发电厂脱硫效率探讨

发电厂脱硫效率探讨

摘要：通过对湿法烟气脱硫工艺过程的分析和系统调试结果，总结出原烟气中氧量、粉尘、温度等参数的变化和工艺过程控制、设备运行方式的改变对烟气脱硫效率的影响规律，对运行实践有一定的指导意义。1前言湿式石灰石－石膏烟气脱硫（以下简称FGD）是目前世界上技术最成熟、实用业绩最多、运行状况最稳定的脱硫工艺，脱硫效率在90％以上，副产品石膏可回收利用。徐州华鑫发电有限公司采用石灰石－石膏湿法工艺，处理1、2号炉2×330MW机组的全部燃煤烟气，最大处理烟气量1．0×106m3／h（湿），脱硫率在95％以上，FGD出口SO2排放浓度＜100mg／m3，作为烟气脱硫的副产品石膏，其纯度＞90％，含水率＜10％。湿法烟气脱硫工艺涉及到一系列的化学和物理过程，脱硫效率取决于多种因素。在原料方面，工艺水品质、石灰石粉的纯度和颗粒细度等直接影响脱硫化学反应活性；在工艺控制方面，石灰石粉的制浆浓度、石膏旋流站排出的废水流量设定等都与脱硫率有关，而FGD关键设备的运行和控制方式将决定脱硫效果和终产物石膏的品质；机组原烟气参数如温度、SO2浓度、氧量、粉尘浓度等也不同程度地影响脱硫反应进程。2湿法脱硫工艺过程分析FGD包括吸收塔、石灰石制浆系统、石膏脱水系统和废水处理等部分，其中吸收塔是烟气脱硫反应的关键部分。湿法烟气脱硫工艺的主要原理是以石灰石浆液作为脱硫剂，在吸收塔（洗涤塔）内对含有SO2的烟气进行喷淋洗涤，使SO2与浆液中的碱性物质发生化学反应生成CaSO3和CaSO4而将SO2去除。在吸收塔内，通过氧化风机将空气引入到浆液中，再经搅拌器搅拌使氧充分注入浆液，这样既保证了被吸收的SO2与浆液反应后生成的HSO3－完全氧化成SO42－，又减少了浆液发生结垢的可能性，使石膏CaSO4·2H2O结晶析出，在吸收塔内停留一定时间后，通过石膏外排泵送至石膏旋流站。经旋流器分离的高浓度石膏浆液进入真空皮带机脱水形成水分少于10％的石膏，低浓度的旋流溢流液则返回至吸收塔继续反应或进入废水处理系统。从湿法烟气脱硫工艺过程和化学反应历程不难发现，提高烟气与混合浆液的接触反应时间、增加浆液循环量、增加氧量、控制吸收塔浆液合理的pH值等措施都将有利于SO2的吸收、脱硫率的提高和石膏的形成。3影响脱硫率的因素分析湿法烟气脱硫效率与原烟气参数和设备运行方式等有直接关系，而且许多因素是共同作用的。华鑫发电公司1、2号机组燃煤平均含硫率为1.3％，进入吸收塔的烟气中SO2浓度在1500mg／m3（干）左右，由于煤种的变换，实际运行中SO2进口浓度在900mg／m3～3500mg／m3之间波动，脱硫率也不十分稳定，当原烟气中SO2突然升高时，脱硫率会有所下降，但若能有效地控制设备运行方式，就能保证FGD有较高而稳定的脱硫率。3.1烟气与脱硫剂接触时间烟气进入吸收塔后，自下而上流动，与喷淋而下的石灰石浆液雾滴接触反应，接触时间越长，反应进行得越完全。烟气与脱硫剂的接触时间越长，脱硫率越高。3.2浆液循环量新鲜的石灰石浆液喷淋下来后与烟气接触后，SO2等气体与石灰石的反应并不完全，需要不断地循环反应，从表1可以发现，运行3台循环泵的脱硫率明显高于只运行2台的工况。原因是增加了浆液的循环量，也就加大了CaCO3与SO2的接触反应机会，从而提高了SO2的去除率。此外，增加浆液的循环量，将促进混合浆液中的HSO3－氧化成SO42－，有利于石膏的形成。3.3吸收塔浆液pH值烟气中SO2与吸收塔浆液接触后发生如下一些化学反应：SO2＋H2O＝HSO3－＋H＋CaCO3＋H＋＝HCO3－＋Ca2＋HSO3－＋1／2O2＝SO42－＋H＋SO42－＋Ca2＋＋2H2O＝CaSO4·2H2O从以上反应历程不难发现，高pH的浆液环境有利于SO2的吸收，而低pH则有助于Ca2＋的析出，二者互相对立，因此选择一合适的pH值对烟气脱硫反应至关重要。在一定范围内随着吸收塔浆液pH的升高，脱硫率一般也呈上升趋势，因为高pH意味着浆液中有较多的CaCO3存在，对脱硫当然有益，但pH＞5．8后脱硫率不会继续升高，反而降低，原因是随着H＋浓度的降低，Ca2＋的析出越来越困难，当pH＝5．9时，浆液中CaCO3的含量达到2．98％，而CaSO4·2H2O含量也低于90％，显然此时SO2与脱硫剂的反应不彻底，既浪费了石灰石，又降低了石膏的品质，pH再下降时，CaSO4·2H2O含量又回升，CaCO3则降低。因此，浆液pH值既不能太高又不能太低，一般情况下控制吸收塔浆液的pH在5．4～5．5之间，能使脱硫反应的Ca／S保持在设计值（1．02左右）内，获得较为理想的脱硫率，同时又使浆液中CaCO3的含量低于1％。3.4氧量O2参与烟气脱硫的化学过程，使4HSO3－氧化为SO42－，接收二台机组烟气时，在烟气量、SO2浓度、烟温等参数基本恒定的情况下氧量对脱硫率的影响曲线，随着烟气中O2含量的增加，CaSO4·2H2O的形成加快，脱硫率也呈上升趋势。当原烟气中氧量一定时，可入为往吸收塔浆液中增加氧气，所以多投运氧化风机可提高脱硫率。当烟气中O2含量为6．0％时，运行2台氧化风机比运行1台氧化风机的脱硫率高出2％左右。3.5石膏浆液密度随着烟气与脱硫剂反应的进行，吸收塔的浆液密度不断升高，通过吸收塔浆液化学成分的取样分析结果，当密度＞1085kg／m3时，混合浆液中Ca－CO3和CaSO4·2H2O的浓度已趋于饱和，CaSO4·2H2O对SO2的吸收有抑制作用，脱硫率会有所下降；而石膏浆液密度过低（＜1100kg／m3＝时，说明浆液中CaSO4·2H2O的含量较低，CaCO3的相对含量升高，此时如果排出吸收塔，将导致石膏中Ca－CO3含量增高，品质降低，而且浪费了脱硫剂石灰石。因此运行中控制石膏浆液密度在一合适的范围内（1130～1160kg／m3），将有利于FGD的有效、经济运行。3.6烟尘原烟气中的飞灰在一定程度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触，降低了石灰石中Ca2＋的溶解速率，同时飞灰中不断溶出的一些重金属如Hg、Mg、Cd、Zn等离子会抑制Ca2＋与HSO3－的反应。试验证明，如果烟气中粉尘含量持续超过200mg／m3（干），则将使脱硫率下降1％～2％，并且石膏中CaSO4·2H2O的含量降低，白度减少，影响了品质。3.7烟气温度实际运行过程中，机组负荷变化较频繁，FGD进口烟温也会随之波动，对脱硫率有一定的影响。理论上进入吸收塔的烟气温度越低，越利于SO2气体溶于浆液，形成HSO3－，所以高温的原烟气先经过气－气加热器降温后再进入吸收塔与脱硫剂接触有利于SO2的吸收。实际运行结果也证实了这一点，在处理二台机组烟气、运行2、4号循环泵、进口烟气SO2浓度和氧量基本不变的工况下，当进入吸收塔的烟温为96℃时，脱硫率为92．1％；当烟温升到103℃时，脱硫率已下降至84．8％，而接收一台机组烟气时烟温对脱硫率的影响就更明显了。4结论4.1进入吸收塔的原烟气中O2含量高、粉尘浓度低、烟温低等都对脱硫反应有利，当氧量一定时，增开一台氧化风机能提高脱硫效率。4.2保持吸收塔浆液pH在5．4～5．5之间，可使FGD保持较好的脱硫效果和石膏品质，