燃煤电厂影响脱硫效果的成因分析及对策

燃煤电厂影响脱硫效果的成因分析及对策

杨桂忠

辽宁大唐国际锦州热电有限责任公司辽宁省锦州市121000

摘要：近年来，随着现代工业的飞速发展，环境污染问题受到人们的普遍关注，环境保护愈来愈受到各级政府的高度重视，环境治理的力度也在不断加大，废气、废水、固体废弃物环保排放标准不断提高。在大气治理中，燃煤电厂排放的烟气被认为是雾霾产生的主要原因，烟气的超净排放是各级环保部门监管的重点，燃煤电厂烟气中二氧化硫、氮氧化物、粉尘等污染物必须实现达标排放。

关键词：燃煤电厂；脱硫效果；因素

引言：燃煤烟气排放一直以来都是大气污染的一个主要来源，尤其是烟气中的SO2会对大气造成严重污染，导致酸雨的形成，对建筑物和植物产生腐蚀，甚至还可能威胁到人的身体健康。我国是燃煤大国，且每年有一半以上的煤用于燃煤电厂和锅炉，全国80%的电力资源来源于火力发电，即通过煤燃烧产生的热能转化为电能。据相关文献，2015年至今，我国每年SO2排放量达到7142.38t，其中燃煤电厂的排放量占据1/3左右。因此，开发廉价、高效的脱硫工艺显得尤为重要。

1燃煤电厂影响脱硫效率的因素

1.1锅炉烟气二氧化硫含量影响

根据设计，燃煤含硫率小于1.1%，进入脱硫塔烟气中的SO2浓度≤3104mg/Nm3。在设计范围内，可通过调节浆液循环泵的运行方式，调节石灰石浆液的循环量；调节氧化风机的开度调整氧化风量，达到最佳脱硫效果。如果超过此上限，即使加大浆液循环量喷淋，加强除雾器冲洗，仍有可能排放超标，加大运行参数控制难度和风险。烟气二氧化硫的浓度与燃煤硫份含量成正比，关系如公式（1），与锅炉燃烧工况有一定关系。因此，为了提高脱硫效率，要严控燃煤的硫份含量和锅炉燃烧工况。

（1）

———未脱硫时燃料的烟气理论SO2排放浓度，mg/m3；

St，ar—燃料的收到基全硫含量百分率%；

Qnet.ar—燃料的收到基低位发热量，kJ/kg。

1.2钙硫比的影响

在石灰石-石膏湿法烟气脱硫中，烟气脱硫的钙硫比（Ca/S）是评价和反映FGD装置运行经济性的重要指标，它也是一个取决于石灰石浆液介质特性的操作参数。根据化学反应，一个钙基吸收剂分子可以吸收一个SO2分子，或者说，脱硫1mol的硫需要1mol的钙。实际运行中，由于反应的条件并不处于理想状态，且要保证运行参数的稳定可靠，因此，一般需要增加碳酸钙的量来保证二氧化硫的超净排放。碳酸钙的量依据供浆量和石灰石浆液的浓度调整。

1.3石灰石品质的影响

在石灰石-石膏湿法脱硫装置中，石灰石品质的好坏对脱硫效率的影响较大。石灰石的溶解反应是固液两相反应，其反应速率与石灰石粉颗粒比表面积相关，因此较细的石灰石颗粒的溶解性能好，各种相关反应速率较高，对SO2的吸收和石灰石的利用率都较高。反之将影响SO2的吸收，导致脱硫率降低。石灰石中含有的杂质对石灰石颗粒的溶解起到阻碍作用，导致石灰石活性降低，即降低了石灰石的利用率。同时，杂质中的Mg、Fe、Al等氧化物均为酸易溶物，在进入吸收塔后均能生成易溶的Mg、Fe、Al盐，在浆液循环的过程中，这些盐类逐步富集，将弱化CaCO3在浆液中的溶解和电离，从而影响SO2的吸收效果。

1.4锅炉烟气温度的影响

烟气二氧化硫吸收系统是烟气脱硫系统的核心，其作用是将引入的锅炉原烟气在吸收塔内通过吸收塔浆液的喷淋洗涤去除大量的SO2，喷淋洗涤反应生成的洗涤产物产物在吸收塔底部浆液池中被通入的氧化空气强制反应生成硫酸钙，并在浆液池中富集结晶生成石膏。SO2的吸收过程实际是一个放热反应，SO2的吸收受到烟气温度的直接影响，若进入吸收塔的烟气温度超过了设计值，SO2的吸收会受到抑制，并且造成H2SO3的分解。随着温度的升高，SO2的吸收速率会降低。因此，在实际的脱硫塔装置中，为降低吸收塔内的烟气温度，可采取高温原烟气会经过气气换热器（GGH）降温和通过启动一级喷淋装置降温来实现，如此不仅能促进SO2吸收，还有利于脱硫效率提高。

1.5石膏浆液过饱和度的影响

在脱硫系统运行过程中，SO2的吸收受到浆液池中石膏浆液过饱和度的影响。烟气中的SO2被石灰石浆液吸收后第一步生成CaSO3，在氧化空气作用下进一步氧化生成CaSO4•2H2O，石膏的结晶速度依赖于石膏晶种的过饱和度，当超过某一相对饱和值后，石膏结晶就会在悬浮液内已经存在的石膏晶体上生长，导致吸收塔浆液池表面结垢。此外，晶体还会覆盖那些没有反应的石灰石颗粒表面，从而造成脱硫效率的下降。在正常运行中脱硫系统的过饱和度一般控制在110~130%。

1.6烟气流速的影响

烟气流速的变化也会对脱硫效率产生影响。烟气流速的增大将导致烟气在塔内的停留时间减小，脱硫效率下降。另一方面，烟气流速的增大，将对除雾器收集雾滴造成影响，有可能发生雾滴逃逸现象。提高吸收塔内烟气流速可提高气液两相的湍动，降低烟气与液滴间的膜厚度，提高传质系数。但是，浆液喷淋液滴的下降速度降低，将使单位体积内持液量增大，增大了传质面积，增加了脱硫效率。

2脱硫工艺主要化工原理

经过GGH冷却后，烟气进入脱硫塔并与石灰石浆液接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入空气中的氧气发生一系列的物理、化学反应，生成二水硫酸钙，即石膏。脱硫后的烟气流经除雾器进行除尘除雾，然后再经GGH加热从烟囱排入大气。

物理、化学反应原理及过程如下：

石灰石的溶解：

SO2、SO3的吸收：烟气中的SO2、SO3溶解于浆液微滴的水中，进行下列反应：

与吸收剂的反应：

亚硫酸钙的氧化：

石膏生成：

去除SO2总反应式：

吸收塔氧化区内，氧化空气通过一个分配系统吹入，氧化空气与洗涤产物在搅拌器协助下，在PH值为5.2-6.5浆液中进一步反应生成石膏。石膏晶种逐渐增大，并生成为易于脱水的较大的晶体，新的石灰石浆液通过浆液循环泵也被不断加入这个区域。

3脱硫工艺选择方法探讨

在烟气脱硫中，无论是湿法脱硫技术，还是干法脱硫技术，都具有不同的优缺点，脱硫方向的侧重点也不同。湿法脱硫技术，对二氧化硫普遍具有较高的吸收率（均可以达到90％以上），经济成本较为适中。但是，针对于不同的湿法脱硫技术，有很多局限性。首先，尽管湿法脱硫工艺对二氧化硫具有较高的吸收率，但富含二氧化硫富集液的处理，对工业设备要求（耐磨损）比较高，易结垢堵塞出口，仍需要完善。另一方面，二氧化硫作为原料气必定夹带大量的不溶颗粒及粉尘，需要进行的预处理，不易完成，加大经济成本费用。在全程的反应工艺中，高温气体作为媒介进行反应，需要进行换热降温，对于降温设备有较大的要求，工业复杂性（管路布置、阻力损失、厂区构型等）都会增加。对于干法脱硫技术，应用时间较长，有较多的实际应用经验。而且干法脱硫技术相对于湿法脱硫技术来说，经济成本普遍偏低，而且因地制宜（极其适用于缺水的地方），不易结垢，对设备要求低。对于不同地区的煤能源结构，所生成的副产物均为固体，不会对环境造成二次污染。然而，由于干法脱硫技术无法大面积工业化生产，脱硫率也大约只有70%左右，通常无法达到排放要求，因此干法脱硫技术仍需要进一步改进。对于具体的燃煤电厂而言，其在选择脱硫工艺时除了需要参考相关的技术指标外，还必须懂得运用一些科学的选择方法，以确保最终选择的脱硫工艺具有良好的适用性。

结语

脱硫设备的运行与控制，物料的采购与使用是一项系统工程。在石灰石-石膏湿法脱硫装置中，诸多因素都可能会影响最终的脱硫效果，且这些影响因素错综复杂、相互交织。在实际运行期间应结合设备实际运行状况，参考现场具体情况科学确定各项运行参数，同时做到随时观察、及时调整，一旦出现设备运行异常情况，应及时采取修正措施，尽量恢复设备正常运行，确保达标排放。

参考文献

[1]苏清发，等.脱硫灰/脱硫石膏作为水泥缓凝剂的水化行为[J].硅酸盐学报，2016，44（05）：663-667.

[2]佘晓利，等.燃煤电厂湿法烟气脱硫废水零排放技术进展[J].应用化工，2018，47（1）：160-164.

[3]薛科创.脱硫技术的研究现状[J].当代化工，2014（6）：945-947.