湿法脱硫烟气中细颗粒物的分析及解决途径

胡 昕

（湖北西塞山发电有限公司，湖北 黄石 435000）

1 湿法脱硫烟气处理的发展现状

目前，燃煤电厂的大气污染物是环境污染治理的主要对象，我国生态环境部对火电厂的环保设施提出了更高的运行要求，只有通过超低排放技改，环保设施才能满足新的排放标准[1]。烟气净化技术的不同阶段，减少脱硫后粉尘颗粒物的含量是净化烟气的主要途径，也是达成烟气净化目标的重点目标。

湿法烟气脱硫技术是烟气脱硫中应用最广的重要技术，最近几年的研究显示，石灰石-石膏法脱硫系统尽管能够有效去除二氧化硫和粒径较大的粉尘，但是对2.5 μm以下的颗粒物的收集效果并不理想[2]。而且，随着粒径减小，脱除效率明显降低。

在湿法脱硫过程中，其烟气中的细颗粒会不断地发生变化，其粒径分布、浓度乃至雾化构成都会有所调整。在这一过程中，细颗粒和脱硫浆液混合在一起，造成脱硫后，脱硫物质极易吸附于细颗粒外层，影响颗粒的性质[3]。同时，因为发生化学反应、蒸发、结晶等现象，脱硫后颗粒物的浓度出现较大的变化，粒径也有一定的调整，进而影响颗粒物的排放。所以，对湿法脱硫工艺进行分析，解读工艺中细颗粒的变化特征，人们就可以限制细颗粒的排放。

2 石灰石-石膏湿法脱硫工艺流程

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺为目前燃煤电厂应用最广的脱硫工艺，简称为FGD，其工艺的基本原理是利用液态悬浮液（主要成分为碳酸钙）吸收烟气中的二氧化硫，吸收剂为石灰石粉，石膏为最后的脱硫副产物。湖北西塞山发电有限公司#3、#4炉均采用水媒式烟气换热器（MGGH），在锅炉空预器出口与电除尘器入口水平烟道安装烟气冷却器，将锅炉排烟温度降低至90±5℃进入电除尘器，锅炉引风机出口经除尘后的全部烟气分别经水平烟道进入脱硫系统，经增压风机后进入吸收塔。在塔内洗涤脱硫后的烟气经管束式除雾器除去雾滴，然后经脱硫吸收塔出口水平烟道上设置的烟气再热器，将吸收塔出口的净烟气加热到不低于80℃，从净烟气出口挡板门经烟囱排入大气。

吸收塔为一炉一塔单元布置。原烟气从吸收塔中部进入吸收塔后，原烟气中的SO2与喷淋下来的石灰石/石膏浆液逆流接触发生化学反应，生成亚硫酸钙，并被氧化风机鼓入的空气强制氧化成硫酸钙，结晶后生成石膏。原烟气净化后，进入吸收塔顶部的除雾器，净烟气中的浆液小雾滴被除雾器进行液滴捕捉后，进入净烟气烟道。吸收塔内石膏浆液通过石膏排出泵，送至石膏浆液缓冲箱，再经石膏浆液缓冲泵送至石膏旋流器进行一级脱水，石膏旋流器底流含固量约50%，重力自流至真空皮带脱水机进行二级脱水，脱水后的产物为含水量小于10%石膏，经石膏布料皮带机送至石膏库；石膏旋流器溢流浆液通过溢流水泵返回吸收塔进行循环利用。真空皮带脱水机滤液水经滤液泵打入溢流箱或石灰石制浆系统，进行循环利用。

3 湿法脱硫烟气粉尘的特征

3.1 烟气粉尘特征分析方式

为了精确地检测出脱硫后的湿烟气粉尘特征，本研究运用ELPI（电子低压冲击器）设施，评测烟气粉尘的特征。这一设备是产自芬兰Dekati公司的一种比较领先的气溶胶粒子分布和浓度监测仪器。运用此种仪器，人们能够跟踪监测颗粒物的粒子分布，判定其颗粒物的浓度范围。同时，此种仪器还能够对燃烧期间出现的颗粒物的特性做出全面研究和分析。借助ELPI仪器，人们能够检测很多颗粒物在瞬间状态下的颗粒物粒径分布，判定它们的分布浓度，得出颗粒物的粒子状态和粒径区间。

3.2 石灰石-石膏湿法脱硫工艺粉尘特征

经过试验得知，FGD烟气粉尘的特征呈现出如下特征：在进行脱硫处理前，颗粒物表现出独特的双峰状态，而且从质量浓度的层面分析，颗细颗粒物的粒径相对较大，在所有颗粒物中，占比比较突出。而经过湿法脱硫处理后，细颗粒物的粒径有了比较明显的变化，其粒径的分布范围变得相对较小，此种类型的颗粒物浓度有明显提升，逐步占据更大的比例，从数目层面看，还有逐步增长的趋势。

经过比较脱硫处理前后，颗粒物的质量浓度出现明显的不同，颗粒物的粒径会随着脱除效率的改变而逐步变化。伴随颗粒物粒径数值的缩减，各种颗粒物的脱除效率会不断降低。根据试验得知，湿法脱硫处理能够有效减少粒径超过2.5 μm以上的颗粒物，至于PM2.5，尤其是粒径小于1 μm的细小颗粒，则无法有效去除。

4 湿法脱硫烟气中颗粒物的解决途径

在对湿法脱硫烟气中细颗粒物进行分析的基础上，笔者发现，想要降低湿法脱硫后的烟尘浓度，必须根据脱硫烟气中细颗粒物粒径分布的差别，在新环保设备的协助下，对烟气中的细颗粒物进行处置[4]。降低脱硫烟气中细颗粒物有以下解决途径。

4.1 提高除尘器效率

提高除尘器的效率，控制烟气中飞灰的含量，使FGD装置入口烟尘浓度在设计值范围内，可直接降低脱硫烟气中的细颗粒物。经吸收塔洗涤后，烟气中约75%的飞灰留在浆液中。飞灰中的F-、Cl-在一定程度上阻碍了石灰石的消融，降低了石灰石的消融速率，导致浆液pH值降低，脱硫效率下降。同时，飞灰中的一些重金属如Hg2+、Mg2+等离子，会抑制Ca2+与HSO3

-的反应从而影响脱硫效率，此外，飞灰还会降低副产品石膏的品质，增加脱水系统管路堵塞、结垢的可能性。

4.1.1 除尘器设备的选定

各厂会根据除尘效率、除尘器的阻力等方面综合考虑选定合适的除尘设备。其中，布袋除尘器的除尘效率最高，阻力最大。电袋除尘器除尘效率较高，阻力低于布袋除尘器。电除尘器阻力最小，其除尘效率低于电袋除尘器。

4.1.2 加强运行管理，提高除尘效率

加强运行管理，根据煤种变化、锅炉燃烧、机组负荷等工况变化，合理、时地调整运行参数，提高除尘效率。布袋和电袋除尘器运行期间，需控制除尘器入口烟温和各通道布袋的差压，布袋差压需控制在一定范围内以提高除尘效率，同时电袋除尘器电除尘部分可通过高压参数的设定来提高除尘效率。电除尘器运行期间需注意入口烟温，高频电源可通过提高高压参数来提高除尘效率，四、五电场采用高频+脉冲电源，可提高对烟气中细小粉尘的收集。如果运行发现缺陷，就要及时联系检修消除，提高设备运行的可靠性。

4.1.3 加强设备维护管理，提高检修质量

利用停机期间检查除尘器设备，布袋除尘器注意滤袋有无破损情况，如有破损，需及时进行更换，电除尘内部进行精细化检修，确保除尘设备安全、稳定、高效地运行。

4.2 减少脱硫系统出口液滴含量

吸收塔的出口设置有除雾器，以除去经脱硫后烟气中的液滴，液滴中含有的细颗粒物主要有石膏、亚硫酸钙、碳酸钙和粉尘。脱硫后烟气中的液滴含量越小，则烟囱入口烟尘含量就越低。故如何减少脱硫系统出口液滴含量，是提高脱硫系统协同除尘能力的关键。

4.2.1 除雾器的选型

脱硫超低排放中对除雾器会进行改造，如将两层屋脊式除雾器改为三层屋脊式除雾器，选用优质的除雾器品牌，选用管束式除雾器，以降低脱硫系统出口烟气中的液滴含量，提高脱硫系统的协同除尘能力。

4.2.2 防止除雾器堵塞

运行中严格执行防止除雾器堵塞的运行措施，确保除雾器差压正常。FGD入口粉尘含量较高，会加剧除雾器的结垢堵塞，如除雾器堵塞，通过除雾器的气速会提高，除雾效果会进一步变差，烟气中携带的石膏液滴会增加，则烟气中的细颗粒物会增加。

4.2.3 烟气流场保证均匀

提高烟气流场的均匀性，如烟气流场不均匀易造成除雾器的局部堵塞，对除雾器的性能也有重大影响。

4.2.4 调整脱硫系统的运行参数

调整脱硫系统的运行参数，控制吸收塔的pH值和浆液密度。控制合理的pH值，避免出现急剧变化。控制吸收塔浆液密度，浆液中的石膏过饱和度最大不得超过140%，控制石膏浆液浓度在设计范围内。

4.2.5 加强除雾器的维护管理

运行人员加强除雾器冲洗压力、流量、差压等运行参数的监控，发现异常，及时联系检修人员处理。除雾器冲洗阀门故障、除雾器冲洗水水质、冲洗时间及频率等均会影响除雾器的效果。

4.3 脱硫后增加除尘设备

脱硫后安装湿式电除尘器，可进一步脱除烟气内的细颗粒物，降低烟囱入口的烟尘浓度。湿式电除尘器可有效除去有效脱除烟气中粒径不足2.5 μm的颗粒物，包含如下系统：阴极系统、阳极系统、上下气室和供电系统。优点是除尘效率高，缺点是造价高，占地面积较大，运行和维护费用较高，脱硫废水处理量及难度增加。

5 结论

经过试验得知，采用湿法脱硫处理后的烟气颗粒物在两个较小的粒径周围聚集。同时，经脱硫处理后，烟气内粒径较大的细颗粒物数量明显降低，而粒径较小尤其是粒径低于2.5 μm的颗粒物数目的下降则并不明显。在某些特殊的环境下，此种粒径较小的颗粒物的数目还会有一定增加。故要降低脱硫烟气中细颗粒物，首先需提高除尘器效率，减少进入脱硫系统的烟尘浓度，然后通过脱硫运行参数的调控，提高脱硫除雾器的性能，减少脱硫系统出口烟气中的液滴含量，再通过增加脱硫后的除尘设备，最终实现降低烟气中细颗粒物含量的目标。