烟气脱硫系统中石膏雨的综合治理方法

陈凌云

（神华陕西国华锦界能源有限责公司，陕西神木719319）

目前，国内大多数发电企业都安装了烟气脱硫系统。采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的火力发电厂，在“湿烟囱”排放过程中易出现石膏雨现象，不仅对发电厂的运作安全带来一定的危害，而且对周围的生态环境带来污染。因此，通过对石膏雨形成的原因进行分析，寻找合理有效的治理措施，从而可以最大程度减少石膏雨现象的产生。同时希望能够引起业内人士和有关部门的重视和关注，提高电厂脱硫系统的环保效益。

1 烟气脱硫系统中石膏雨成因分析

“石膏雨”包含了两层含义：“石膏”和“雨”，“石膏”指的是石膏浆液；“雨”指的是净烟气中饱和水形成的冷凝液液滴。

1.1 “石膏”的成因

“石膏”是烟气中夹带的石膏浆液随烟气排放落到地面形成的。脱硫装置净烟气中的石膏浆液主要来源于吸收塔喷淋层喷嘴雾化后的细小液滴，石膏浆液经喷嘴雾化后雾滴直径一般在920 μm，经碰撞后会产生少量在15 μm左右。在经过除雾器后，一般会除去99.99%的不小于22 μm雾滴，同时还可以去除50%的15～22 μm液滴，15 μm以下的雾滴无法拦截，因此净烟气中有一定量的石膏浆液是必然的。但是如果烟气在除雾器处的流速超过设计值，除雾器的效果将大大降低，甚至失效，除雾器也会在高速的烟气下发生二次携带现象，大量的石膏浆液将会随烟气被带入烟囱，形成净烟气带浆现象。

“石膏”的形成与多方面的因素有关，主要包括除雾器的除雾效果、吸收塔的设计、运行操作等。

1.2 “雨”的成因

“雨”就是净烟气中冷凝液，其形成的直接原因是烟气除了含有饱和水蒸气外，还携带有未被除雾器除去的液滴，烟气的水份主要是从除雾器中逃逸的雾滴组成。

其形成的间接原因是饱和烟气绝热膨胀及接触烟道及烟囱内壁形成的冷凝物。饱和湿烟气在烟囱上升过程中，烟气压力降低，绝热膨胀后促使烟气降温，形成非常细小的液滴（直径＜1 μm），绝热膨胀在烟囱中产生最大数量的雾滴。在烟囱内部，由于受惯性力的作用，烟气夹带的较大水滴撞到烟道和烟囱壁上，并与壁上冷凝液结合，并受气流影响重新被带入烟气，这些重新被带出的液滴直径通常在100～500 μm，其数量取决于壁面的特性和烟气流速。粗糙的壁面、较高的烟气流速会使夹带液滴量增加。

“雨”形成的另外一个原因是环境因素的影响，通常情况下，环境气温低及气压低会造成“雨”的出现。如前所述，脱硫后的烟气温度通常在50℃左右，与未脱硫的原烟气直排相比，脱硫后的净烟气在抬升高度及扩散能力方面相对较差，因此当脱硫后烟气从烟囱排出时，由于烟温与环境温度相差较大，烟气来不及扩散，烟气中的饱和态水遇冷变成过饱和状态，最终成为冷凝液落到地面形成“雨”，烟气排放温度与环境温度相差越大，越容易形成“雨”。

2 石膏雨综合治理方法

在WFCD的设计和建设过程中充分考虑烟气通过吸收塔后净烟气温度、水分含量的情况采取改进措施。一方面可增强除雾效果、减少烟气中的雾滴携带，另一方面可提高烟温，强化烟气的抬升和扩散，减弱、甚至消除火电厂周边区域的“石膏雨”现象。

2.1 强化除雾器效果

大量雾滴逃逸是湿法烟气脱硫系统净烟气中液滴形成的直接原因，雾滴逃逸与吸收塔内烟气流速、除雾器效率和冲洗效果有着直接关系，所以WFGD系统除雾器设计上需要对入口烟气量与设计参数的偏差、烟气流速的大小、除雾器的选型等方面进行充分考虑。

除雾器效率对湿法烟气脱硫系统后部烟道系__统具有重要影响，在安装GGH的情况下，除雾器堵塞失效会造成大量石膏浆液随烟气至GGH波纹板，是导致WFGD系统中GGH结垢的重要原因。相同条件下，烟气携带石膏浆液的能力会随着吸收塔流速的提高而增强，在吸收塔内，将烟气流速控制到3.5m/s以下可以有效减少浆液携带。烟气进入除雾器以后，在临界烟气流速范围内，除雾器对液滴分离能力随烟气流速增大而提高，当烟气流速超过除雾器临界流速后，除雾器除雾能力迅速下降，除雾器烟气流速高于8m/s后，就会出现严重的二次携带，造成除雾效率急剧下降。影响除雾效率的因素主要包括叶片间距、布置级数、除雾器叶片形式，在布置中采取多级除雾器，以及强化除雾器的冲洗都可以增强烟气除雾效果。

在除雾器结构形式和布置方式一定的情况下，影响除雾效果的主要因素是除雾器烟气流速与气流分布的均匀性。如果除雾器各部位烟气通流量不均，将加重除雾器局部堵塞现象，堵塞以后烟气流动通道变小，使得烟气流速增加，携带石膏浆液能力进一步加强。通常靠近烟道壁面附近烟气流速高，所以在烟道内设置导流板，可以减少除雾器入口烟气扰动，使烟气均匀进入除雾器，提高除雾器工作效率。在吸收塔上部扩径，增加除雾器区域面积，降低烟气流速，也可以减少被带出除雾器的石膏浆液雾滴。

2.2 增加烟气加热装置

将脱硫后的净烟气加热至过热状态，且保证烟气在烟囱出口仍适度过热，可以有效减弱尾部烟道和烟囱的腐蚀。提高烟气温度可以增强烟气抬升、扩散效果，使烟气在排出烟囱以后，能够实现充分稀释，从而减弱烟囱周围的“石膏雨”现象。但是对净烟气进行加热，不能以降低烟气的净化效率为代价。

最直接的烟气加热方法是通过烟气旁路系统，用未脱硫的部分高温烟气与从吸收塔出来的净烟气混合以后排放。对脱硫要求不太严格的情况下可以采用这种烟气加热方法，但是采用原烟气混合的方式加热低温净烟气严重削弱了烟气的脱硫效果，通常不采用。可以考虑下面几种在工程中得到应用的WFGD净烟气加热技术。

2.3 优化烟囱设计

如果烟气内的液滴在排出烟囱之前能够有效收集，也可以减弱“石膏雨”现象。排烟中所含的水滴主要来源于烟气夹带的液滴，这部分液滴的直径通常在100～1000μm，还有一部分来自饱和烟气顺着烟囱上升时由于压力下降，绝热膨胀使烟气变冷所形成的直径大约为1μm的水滴，热饱和烟气接触到较冷的烟道和烟囱内壁形成的冷凝物也是烟囱排烟中水滴的来源之一。湿法烟气脱硫系统烟囱设计时，应尽可能减少这些液滴的排出。保持烟囱内筒形线及内衬表面的光滑，烟囱排烟筒内烟气流速不超过酸液液膜撕裂的临界流速，减少烟囱内壁上液体的二次携带，都可以起到良好的效果。

为减少烟流下洗并增强烟气扩散，应保证烟气的出口动量，在烟囱内筒出口处设置变径，烟囱内筒由“直筒型”改为“直筒型+出口收缩段型”有利于减少烟流下洗，便于烟气扩散。欧美等国家烟囱的设计流速一般控制在15m/s左右，烟气流速低，烟囱内的冷凝液不易被烟气带走，而是顺着烟囱壁流下，在低点处收集，这样就可减少烟气中的液滴向外排放。

2.4 烟塔合一技术

采用烟塔合一技术可以利用冷却塔巨大热量和热空气量对脱硫后的湿烟气进行抬升，促进烟气内污染物的扩散，从而减弱“石膏雨”的形成。脱硫后的烟气被送入循环水冷却塔后，冷却塔巨大的热湿空气对脱硫后的净烟气形成一个环状气幕，对脱硫后的净烟气形成包裹和抬升，依靠其动量和携带热量的提高，实现较好的扩散。在设计工况下，120m高的冷却塔对地面造成的SO2、NOx和烟尘年均落地浓度，总体好于240m高烟囱对地面造成的落地浓度。对无烟气换热器的石灰石-石膏湿法脱硫系统，烟塔合一技术不仅可提高火力发电系统的能源利用效率，还可以简化火电厂的烟气系统，减少投资和脱硫系统的运行维护费用。

结语

综上所述，石膏雨问题的治理是一项技术性要求比较高的工作。其治理的好坏不仅影响到许多电力厂脱硫系统的运作生产，而已对周围生态环境也会造成一定的污染。因此，应通过改进除雾器以及优化烟气流场来提高脱硫系统中除雾器的工作效率。同时加强系统运作过程中各项设备的监控，若发现问题应及时制定好治理措施，提高相关技术人员的综合技能。从而提高电厂烟气脱硫系统的环保效益，推动脱硫产业向着健康蓬勃的方向发展。

[1]付昱，何金起.火力发电厂湿法脱硫“石膏雨”治理方法讨论[J].黑龙江电力，2009（05）.