（浙江浙能兰溪发电有限责任公司）
摘要：近年来，随着我国环境矛盾日益凸显，环境压力持续加大，大面积雾霾天气频发，直接危害着公众的健康。火电行业作为煤炭的消耗大户，其锅炉燃煤产生的烟粉尘颗粒物成为大气中一次颗粒物的主要来源，同时排放的二氧化硫会与空气中其他有机气体发生化学反应生成的硫酸铵是二次颗粒物的主要来源。因此，如何控制火电行业大气污染物排放成为环境保护问题的焦点。
关键词：石膏湿法；喷淋塔；湿法脱硫；喷淋脱硫
石灰石-石膏湿法喷淋脱硫工艺采用氧化钙（CaO）或碳酸钙（CaCO3）浆液在湿式洗涤塔中吸收二氧化硫，具有脱硫效率高（高达95%以上）、技术成熟的特点，对煤种变化适应性强及吸收剂资源丰富、价格便宜等优点。但随着新《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）对大气污染物排放浓度提出的更高要求，火电行业现有机组的大气污染物控制技术是否能满足新的标准成为当前新的问题。
1 石灰石－石膏湿法喷淋脱硫技术特点
1.1 脱硫效率高
该工艺脱硫效率高达95%以上，脱硫后的烟气不但SO2浓度很低，而且烟气含尘量也大大减少。100MW及以上机组多采用石灰石－石膏湿法喷淋脱硫工艺，脱硫效率高，有利于地区和电厂实行污染物总量控制。
1.2 技术成熟，运行可靠性好
在世界脱硫市场上占有的份额达85%以上，适用范围广，不受燃煤含硫量与机组容量的限制，单塔处理烟气量大，可达300×104m3/h。因此，对高硫煤、大机组的烟气脱硫更有特殊的意义。
1.3 低成本，技术应用便捷
紧凑的吸收塔设计(吸收塔集吸收、氧化、冷却于一体)，节约造价和空间。
1.4 吸收剂资源丰富，价格便宜
作为该工艺吸收剂的石灰石在我国分布很广，资源丰富，品位也很好，碳酸钙质量分数多在90%以上，优者可达95%以上。在脱硫工艺的各种吸收剂中，石灰石价格最便宜，破碎磨细较简单，钙利用率较高。
1.5 副产物可用于增加收益
脱硫副产物石膏可作为水泥缓凝剂或加工成建材产品。不仅可以增加电厂效益，降低运行费用，而且可以减少脱硫副产物处置费用，延长灰场使用年限。
图1 吸收液的pH值对脱硫率的影响
2 湿法脱硫工艺的影响因素
2.1 吸收液的pH值对脱硫率的影响
如图1所示，脱硫率随着吸收液pH的增大先增大后趋缓，当pH达到5.2后，继续增大pH对脱硫率影响不显著。这是由于SO2为酸相气体，增大吸收液pH，吸收液吸收容量增大，脱硫率增大，但pH继续增大会导致碳酸钙溶解速率下降，阻碍液相的化学反应。从图中还可以看出，控制吸收液的pH值在5.3~5.6较为合理。
图2 烟气流速对脱硫率的影响
2.2 烟气流速对脱硫率的影响
烟气流速直接关系到吸收塔运行负荷，从而影响到脱硫成本。图2为脱硫率随烟气流速的变化趋势，从图中还可以看出，随着空塔气速的增大，脱硫率呈缓慢下降的趋势。因为当喷淋量不变时，空塔气速的增加对脱硫率的影响表现在两方面：第一，通过提高气体流速可以增强气液两相的湍动，从而降低气液界面的传质膜厚度，减小传质阻力，同时增加了液滴在塔内停留时间，塔内传质比表面积增大，提高传质速率；第二，空塔气速增加，SO2的吸收总量增加，但烟气在塔内的停留时间减少，气液传质不充分，脱硫率随之下降。因此，在能保证足够高的脱硫率的前提下，烟气流速越高越好。
图3 入口SO2浓度对脱硫率的影响
2.3 入口SO2浓度对脱硫率的影响
改变入口SO2浓度，得到脱硫率随入口SO2浓度变化趋势示于图3。从图中可以看出，增大入口SO2浓度，脱硫率逐渐下降。当进气浓度增大时气相SO2分压增大，气相传质推动力增大，吸收效率有所增加。但入口SO2浓度增加，加快了液相碱性物质消耗速率，导致吸收液碱度下降，吸收增强因子降低，使得液相传质阻力增大，脱硫率下降。
图4 液滴直径对脱硫率的影响
2.4 液滴直径对脱硫率的影响
图4为不同液滴直径条件下得到的脱硫率计算值。由图可见，液滴直径对脱硫率的影响十分显著，当平均液滴直径在2.5mm以下时，脱硫率接近100%，液滴直径由2mm增大一倍，脱硫率迅速下降近25%。从理论上讲，液滴直径增大一倍，单位体积吸收液被分散为液滴后所能提供的传质面积将缩减一倍，同时，液滴直径增大，在塔内停留时间减小，均对吸收不利。综合考虑，在不至发生大量液滴夹带的前提下，液滴直径越小越好。
2.5 喷淋密度对脱硫率的影响
喷淋密度对脱硫率的影响如图5所示。从图可知，脱硫率随喷淋密度的增大而增大，当喷淋密度超过150 后，脱硫率上升趋势逐渐趋于平缓。可以看出增大喷淋密度，传质比表面积增加，但当喷淋密度增加到一定程度后，传质已较为充分，继续增大喷淋密度，脱硫率增加不明显，另增大喷淋密度，循环泵能耗增大。因此，在实际喷淋脱硫技术设计与运行中存在一个优选喷淋密度范围，综合考虑，确保高的脱硫效率与降低运行费用，喷淋密度取150~200 为宜。
图5 喷淋密度对脱硫率的影响
图6 温度对脱硫率的影响
2.6 温度对脱硫率的影响
图6为脱硫率模型计算值随操作温度的变化关系。随着系统温度的升高，脱硫率近似呈线性下降，但下降幅度不显著。温度升高，一方面减小了SO2的溶解度及化学反应电离平衡常数，对吸收起阻碍作用；另一方面，液相各离子扩散系数增大，对吸收又起促进作用。
2.7 实施超低排放的SO2排放质量浓度的对比
下图7为检测1000MW机组和750MV机组负荷下，实施SO2超低排放的脱硫效果对比效果图。由图可见，从总体效果看，两组机组负荷下的脱硫效果，在超低排放脱硫后的脱硫效率都有明显的提升，两组均提升大约4个百分比。
图7超低排放后的脱硫效果
3 结语
石灰石-石膏湿法喷淋脱硫技术在大型燃煤火电厂的实际工程应用中，脱硫效率达91.87%-94.17%，表现出高稳定性，说明该工艺有一定的成熟性、可靠性，从长期看可满足对二氧化硫排放量的控制，降低火电行业的经济成本。烟气经过脱硫塔后，氮氧化物的去除率仅为1.21%-6.63%，并表现不稳定性。第一，因为NO在水中溶解度较低，且不与石灰石发生化学反应；第二，NO2虽可与水发生化学反应，但NO稳定的化学性能和低的溶解度抑制NO2与水反应，降低了NO2吸收率，最终导致石灰石-石膏湿法喷淋脱硫系统对氮氧化物吸收率不产生较大影响。
通过分析石灰石-石膏湿法喷淋脱硫技术的特点，分析石灰石-石膏湿法喷淋脱硫的外界环境影响因素，提出科学高效的工艺操作环境条件。结果表明，脱硫率随吸收液pH值及喷淋密度的增大而增大，随液滴直径、烟气流速、入口SO2浓度及温度的增大而减小，其中液滴直径、吸收液pH值、喷淋密度及超低排放对脱硫率的影响较显著，温度对脱硫率影响不大。
参考文献
[1]姜少睿，薛志刚，李薇，等.我国环境空气质量状况及大气污染对健康的影响[J].华北电力技术，2015（8）：7-13.
[2]王淑兰，柴发合，高健.我国中长期PM2.5污染控制战略及对策[J].环境与可持续发展，2013，38（4）：10-13.
[3]高彩艳，连素秦，牛书文，等.中国西部三城市工业能源与大气污染现状[J].兰州大学学报（自然科学版），2014，50（2）：240-244
[4]王峥，王建国，邴守启，等．石灰石－石膏湿法烟气脱硫效率影响因素［J］．煤气与热力，2011，31(9):A01－A04．
论文作者:朱益轩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
标签：喷淋论文; 湿法论文; 烟气论文; 传质论文; 石灰石论文; 密度论文; 石膏论文; 《电力设备》2018年第2期论文;