前言
石灰石（石灰）－石膏湿法脱硫工艺是湿法脱硫的一种，是目前世界上应用范围最广、工艺技术最成熟的标准脱硫工艺技术。是当前国际上通行的大机组火电厂烟气脱硫的基本工艺。它采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液，当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴，经换热器加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。由于吸收浆液循环利用，脱硫吸收剂的利用率很高。
1.湿法脱硫的基本工艺流程
在石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺中，俘获二氧化硫（SO2）的基本工艺过程：烟气进入吸收塔后，与吸收剂浆液接触、进行物理、化学反应，最后产生固化二氧化硫的石膏副产品。基本工艺过程为：
(1)气态SO2与吸收浆液混合、溶解
(2)SO2进行反应生成亚硫根
(3)亚硫根氧化生成硫酸根
(4)硫酸根与吸收剂反应生成硫酸盐
(5)硫酸盐从吸收剂中分离
用石灰石作吸收剂时，SO2在吸收塔中转化，其反应简式式如下：
CaCO3+2 SO2+H2O =Ca(HSO3)2+CO2
在此，含CaCO3的浆液被称为洗涤悬浮液，它从吸收塔的上部喷入到烟气中。在吸收塔中SO2被吸收，生成Ca(HSO3)2 ，并落入吸收塔浆池中。
当pH值基本上在5和6之间时， SO2去除率最高。因此，为了确保持续高效地俘获二氧化硫（SO2）必须采取措施将PH值控制在5和6之间；为了确保要将PH值控制在5和6之间和促使反应向有利于生成2H+和 SO32- 的方向发展，持续高效地俘获二氧化硫（SO2），必须采取措施至少从上面方程式中去掉一项反应产物物、消耗氢离子H+，以保持ph值和反应物浓度梯度。为达到这个目的，在湿法脱硫技术研究过程中采用：通过加入氧气使硫酸氢氧化生成硫酸根，降低SO32-；通过加入吸收剂CACO3消耗氢离子H+，维持PH值在5-6之间，同时使硫酸根与吸收剂反应生成硫酸钙，降低了溶液中硫酸根浓度。
通过鼓入的空气使亚硫酸氢钙在吸收塔浆池中氧化成石膏。
Ca(HSO3)2+O2+ CaCO3+3 H2O =2CaSO4.2H2O+CO2
由于浆液循环使用，浆液中除石灰石外，还含有大量石膏。当石膏达到一定的过饱和度时（约130%）抽出一部分浆液送往石膏处理站，制成工业石膏。剩余浆液与新浆循环浆液混合，使加入的吸收剂充分被利用，并确保晶体的增长。石膏晶体的增长是最终产品处理比较简单的先决条件。
2.研究背景
近年来，随着环保压力日益增加，国家对燃煤电厂排放要求也逐步提高，在《2011版大气污染物排放标准》中规定，在重点地区，要求烟尘排放浓度<20mg/Nm3，SO2排放浓度<50mg/Nm3，Nox排放浓度<100mg/Nm3;在2014年9月12日三部委规定的火电厂排放限值（2093号文）东部地区新建机组排放限值为烟尘<10mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，NOx<50mg/Nm3，中部地区原则上接近或达到、西部地区接近或达到上述限值；2015年12月2日李克强总理主持的国务院常务会议在全国全面推广超低排放和世界一流水准的能耗标准，在2020年前，完成对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造。
3.湿法脱硫节能改造
在此背景下，国内燃煤电厂纷纷进行节能改造，以满足最新排放要求，提高湿法脱硫吸收塔脱硫效率，可以主要从以下几个方面进行：其一，提高循环量，增大“液气比”，往往采用更换更大流量的循环泵，或增加喷淋层层数，为保证浆液停留时间，需要增加吸收塔浆池容量，提高底部浆池高度，上述方案执行下来，往往需要在原吸收塔上面“切两刀”，并且带来吸收塔本体强度、吸收塔基础承载力、相关烟道加高改造、烟道支架加固等相关问题；其二，在总体循环流量不变的情况下，更换效率更高的喷嘴或优化喷淋层喷嘴布置，适当提高喷淋层截面中部区域喷嘴密度，避免造成烟气短路，在吸收塔周边，由于受到塔壁影响，喷嘴必须离塔壁保持一定距离（否则会对塔壁造成冲刷），这样周边喷嘴的覆盖率往往远小于吸收塔中心区域，即便是加大了周边喷嘴流量，提高局部喷淋强度，“塔壁效应”依然明显，为减少“塔壁效应”影响，通常的做法是在塔壁周围增加若干ALRD环（见下图），ALRD环一方面能驱赶塔壁周边烟气，避免烟气短路情况发生，同时形成局部扰乱，增加传质，对提高脱硫效率有非常积极作用；其三、增加托盘等高效传质单元，在不改变吸收塔循环量，不对吸收塔体做大的改动，仅仅增加有限负荷的情况下，能大幅度提高脱硫效率，但同时吸收塔阻力也要相应的提高。
在实际工程中，根据各工程的实际情况，以上的各种方法单项或组合使用，经过技术经济评价，并结合实际运行情况，选择最适合的实施方案，但以上在ALRD环和托盘同时存在时候，往往存在脱硫效率不及设计预期情况，见下列实例。
北方某660MW机组脱硫改造，原吸收塔配制四层喷淋层，需经过改造满足最新的排放要求，改造方案为新增三层ALRD环和两层托盘，但在改造完成后，初次启动，脱硫效率比改造前部分提高，但没有达到预期设计效率，经过后期详细测试，原因分析，发现脱硫系统阻力也比设计低750Pa，判断托盘的效率没达到设计要求，经过详细的流场分析，确定原因为ALRD环的存在干扰了托盘的工作状态，部分CFD截图如下：
通过CFD模拟，结合现场实测数据，得出结论为喷淋层周边喷嘴喷出的浆液，受到ALRD环的驱赶和导向作用，使得浆液向塔壁中心集中，导致托盘周边区域没有浆液，从而使得部分烟气从托盘周边逃逸，严重影响托盘传质，从而影响吸收塔整体脱硫效率。
根据上面的原因分析，制定了相应的整改方案，其一、修改ALRD环形式，将原封闭腔体的结构改为密排叶片的形式，保持其在驱赶烟气的同时能使得喷淋层周边塔壁喷嘴能均匀分布在托盘周边部位，避免托盘存在“短路”可能。其二、将托盘周边一定区域进行堵孔，间隙周边区域的开孔率，保持托盘周边烟气与浆液比例大致与托盘中部一致，强化托盘传质。
上述改进措施分别在该电厂两台相同660MW机组上进行实施，启机后测试，两台机的的脱硫效率均达到设计预期，只是后者的吸收塔阻力要大150Pa左右。
结束语
在2015~2018年燃煤火力发电厂集中改造过程中，通过上述改进措施，成功避免ALRD环与托盘在脱硫效率上相关干扰的现象，使得在方案制定过程中有更加优化选项，并在多个项目实施，取得较好经济效益。
参考文献
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论文作者:余辉 程适
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
标签：吸收塔论文; 浆液论文; 托盘论文; 烟气论文; 湿法论文; 石膏论文; 喷嘴论文; 《中国电气工程学报》2019年第3期论文;