浅论湿法烟气脱硫技术在火力发电中的应用

刘 剑

（华电四川分公司内江发电厂，四川 内江 641005）

在相当长的一段时间里，我国的能源将以消耗煤炭的火力发电为主。其装机容量和发电量均占全国的80%左右，是名副其实的煤炭消耗大户。因此，我国的二氧化硫主要是来自于煤炭的大量燃烧，而火力发电产生的二氧化硫是大气中二氧化硫的主要来源。能够对火力发电中二氧化硫进行合理的控制，就能有效地减少酸雨发生，利于环境保护。对于促进火力发电的长期持续健康地发展，实现经济效益和环境的全面协调发展具有十分重要的作用。

一、烟气脱硫技术

石灰石的主要成分是碳酸钙，属于强碱性盐，并且难以溶于水。石灰石主要是用作循环浆液与富含二氧化硫的烟气进行接触，使二氧化硫等酸性气体被其吸收，溶解在水中，其产生的氢离子能够促进石灰石的溶解，产生钙离子、二氧化碳，二氧化碳在酸性中是不易存在的，会大部分逸出，钙离子与硫酸根离子结合生成难溶于水的亚硫酸钙，其属于中性产品，不够稳定，不能够露天堆放，必须对其进行强制氧化处理，生成较为稳定的硫酸钙，从而真正地达到脱硫的目的。

火力发电产生的高温气体经过除尘器，进入到脱硫系统中。经过烟气加热器后的气体，在经过湿烟处理后，进入吸收塔，与循环浆进行接触，并被浆液吸收。烟气经过气液分离器之后，经过烟气加热器后排出。循环浆中的水溶液吸收了二氧化硫之后，使溶液的酸性增强，使二氧化碳从其中逸出。由于烟气中含有氧气，导致部分亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，但是氧化率较低，从而容易在设备的内表面垢结，因此，为了避免二次污染，必须要进行强氧化处理，将亚硫酸盐氧化为稳定的硫酸盐。其工艺具有以下的特点：运行稳定并且技术成熟，烟气的处理能力高，脱硫效率能够达到95%；脱硫系统是独立的，不影响发电机组的安全运行。产生的副产品可以进行回收利用，成本低，但是对于材料的选用具有较高地要求。

浆液的酸碱度是脱硫系统的重要参数，理论上越偏向于碱性，对于二氧化硫的吸收效果越好，脱硫的效率也越高，但是，碱性越高对于浆液中的副产品排除越不利，因此，需要将浆液的酸碱度控制在较高的脱硫效率之内。

石灰石是难溶于水的，其活性较小，对于反映的进行是不利的，但是，我们可以通过控制液化比来克服它。通常情况下，吸收设备大多是空塔，不宜采用内部元件较多的设备，液气比越高，脱硫率就会越高，但是，当液气比提高到一定的程度之后，脱硫效率将不再明显地变化，通常将其控制在12L/m2左右。对于石灰石的品质要求也比较高，其品质越高就越有利于二氧化硫地吸收。同时，其产生的副产品的品味也会越高。此外，石灰石中所含有的杂质对于脱硫的效率也是有影响的。

烟气与循环浆液的接触时间决定了空塔内气流的速度，对于二氧化硫的溶解及吸收的速率也是有直接影响的，气流的速度愈小，接触的时间愈长，愈有利于二氧化硫的脱除，降低了系统的阻力，就会造成塔的直径较大，使得成本增加；气流速度愈小，接触时间愈短，二氧化硫不能很好的与浆液接触，使得脱硫率较低，同时会带来阻力增加、除雾难度的增大等问题。因此，合理的气流速度对于脱硫是十分重要的，应该结合实际的生产，综合考虑各方面的相关因素，来确定塔中的流速，通常对于空塔来说，一般气流为3～6m/s。

循环浆液的温度，浆液温度的高低能够影响二氧化硫在水中的溶解度，温度愈高，溶解度就会愈小，脱硫率就会愈低。循环浆液的温度一般为50～55℃。碳酸钙与二氧化硫的加入量应该相同，由于石灰石中还有杂质，所以石灰石的量应该稍微多一点，根据实践经验，当石灰石的加入量与二氧化硫的加入量的比例适中，脱硫率约为95%，由于实际情况的不同，所以应该结合实际情况来确定石灰石的加入量。

二、系统的组成及设备

1 系统组成

烟气脱硫系统一般由石灰石与浆液制备系统、脱硫系统、石膏脱水系统组成。这三部分需要根据具体的情况而定，可以外购石灰粉直接将其配成浆液，石膏的脱水需要根据市场来确定。烟气脱硫系统包括以下部分：由烟气通道、膨胀节、脱硫风机、换热器和脱硫塔等组成的烟气系统；浆液循环系统，石膏浆的派出系统，强氧化系统，冲洗水系统。

2 系统设备

烟气系统最主要的系统是脱硫风机，其类型有三种：离心风机、动叶／静叶可调轴流风机。各有各的特点，需要根据具体的情况进行选定。由于脱硫风机与锅炉的引风机都是进行串行连接的，所以，它们的选型基本相同。有些时候也可以将他们合并为一台。典型的脱硫系统，风机的配置主要有四种：进口侧、出口侧、处理过的烟气进口侧、出口侧。原烟气进口侧：烟气是干的，温度高，含有大量的粉尘，流量大，风机的容量要大，耗电量高，磨损重。出口侧：温度低，烟气量较少，需要注意两个方面：由于密封气体是湿气，经过反应之后，会腐蚀设备；由于硫风机在出气口侧，原烟气处于负压状态，可能带入部分湿烟气，造成腐蚀。因此都需要进行防腐蚀。净气进口侧：烟气的温度低，为饱和的湿润气，烟气量较小，呈酸性，需要考虑防腐蚀，另外，由于净气侧的压力较大，如果密封性不好，可能造成湿润气泄漏，因此，出气口侧需要做防腐处理。净气出口侧：温度约在80度左右，湿度较大，气流量较大，气压较大，容易造成净气泄漏，需要考虑进行考虑防腐措施，并会造成脱硫率下降等后果。通过以上的叙述，可以得出：脱硫风机需要优先考虑原烟气进气口，虽然具有风量大、能耗高等缺点，因风机不需要防腐处理，成本相对较低，维护的任务较少，利于生产者的管理，同时，在国内就能够采购，利于实现国产化。

脱硫塔是脱硫系统的核心设备。种类较为繁多，当前使用广泛的是空塔及其类似的设备。空塔是由浆液槽、强氧化喷嘴、浆液搅拌器等组成，浆液槽分为氧化和结晶两个部分，烟气进入之后，与浆液进行充分地接触，完成去尘，去二氧化硫的过程，此过程也叫绝热蒸发过程，高温烟气经过不断地蒸发，然后冷却至绝热饱和状态，经过捕沫器，通过气液分离出塔。

浆液吸收二氧化硫之后，由于重力的作用，进入氧化区，在此完成大部分的反应，并生成亚硫酸盐，然后进行氧化，进入结晶区，结晶成石膏晶体。里面设置有搅拌器，主要是用来提高对其的氧化，防止浆液结晶，保证系统的正常运行，并为石膏地浓缩创造条件。其主要的参数有：气流速度，浆液速度，烟气的温度等。

三、脱硫技术在火力发电中的应用

此技术产生于20世纪90年代的重庆，通过对该技术的不断改进与创新，我国许多大型火力发电站已经开始投入使用，以下主要介绍在某发电厂的应用。其于1987年建设成功并投入使用，具有高压循环气锅炉、静电除尘等装置。煤炭来自于唐山与山西。此工程属于技术改造过的工程,并加入了烟气脱硫系统，完成了烟气道、脱硫系统、石膏的浓缩、水系统、氧化系统等的改造。改造的过程是在不影响正常生成的情况下进行的。浆液制备系统主要由粉碎机、混合槽、浆液泵等组成，主要是为了完成石灰浆液的制备，为进一步地脱硫做好准备工作，其提供的浆液浓度约为15%～25%。烟气脱硫系统主要由塔、风机、循环泵等相关部件组成。脱硫塔由塔体、双层搅拌器、旋流器和气液分离器等构成，系统的主要功能是：克服烟气经过时产生的压力下降，并去除其中的二氧化硫和粉尘，完成强氧化处理，并将副产品排出。石膏浆液浓缩系统包括：旋流器、相关槽、浆液泵等。主要是为了将石膏的浆液中石膏的浓度提高，使其从15%提高到50%，然后进行排出。水系统主要是用来对脱硫工艺中的水进行补充，并对有些设备进行冲洗及冷却。

四、设计需要考虑的问题

根据该发电厂在投入使用中出现的一些问题，我们需要注意：浆液较容易沉淀与硬结，在进行设计的时候需要进行充分地考虑，进一步强化防止沉淀与硬结的措施，可以采用设置一些搅拌装置，加快循环浆液的流动速度，对其坡度进行加大处理等。由于使用的石灰石中含有部分杂质，其在酸性的条件下，将会加重对相关设备的腐蚀，因此，在进行设计的时候，要充分地考虑到这些物质的腐蚀作用，由于脱硫过程中浆液中含有许多固体性颗粒，对于设备的防止腐蚀涂层以及管道的防腐磨损都需要进行认真地考虑。在没有GGH的设计中，排除脱硫塔的大量饱和湿润气体，会在经过管道及烟囱的过程中产生大量的冷结水，这些水的去向问题需要进行充分地考虑。脱硫后的气体中会含有大量的强腐蚀性物质，使得烟囱的腐蚀度进一步提高，因此，需要考虑烟囱的防腐处理问题。

结语

湿气脱硫技术具有高效率、技术成熟、适应性强的特点，在我国的许多地方已经被广泛采用。其产生的副产品大都直接堆放，没有很好地进行利用，建议增加一套加工系统，将其加工成石膏板等相关产品。通过对脱硫系统的设计，体会到我国的相关技术还是较为薄弱，需要进一步加强，能够真正地实现国产化，并达到世界先进水平。

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