（大唐环境产业集团股份有限公司 大唐电力设计研究院 北京 100097）
摘要：本文对脱硫系统运行参数进行了分析，研究了不同运行参数设计值的变化对于脱硫系统的主要影响。
关键词：液气比；钙硫比；停留时间；空塔烟气流速；浆液pH值
1 课题背景
面对日益严格的燃煤机组脱硫超低排放要求，如果从脱硫系统运行参数方面进行研究和优化设计，找到脱硫系统整体运行的最优运行空间，可以大大提高脱硫系统的整体运行的稳定性，下面本文就各类脱硫运行参数对于脱硫系统的影响进行分析，以期找出最佳的脱硫系统运行区间。
2 脱硫系统运行参数的影响研究
液气比（L/G）、钙硫比（Ca/S）、循环浆液和固体物停留时间、空塔烟气流速和浆液pH值等是脱硫系统影响运行性能的主要参数[1]。
在石灰石-石膏WFGD系统中，液气比（L/G）指脱除单位体积原烟气中SO2消耗的脱硫剂的浆液量。L/G通常是以1 m3（标态下）湿烟气所需的吸收剂浆液升数来定义，即1个大气压，273.15 K的条件下。L/G的第二个重要作用是液气比的数值提高不仅增大了气液传质的表面积，同时中和已吸收的SO2的可利用的总碱量也增加了，因此整体的气液传质过程得到了加强，可以有效地提高SO2的脱除率。另外，较高的L/G有利于增大吸收区自然的氧化效率，减少外部强制氧化风的供给量，即降低风机的负荷。另一方面，较高的L/G同时意味着更大的喷淋层阻力和浆液循环泵能耗，所以一个经济的L/G数值对于系统后期运行比较有利。
Ca/S的数值是指为了脱除1 mol二氧化硫所需的脱硫钙剂的摩尔量，理论上其取值范围是1.0~1.1，而实验结果表明最佳运行范围为1.02~1.05，如果低于1.02则系统的脱硫效率会有一个明显的下降趋势，而高于1.05则因为增加过多的吸收剂导致浆液pH值过高，反而导致脱硫效率的下降。因为钙硫比为脱除1 mol SO2的单位脱硫钙剂的耗量，则其倒数即意味着单位脱硫剂的利用率（ηCa）。
浆液循环停留时间表示脱硫剂在塔浆池内一个循环周期的时间τc，为吸收塔浆池容积和浆液循环泵的流量总和的比值。从其定义我们可以看出τc越大，吸收塔浆池总容积也就越大；但是当吸收塔浆池容积一定时，τc与循环浆液总流量成反比，这意味它与L/G密切相关。提高τc值有利于在一个循环周期内，在吸收塔浆池中完成氧化、中和和沉淀析出等一系列化学反应，同时有利于石灰石的溶解和增加吸收剂的利用率。但是增加τc意味着随之而来的吸收塔制造成本、吸收塔基础建设等一系列工程造价的提高。石灰石-石膏法中的τc的范围一般是3.5~7 min，实际工程中典型的τc设计值为4.5 min左右。
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空塔流速是指系统烟气量通过塔时的设计通过速度。这就意味着当系统烟气量一定时，吸收塔的直径与烟气流速的数值成反比。烟气空塔流速的数值较小时，则气液传质时间相对较长，同时净烟气中挟裹的雾滴也相对较少，脱硫相关增、引风机的电耗值也相对较低；相反，如果设计的吸收塔空塔烟气流速数值较大，则吸收塔截面积就会大大变小，这意味着一系列土建工程量造价的降低；目前，在我国脱硫环保技术中应用较多的是逆流式喷淋空塔，在工程应用中大多数FGD的空塔流速取值范围为3~4 m/s。
循环浆液的pH值是脱硫工程中一个重要的监控运行参数。实际工程中用于测量pH的热控仪表通常设置在从吸收塔浆池去脱水系统的管路上，同时会设置一个自动调节回路补充塔内的新鲜的浆液，以便稳定系统的pH值，从而使得脱硫效率保证达标。也就是说较高的pH值意味着较长的浆液停留时间，有利于脱硫效率和吸收剂利用率的提高。然而，较高的pH值也同样意味着强碱性腐蚀、设备材料耐腐蚀等级提高等风险。所以，在实际工程设计中，系统运行的pH的取值范围一般控制在5.0~6.0。
刘景龙[1]等人通过研究双pH值湿法烟气SO2脱除法证明：对于低pH值管路而言，最佳浆液运行区间为4.8～5.0，最佳固含量为13%；而对于高pH值管路而言，最佳浆液运行区间为5.8～6.2，最佳固含量为17%。另外，通过改变入口 SO2浓度在1750～3600 ppm范围内，在上述浆液pH值和典型湿法脱硫运行参数下，该工艺的脱硫率最高可达98%以上。且当其他参数一定时，双pH值工艺的脱硫率随着L/G的增加而提高，而随着原烟气中SO2浓度和空塔烟气流速的变大而降低。
具体到每一个工程的脱硫运行设计参数都与该工程的实际入口参数条件有关系，不可一概而论，所谓的最适宜设计参数区间也是相对而言的，不一定适用于每一个工程，需要依据具体情况调整和确定。
3 研究现状总结
综上所述，就目前的超低排放脱硫技术而言，其主要的技术改进方向有如下三个方面：
①浆液循环停留时间
在系统入口烟气量和SO2浓度不变的情况下，提高脱硫效率最简单也是最直接的手段就是增大吸收塔的浆池容积，可以在浆液循环泵的总流量不变的前提下，有效增加浆液的停留时间，从而提高脱硫系统L/G。这样，SO2与石灰石浆液的反应将会更充分，同时也利于石膏结晶的形成，并有效地提高了脱硫效率。
②强化气液传质过程
对于逆流的喷淋空塔来说，通过在塔内增设一种或者多种塔内构件，可以有效增加气液反应接触时间，提高传质特性，使得整个吸收塔在较低的L/G的数值下具有较高的脱除率，这意味着较低的改造成本和运行造价。当然，增设塔内构件也会相应的增加系统的压损，但是由此获得的效益可以抵消此部分的影响。
③脱硫反应分区
系统试验和工程实际反馈结果证实：在浆液pH值较低的4–5的情况下，有利于脱硫剂的溶解和吸收反应，并得到较好的石膏产品；另一方面，在浆液pH值较高＞6的情况下，有利于在较低的液气比下提高SO2脱除率，即意味着浆液循环泵能耗的节约。
所以，我们可以对脱硫过程进行pH值分区，让原烟气通过2个循环回路分别进行化学反应后将SO2脱除，在低pH值过程中浆液维持在4.5-5.3，而在高pH值过程中则维持在5.8-6.4。此技术的系统适应性强，特别适用于采用高硫分煤质的机组，脱硫效率高达97%以上。
这种pH值分区反应的脱硫系统能适应烟气中二氧化硫的较大偏差和快速变化的情况，且每个循环系统的控制都是独立的，更易于优化和快速调整，例如煤质突变和负荷不稳定的情况。
上述研究方向可以作为燃煤机组SO2脱硫排放技术研究改进的主要方向。
参考文献：
[1]邓贞蕾. 湿法烟气脱硫增效技术的试验研究[硕士学位论文]. 济南：山东大学，2012.
[2]刘景龙.双ph值湿法烟气脱硫的试验研究[硕士学位论文]. 济南：山东大学，2012.
作者简介：
李雯（1986 -），女（汉），北京，清华大学工程硕士，主要从事火力发电厂烟气脱硫脱硝的技术工作。
论文作者:李雯
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/9
标签：浆液论文; 烟气论文; 吸收塔论文; 系统论文; 流速论文; 参数论文; 较高论文; 《电力设备》2017年第30期论文;