摘要: 文章闡述了石灰石- 石膏濕法脫硫工藝的原理, 分析了存在的技術(shù)問(wèn)題和處理方法, 并對(duì)影響脫硫效率的主要因素進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞: 濕法脫硫,技術(shù),應(yīng)用,脫硫效率

大型燃煤工礦企業(yè)在新建、 擴(kuò)建、 或改建中的脫硫技術(shù), 特別是燃煤電廠被得到廣泛的推廣應(yīng)用, 而石灰石- 石膏濕法脫硫是技術(shù)最成熟、 最適合中國(guó)國(guó)情且國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的高效脫硫工藝, 但在實(shí)際應(yīng)用中如果不能針對(duì)具體情況正確處理結(jié)垢、 堵塞、 腐蝕等技術(shù)問(wèn)題, 將達(dá)不到預(yù)期的脫硫效果。

1　石灰石—石膏濕法脫硫工藝及脫硫原理

從電除塵器出來(lái)的煙氣通過(guò)增壓風(fēng)機(jī)BU F 進(jìn)入換熱器GGH, 煙氣被冷卻后進(jìn)入吸收塔A b s, 并與石灰石漿液相混合。 漿液中的部分水分蒸發(fā)掉, 煙氣進(jìn)一步冷卻。 煙氣經(jīng)循環(huán)石灰石稀漿的洗滌, 可將煙氣中95%以上的硫脫除。 同時(shí)還能將煙氣中近100% 的氯化氫除去。 在吸收器的頂部, 煙道氣穿過(guò)除霧器 M e, 除去懸浮水滴。

離開吸收塔以后, 在進(jìn)入煙囪之前, 煙氣再次穿過(guò)換熱器, 進(jìn)行升溫。吸收塔出口溫度一般為50～ 70℃, 這主要取決于燃燒的燃料類型。 煙囪的最低氣體溫度常常按國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下來(lái)。在中國(guó), 有 GGH 的脫硫, 煙囪的最低氣溫一般是80℃, 無(wú)GGH 的脫硫, 其溫度在50℃左右。 大部分脫硫煙道都配備有旁路擋板(正常情況下處于關(guān)閉狀態(tài))。在緊急情況下或啟動(dòng)時(shí), 旁路擋板打開, 以使煙道氣繞過(guò)二氧化硫脫除裝置, 直接排入煙囪。

石灰石——石膏稀漿從吸收塔沉淀槽中泵入安裝在塔頂部的噴嘴集管中。在石灰石——石膏稀漿沿噴霧塔下落過(guò)程中與上升的煙氣接觸, 煙氣中的 SO 2 溶入水溶液中, 并被其中的堿性物質(zhì)中和, 從而使煙氣中的硫脫除。石灰石中的碳酸鈣與二氧化硫和氧(空氣中的氧)發(fā)生反應(yīng), 并最終生成石膏, 這些石膏在沉淀槽中從溶液中析出。石膏稀漿由吸收塔沉淀槽中抽出, 經(jīng)濃縮、 脫水和洗滌后先儲(chǔ)存起來(lái), 然后再?gòu)漠?dāng)?shù)剡\(yùn)走。

2　脫硫系統(tǒng)的結(jié)垢堵塞與解決辦法

2.1　結(jié)垢、 堵塞機(jī)理

2.1.1　石膏終產(chǎn)物濃度超過(guò)了漿液的吸收極限, 石膏就會(huì)以晶體的形式開始沉積, 當(dāng)相對(duì)飽和濃度達(dá)到一定值時(shí), 石膏晶體將在懸浮液中已有的石膏晶體表面進(jìn)行生長(zhǎng), 當(dāng)飽和度達(dá)到更高值時(shí), 就會(huì)形成晶核, 同時(shí), 晶體也會(huì)在其他各種物體表面上生長(zhǎng), 導(dǎo)致吸收塔內(nèi)壁結(jié)垢。

2.1.2　在系統(tǒng)的氧化程度低下, 甚至無(wú)氧化發(fā)生的條件下, 可生成一種反應(yīng)物為 Ca (SO 3 ) 0 . 8 (SO 4 ) 0.21/2H2O , 稱為CSS-軟垢, 使系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢, 甚至堵塞。

2.1.3　吸收液pH 值的劇烈變化, 低pH 值時(shí), 亞硫酸鹽溶解度急劇上升, 硫酸鹽溶解度略有下降, 會(huì)有石膏在很短時(shí)間內(nèi)大量產(chǎn)生并析出, 產(chǎn)生硬垢。 而高 pH 值亞硫酸鹽溶解度降低, 會(huì)引起亞硫酸鹽析出, 產(chǎn)生軟垢。在堿性pH 值運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生碳酸鈣硬垢。

2.2　解決辦法

①采用強(qiáng)制氧化工藝, 使氧化反應(yīng)趨于完全, 控制亞硫酸鈣的氧化率在95%以上, 保持漿液中有足夠密度的石膏晶種; ②嚴(yán)格除塵, 嚴(yán)防噴嘴堵塞; ③ 控制吸收液中水分蒸發(fā)速度和蒸發(fā)量, 運(yùn)行中控制溶液中石膏過(guò)飽和度最大不超過(guò)130%; ④控制溶液的pH 值, 尤其避免運(yùn)行中pH 值的急劇變化; ⑤吸收液中加入二水硫酸鈣或亞硫酸鈣晶種; ⑥向吸收液中加入添加劑如: 鎂離子、 乙二酸; ⑦適當(dāng)?shù)脑龃笠簹獗纫彩窍到y(tǒng)結(jié)垢、 堵塞的重要技術(shù)措施。

3　硫系統(tǒng)的腐蝕與防腐

3.1　腐蝕機(jī)理

①煙氣中的SO 2、 HCl、 HF 等酸性氣體在與液體接觸時(shí), 生成相應(yīng)的酸液, 其SO32-、 Cl-、 SO42-對(duì)金屬有很強(qiáng)的腐蝕性, 對(duì)防腐內(nèi)襯亦有很強(qiáng)的擴(kuò)散滲透破壞作用; ②金屬表面與水及電解質(zhì)形成電化學(xué)腐蝕, 在焊縫處比較明顯; ③結(jié)晶腐蝕, 溶液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽隨溶液滲入防腐內(nèi)襯及其毛細(xì)孔內(nèi), 當(dāng)系統(tǒng)停運(yùn)后, 吸收塔內(nèi)逐漸變干, 溶液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽析出并結(jié)晶, 隨后體積發(fā)生膨脹, 使防腐內(nèi)襯產(chǎn)生應(yīng)力, 產(chǎn)生剝離損壞; ④環(huán)境溫度的影響。由于GGH (蓄熱式換熱器)故障或循環(huán)液系統(tǒng)故障, 導(dǎo)致塔內(nèi)煙溫升高, 其防腐材料的許用應(yīng)力隨溫度升高而急劇降低; ⑤漿液中由于含有固態(tài)物, 落下時(shí)對(duì)塔內(nèi)物質(zhì)有一定的沖刷作用。

3.2　防腐技術(shù)

①合理控制漿液的pH 值; ②選擇合理的FGD (脫硫設(shè)備)煙氣入口溫度, 并選擇與之相配套的防腐內(nèi)襯, 選擇與入口煙溫, 塔內(nèi)設(shè)計(jì)溫度不相匹配的內(nèi)襯材料是致命的錯(cuò)誤; ③嚴(yán)把防腐內(nèi)襯的施工質(zhì)量; ④吸收塔現(xiàn)場(chǎng)制作過(guò)程中保證焊口滿焊, 焊縫光滑平整無(wú)缺陷, 內(nèi)支撐件及框架不能用角鋼、 槽鋼、工字鋼, 應(yīng)用圓鋼、 方鋼為主, 外接管不能用焊接, 要用法蘭連接; ⑤選擇合理的防腐材料。

4　影響脫硫效率的因素分析

4.1　吸收液的pH 值

煙氣中SO 2 與吸收塔漿液接觸后發(fā)生如下一些化學(xué)反應(yīng):

SO 2+ H2O = HSO3-+ H+ CaCO 3+ H+= HCO3-+ Ca2+ HSO3- + 1/2O 2= SO42-+ H+ SO42-+ Ca2+ + 2H2O = CaSO 4·2H2O

從以上反應(yīng)歷程不難發(fā)現(xiàn), 高pH 的漿液環(huán)境有利于SO 2 的吸收, 而低pH 則有助于Ca2+ 的析出,二者互相對(duì)立。pH 值= 6 時(shí), 二氧化硫吸收效果最佳, 但此時(shí)易發(fā)生結(jié)垢, 堵塞現(xiàn)象。而低的pH 值有利于亞硫酸鈣的氧化, 石灰石溶解度增加, 卻使二氧化硫的吸收受到抑制, 脫硫效率大大降低, 當(dāng)pH= 4 時(shí), 二氧化硫的吸收幾乎無(wú)法進(jìn)行, 且吸收液呈酸性, 對(duì)設(shè)備也有腐蝕。具體最合適的pH 值應(yīng)在調(diào)試后得出, 但一般pH 在4～ 6 之間。

4.2　液氣比及漿液循環(huán)量

液氣比增大, 代表氣液接觸機(jī)率增加, 脫硫率增大。 但二氧化硫與吸收液有一個(gè)氣液平衡, 液氣比超過(guò)一定值后, 脫硫率將不在增加。 新鮮的石灰石漿液噴淋下來(lái)后與煙氣接觸后, SO 2 等氣體與石灰石的反應(yīng)并不完全, 需要不斷地循環(huán)反應(yīng), 增加漿液的循環(huán)量, 也就加大了CaCO 3 與SO 2 的接觸反應(yīng)機(jī)會(huì), 從而提高了SO 2 的去除率。

4.3　煙氣與脫硫劑接觸時(shí)間

煙氣自氣- 氣加熱器進(jìn)入吸收塔后, 自下而上流動(dòng), 與噴淋而下的石灰石漿液霧滴接觸反應(yīng), 接觸時(shí)間越長(zhǎng), 反應(yīng)進(jìn)行得越完全。 因此長(zhǎng)期投運(yùn)對(duì)應(yīng)高位噴淋盤的循環(huán)泵, 有利于煙氣和脫硫劑充分反應(yīng), 相應(yīng)的脫硫率也高。

4.4　石灰石粒度及純度

石灰石顆粒越細(xì), 其表面積越大, 反應(yīng)越充分,吸收速率越快, 石灰石的利用率越高。一般要求為: 90%通過(guò)325 目篩或250 目篩, 石灰石純度一般要求為大于90%。

4.5　氧化空氣量

O 2 參與煙氣脫硫的化學(xué)過(guò)程, 使4HSO3-氧化為SO42- , 隨著煙氣中O 2 含量的增加, CaSO 4·2H2O 的形成加快, 脫硫率也呈上升趨勢(shì)。 多投運(yùn)氧化風(fēng)機(jī)可提高脫硫率。

4.6　煙塵

原煙氣中的飛灰在一定程度上阻礙了SO 2 與脫硫劑的接觸, 降低了石灰石中Ca2+的溶解速率, 同時(shí)飛灰中不斷溶出的一些重金屬會(huì)抑制Ca2+與HSO3-的反應(yīng)。 煙氣中粉塵含量持續(xù)超過(guò)設(shè)計(jì)允許量, 將使脫硫率大為下降, 噴頭堵塞。一般要求FGD 入口粉塵含量小于200mg/m 3。

4.7　煙氣溫度

進(jìn)入吸收塔煙氣溫度越低, 越利于SO2 氣體溶于漿液, 形成HSO 3 - , 即: 低溫有利于吸收, 高溫有利于解吸。 通常, 將煙氣冷卻到60℃左右再進(jìn)行吸收操作最為適宜, 較高的吸收操作溫度, 會(huì)使SO2 的吸收效率降低。

4.8　Cl-含量氯在系統(tǒng)中主要以氯化鈣形式存在, 去除困難, 影響脫硫效率, 后續(xù)處理工藝復(fù)雜, 在運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)格控制系統(tǒng)中Cl- 含量(一般控制在20 000ppm 以內(nèi)) ,確保其在設(shè)計(jì)(一般設(shè)計(jì)在40 000ppm 左右)允許范圍內(nèi)。

5　結(jié)論

通過(guò)以上方法可基本解決實(shí)踐中的脫硫技術(shù)問(wèn)題, 使脫硫效率達(dá)到設(shè)計(jì)要求, 確保中國(guó)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)有效地保護(hù)好生存環(huán)境、 確保人民生活水平的全面提高。

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