目前，中國電力能源結(jié)構(gòu)中，煤電約占3/4，而且在今后相當(dāng)長的時期不會有很大的變化。煤燃燒所產(chǎn)生的硫氧化物是大氣污染的主要來源之一。煙氣脫硫（簡稱FGD）是控制SO2 污染的行之有效的方法。在各種煙氣脫硫工藝中，濕法FGD 工藝已有幾十年的發(fā)展歷史，技術(shù)上日趨成熟、完善。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫是利用石灰石漿液來吸收煙氣中的二氧化硫，反應(yīng)后生成亞硫酸鈣，凈化后的煙氣可以達到排放標(biāo)準(zhǔn)。該法具有脫硫效率高，吸收劑來源豐富，價格低廉，副產(chǎn)品可回收利用等特點， 是目前世界上燃煤電廠煙氣脫硫應(yīng)用最廣泛的方法[1]。

1 石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝原理

該工藝的主要反應(yīng)是在吸收塔中進行的， 送入吸收塔的吸收劑-石灰石(石灰)漿液與經(jīng)煙氣再熱器冷卻后進入吸收塔的煙氣接觸混合，煙氣中的二氧化硫(SO2)與吸收劑漿液中的碳酸鈣(CaCO3)以及鼓入的空氣中的氧氣(O2)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)即石膏；脫硫后的煙氣依次經(jīng)過除霧器除去霧滴、煙氣再熱器加熱升溫后，經(jīng)煙囪排入大氣。該工藝的化學(xué)反應(yīng)原理如下[2]：

2 脫硫塔塔型介紹

吸收塔是整個脫硫工藝的核心部分，吸收塔的布局根據(jù)具體功能分為除霧區(qū)、吸收區(qū)和脫硫產(chǎn)物氧化區(qū)。煙氣中的有害氣體在吸收區(qū)與吸收液接觸被吸收；除霧區(qū)將煙氣與洗滌漿液滴及灰分分離；吸收SO2 后生成的亞硫酸鈣產(chǎn)物在氧化區(qū)進一步被鼓入塔內(nèi)的空氣氧化為硫酸鈣。不同的反應(yīng)塔采用不同的吸收區(qū)設(shè)計，通常包括：噴淋塔、填料塔、鼓泡塔、液柱塔等。它們的技術(shù)特點如表1 所示。

2.1 噴淋塔

噴淋塔是氣液反應(yīng)工程中的常用設(shè)備。用于脫硫工程的噴淋吸收塔如圖1 所示。石灰石漿液通過循環(huán)泵送至塔中不同高度布置的噴淋層的噴嘴。噴嘴是用耐磨材料制成的。漿液霧從噴嘴向下噴出形成分散的小液滴并往下掉落，同時，煙氣逆流向上流動， 在此期間， 氣液充分接觸并對二氧化硫進行洗滌。

在煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展過程中， 噴淋塔是最早采用的脫硫反應(yīng)裝置。它的優(yōu)點是能夠形成較大的氣液接觸面積，而同時系統(tǒng)的液氣比可以比較小。但是， 為了保證良好的霧化效果，將漿液噴射形成均勻微小的液滴，循環(huán)泵必須能夠提供足夠的壓力，漿液中的脫硫劑顆粒的尺度也不能太大，否則噴頭容易被堵塞， 這就要求脫硫劑在磨制的過程中必須要達到一定的顆粒度(250 目左右)。因此，該裝置對脫硫劑的磨制過程以及循環(huán)泵的性能要求都比較高。

目前， 世界上運行的脫硫裝置中有相當(dāng)大的一部分為此種噴淋塔，該工藝技術(shù)最成熟，定期維護即能保證裝置的運行穩(wěn)定。國內(nèi)引進的大型電站脫硫裝置中也有不少采用該種反應(yīng)塔型，如德國Steinmuller 公司在北京第一熱電廠，半山電廠和重慶電廠以及日本川崎重工在南寧化工有限公司采用的都是噴淋塔技術(shù)。

2.2 填料塔

脫硫塔最初的形式為TBC(turbulent bed contactor)，使用聚乙烯球或腈泡沫球作為填料， 由于磨損腐蝕以及耐熱性的原因，填料常常被破壞并堵塞漿體輸運管道，系統(tǒng)無法長期穩(wěn)定運行。近年來，濕法脫硫填料塔采用特殊的格柵作為填料，因此這種塔也稱為格柵填料塔(grid tower)，它類似于將規(guī)則的填料整齊地排放。

圖2 為典型的順流式格柵填料塔，塔頂噴淋裝置將脫硫漿液均勻地噴灑在格柵頂部，然后自塔頂淋在格柵表面上并逐漸下流，這樣能夠形成比較穩(wěn)定的液膜。氣體通過各填料之間的空隙下降與液體作連續(xù)的順流接觸。氣體中的二氧化硫不斷地被溶解吸收。處理過的煙氣從塔底氧化池上經(jīng)過，然后進入除霧器。

和噴淋塔一樣， 格柵填料塔也要求脫硫劑具有一定的顆粒度(250 目左右)。在目前的應(yīng)用中，填料中的結(jié)垢堵塞問題還未徹底解決，該系統(tǒng)需要較高的自控能力，保證整個反應(yīng)在合適的狀態(tài)下運行，以盡量降低結(jié)垢的風(fēng)險。日本三菱公司在重慶珞璜電廠一期的石灰石一石膏濕法工藝中采用格柵填料塔，同時配套了復(fù)雜的自控系統(tǒng)來防止結(jié)垢的危害。

2.3 鼓泡塔

噴射鼓泡脫硫塔JBR(Jet Bubbling Reactor)屬于鼓泡反應(yīng)器， 反應(yīng)器的核心區(qū)為射流沸騰反應(yīng)器。如圖3 所示， 反應(yīng)器常常布置在鍋爐除塵器之后， 煙氣經(jīng)過特殊的氣體分配設(shè)備，垂直鼓入脫硫劑漿液面以下， 形成兩相射流后產(chǎn)生沸騰狀氣泡并浮出漿液，在此過程中煙氣中的SO2 與漿液充分接觸反應(yīng)生成亞硫酸鈣。氧化空氣從鼓泡反應(yīng)器的底部進入，經(jīng)分配管線均勻分配到漿液中，使亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣。該工藝對煙氣含塵量的要求較低，在高粉塵濃度條件下，也能夠較好地運行并獲得較高的脫硫率。

該裝置比以上各種脫硫塔省略了再循環(huán)泵、噴嘴，將氧化區(qū)和脫硫反應(yīng)區(qū)整合在一起，整個設(shè)計較為簡潔，降低了投資成本。同時，氣相高度分散在液相當(dāng)中，具有較大的液體持有量和相間接觸面，傳質(zhì)和傳熱效率高。但是，液相內(nèi)部有較大的返混。而且該工藝的系統(tǒng)阻力相對較大，反應(yīng)器的占地面積也比其他方法大。日本千代田公司在重慶長壽化工總廠的脫硫工程中采用了該種裝置。

2.4 液柱塔

液柱塔的結(jié)構(gòu)如圖4 所示。煙氣從脫硫反應(yīng)塔的下部徑向進入反應(yīng)塔，煙氣在上升的過程中與脫硫劑循環(huán)液相接觸，其中的SO2 與脫硫劑發(fā)生反應(yīng)而除去。脫硫后的煙氣經(jīng)過高效除霧器，除去其中的液滴和細(xì)小漿滴，然后從脫硫反應(yīng)塔排出進入氣氣交換器或煙囪。脫硫劑循環(huán)液由布置在煙氣入口下面的噴嘴向上噴射，液柱在達到最高點后散開并下落。在漿液噴上落下的過程中,能夠形成高效率的氣液接觸。和鼓泡塔一樣，該方法對煙氣含塵濃度要求不高，而且方法本身還具有比較高的粉塵脫除率， 對控制水平和脫硫劑粒度要求也不高。

日本三菱公司在山東濰紡化工廠和重慶珞璜電廠二期中采用了液柱塔。清華同方能源環(huán)境公司在沈陽化肥總廠及南京冶煉廠也采用了液柱塔， 表2 為液柱塔的主要工藝參數(shù)[3]。從運行結(jié)果來看，液柱塔技術(shù)充分體現(xiàn)出高效率，防結(jié)垢，易控制等優(yōu)點，該種脫硫裝置具有很好的穩(wěn)定性和實用性。

噴淋塔和格柵塔技術(shù)都比較成熟， 但是分別對噴嘴和填料有較高的要求，否則系統(tǒng)就容易結(jié)垢堵塞。相對而言，新興的JBR 反應(yīng)塔和液柱塔在設(shè)計上就避免了類似情況的發(fā)生，系統(tǒng)的控制水平以及對脫硫劑顆粒的要求也相對降低。

3 濕法煙氣脫硫的主要影響因素

（1）煙氣流速。在其他參數(shù)恒定的情況下，提高煙氣流速可以增強氣液兩相的湍動， 減薄煙氣與吸收漿液之間的膜厚度，增強氣液傳質(zhì)。另外，還能使噴淋液滴的下降速度相對降低，使單位體積內(nèi)持液量增大，提高脫硫效率。但是，煙氣流速的增大也可能造成溢液和煙氣帶水而增加除霧器的負(fù)擔(dān)。此外，煙氣流速的選擇還必須考慮吸收塔的型式。對于FGD 系統(tǒng)中所采用的主流塔型逆流噴淋塔來說， 通常采用的煙氣流速為3～5m/s[4]。

（2）煙氣溫度。根據(jù)SO2 吸收的氣液平衡可知，進入吸收塔的煙氣溫度越低，越有利于SO2 溶于漿液，形成HSO-3。所以高溫的原煙氣先經(jīng)過GGH 降溫后再進入吸收塔有利于SO2 的吸收。但是，煙氣溫度過低也會降低SO2 的吸收速率。

（3）液氣比（L/G）。液氣比是與流經(jīng)吸收塔的單位體積的煙氣量相對應(yīng)的漿液噴淋量。液氣比對脫硫效率的高低有著重要的影響。這是因為，在吸收塔（特別是噴淋塔和盤式塔）的設(shè)計中，循環(huán)漿液量的大小決定了SO2 吸收表面積的大小。在其他參數(shù)恒定的情況下，提高液氣比能提高脫硫效率。胡滿銀等[5]建立了濕法脫硫系統(tǒng)脫硫效率的數(shù)學(xué)模型，并給出了脫硫效率和液氣比之間的關(guān)系式。文獻〔6〕中給出了液氣比與脫硫效率的關(guān)系。

（4）循環(huán)漿液的pH 值。循環(huán)漿液的pH 值是石灰石濕法煙氣脫硫工藝中的重要運行參數(shù)。漿液pH 值升高，降低了液相的傳質(zhì)阻力，有利于SO2 的吸收。較低的pH 值有利于石灰石的溶解和CaSO3·1/2H2O 的氧化， 但漿液的pH 值過低時有較強的腐蝕性， 對設(shè)備、管道的材質(zhì)要求較高； 而pH 較高則有利于SO2的吸收，但如果pH 值過高，將會導(dǎo)致溶液中的SO3 2-和CO32-離子濃度的相對增加， 促使CaSO3 和CaCO3 在石灰石顆粒表面結(jié)晶。對FGD 系統(tǒng)吸收塔pH 值選擇在 5.5～6.0 為宜。

（5）入口SO2 濃度。在其他工況不變的條件下，如果采用含硫量較高的燃煤，隨著入口SO2 濃度的提高，脫硫效率有下降的趨勢。根據(jù)雙膜理論，入口SO2 濃度的升高，使煙氣中的SO2 分壓增大，有利于SO2 的吸收，但在SO2 濃度增大的同時吸收漿液的堿性并未隨之增大， 這就使得吸收反應(yīng)的增強因子減小。但后一種作用的影響更為明顯，這兩種作用的綜合結(jié)果使得傳質(zhì)單元數(shù)減小從而降低了脫硫效率。

（6）漿液停留時間。漿液在漿液池內(nèi)停留時間長將有利于漿液中的石灰石顆粒與SO2 充分反應(yīng)以提高脫硫劑的利用率，并使反應(yīng)生成物CaSO3 有足夠的時間完全氧化生成CaSO4 以獲得粒度均勻、純度高的脫硫石膏。但漿液停留時間過長將會使?jié){液池容積增大，氧化空氣量和攪拌機的容量增大，將增加土建和設(shè)備費用及能耗。FGD 系統(tǒng)的漿液停留時間以12～24h 為宜。

（7）吸收劑。高純度的石灰石有利于SO2 的吸收，有利于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的脫硫石膏。此外，石灰石的粒度大小直接影響有效反應(yīng)面積的大小，通常粒度越小，單位體積的表面積越大，脫硫效率及石灰石利用率越高。但石灰石的純度和粒度過高，將會導(dǎo)致吸收劑制備價格和能耗的上升。通常要求吸收劑的純度在90％以上，粒度在200~300 目。

（8）吸收液的過飽和度。石灰石漿液吸收SO2 后生成CaSO3 和CaSO4，在循環(huán)操作中，飽和或過飽和的溶液會在設(shè)備表面結(jié)垢引起堵塞，故吸收液應(yīng)維持在飽和程度以下。由于CaSO3 和 CaSO4 的溶解度隨溫度變化不大，而且兩者都能強烈發(fā)生過飽和，所以用降溫的方法難以使二者從吸收液中結(jié)晶出來。因為溶解的鹽類在同種鹽的晶體上結(jié)晶比在異類粒子上結(jié)晶要快的多， 故在循環(huán)漿液中加入CaSO4·2H2O 作為晶種， 使CaSO4 的過飽和度降低到正常水平， 可以減輕因為CaSO4 過飽和而引起的結(jié)垢。FGD 系統(tǒng)中循環(huán)漿液的過飽和度應(yīng)控制在110％ -130％。

（9）原煙氣中的飛灰。原煙氣中的飛灰會在一定程度上阻礙SO2 跟吸收劑的接觸，減少了SO2 的吸收表面積，降低了其吸收速率。此外，飛灰中溶出的一些重金屬離子會抑制Ca2＋和 HSO- 3 的反應(yīng)，進而影響脫硫效果。

4 結(jié)論

（1）石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝脫硫效率高，技術(shù)成熟，運行可靠，獲得了廣泛的應(yīng)用。常用的幾種脫硫塔塔型各有優(yōu)缺點，設(shè)計時應(yīng)當(dāng)根據(jù)燃料含硫量、脫硫效率要求等進行選型。

（2）影響脫硫效率的關(guān)鍵參數(shù)有很多，而且他們之間又相互影響。在實際工程應(yīng)用中，要根據(jù)實際情況選擇合適的設(shè)計和運行參數(shù)，既要實現(xiàn)脫硫的高效率，又要兼顧經(jīng)濟上的可行性。

參考文獻

1 朱世勇. 環(huán)境與工業(yè)氣體凈化技術(shù).北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2001

2 任如山. 影響石灰/石灰石濕法煙氣脫硫的因素分析. 新疆環(huán)境保護, 2003, 25（1）

3 萬瑋,等. 簡易液柱式濕法脫硫裝置的試驗研究. 煤炭轉(zhuǎn)化, 2003, 6（1）

4 Radian International LLC. Electric Utility Engineer’ s FGD Manual Volume I-FGD Process Design. 1996

5 胡滿銀,等. 鍋爐運行對濕式脫硫系統(tǒng)性能影響的研究. 華北電力大學(xué)學(xué)報, 2003, 30（4）

6 孔華,等. 液柱沖擊式濕法脫硫裝置的試驗研究. 工程熱物理學(xué)報,2001, 22（5）

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