濕法脫硫煙氣中細顆粒物的分析及解決途徑

胡 昕

（湖北西塞山發電有限公司，湖北 黃石 435000）

1 濕法脫硫煙氣處理的發展現狀

目前，燃煤電廠的大氣污染物是環境污染治理的主要對象，我國生態環境部對火電廠的環保設施提出了更高的運行要求，只有通過超低排放技改，環保設施才能滿足新的排放標準[1]。煙氣凈化技術的不同階段，減少脫硫后粉塵顆粒物的含量是凈化煙氣的主要途徑，也是達成煙氣凈化目標的重點目標。

濕法煙氣脫硫技術是煙氣脫硫中應用最廣的重要技術，最近幾年的研究顯示，石灰石-石膏法脫硫系統盡管能夠有效去除二氧化硫和粒徑較大的粉塵，但是對2.5 μm以下的顆粒物的收集效果并不理想[2]。而且，隨著粒徑減小，脫除效率明顯降低。

在濕法脫硫過程中，其煙氣中的細顆粒會不斷地發生變化，其粒徑分布、濃度乃至霧化構成都會有所調整。在這一過程中，細顆粒和脫硫漿液混合在一起，造成脫硫后，脫硫物質極易吸附于細顆粒外層，影響顆粒的性質[3]。同時，因為發生化學反應、蒸發、結晶等現象，脫硫后顆粒物的濃度出現較大的變化，粒徑也有一定的調整，進而影響顆粒物的排放。所以，對濕法脫硫工藝進行分析，解讀工藝中細顆粒的變化特征，人們就可以限制細顆粒的排放。

2 石灰石-石膏濕法脫硫工藝流程

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝為目前燃煤電廠應用最廣的脫硫工藝，簡稱為FGD，其工藝的基本原理是利用液態懸浮液（主要成分為碳酸鈣）吸收煙氣中的二氧化硫，吸收劑為石灰石粉，石膏為最后的脫硫副產物。湖北西塞山發電有限公司#3、#4爐均采用水媒式煙氣換熱器（MGGH），在鍋爐空預器出口與電除塵器入口水平煙道安裝煙氣冷卻器，將鍋爐排煙溫度降低至90±5℃進入電除塵器，鍋爐引風機出口經除塵后的全部煙氣分別經水平煙道進入脫硫系統，經增壓風機后進入吸收塔。在塔內洗滌脫硫后的煙氣經管束式除霧器除去霧滴，然后經脫硫吸收塔出口水平煙道上設置的煙氣再熱器，將吸收塔出口的凈煙氣加熱到不低于80℃，從凈煙氣出口擋板門經煙囪排入大氣。

吸收塔為一爐一塔單元布置。原煙氣從吸收塔中部進入吸收塔后，原煙氣中的SO2與噴淋下來的石灰石/石膏漿液逆流接觸發生化學反應，生成亞硫酸鈣，并被氧化風機鼓入的空氣強制氧化成硫酸鈣，結晶后生成石膏。原煙氣凈化后，進入吸收塔頂部的除霧器，凈煙氣中的漿液小霧滴被除霧器進行液滴捕捉后，進入凈煙氣煙道。吸收塔內石膏漿液通過石膏排出泵，送至石膏漿液緩沖箱，再經石膏漿液緩沖泵送至石膏旋流器進行一級脫水，石膏旋流器底流含固量約50%，重力自流至真空皮帶脫水機進行二級脫水，脫水后的產物為含水量小于10%石膏，經石膏布料皮帶機送至石膏庫；石膏旋流器溢流漿液通過溢流水泵返回吸收塔進行循環利用。真空皮帶脫水機濾液水經濾液泵打入溢流箱或石灰石制漿系統，進行循環利用。

3 濕法脫硫煙氣粉塵的特征

3.1 煙氣粉塵特征分析方式

為了精確地檢測出脫硫后的濕煙氣粉塵特征，本研究運用ELPI（電子低壓沖擊器）設施，評測煙氣粉塵的特征。這一設備是產自芬蘭Dekati公司的一種比較領先的氣溶膠粒子分布和濃度監測儀器。運用此種儀器，人們能夠跟蹤監測顆粒物的粒子分布，判定其顆粒物的濃度范圍。同時，此種儀器還能夠對燃燒期間出現的顆粒物的特性做出全面研究和分析。借助ELPI儀器，人們能夠檢測很多顆粒物在瞬間狀態下的顆粒物粒徑分布，判定它們的分布濃度，得出顆粒物的粒子狀態和粒徑區間。

3.2 石灰石-石膏濕法脫硫工藝粉塵特征

經過試驗得知，FGD煙氣粉塵的特征呈現出如下特征：在進行脫硫處理前，顆粒物表現出獨特的雙峰狀態，而且從質量濃度的層面分析，顆細顆粒物的粒徑相對較大，在所有顆粒物中，占比比較突出。而經過濕法脫硫處理后，細顆粒物的粒徑有了比較明顯的變化，其粒徑的分布范圍變得相對較小，此種類型的顆粒物濃度有明顯提升，逐步占據更大的比例，從數目層面看，還有逐步增長的趨勢。

經過比較脫硫處理前后，顆粒物的質量濃度出現明顯的不同，顆粒物的粒徑會隨著脫除效率的改變而逐步變化。伴隨顆粒物粒徑數值的縮減，各種顆粒物的脫除效率會不斷降低。根據試驗得知，濕法脫硫處理能夠有效減少粒徑超過2.5 μm以上的顆粒物，至于PM2.5，尤其是粒徑小于1 μm的細小顆粒，則無法有效去除。

4 濕法脫硫煙氣中顆粒物的解決途徑

在對濕法脫硫煙氣中細顆粒物進行分析的基礎上，筆者發現，想要降低濕法脫硫后的煙塵濃度，必須根據脫硫煙氣中細顆粒物粒徑分布的差別，在新環保設備的協助下，對煙氣中的細顆粒物進行處置[4]。降低脫硫煙氣中細顆粒物有以下解決途徑。

4.1 提高除塵器效率

提高除塵器的效率，控制煙氣中飛灰的含量，使FGD裝置入口煙塵濃度在設計值范圍內，可直接降低脫硫煙氣中的細顆粒物。經吸收塔洗滌后，煙氣中約75%的飛灰留在漿液中。飛灰中的F-、Cl-在一定程度上阻礙了石灰石的消融，降低了石灰石的消融速率，導致漿液pH值降低，脫硫效率下降。同時，飛灰中的一些重金屬如Hg2+、Mg2+等離子，會抑制Ca2+與HSO3

-的反應從而影響脫硫效率，此外，飛灰還會降低副產品石膏的品質，增加脫水系統管路堵塞、結垢的可能性。

4.1.1 除塵器設備的選定

各廠會根據除塵效率、除塵器的阻力等方面綜合考慮選定合適的除塵設備。其中，布袋除塵器的除塵效率最高，阻力最大。電袋除塵器除塵效率較高，阻力低于布袋除塵器。電除塵器阻力最小，其除塵效率低于電袋除塵器。

4.1.2 加強運行管理，提高除塵效率

加強運行管理，根據煤種變化、鍋爐燃燒、機組負荷等工況變化，合理、時地調整運行參數，提高除塵效率。布袋和電袋除塵器運行期間，需控制除塵器入口煙溫和各通道布袋的差壓，布袋差壓需控制在一定范圍內以提高除塵效率，同時電袋除塵器電除塵部分可通過高壓參數的設定來提高除塵效率。電除塵器運行期間需注意入口煙溫，高頻電源可通過提高高壓參數來提高除塵效率，四、五電場采用高頻+脈沖電源，可提高對煙氣中細小粉塵的收集。如果運行發現缺陷，就要及時聯系檢修消除，提高設備運行的可靠性。

4.1.3 加強設備維護管理，提高檢修質量

利用停機期間檢查除塵器設備，布袋除塵器注意濾袋有無破損情況，如有破損，需及時進行更換，電除塵內部進行精細化檢修，確保除塵設備安全、穩定、高效地運行。

4.2 減少脫硫系統出口液滴含量

吸收塔的出口設置有除霧器，以除去經脫硫后煙氣中的液滴，液滴中含有的細顆粒物主要有石膏、亞硫酸鈣、碳酸鈣和粉塵。脫硫后煙氣中的液滴含量越小，則煙囪入口煙塵含量就越低。故如何減少脫硫系統出口液滴含量，是提高脫硫系統協同除塵能力的關鍵。

4.2.1 除霧器的選型

脫硫超低排放中對除霧器會進行改造，如將兩層屋脊式除霧器改為三層屋脊式除霧器，選用優質的除霧器品牌，選用管束式除霧器，以降低脫硫系統出口煙氣中的液滴含量，提高脫硫系統的協同除塵能力。

4.2.2 防止除霧器堵塞

運行中嚴格執行防止除霧器堵塞的運行措施，確保除霧器差壓正常。FGD入口粉塵含量較高，會加劇除霧器的結垢堵塞，如除霧器堵塞，通過除霧器的氣速會提高，除霧效果會進一步變差，煙氣中攜帶的石膏液滴會增加，則煙氣中的細顆粒物會增加。

4.2.3 煙氣流場保證均勻

提高煙氣流場的均勻性，如煙氣流場不均勻易造成除霧器的局部堵塞，對除霧器的性能也有重大影響。

4.2.4 調整脫硫系統的運行參數

調整脫硫系統的運行參數，控制吸收塔的pH值和漿液密度。控制合理的pH值，避免出現急劇變化。控制吸收塔漿液密度，漿液中的石膏過飽和度最大不得超過140%，控制石膏漿液濃度在設計范圍內。

4.2.5 加強除霧器的維護管理

運行人員加強除霧器沖洗壓力、流量、差壓等運行參數的監控，發現異常，及時聯系檢修人員處理。除霧器沖洗閥門故障、除霧器沖洗水水質、沖洗時間及頻率等均會影響除霧器的效果。

4.3 脫硫后增加除塵設備

脫硫后安裝濕式電除塵器，可進一步脫除煙氣內的細顆粒物，降低煙囪入口的煙塵濃度。濕式電除塵器可有效除去有效脫除煙氣中粒徑不足2.5 μm的顆粒物，包含如下系統：陰極系統、陽極系統、上下氣室和供電系統。優點是除塵效率高，缺點是造價高，占地面積較大，運行和維護費用較高，脫硫廢水處理量及難度增加。

5 結論

經過試驗得知，采用濕法脫硫處理后的煙氣顆粒物在兩個較小的粒徑周圍聚集。同時，經脫硫處理后，煙氣內粒徑較大的細顆粒物數量明顯降低，而粒徑較小尤其是粒徑低于2.5 μm的顆粒物數目的下降則并不明顯。在某些特殊的環境下，此種粒徑較小的顆粒物的數目還會有一定增加。故要降低脫硫煙氣中細顆粒物，首先需提高除塵器效率，減少進入脫硫系統的煙塵濃度，然后通過脫硫運行參數的調控，提高脫硫除霧器的性能，減少脫硫系統出口煙氣中的液滴含量，再通過增加脫硫后的除塵設備，最終實現降低煙氣中細顆粒物含量的目標。