影響燃煤電廠煙氣脫氯反應效率中試試驗研究

王曉寧

(山西省臨汾生態環境監測中心，山西 臨汾 041000)

近年來，隨著國內經濟的迅猛發展，我國仍然是世界上最大的能源消費國。同時，由于我國煤炭資源豐富，且燃煤發電技術發展成熟可靠，因此我國主要以火力發電為主。然而，經過多年的監測及研究顯示，火電力行業是我國大氣污染物的主要排放來源。而為了響應可持續發展及生態環境保護理念，國家于2015年12月2日對燃煤電廠提出了“超低排放”的要求。

HCl是酸雨形成的主要成分，具有強腐蝕性，且會危害人類健康。對于燃煤機組而言，如果煙氣中HCl濃度過高，不僅會影響石灰石溶解及脫硫效率，還會嚴重腐蝕設備，造成設備堵塞現象。更重要的是，燃煤煙氣脫氯是一項實現脫硫廢水零排放的新技術[1]。為此，本文主要探討煙煤電廠影響煙氣脫氯反應效率的主要因素及影響效果，以降低HCl對儀器設備及人類產生危害，同時，為煙氣脫氯實現脫硫廢水零排放技術可行性提供一定的依據。

1 氯化氫采樣及檢測

1.1 采樣

HCl采樣儀器設備主要有洗氣瓶、取樣槍、吸收瓶、硅膠管、干燥管、流量計、調節閥以及真空泵等。具體操作步驟為：洗氣瓶內裝50.0 mL吸收液，以1 L/min流量采樣20 min。HCl采樣系統結構示意圖如圖1所示。

圖1 HCl氣體釆樣結構示意圖

1.2 檢測

本試驗采用戴安ICS-000型離子色譜儀，配IonPacAS11陰離子交換色譜柱(250 mm×4.0 mm)檢測HCl。在對樣品進行檢測前，需要建立離子色譜標準曲線。標線建立完成后，即可進樣進行測量。離子色譜法在分析陰、陽離子方面優勢突出，本次單次測量時間固定為10 min，溶液進樣體積為50 μL。

2 影響煙氣脫氯反應效率的主要因素

2.1 噴嘴布置方式

噴嘴是煙氣脫氯實現脫硫廢水零排放技術的核心設備。根據煙氣流向，噴嘴的布置方式分為順噴和逆噴兩種。分別討論噴嘴布置方式對霧化效果、煙溫影響等的影響。

1) 對霧化效果的影響。將噴嘴固定在支架上，利用風扇研究順噴和逆噴對噴嘴霧化的影響。結果顯示，相比于與煙氣流動方向相同的順噴，逆噴可以增大霧化角，增強霧化液滴與煙氣的混合。

2) 對煙溫的影響。霧化液滴與煙氣的混合狀況將直接影響煙氣溫度的變化，本文利用中試試驗臺和中試自動控制系統進行試驗。結果表明，順噴和逆噴在距離噴嘴最近的3個測點的溫度皆陡然下降，且隨著距離噴嘴位置的逐漸增大，順噴和逆噴溫降逐漸減小，當距離噴嘴4.75 m處時，溫降符合熱平衡計算結果；可能由于逆噴工況下霧化液滴與煙氣混合情況要好于順噴，故逆噴在距離噴嘴最近的3個測點的溫度下降更小，且在相同噴堿液量的工況下，逆噴的溫降要小于順噴。距離噴嘴4.75 m處順噴和逆噴的溫降情況如圖2所示。

圖2 距離噴嘴4.75 m處順噴和逆噴對溫降的影響

2.2 噴堿液量

在機組滿負荷工況下，研究堿液量分別為0、50、100、150、200、250 mL/min情況下順噴與逆噴對煙氣溫度的影響。結果顯示，無論是順噴還是逆噴，噴堿液量與溫降成正比，與煙氣溫度成反比；與脫硫廢水回噴相比，煙氣脫氯技術所造成的溫降更小，尤其當堿液流量為100 mL/min時，溫降大約僅為2 ℃，為煙氣脫氯技術可行性研究中的最佳噴堿液量，且可以避免脫硫廢水回噴引起的積灰結渣、低溫腐蝕等問題。

2.3 Na/Cl化學計量比對煙氣脫氯效率的影響

在機組滿負荷工況并保持工況不變條件下，劉暢等研究表明，當Na/Cl化學計量比為4.48時，脫氯效率為58.36%[2]。為研究Na/Cl化學計量比對煙氣脫氯效率的影響，本文選取NaOH作為堿基物質，配制濃度為2.55 mol/L的堿基溶液。其結果如圖3所示。

由圖3可知，總體看來，HCl的脫除效率隨Na/Cl化學計量比的增加而增加。具體為，當Na/Cl化學計量比為0～6時，HCl的脫除效率迅速增

圖3 Na/Cl化學計量比對燃煤煙氣脫氯效率的影響

高，從0%增高到58%；當Na/Cl化學計量比大于6時，HCl的脫除效率增加比較緩慢。可能是因為，當Na/Cl化學計量比過大，大部分的NaOH都被SO2消耗。然而，NaOH的價格是石灰石的8倍，會大大增加運行成本。因此需要選擇最佳Na/Cl化學計量比，在機組滿負荷工況并保持工況不變條件下，實現脫硫廢水零排放及經濟性目標。

2.4 堿基溶液濃度對煙氣脫氯效率的影響

與干法及濕法脫氯技術不同，在半干法煙氣脫氯技術中，還存在HCl溶于水后與堿基物質接觸的過程，以及吸收液蒸發干燥的過程。因此，半干法煙氣脫氯技術與堿基溶液濃度密切相關，需要通過試驗研究堿基溶液濃度對煙氣脫氯效率的影響。本文研究噴入Na/Cl化學計量比為7.09時不同堿基溶液濃度的煙氣脫氯效率。其結果如圖4所示。

圖4 堿基溶液濃度對脫氯效率的影響

由圖4可知，總體看來，HCl的脫除效率隨堿基溶液濃度的增加而逐漸降低。具體的，當堿基溶液濃度為1 mol/L～5 mol/L時，HCl的脫除效率下降較為緩慢，HCl的脫除效率可達60%以上；當堿基溶液濃度大于5 mol/L時，HCl的脫除效率較為迅速地下降，尤其當堿基溶液濃度達7.6 mol/L時，脫氯效率陡降至46%左右。可能是由于，堿基物質濃度過高，其經噴嘴霧化后會立刻被煙氣干燥蒸發，造成可以通過充分接觸而去除HCl的氣-液反應時間降低，從而導致脫氯效率大幅度降低。然而，堿基溶液濃度又并非越低越好，因為過低的堿基溶液濃度會增大噴入煙道的吸收液流量，從而導致堿基溶液腐蝕電極，影響機組安全運行。此外，因為脫硫廢水的排放并不是連續排放，因此堿基溶液濃度在一定范圍內可以變化意義重大。

3 結論

本文通過對影響燃煤電廠煙氣脫氯反應效率中試試驗研究，得出如下結論：

1) 相比于與煙氣流動方向相同的順噴，逆噴可以增大霧化角，增強霧化液滴與煙氣的混合。同時，在距離噴嘴相同距離下，或者在相同噴堿液量的工況下，逆噴的溫降低于順噴。綜合考慮，在進行工業應用時盡量選擇逆噴方式。

2) 無論是順噴還是逆噴，噴堿液量與溫降成正比，與煙氣溫度成反比。且與脫硫廢水回噴相比，煙氣脫氯技術所造成的溫降更小，更有利于實現脫硫廢水零排放。

3) 堿基溶液濃度對煙氣脫氯效率有一定的影響，當脫硫廢水排放量變化時，為了減少不必要的試劑浪費，更好地實現煙氣脫氯技術基本保持穩定及廢水零排放，可在一定幅度上改變堿基溶液濃度。如，當選取NaOH作為堿基物質時，其溶液濃度在1.69 mol/L～5.06 mol/L為最佳。