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)問題和處理方法, 并對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、最適合中國國情且國內(nèi)應(yīng)用最多的高效脫硫工藝, 但在實際應(yīng)用中如果不能針對具體情況正確處理結(jié)垢、堵塞、腐蝕等技術(shù)問題, 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

從電除塵器出來的煙氣通過增壓風(fēng)機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家排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下來。在中國, 有 GGH 的脫硫, 煙囪的最低氣溫一般是80℃, 無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時, 旁路擋板打開, 以使煙道氣繞過二氧化硫脫除裝置, 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、脫水和洗滌后先儲存起來, 然后再從當(dāng)?shù)剡\走。

2　脫硫系統(tǒng)的結(jié)垢堵塞與解決辦法

2. 1　結(jié)垢、堵塞機理

2. 1. 1　石膏終產(chǎn)物濃度超過了漿液的吸收極限, 石膏就會以晶體的形式開始沉積, 當(dāng)相對飽和濃度達(dá)到一定值時, 石膏晶體將在懸浮液中已有的石膏晶體表面進(jìn)行生長, 當(dāng)飽和度達(dá)到更高值時, 就會形成晶核, 同時, 晶體也會在其他各種物體表面上生長, 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, 甚至無氧化發(fā)生的條件下, 可生成一種反應(yīng)物為Ca (SO3) 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, 亞硫酸鹽溶解度急劇上升, 硫酸鹽溶解度略有下降, 會有石膏在很短時間內(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, 會引起亞硫酸鹽析出, 產(chǎn)生軟垢。在堿性pH 值運行會產(chǎn)生碳酸鈣硬垢。

2. 2　解決辦法

①采用強制氧化工藝, 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, 運行中控制溶液中石膏過飽和度最大不超過130%; ④控制溶液的pH 值, 尤其避免運行中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　腐蝕機理

①煙氣中的SO 2、HCl、HF 等酸性氣體在與液體接觸時, 生成相應(yīng)的酸液, 其SO 3 2- 、Cl- 、SO 4 2- 對金屬有很強的腐蝕性, 對防腐內(nèi)襯亦有很強的擴散滲透破壞作用; 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, 落下時對塔內(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)計溫度不相匹配的內(nèi)襯材料是致命的錯誤; ③嚴(yán)把防腐內(nèi)襯的施工質(zhì)量; ④吸收塔現(xiàn)場制作過程中保證焊口滿焊, 焊縫光滑平整無缺陷, 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 = HSO 3 - + H+ CaCO 3+ H+ = HCO 3 - + Ca2+ HSO 3- + 1ö2O 2= SO 4 2- + H+ SO 4 2- + 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, 二者互相對立。pH 值= 6 時, 二氧化硫吸收效果最佳, 但此時易發(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, 二氧化硫的吸收幾乎無法進(jìn)行, 且吸收液呈酸性, 對設(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, 代表氣液接觸機率增加, 脫硫率增大。但二氧化硫與吸收液有一個氣液平衡, 液氣比超過一定值后, 脫硫率將不在增加。新鮮的石灰石漿液噴淋下來后與煙氣接觸后, 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)機會, 從而提高了SO 2 的去除率。

4. 3　煙氣與脫硫劑接觸時間

煙氣自氣- 氣加熱器進(jìn)入吸收塔后, 自下而上流動, 與噴淋而下的石灰石漿液霧滴接觸反應(yīng), 接觸時間越長, 反應(yīng)進(jìn)行得越完全。因此長期投運對應(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

O2 參與煙氣脫硫的化學(xué)過程, 使4HSO3 - 氧化為SO 4 2- , 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。多投運氧化風(fēng)機可提高脫硫率。

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, 同時飛灰中不斷溶出的一些重金屬會抑制Ca2+ 與HSO 3 - 的反應(yīng)。煙氣中粉塵含量持續(xù)超過設(shè)計允許量, 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SO 2 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, 會使SO 2 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(一般設(shè)計在40 000ppm 左右) 允許范圍內(nèi)。

5　結(jié)論

通過以上方法可基本解決實踐中的脫硫技術(shù)問題, 使脫硫效率達(dá)到設(shè)計要求, 確保中國在發(fā)展經(jīng)濟的同時有效地保護好生存環(huán)境、確保人民生活水平的全面提高。

參考文獻(xiàn)

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