摘要：我国作为世界上燃煤发电机组最多的国家，在环保要求越来越严格的今天，加强电厂SO2等排放控制刻不容缓，随着高效、安全、稳定的石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术的应用，为电厂SO2的减排提供了保障。通过对石灰石-石膏湿法脱硫的工艺原理、脱硫技术的研究分析。
关键词：燃煤电厂；湿法脱硫；技术分析
当前，燃煤电厂的脱硫工艺和脱硫技术主要分为三类：燃烧前脱硫——原煤净化、燃烧中脱硫——流化床燃烧和炉内喷吸收剂、燃烧后脱硫——烟气脱硫。在电厂领域，脱硫应用最广的技术的是石灰石—石膏湿法脱硫，该工艺适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫，脱硫效率可达到95%以上。
一、石灰石石膏法湿法脱硫技术
其中，FGD技术中的湿法-石灰石石膏法脱硫技术，由于其脱硫效率高，吸收剂利用率高，对煤种的适应性好，吸收剂来源广、价格低，工艺成熟，可用率高，脱硫副产物便于综合利用等优点，成为国内大部分电厂采用的脱硫技术。该技术以石灰石浆液为吸收剂，在吸收塔中与烟气反应，与烟气中的二氧化硫反应，最终生成副产物石膏。一套典型石灰石石膏法脱硫装置一般由烟气系统，二氧化硫吸收系统，吸收剂制备与供给系统，石膏脱水系统，工艺水工业水系统，排放系统等组成。
由于环保标准日益提高，国家对电厂排放烟气中的二氧化硫总量的限值越来越低，这对脱硫装置的提出了更多要求。很多情况下要求脱硫装置的脱硫效率达到97.5%甚至99%以上。传统的石灰石石膏法脱硫为单机循环，即烟气通过吸收塔与循环浆液进行一次接触。当需要提高脱硫效率时，通常的措施为增加浆液与烟气的接触时间以及增大喷淋量，然而当系统的脱硫效率增加97.5%以上或者使用很高含硫量的煤种时，单级循环的脱硫系统随着效率的逐渐增加变得越来越不经济和不稳定。
二、石灰石-石膏湿法脱硫工艺的主要系统及设备
石灰石-石膏湿法脱硫工艺系统主要包括：烟气系统、SO2吸收系统、吸收剂制备系统、石膏脱水系统、工艺水系统、废水处理系统、电气及自动控制系统。主要设备包括：引风机、烟气挡板门、回转式换热器（GGH）、吸收塔、除雾器、喷淋管、氧化风机、循环浆泵、石灰石破碎机、湿式球磨机、石灰石浆液旋流器、石膏浆液旋流器、真空皮带脱水机、石膏炒制及制板设备等。
锅炉排出的烟气经电除尘器（ESP）除尘处理后，经引风机进入与烟囱相连的水平烟道，通过引风机升压后进入吸收塔，烟气在吸收塔内脱硫净化，经除雾器除去雾滴后，经烟囱排入大气环境。吸收塔系统是整个FGD的核心部分，SO2、SO3、HF和HCl在吸收塔内被脱除和氧化，石膏也在吸收塔内结晶和生成。吸收塔为空塔结构，通过对浆液浓度、pH值进行优化，以减少压力损失，降低引风机电耗。
三、基于石灰石石膏法脱硫的双循环脱硫技术
1、双循环工艺介绍
与传统的单级循环灰石石膏法脱硫技术不同的是，双循环技术中，烟气经过两个不同的循环过程和石灰石反应后得到净化：
Quench循环（一级循环）
Absorber循环（二级循环）
每个循环回路有不同的化学反应过程，固体浓度，固体类型和pH值：
Quench循环pH值=4.5-5.3
Absorber循环pH值=5.8-6.4
氧化空气被鼓入到Quench循环，在较低的pH值下，有利于氧化过程。氧化空气同时也被鼓入到Absorber循环，以避免结垢。
石膏浆液只从pH值较低的一级循环排出，能得到较高品质的石膏。
双循环工艺根据循环反应的吸收塔数量的不同分为双塔双循环和单塔双循环工艺两种，后者两次循环均在一个吸收塔内完成，二级循环的浆液通过塔中的托盘收集，送入塔外另设的AFT浆池中，再通过AFT循环泵打入吸收塔完成循环。
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2、双循环工艺的优点
①SO2的大范围变化有很好的适应性；尤其适用于含硫量较高的煤质或者脱硫效率要求>97％的FGD系统；②能适应烟气中二氧化硫的较大偏差和快速变化；③在Quench循环中，烟气能够得到预处理；④降低烟气中含尘量；⑤降低HCl和HF含量——有利于箱罐材质选择；⑥每个循环的控制都是独立的，并且易于优化和快速调整。对于一些不利的运行工况，能够迅速反应：（燃料变化）（负荷变化）；⑦在Quench循环由于pH值较低4-5，能够保证脱硫剂的溶解吸收过程，并生成高品质的石膏。在Absorber循环由于pH值较高>6，能够保证非常高的脱硫效率和较低的液气比，大幅降低循环泵的能耗；⑧每个循环的化学反应都是独立控制的，能够允许使用品质较差的脱硫剂及粒径较大的石灰石粉；⑨石灰石输送给料系统比较简单，易于操作控制。
四、石灰石-石膏湿法脱硫技术研究
影响石灰石-石膏湿法脱硫装置运行效果的因素主要包括洗涤浆液的pH值、液气比、烟气流速和烟气温度等。为了改善石灰石-石膏湿法脱硫装置的运行状况，有必要加强对相关技术参数的探究。
1、合理控制洗涤浆液的pH值
烟气吸收塔内的洗涤浆液pH值对二氧化硫的吸收率、脱硫设备的使用寿命、设备腐蚀程度等有着至关重要的影响，在湿法脱硫装置运行过程中，洗涤浆液的pH值不断发生变化，有必要加强对洗涤浆液pH值的控制以保证湿法脱硫装置的运行。在湿法脱硫工程实践中，洗涤浆液的pH值通常控制在5——6范围内，pH值高能够提高二氧化硫的吸收率，但会导致生成的石膏溶液中石灰石含量偏高，造成原料浪费，pH值低能够促使石灰石的溶解，但会降低二氧化硫的吸收率，因此在实际脱硫过程中应合理控制pH值。
2、合理控制液气比
液气比是指吸收塔内单位体积的烟气量与浆液喷淋量的比值，用于确定吸收酸性气体所需的面积。在湿法脱硫装置运行过程中，可通过采取增大液气比的方式增大喷淋密度，以此增大烟气与浆液的接触面积，提高系统的脱硫效率，但是增大液气比会导致泵的流量过大，增大烟气的流动阻力，为了保证烟道内烟气的稳定流动，就得增大引风机的电耗，造成运行成本。因此，在实际脱硫过程中应合理控制液气比。
3、合理控制烟气流速和烟气温度
在石灰石-石膏湿法脱硫装置的运行过程中，合理增大烟气的流速可以降低喷淋液滴的下沉速度，提高单位体积烟气内的浆液含量，增大烟气与浆液的传质接触面积，从而提高系统的脱硫效率，但若烟气流速过大，会导致雾沫含量过大，降低除雾效果，在石灰石-石膏湿法脱硫工程实践中，通常控制烟气的流速在2.6——3.5m/s范围内。此外，当烟气温度较低时有利于提高烟气中二氧化硫的吸收率，为此，工程上通常控制脱硫烟气的温度在100℃以下以保证脱硫效率。
4、湿法脱硫技术存在问题及改善方法
4.1湿法石灰石法的结晶结构问题
当反应副产物的生成量大于反应物的时候，石灰石便不再进行吸收反应，反而会生成固体结晶吸附在管道壁面上或者，沉积在设备底部。为了改善此类现象的发生，出现了强制氧化的工艺。通过强制氧化的作用使副产物亚硫酸钙生成硫酸钙，从而避免发生结晶结垢的现象。
4.2溶液呈酸性所带来的腐蚀安全问题
由于反应生成液，是呈酸性的，所以难以避免会有腐蚀现象的发生。因此，如何控制好腐蚀的进行速度，选用更好的耐腐蚀材料。是如何将安全生产以及工艺效果结合在一起的重要一步。
总结
吸收塔入口SO2浓度越高，则双循环方案的优势越明显；而当入口浓度设计值低于2500mg/Nm3（燃煤含硫约1%），则双循环的优势将慢慢失去，如果低2000mg/Nm3，则单循环的优势反而会显现。对于脱硫效率要求很高的脱硫系统，是双循环可靠的脱硫方法，对于FGD入口高浓度的SO2脱除，双循环是一种最有效的脱硫系统。双循环技术非常适用于高含硫煤和高脱硫效率的改造工程。能有效的利用原有脱硫装置，避免了重复建设和资源浪费。
参考文献
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[3]程灿华.湿法脱硫技术在燃煤电厂中的应用研究[J].黑龙江科技信息，2016（25）：104.
论文作者:李博
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/27
标签：烟气论文; 石灰石论文; 湿法论文; 石膏论文; 浆液论文; 双循环论文; 吸收塔论文; 《基层建设》2018年第35期论文;