摘要:近年来我国对电能的需求越来越大,当前我国仍然以火力发电为主,其发电过程中产生的二氧化硫会引发大气污染、粉尘污染,严重影响到生态环境。基于此,本文以石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺为例,从工艺概念、原理、程序等方面入手,探究影响脱硫效率的因素,以期进一步优化石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺,提升工艺脱硫效率,控制烟气二氧化硫的排放浓度,从而在保障稳定发电的同时,避免污染生态环境,实现人与自然的和谐发展。
关键词:二氧化硫;石灰石-石膏湿法烟气脱硫;石灰石浆液;PH
近年来我国社会经济飞速发展,生态环境污染日益严重,二氧化硫(SO2)作为污染大气的主要污染物之一,通常来源于煤炭燃烧过程,根据相关实验结果证明,煤炭中90%的硫在燃烧过程中会转变成SO2,会随着烟气传播到大气中,同时,超过50%的SO2会转换成硫酸盐、硫酸,均以硫酸雾气溶胶形态存在于空气中或者云雾中,在降雨时硫酸会被雨水冲刷后会变为含硫酸的酸雨,落到地面、植物上,将会损害地面植物表面蜡质保护层,有可能导致植物死亡,此外,如果酸雨落到建筑物、金属物上,会产生慢性腐蚀,硫酸雾也会进入人体,降低人体抵抗力与免疫力,引发呼吸疾病,不利于人们健康生活。因此,必须重视对二氧化硫排放控制,提升发电过程的脱硫效率。
1.石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺概述与原理
石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是当前应用范围较广的控制二氧化硫排放方式,分为以下几个模块[1]:(1)浆液制备模块;(2)吸收氧化模块;(3)石膏脱水模块;(4)排放模块;(5)烟气模块,其工艺原理为:吸收反应为:SO2+H2O→H2SO3;亚硫酸盐氧化反应:亚硫酸根离子氧化成硫酸根离子;石灰石溶解反应:固体石灰石溶解成钙离子、CO32-,CO32-与氢离子反应生成HCO3-,HCO3-再与氢离子反应生成二氧化碳与水。该工艺的优势有:一是吸收剂种类丰富,脱硫成本较低,同时产生的废渣不仅能够作为石膏进行回收,也可直接被丢弃,不会污染到生态环境。
2.石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺程序
石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的流程为:锅炉产生的烟气经过电除尘器除尘后,借助增压风机升压,GGH降温之后传输到吸收塔,烟气进吸收塔后会从下往上流动,被从上往下流动的循环浆液洗涤[2],吸收塔中的浆液会经由浆液循环泵传输至喷淋层中,并利用喷嘴雾化,让液体、气体充分接触,从而最大程度上脱除二氧化硫、三氧化硫、HCL以及HF。在“强制氧化工艺”的支持下,产生的其他物质会被氧化为CaSO4•2H2O,即石膏,并会消耗石灰石这一吸收剂,在吸收塔出口位置,烟气通常会冷却至46—55℃,水蒸气处于饱和状态,借助GGH设备加热烟气至80℃,从而提升烟气的扩散能力,洁净烟气会经过烟道排向大气,具体如图1所示:
3.石灰石-石膏湿法烟气脱硫效率影响因素
从石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的原理可知,影响脱硫效率的主要因素有:(1)经过除尘工艺后,需要将烟气传送到吸收塔中;(2)保证吸收塔中烟气、石灰石浆液反应时间、条件;(3)及时排出形成的石膏,具体而言,分为以下因素:
3.1钙硫比影响因素
钙硫比是指脱除二氧化硫中硫摩尔浓度与石灰石中钙摩尔浓度比值,钙硫比理论数值被规定为1,当钙硫比数值越大[3],需要的石灰石消耗量更多,因石灰石属于化合物且不易溶于水,如果要将其进行全部利用,不仅会加速溶解速度,还会提升反应活性,其主要原因为石灰石比表面积大且粒径小。同时,如果浆液循环次数较多,系统电能消耗速度也会加快。根据相关实验证明,钙硫比数值为1.02~1.05之间时,脱硫的有效性最高,也会提升脱硫剂的利用率。反之,钙硫比小于1.02或者超过1.05时,也会降低脱硫剂利用率,虽然钙硫比数值提升时,脱硫效率也会相应提升,但其增加幅度较小,且幅度过大时,还会影响浆液pH值,如果pH值过大时,反而会限制脱硫工作的进行。
3.2二氧化硫浓度
电除尘器排出的烟气二氧化硫浓度较高时,需要的石灰石浆液也就越多,在安装脱硫设备后,正常运行时,吸入塔入口位置的二氧化硫浓度越高,出口位置浓度越低时,证明脱硫工作效率越高,其计算公式为:
脱硫效率=(C1-C2)/C1•100.0%
式中:C1代表脱硫装置进口烟道处二氧化硫浓度,单位为mg/Nm3;
C2代表脱硫装置出口烟道处二氧化硫浓度,单位为mg/Nm3。
但此种运行情况属于理想状态,与现实存在一定的出入,每套设备的脱硫性能存在较大差异,当二氧化硫浓度超过某一限度时,很有可能超过浆液吸收能力,易浪费大量电能、石灰石浆液,因此,当吸收浆液pH值不变时[4],将会降低脱硫效率,针对这一问题,运行人员必须结合入口原烟气二氧化硫浓度,调整供浆量,合理控制吸收塔浆液的pH值,以提升脱硫效率。
3.3含氧量
结合化学平衡原理可知,浆液中所含的亚硫酸根离子浓度超过某一限度时,会抑制石灰石溶解过程,进而降低石膏的质量,根据二氧化硫去除化学方程式可知,当烟气含氧量提升时,可促进亚硫酸根氧化反应,即说明为保障脱硫效率,避免吸收塔结垢等问题,必须提升含氧量。脱硫效率也会随着含氧量的提升而增加,根据相关数据证明,如果在稳定工况支持下,含氧量超过6.0%后,脱硫效率可达到95%,在脱硫系统中应科学控制鼓风量而增加吸收塔中的含氧量。
3.4浆液pH值
二氧化硫吸收反应大部分在烟气与喷淋浆液接触的瞬间就完成,而二氧化硫是否被石灰石浆液吸收,与石灰石浆液的pH值有着密切关系,石灰石的溶解和石膏结晶则需要一定时间才能达到平衡;当PH=5.8~6.2时,PH值控制的反应灵敏度最差,当PH<5.5时,PH值控制的反应灵敏度最好,不但石灰石的利用率增加,而且PH值的控制性良好;综合脱硫效率、亚硫酸氢根离子和亚硫酸根离子的氧化反应、石灰石的溶解、石膏的结晶、废水处理等因素,控制PH值在5.2~5.6最佳;实际工作中,控制稳定的PH值很重要,持续保证吸收塔的石灰石浆液供给量;检查供浆系统设备运行情况,保证足够的循环浆液泵运行;检查石灰石浆液浓度是否保持在30%左右,若小于26%时,应增加给粉量将浓度恢复至30%,尽快使PH值恢复至5.2—5.6,并增加外排。
【结束语】
综上所述,短时期内我国仍会以火电厂发电为主,这也就说明石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺仍会是控制排放二氧化硫的关键措施。因此,为提升石灰石-石膏湿法烟气脱硫效率,控制二氧化硫的排放,必须严格把控石灰石进料质量,按照脱硫系统操作流程,科学选择钙硫比、吸收塔浆液的pH值,控制二氧化硫浓度、粉尘浓度,适时排出系统中石膏,提升脱硫效率的同时,降低会环境的污染,改善生态环境,实现社会经济的持续发展。
参考文献:
[1]潘丹萍,吴昊,姜业正等.应用水汽相变促进湿法脱硫净烟气中PM2.5和SO3酸雾脱除的研究[J].燃料化学学报,2016,44(1):113-119.
[2]潘丹萍,吴昊,黄荣廷等.石灰石石膏法烟气脱硫过程中 SO3酸雾脱除特性[J].东南大学学报(自然科学版),2016,46(2):311-316.
[3]李兴华,牛拥军,张利清等.湿法烟气脱硫系统采用电石渣为脱硫剂的试验研究[J].中国电力,2016,49(8):140-143.
[4]陈英.有关石灰石-石膏湿法烟气脱硫中石灰石反应闭塞问题的探讨[J].价值工程,2016,35(33):118-119.
论文作者:陈礼煌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/2
标签:石灰石论文; 烟气论文; 浆液论文; 石膏论文; 湿法论文; 吸收塔论文; 浓度论文; 《基层建设》2017年第21期论文;