摘要：石灰石-石膏湿法烟气脱硫是目前火电厂最常用的烟气脱硫技术，运行时常会产生烟囱带水问题。深入分析了石膏雨的来源、形成过程及影响因素，介绍了几种常见且具有一定工业应用价值的石膏雨解决方案，并结合各方案的工程案例讨论了各自的优缺点，为燃煤电厂湿法脱硫系统改造提供借鉴。
关键词：火电厂；烟囱；除雾；石膏雨
石灰石-石膏湿法烟气脱硫（WFGD）是目前燃煤火电厂最主要使用的脱硫技术，具有系统稳定性好，反应速率快，脱硫效率高的优点。但实际运行中，经过气液两相传质后净烟气中会携带大量微小液滴，使水汽含量增加，加之吸收塔顶部位置除雾器效率不佳，易出现烟囱带水情况。严重时会导致“石膏雨”现象，腐蚀电厂设备，影响系统运行，从而制约WFGD方法的发展。因此，有效解决烟囱带水问题对实现WFGD技术更广泛应用具有重要的经济效益和社会效益。
1、石膏雨形成过程及影响因素
1.1 石膏雨形成过程
石灰石-石膏法脱硫装置通常采用喷淋空塔结构，含石膏的脱硫浆液通过喷嘴向下喷出，烟气逆流向上流动。在此过程中，烟气会夹带一定量的脱硫浆液液滴进入设在脱硫区上方的除雾装置。目前除雾装置主要为折流板除雾器（平板除雾器），其对粒度在几十微米的粗液滴有较佳的脱除效果，但对细液滴脱除效果不佳。净烟气经除雾后，进入脱硫系统后面的烟道及烟囱，最后排入大气。经湿法烟气脱硫后，烟气温度通常在45~60℃，烟气中水分处于饱和状态，脱硫净烟气流经脱硫系统后面的烟道、烟囱过程中温度进一步降低。由于目前不少湿法烟气脱硫系统未安装烟气再热装置，烟气中过饱和水分会在烟气中的粉尘或细小颗粒物表面凝结，使其粒度增大。烟气排入大气后，烟温再次降低，进一步发生凝结现象，细颗粒物粒度进一步增大，在烟气抬升高度低和扩散距离短情况下，粒度较大的石膏浆液液滴发生飘落，最终形成石膏雨。从石膏雨的形成过程可知，石膏雨主要源于两方面作用：脱硫浆液液滴的夹带和烟气中过饱和水分在石膏浆液液滴或石膏细颗粒物表面凝结。
1.2 脱硫浆液液滴夹带
WFGD过程是一个气液交换的过程，对于喷淋空塔而言，气液之间的相互作用则更为强烈，故而WFGD过程中必然会产生脱硫浆液液滴的夹带。所采用的脱硫工艺对于烟气中脱硫浆液液滴夹带会产生重要的影响，如脱硫操作条件、除雾器设置以及烟囱设计等均会影响到液滴夹带。以下简要介绍脱硫区、除雾区和烟囱等处的相关情况。
脱硫区在空塔气速较高、脱硫浆液液滴粒度较小，液气比又较高的情况下，夹带尤为严重。常见的除雾器对于粒径小于15μm的雾滴基本不起作用，故而净烟气中必然含有一部分石膏浆液液滴，烟囱内的液滴夹带与烟囱直径（影响烟气流速）、烟囱形状、烟囱高度（影响烟气抬升高度）及内壁平整度等有关，同时还与脱硫吸收塔内喷嘴等在空间上的设置有关。
1.3 烟气中过饱和水分的凝结
烟气中过饱和水分主要在石膏浆液液滴或石膏细颗粒表面凝结，其主要发生于烟道、烟囱及烟气排出口附近。烟气中过饱和水分凝结主要取决于脱硫净烟气的温度和相对湿度，以及气温、大气相对湿度、气压、风向风速等气象因素。以天气为例，在北方的冬天更容易发生石膏雨现象，原因是冬天大气温度与烟囱出口烟气温差较大，烟气中所含的饱和水分会变成过饱和，最终与溶于其中的石膏等成分一起凝结沉降形成石膏雨。
2、石膏雨控制措施
燃煤电厂应分析自身石膏雨形成的原因，可根据石膏雨不同的来源采取相应的治理方案。以下简要介绍一些常见的比较有工业应用价值的石膏雨治理方案。
2.1优化湿法烟气脱硫工艺，以降低脱硫区脱硫浆液液滴的夹带。
目前湿法烟气脱硫操作工艺主要围绕脱硫性能及投资运行费用选取，通常没有考虑石膏雨的控制。通过开展相关研究，存在既能保证脱硫性能又能有效抑制石膏雨形成的优化工艺，如空塔气速与脱硫浆液液滴粒度的优化配置及选择较低的液气比来减少液滴夹带。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此外，还可以通过一些捕集烟气中细颗粒物的技术如蒸汽相变技术等来减少烟气中凝结核的数量，或对烟气进行调质降低其水分饱和度，以削弱石膏雨的生成。
2.2改造除雾装置，强化烟气除雾效果。
①选用适宜的除雾器，优化除雾器设计参数，如采用屋脊式除雾器；②优化折流板除雾器叶片间距、除雾器叶片形式等设计参数，增加除雾器布置级数，如在原先2级除雾器基础上再增加1级高效除雾器；③加强除雾器冲洗，优化除雾器冲洗程序，防止除雾器堵塞，为每一级除雾器的冲洗装置设置单独的阀控来实现对除雾器稳定均匀的冲洗；④控制除雾器烟气流速，优化除雾器进出口烟气流场，若除雾器安装于脱硫塔出口烟道，可在除雾器入口水平烟道段加均布导流板，使烟气均匀进入除雾器，改善除雾效果；⑤在脱硫塔上部扩径，增加除雾器区域面积，降低烟气流速，提高除雾效果。
2.3采用二次冷凝雾化技术和烟气冷却技术。
在一级和二级除雾器之间加装二次冷凝雾化装置，通过二次冷凝雾化装置除去烟气中的细颗粒物；在一级和二级除雾器之间加装表面式冷却器，降低烟气温度，一方面让烟气中的水分提前在塔内凝结析出，另一方面减小大气温度与烟囱出口烟气温差，避免烟气中所含的饱和水分变成过饱和。削弱石膏雨的生成。
2.4采用脱硫净烟气再热技术，控制过饱和水汽凝结，增加烟气抬升高度。
传统烟气再热技术（GGH）因投资、运行费用高，且存在腐蚀、堵塞等问题，不在此赘述。一种混合式烟气再热技术，其是将来自锅炉空气预热器的一定量的热风引入到脱硫净烟气中，热风与净烟气直接混合，提升净烟气的温度到合理范围，从而减少石膏雨的出现。虽然该技术要求锅炉系统一次风或二次风系统有一定的裕量，而且会导致锅炉热效率有所降低，同时增加风机能耗，但与传统烟气再热技术（GGH）相比，投资运行费用相对较低，且无腐蚀与堵塞问题。
2.5对烟囱加以改造，降低烟囱中液滴的夹带。
通过控制烟囱内烟气流速，采用合理的筒型设计和设置液滴回收装置，保持烟囱内壁表面的光滑，可以减少烟囱内壁上液体的二次携带。如在烟囱内筒出口处设置变径，烟囱采用收缩筒型，将内筒由“直筒型”改为“直筒型+出口收缩段型”，可以有效减少烟流下洗，便于烟气扩散。
2.6采用烟塔合一技术，减少石膏浆液液滴排入大气环境。
烟塔合一技术是利用冷却塔的巨大能量和热空气量对脱硫后的净烟气进行抬升，从而促进烟气的扩散，抑制石膏雨的形成。冷却塔巨大的热湿空气可以包裹抬升净烟气，因而可改善净烟气由于温度低不易扩散的情况，促进净烟气中污染物的排放扩散。
2.7安装湿式电除尘器（WESP），彻底解决湿法烟气脱硫排放问题。
如只需解决石膏雨问题，该法成本过高，且目前国内适用于大型燃煤电厂的WESP技术还不是很成熟，而且在引用国外相关成套技术的燃煤电厂也基本不采用相配套的WESP设备。然而，如果在解决石膏雨问题的同时考虑控制细颗粒污染物，则采用WESP技术应有一定优势。
3、结语
GGH的取消使石膏雨问题成为脱硫系统需重点解决的难题。对于石膏雨问题，不同的解决方案均有各自的优缺点，取消GGH的旧脱硫塔及新建的脱硫塔要视具体的情况选用合适的解决方案，同时要兼顾地域及经济差异。对于现有的电厂，采用脱硫净烟气再热、强化除雾效果、加装冷却器、二次冷凝雾化较为实用；新建电厂，各项措施均可考虑。随着国家关于颗粒物排放方面的标准越来越严格，单纯的提高净烟气温度，促进烟气中污染物扩散的方法并不完全适合当前的污染控制标准，故选择对当前的脱硫工艺进行优化以及开发适合我国国情的新型WESP设备，具有前瞻性意义。
参考文献：
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[2]陈世玉，李学栋.湿法脱硫系统水量平衡及节水方案[J].中国电力，2014，47（01）：151-154.
论文作者:侯光勇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：烟气论文; 石膏论文; 烟囱论文; 浆液论文; 湿法论文; 夹带论文; 技术论文; 《电力设备》2018年第19期论文;