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摘要：通過對濕法煙氣脫硫工藝過程的分析和系統調試結果，總結出原煙氣中氧量、粉塵、溫度等參數的變化和工藝過程控制、設備運行方式的改變對煙氣脫硫效率的影響規律，對運行實踐有一定的指導意義。
關鍵詞：煙氣脫硫；二氧化硫；脫硫率；影響因素
1 前言
濕式石灰石－石膏煙氣脫硫（以下簡稱FGD）是目前世界上技術最成熟、實用業績最多、運行狀況最穩定的脫硫工藝，脫硫效率在90％以上，副產品石膏可回收利用。杭州半山發電有限公司采用德國斯泰米勒公司石灰石－石膏濕法工藝，處理4、5號爐2×125 MW機組的全部燃煤煙氣，最大處理煙氣量1．0×106 m3／h（濕），脫硫率在95％以上，FGD出口SO2排放濃度＜180 mg／m3，作為煙氣脫硫的副產品石膏，其純度＞90％，含水率＜10％。
濕法煙氣脫硫工藝涉及到一系列的化學和物理過程，脫硫效率取決于多種因素。在原料方面，工藝水品質、石灰石粉的純度和顆粒細度等直接影響脫硫化學反應活性；在工藝控制方面，石灰石粉的制漿濃度、石膏旋流站排出的廢水流量設定等都與脫硫率有關，而FGD關鍵設備的運行和控制方式將決定脫硫效果和終產物石膏的品質；機組原煙氣參數如溫度、SO2濃度、氧量、粉塵濃度等也不同程度地影響脫硫反應進程。本文旨在探討原煙氣與脫硫劑的接觸反應時間、原煙氣參數的變動、吸收塔漿液pH值、石膏漿液密度等因素對煙氣脫硫效率的影響規律，為優化系統運行、提高脫硫效率提供參考。
2 濕法脫硫工藝過程分析
FGD包括增壓風機、氣－氣加熱器、吸收塔、石灰石制漿系統、石膏脫水系統和廢水處理等部分，其中吸收塔是煙氣脫硫反應的關鍵部分，見圖1所示。濕法煙氣脫硫工藝的主要原理是以石灰石漿液作為脫硫劑，在吸收塔（洗滌塔）內對含有SO2的煙氣進行噴淋洗滌，使SO2與漿液中的堿性物質發生化學反應生成CaSO3和CaSO4而將SO2去除，其化學反應如下：
氣相部分：SO2＋H2O＋1／2O2→H2SO4
液相部分：H2SO4＋CaCO3＋H2O→CaSO4•2H2O ＋CO2↑
吸收塔由兩層攪拌器（上、下各3臺）、漿液噴淋盤（4層，交錯排列）、兩級除霧器組成，在添加新鮮石灰石漿液的情況下，石灰石、石膏和水的混合物通過4臺循環泵至噴淋盤，漿液經噴嘴霧化成霧滴，從上部向下噴灑。煙氣分別
4、5號爐煙道引出，經增壓風機至氣－氣加熱器，煙溫從135℃降至100℃左右，然后進入吸收塔下部，在塔內上升過程中與霧滴充分接觸，大部分SO2、SO3、HCl等從煙氣中去除，反應后的凈煙氣通過除霧器，以除去夾帶的液滴，然后進入氣－氣加熱器被加熱后排至煙囪。
在吸收塔內，通過氧化風機將空氣引入到漿液中，再經攪拌器攪拌使氧充分注入漿液，這樣既保證了被吸收的SO2與漿液反應后生成的HSO3－完全氧化成SO42－，又減少了漿液發生結垢的可能性，使石膏CaSO4•2H2O結晶析出，在吸收塔內停留一定時間后，通過石膏外排泵送至石膏旋流站。經旋流器分離的高濃度石膏漿液進入真空皮帶機脫水形成水分少于10％的石膏，低濃度的旋流溢流液則返回至吸收塔繼續反應或進入廢水處理系統。
從濕法煙氣脫硫工藝過程和化學反應歷程不難發現，提高煙氣與混合漿液的接觸反應時間、增加漿液循環量、增加氧量、控制吸收塔漿液合理的pH值等措施都將有利于SO2的吸收、脫硫率的提高和石膏的形成。
3 影響脫硫率的因素分析
濕法煙氣脫硫效率與原煙氣參數和設備運行方式等有直接關系，而且許多因素是共同作用的。半山發電廠4、5號機組燃煤平均含硫率為0．8％，進入吸收塔的煙氣中SO2濃度在1500 mg／m3（干）左右，由于煤種的變換，實際運行中SO2進口濃度在900 mg／m3～3500 mg／m3之間波動，脫硫率也不十分穩定，當原煙氣中SO2突然升高時，脫硫率會有所下降，但若能有效地控制設備運行方式，就能保障FGD有較高而穩定的脫硫率。表1收集了在FGD整套啟動調試和試運行期間，比較典型的各種工況下的運行參數，從中可以發現吸收塔漿液pH變化、循環泵運行方式、氧化風機投運臺數等對脫硫率的影響規律。
3．1煙氣與脫硫劑接觸時間
煙氣自氣－氣加熱器進入吸收塔后，自下而上流動，與噴淋而下的石灰石漿液霧滴接觸反應，接觸時間越長，反應進行得越完全。每層噴淋盤對應一臺循環泵，排列順序為1、2、3、4號自下而上（見圖1），4號循環泵對應的噴淋盤位置最高，與煙氣接觸洗滌的時間最長，因此投運4號循環泵有利于煙氣和脫硫劑充分反應，相應的脫硫率也高。從表1實際運行的情況可以發現，在處理1臺機組煙氣時，不論運行哪3臺循環泵都能保持很高的脫硫率，而運行2臺循環泵時如果開啟4號循環泵，則脫硫率可比運行其它循環泵時的脫硫率高出1～2％，效果顯著；處理2臺機組煙氣時，2、3、4循環泵聯合運行時的脫硫率要比1、2、3號泵聯合運行時高出3％以上，可見，4號循環泵的投運對提高脫硫率效果顯著，3號循環泵的影響次之，2號、1號依次減弱，也就是說，煙氣與脫硫劑的接觸時間越長，脫硫率越高。另外，新鮮的石灰石漿液是通過3號或4號循環管注入的，所以3、4號循環泵的投運與否將直接影響脫硫率。
3．2 漿液循環量
新鮮的石灰石漿液噴淋下來后與煙氣接觸后，SO2等氣體與石灰石的反應并不完全，需要不斷地循環反應，從表1可以發現，運行3臺循環泵的脫硫率明顯高于只運行2臺的工況。原因是增加了漿液的循環量，也就加大了CaCO3與SO2的接觸反應機會，從而提高了SO2的去除率。此外，增加漿液的循環量，將促進混合漿液中的HSO3－氧化成SO42－，有利于石膏的形成。
3．3 吸收塔漿液pH值
煙氣中SO2與吸收塔漿液接觸后發生如下一些化學反應：
SO2＋H2O＝HSO3－＋H＋
CaCO3＋H＋＝HCO3－＋Ca2＋
HSO3－＋1／2O2＝SO4 2－＋H＋
SO42－＋Ca2＋＋2H2O＝CaSO4•2H2O
從以上反應歷程不難發現，高pH的漿液環境有利于SO2的吸收，而低pH則有助于Ca2＋的析出，二者互相對立，因此選擇一合適的pH值對煙氣脫硫反應至關重要。為此我們做了一次試驗，在連續一段時間（10 h）內，人為調整石灰石漿液進吸收塔的流量，使漿液的pH值先從小到大，然后又逐漸減少，圖2反映了pH變化時，脫硫率及漿液中CaCO3、CaSO4•2H2O含量的變化曲線。
通過試驗發現，在一定范圍內隨著吸收塔漿液pH的升高，脫硫率一般也呈上升趨勢，因為高pH意味著漿液中有較多的CaCO3存在，對脫硫當然有益，但pH＞5．8后脫硫率不會繼續升高，反而降低，原因是隨著H＋濃度的降低，Ca2＋的析出越來越困難，當pH＝5．9時，漿液中CaCO3的含量達到2．98％，而CaSO4•2H2O含量也低于90％，顯然此時SO2與脫硫劑的反應不徹底，既浪費了石灰石，又降低了石膏的品質，pH再下降時，CaSO4•2H2O含量又回升，CaCO3則降低。因此，漿液pH值既不能太高又不能太低，一般情況下控制吸收塔漿液的pH在5．4～5．5之間，能使脫硫反應的Ca／S保持在設計值（1．02左右）內，獲得較為理想的脫硫率，同時又使漿液中CaCO3的含量低于1％。
3．4氧量
O2參與煙氣脫硫的化學過程，使4HSO3－氧化為SO42－，圖3顯示了接收二臺機組煙氣時，在煙氣量、SO2濃度、煙溫等參數基本恒定的情況下氧量對脫硫率的影響曲線，隨著煙氣中O2含量的增加，CaSO4•2H2O的形成加快，脫硫率也呈上升趨勢。當原煙氣中氧量一定時，可入為往吸收塔漿液中增加氧氣，所以多投運氧化風機可提高脫硫率。當煙氣中O2含量為6．0％時，運行2臺氧化風機比運行1臺氧化風機的脫硫率高出2％左右。
3．5 石膏漿液密度
隨著煙氣與脫硫劑反應的進行，吸收塔的漿液密度不斷升高，通過吸收塔漿液化學成分的取樣分析結果，當密度＞1085 kg／m3時，混合漿液中Ca－CO3和CaSO4•2H2O的濃度已趨于飽和，CaSO4•2H2O對SO2的吸收有抑制作用，脫硫率會有所下降；而石膏漿液密度過低（＜1075 kg／m3＝時，說明漿液中CaSO4•2H2O的含量較低，CaCO3的相對含量升高，此時如果排出吸收塔，將導致石膏中Ca－CO3含量增高，品質降低，而且浪費了脫硫劑石灰石。因此運行中控制石膏漿液密度在一合適的范圍內（1075～1085 kg／m3），將有利于FGD的有效、經濟運行。
3．6 煙塵
原煙氣中的飛灰在一定程度上阻礙了SO2與脫硫劑的接觸，降低了石灰石中Ca2＋的溶解速率，同時飛灰中不斷溶出的一些重金屬如Hg、Mg、Cd、Zn等離子會抑制Ca2＋與HSO3－的反應。試驗證明，如果煙氣中粉塵含量持續超過400 mg／m3（干），則將使脫硫率下降1％～2％，并且石膏中CaSO4•2H2O的含量降低，白度減少，影響了品質。
3．7 煙氣溫度
實際運行過程中，機組負荷變化較頻繁，FGD進口煙溫也會隨之波動，對脫硫率有一定的影響。理論上進入吸收塔的煙氣溫度越低，越利于SO2氣體溶于漿液，形成HSO3－，所以高溫的原煙氣先經過氣－氣加熱器降溫后再進入吸收塔與脫硫劑接觸有利于SO2的吸收。實際運行結果也證實了這一點，在處理二臺機組煙氣、運行2、4號循環泵、進口煙氣SO2濃度和氧量基本不變的工況下，當進入吸收塔的煙溫為96℃時，脫硫率為92．1％；當煙溫升到103℃時，脫硫率已下降至84．8％，而接收一臺機組煙氣時煙溫對脫硫率的影響就更明顯了。
4 結論
（1）濕法煙氣脫硫過程中，煙氣與脫硫劑的接觸反應時間越長、吸收塔漿液循環量越多越有利于脫硫率的提高。
（2）進入吸收塔的原煙氣中O2含量高、粉塵濃度低、煙溫低等都對脫硫反應有利，當氧量一定時，增開一臺氧化風機能提高脫硫效率。
（3）保持吸收塔漿液pH在5．4～5．5之間，可使FGD保持較好的脫硫效果和石膏品質，pH太高不利于Ca2＋的析出和石灰石的充分利用，pH過低則影響SO2的吸收。
（4）吸收塔漿液密度過高會降低脫硫率，過低時脫硫劑的利用不徹底，保持漿液密度在1075～1085 kg／m3之間，可獲得較好的脫硫效果
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