硫系統進行了75%及100%負荷（指煙氣流量）的全套脫硫裝置的性能試驗。試驗證明脫硫硫效率達到99．3%。

4 結語

石灰石—石膏法煙氣脫硫技術已經比較成熟，現在被廣泛的應用到電廠煙氣脫硫工作中，并且具有較高的應用效果。石灰石-石膏法單塔雙循環工藝通過一臺吸收塔實現兩次SO2脫除過程，經過了兩級漿液循環，通過兩次pH值控制優化對SO2的大范圍變化有很好的適應性；更加精細地控制了工藝反應過程達到最佳的脫硫處理效果。

[1]嚴錦玉．脫硫除塵工藝水酸堿度控制研究[D]．安徽工程大學,2016．

[2]馬苗云．燃煤電廠濕法煙氣脫硫系統優化控制的仿真運行研究[D]．華北電力大學,2012．

[3]鄧仁昌．燃煤電廠石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統優化運行試驗研究[D]．海南大學,2011．

X701.3

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1671-0711（2017）10（下）-0113-02