首页 >  环境保护 >  石灰石/石膏湿法脱硫工艺脱硫效率影响因素

【摘 要】现阶段,我国大气治理市场不断扩大,脱硫脱硝工艺更新迭代,本文阐述石灰石/石膏湿法脱硫工艺的基本原理以及它的应用状况。

本文将以浆液PH值为基准,对影响脱硫效果的因素以及规律进行研究,并从工艺和设备方面简述如何保障湿法脱硫功效,以提升石灰石/石膏湿法脱硫工艺的脱硫效率。一般地,影响脱硫效率因素包括有石灰石的活性、液气比、钙硫比等。

1 引言

燃煤过程中会产生并排放二氧化硫(SO2)造成严重的空气污染,为实现全国SO2的消减目标,就须控制电力行业的SO2排放量。当前我国燃煤机组广泛地运用了石灰石/石膏湿法脱硫(wet  flue gas  desulfurization,以下简称FGD)这种烟气脱硫工艺,FGD的流程、形式和原理在国际上都有着异曲同工之妙。主要运用了包括有石灰石(主要成分是碳酸钙:CaCO3)、石灰(主要成分是氧化钙:CaO)或者碳酸钠(Na2CO3)等浆液作为洗涤剂,烟气通过吸收塔会发生化学反应,进而达到烟气洗涤的效果,从而使烟气中的二氧化硫(SO2)得以去除。最早的石灰石脱硫工艺,是在1927年英国为保护高层建筑,在泰晤士河岸的电厂得以利用,至今已有87年历史。经过不断地对技术、工艺革新完善,如今FGD具有以下优点:脱硫效率高,基本保证为90%,最高可达95%,更甚是98%;机组容量大;煤种适应性强;副产品容易回收;运营成本较低等。本文将从影响脱硫效率的因素参数进行分析,概述其影响的原因,进而为完善FGD系统、提升脱硫效率作理论依据。

2 FGD脱硫原理

这种工艺拥有极其丰富的资源作为吸收剂,能广泛地进行商业化开发,拥有成本低,可回收等优点。当前,作为FGD工艺中应用最为广泛地方法,石灰石/石灰法对高硫煤的脱硫率能保证至少90%,而那些低硫煤则能保证95%的脱硫率。

3 脱硫效率的影响因素

烟气换热器会使燃煤过程中产生的烟气降温冷却,进入吸收塔其中的HCl、HF以及灰尘等都会溶入浆液中,浆液中的水分会吸收SO2、SO3生成H2SO3,其能分解H+和HSO3-,与浆液中的CaCO3发生水反应生成二水石膏,使得浆液的PH值发生变化。为使吸收塔的脱硫效率得以保障,浆液通过循环泵从吸收塔浆池送到塔内喷嘴体系喷淋而下,会向吸收塔内持续输送浆液,使吸收塔内的浆液PH值保持在5~7之间。

3.1 吸收塔内浆液的PH值

吸收塔中浆液吸收掉SO2的程度决定着脱硫效率的高低,而浆液的PH值会使其受到影响。相关实验表明,PH值越高越能吸收SO2,而越低的PH值更能Ca2+,减少成本,此二者要求对立,因此合理控制浆液PH值,不但能最大化提升脱硫效率,还能降低成本。

浆液的PH值是一个缓慢的变化过程,因此也就不能通过监控进行及时控制来达到理想值。随着煤质和荷载的改变,烟气流量不断提升,脱硫效率逐步下降;通力烟气流动速度越快,使得烟气对喷淋浆液的浮力就越高,增加了烟气与浆液的混合时间,却提升了驼鹿效率;虽然烟气流速慢能更好地吸收SO2,但这样容易使烟道发生堵塞等问题。此外,相关数据表明,混合浆液中CaCO4˙2H2O和CaCO3的浓度达到饱和时,其浆液密度ρ=1135Kg/m3,而CaCO3˙2H2O会抑制浆液对SO2的吸收,使脱硫效率降低;而当浆液密度ρ≤1070Kg/m3时,CaCO3的浓度会相对升高,CaCO3˙2H2O的浓度变低,虽然使得脱硫效率增加,但会浪费大量的石灰石浆液,使得成本变高。因此,建议密度范围为[1070,1135]。

所以稳定浆液PH值,不仅是利用阀门来控制浆液的供给量,还需要做一个闭合控制回路,来控制进入浆液中的SO2的量。根据反应方程式:SO2+CaCO3=CaSO3+CO2↑可以得到,CaCO3与SO2的质量关系比为100:64。所以将烟气中SO2的含量作为参照,来控制浆液的供给量不但能满足反应的需求,还能控制PH值。实验表明,当PH<5.6时,ph越高浆液中就存有更多的caco3,脱硫效果越显著,但当ph>5.7时,使得Ca2+难以吸出,脱硫效率变化相对缓慢。低PH值能促进溶解,但不利于脱硫,还会造成设备酸性腐蚀。所以,建议浆液PH值的范围[5.4,5.6]。

3.2 石灰石活性

石灰石中约95%都是方解石,其主要是由CaCO3组成的沉积岩,其常见的杂质有MgCO3、SiO2、Fe2O3、Al2O3。在FGD系统中,会溶解部分MgCO3,但大部分的金属杂质即使在强酸下也不会被溶解。溶解过后的MgCO3虽然会提升脱硫效率,但其中Mg2+浓度过高会影响石膏的沉淀和脱水,进而降低石膏的纯度。SiO2较CaCO3的硬度强,需要更多的浆液原料,且具有腐蚀性,会使设备受到磨损,总而言之SiO2会降低石膏纯度以及石灰石活性。而金属离子会生成氟化络合物分布在石灰石之上,使得PH值相对偏低。所以,石灰石的溶解速率、温度、大小以及溶液中碳酸盐的含量都会觉得石灰石的活性,进而影响脱硫效率。

3.3 液气比

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