冯斌
摘 要:文章从SO2吸收的双膜理论、影响脱硫效率的主要因素分析等入手,旨在分析影响脱硫效率的各种因素,从而做到有效优化系统运行以及提高脱硫效率。
关键词:脱硫系统;脱硫效率;影响因素
引言
湿式石灰石烟气脱硫工艺的脱硫效率受诸多因素影响,如浆液pH值、吸收塔内空塔烟气流速、钙硫比(Ca/S)、液气比(L/G)、进入吸收塔的烟气SO2浓度和浆液在氧化槽内的滞留时间等。国华沧东发电有限公司2×600MW机组采用石灰石-石膏湿法工艺,脱硫率在99%以上,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,石灰石粉的纯度、活性、粒度等直接影响脱硫化学反应活性;在工艺方面,循环浆液量、氧化风量、含尘浓度、Cl-等都与脱硫率有关;机组原烟气参数如温度、SO2浓度、氧量等也不同程度地影响脱硫反应进程。文章旨在探讨影响脱硫效率的各种因素,为优化系统运行、提高脱硫效率提供参考。
1 SO2吸收的双膜理论
对于SO2在吸收塔中的变化,常用双膜理论予以阐述,如下:首先,通过气膜作用,SO2由气相向气液交界面传递,并溶于液膜表面,然后,通过液膜作用,SO2由气液交界面向液相传递,此时,处于液相主体的SO2与吸收塔内化学物质发生反应,完成被吸收。显然,通过双膜理论可以看出,SO2由气相到气液变化,或由气液向液相变化时,可对其进行吸收调节。
2 影响脱硫效率的主要因素分析
2.1 烟气质量流量
一般情况下,系统中烟气流速与系统中逆流喷淋空塔总气相传质系数之间的关系呈正相关关系,因为系统中提高液滴表面湍流度,减小气、液界面间膜厚度,从而出现以上情况。目前,有关对于全尺寸喷淋空塔研究结果显示在石灰石FGD系统中1/G和NTU的关系呈正相关。而在设计的过程中,喷淋空塔烟气流速一般控制在3-5m/s之间,其中系统除雾器性能决定了烟气流速的最大值。带托盘的逆流喷淋塔系统中,喷淋塔托盘的水力性质决定了最佳烟气流速。在实际工作过程中如果系统烟速过低,可能会导致浆液从托盘底部流出;相反如果流速太高,则容易导致浆液无法从托盘中流出,导致“泛液”现象的出现,导致烟气压降的提高。在顺流填料塔SO2吸收表面一般由循环浆液流填料表面提供,烟气相对流速与流速之间的关系呈正相关,从这方面来看系统总气相传质系数K值会相应的增大。从实验结果分析中可以看出,填料塔中NTU与G-G的关系呈反比,其最佳流速为5-7m/s,这种情况下,填料塔不会出现除雾器的超负荷运行和液滴的过量携带。
2.2 浆液pH值和Ca/S摩尔比
在烟气脱硫过程中对SO2脱除其重要作用的是浆液pH值的液膜增强因子,浆液pH值越高,总质量传质系数K值越大。浆液pH值对FGD的脱硫效率的影响主要体现在以下两个方面:其一是浆液中的碱量随着浆液pH值升高而升高,也就是说烟气脱硫通过中吸收SO2起的H-量增多;其二是浆液pH值循环浆液中含有的未溶解石灰石之间的关系呈正相关,从这方面来看如果浆液中的液相碱量使用完毕,而这种情况下仍然有很多的吸收剂能够使浆液进一步溶解,但是这种溶解方式比较浪费财力。FGD系统中pH值一般控制在为5.0-6.0范围内,Ca/S比范围为1.05-1.10,如果在脱硫过程中商品石膏质量纯度想达到95%以上,必须通过降低PH值来达到。
2.3 烟气中的SO2浓度
在石灰石FGD系统中,当其他条件相同时,脱硫率一般随吸收塔入口烟气SO,浓度的增高而下降。其原因是:较高的入口SO2浓度能使存在于液相中的碱量较快地消耗掉,从而使SO2的吸收受阻于液膜。对全尺寸逆流喷淋吸收塔试验的最新研究成果表明,在石灰石FGD系统中,传质单元数NTU正比于1/SO2。
2.4 浆液含固量及其滞留时间
FGD系统中,主要分析浆液含固量与时间问题,此时系统再循环浆液中固体物上会出现沉淀现象,为了使系统中的CaSO3浓度不至于很大而导致塔内较多结垢,这时必须使浆液中有足够的“晶种”固体物。在此过程中要保障晶体含固量的主要标准为系统中最低含固量为控制在1%-2%范围讷,这样才能维持浆液中存在足够的“晶种”,而在FGD运行时,浆液固含量一般维持在10%-15%范围内。通常情况下,浆液固含量的保真一般通过脱水系统排放浆液取得保障。氧化反应槽容积与浆液向脱水设备平均排放流量比值相同,另外,与固体物总量与固体物平均产出量之间的比值也相同。
在石灰石FGD系统中,固体物在氧化反应槽中的滞留时间通常为12-24h。因系统中应用的大容量循环泵和搅拌器产生的剪切力和对颗粒的冲击会使浆液中生成的石膏晶体破裂和磨损,因此,过长的固体物滞留时间会对脱硫副产物石膏的物理、脱水和处置等性能产生不良影响。另外,滞留时间长会使石膏浆液密度增大,容易产生结垢。
2.5 Cl-浓度
烟气中的SO2、HCl等酸性气体在与液体接触时,生成相应的酸液,其Cl-、SO42-对金属有很强的腐蚀性,对防腐内衬亦有很强的扩散渗透破坏作用。当Cl-一直维持在较高状态运行时,会慢慢渗透衬胶,腐蚀金属设备,导致衬胶脱落。Cl-还会抑制吸收塔内的化学反应,改变PH值,降低SO42-去除率,从而影响脱硫率;Cl-含量增加也会引起石膏脱水困难,使其含水率大于10%。Cl-含量增加严重降低石膏品质,Cl-超标使石膏板不能成型,导致综合利用困难。一般将Cl-浓度控制在20000mg/L以下。
2.6 烟气在线分析仪的影响
我们在每次脱硫率下降时都会将上位机上和脱硫率有关的参数在一张图上对比分析,并多次发现烟气在线分析仪标定时,会造成脱硫率的暂时下降。由于标定是自动进行的,人为无法干预,且以前我们没有把这一现象和脱硫率下降关联,造成了监盘人员为了将脱硫率提上去而盲目添加石灰石浆液量的现象。另外,在线烟气分析仪还会因为测量不准、零点漂移问题影响到脱硫率。我们加强了定期维护和就地上位机比对净烟气SO2含量的办法,使这一问题基本得到了解决。
3 结束语
随着社会发展,火电厂对脱硫系统的需求越来越大,能够保证安全、高效、稳定的运行是每个公司追求的目标,湿法烟气脱硫作为一种较成熟的脱硫工艺,已很多广泛应用,文章着重介绍了影响湿法烟气脱硫效率的几点重要因素,以供火电厂参考。但脱硫系统要完全做到高效、稳定、经济、可靠地运行,还有许多方面值得脱硫设计、运行维护人员研究和改进。
参考文献
[1]李仁刚,管一明.pH值对湿式石灰石烟气脱硫传质反应特性的影响[J].电力环境保护,2002.
[2]时钧,汪家鼎,余国琮,等,化学工程手册(第二版)[M].北京:化学工业出版社,1996.