湿法烟气脱硫技术的研究现状与进展

1.研究背景众所周知，二氧化硫是当今人类面临的主要大气污染物之一，根据15年来60多个国家监测获得的统计资料显示，由人类制造的二氧化硫每年达1.8亿吨，比烟尘等悬浮粒子1.0亿吨还多，己成为大气环境的第一大污染物。

在我国的能源结构中，能源结构中煤炭所占比例高达73%，石油为21%，天然气和水能仅占2%和4%。

这个比例在一个相当长的时期内不会有根本性的改变。

而据对主要大气污染物的分类统计分析，在直接燃烧的燃料中，燃煤排放的大气污染物数量约占燃烧排放总量的96%，大气中90%S02，71%CO，85%的CO2，70%的NO以及70%的粉尘来自煤炭的直接燃烧。

因此，我国的大气环境污染仍然以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘。

目前我国S02年排放量连续超过2000万吨，超过欧洲和美国，使我国成为世界S02排放第一大国。

二氧化硫污染对人类造成的危害己被世人所知，二氧化硫的污染属于低浓度、长期的污染，它的存在对自然生态环境、人类健康、工农业生产、建筑物及材料等方面都造成了一定程度的危害。

S02污染排放问题已成为制约我国国民经济发展的一个重要因素，对S02排放的控制与治理己刻不容缓。

其中，火力发电机组二氧化硫排放量的削减更成为了重中之重。

与此同时，气候变暖也已经成为一项全球性的环境问题,受到了许多国家的关注。

人类活动所释放的二氧化碳是导致全球变暖的最重要的温室气体。

其中火电厂燃用矿物燃料所释放的CO2,是全球二氧化碳浓度增加的主要原因之一。

随着我国经济的快速发展，控制能源消耗造成的环境污染，特别是控制燃煤造成的二氧化硫污染和二氧化碳的排放成为保证社会和经济可持续发展的迫切要求。

烟气脱硫是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式，是控制酸雨和二氧化硫污染的主要技术手段。

湿法石灰石一石膏烟气脱硫作为一种相对较成熟、脱硫效率较高的脱硫技术，得到了广泛的应用。

石灰石- 石膏湿法烟气脱硫因其脱硫效率高、工艺成熟、安全性可靠性高、系统运行稳定、维护简单、投资成本与运行成本较低、脱硫副产物可综合利用等优势而成为目前火电厂烟气脱硫最常采用的工艺。

世界各国的湿法烟气脱硫工艺流程、形式和机理大同小异，主要是使用石灰石(CaCO3）、石灰（CaO)等浆液作洗涤剂，在反应塔中对烟气进行洗涤，从而除去烟气中的SO2。

2.湿法石灰石/ 石膏脱硫工艺原理当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经经破碎磨细成粉状后加水搅拌制成吸收浆。

在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的So2与浆液中的碳酸钙进行化学反应、再通过鼓入空气氧化，最终产物为石膏。

脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴，经换热器加热升温后排人烟囱。

脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。

石灰或石灰石法主要的化学反应机理为：2CaSO3+O2=2CaSO4石灰石/石膏湿法脱硫工艺流程图石灰／石灰石法是世界上应用最多的一种FGD工艺，对高硫煤，脱硫率可在90%以上，对低硫煤，脱硫率可在95%以上。

3.影响脱硫效率的因素3.1 吸收塔浆液PH高PH值的浆液有助于SO2的吸收，而低PH值的浆液有助于Ca2+析出，二者互相对立。

因此控制浆液PH值的大小，对其脱硫效率有着重要意义。

浆液PH值的变化是个缓慢的过程，不可能通过控制供给浆液马上达到理想的数据。

随着煤质和负荷的变化，随着烟气流量的递增，脱硫效率下降。

同样，烟气流速提高，烟气对喷淋浆液的浮力增大，增加了烟气与浆液的接触时间，反而提高了脱硫效率；烟气流速低，随有利于SO2吸收，但伴随烟道阻塞等问题。

另外，石灰石浆液密度>1130Kg/m3时，混合浆液中CaCO3 和CaSO4·2H2O的浓度达于饱和，CaSO4·2H 2O对SO 2的吸收有抑制作用，脱硫效率有所下降；而浆液密度<1075 Kg/m3 时, CaSO4·2HO含量较低，CaCO3 的相对含量升高，此2时如果排出，将浪费浆液石灰石。

建议密度范围1075 Kg/m3～1130Kg/m3。

吸收塔石灰石给料系统为闭合控制回路，该闭合控制回路根据烟气中实际的SO量以及根据吸收塔浆液的pH值来控制石灰石浆液供给电动阀门。

2高PH值浆液中有较多的CaCO3存在，对脱硫有益，但PH>5.8后脱硫率反而降低，Ca2+析出越来越困难；低PH值能促使石灰石溶解，但不利于脱硫，也易造成设备酸性腐蚀。

因此，建议PH值控制在5.5～5.8之间。

3.2 石灰石活性石灰石是由碳酸钙所组成的沉积岩，常见的杂质是MgCO3、SiO2、Al2O 3、Fe2O3。

在FGD系统运行条件下，部分MgCO3 可溶解，而绝大多数金属氧化物即使在强酸中也不溶解。

石灰石中的MgCO3 主要以两种形式存在：纯MgCO3 和白云石。

溶解的MgCO3可提高S02 吸收效率，但Mg2+浓度过高将影响副产物的沉淀和脱水。

白云石在FGD系统中基本上不溶解，其含量增加将增加石灰石的消耗，降低石膏的纯度。

SiO2 具有腐蚀性，会增加球磨机、浆液循环泵、喷嘴及输运管道的磨损，且SiO2 的硬度较CaCO3高，需要消耗更多的能源，从而降低石膏纯度和石灰石活性。

AL3+和F-形成的氟化铝络合物将石灰石包裹，导致浆液PH值的降低和失控。

3.3 液气比液气比指单位体积烟气流量在脱硫吸收塔中用于循环的碱性浆液的体积流量，它在数值上等于单位时间内吸收剂浆液喷淋量和单位时间内脱硫吸收塔入口的标准状态湿烟气体积流量之比。

液气比小，SO2 废气吸收率较低，这是因为随着烟气流量的增大，尽管在单位时间内进入液相的气体量增大，但由于SO2 气体在液相中的停留时间缩短，故不能充分与矿浆接触，另外初始的大量SO2 迅速消耗矿浆，使在后来的反应进程中SO2 愈显得过量，造成脱硫率降低。

但液气比也不能过大，否则吸收设备过大，投资费用高。

因此，对于投运的吸收塔，一般通过控制循环泵的启停来控制液气比，从而达到合理的液气比，有效的提高脱硫效率3.4 钙硫比钙硫比就是脱硫过程中使用石灰石中钙的摩尔与脱除的SO2 中硫的摩尔比值，钙硫比的理论值为1。

由于石灰石是一种很难溶于水的化合物，如果要其全部反应利用，一方面需要石灰石粉粒径很小，另一方面需要浆液循环泵循环的次数很多，这样就增加了系统的电耗。

当Ca／S=1.02～1.05时，脱硫效率最高，吸收剂具有最佳的利用率。

3.5烟气温度SO2吸收的吸收反应是放热反应，因此烟气温度越低，越利于SO2 溶解。

随锅炉负荷升高和排烟温度升高，脱硫效率下降。

3.6 烟气中飞灰含量当烟气中飞灰含量过高时，将会对石灰石的溶解性产生负面影响，降低石灰石中Ca2+ 的溶解速率。

粉尘中的氟、铝等形成络合物，对石灰石颗粒形成包裹，不但会使石膏浆液中含有过多细小的石灰石颗粒，而且还会使浆液pH 值下降，对于SO2 的吸收造成不利影响，导致脱硫效率的下降。

3.7 氧化空气量氧化空气量不足会导致石膏的氧化过程反应不完全，使浆液中存在过多CaSO31/2H2O，从而影响浆液的品质并导致脱硫效率下降，因此必须提供足够量的氧化空气。

4.脱硫系统的运行经济现状到2008年底，我国火电厂脱硫装机容量已超过3.79亿kW，如果脱硫装置的运行耗电量为厂用电的1.2％，假设火电机组年利用小时为4 500 h，全国脱硫装置1年的耗电量约为204.66 亿kW·h，是个相当大的数字。

我国单机容量在200MW 及以上机组中，采用湿法脱硫工艺的比例约占火电总装机容量的95％以上。

国家或地方政府给予电厂脱硫的政策性成本补贴为0.015～0.02 元/（kW·h），因此，火电厂在脱硫运行中如何减少电耗是一个很重要的问题。

根据脱硫运行成本核算，影响湿法脱硫运行成本的主要因素是投资折旧、脱硫剂的原料费用和运行电费，这3 项费用约占脱硫运行成本的90％及以上，其中运行电费占脱硫运行成本的60％以上。

湿法脱硫系统的运行电耗，占机组发电量的1.0％～2.0％，如果是高硫煤，有时运行电耗要占到机组发电量的2.0％以上。

烟气加热器（GGH）对脱硫运行电耗的影响不设GGH的脱硫系统，运行时在烟囱下风口出现一定程度长的白色烟羽。

环境湿度越大，温度越低。

白烟长度越长。

为了尽可能避免出现白烟，需要对湿烟气加热。

若要求当环境温度高于5℃时不能出现白烟，根据计算，45℃的饱和湿烟气，需要加热到68.8℃以上；50℃的饱和湿烟气，需要加热到86.2℃以上；而55℃的饱和湿烟气，则需要加热到108.3℃以上。

烟羽影响视觉因此，在风景区、居民密集区、城市市区的电厂，一般需设置GGH。

而处于非居民密集区和非风景区的电厂，在NOx排放浓度较低或投入脱硝装置时可不设GGH。

根据某电厂2台300MW机组脱硫改造的测算，不设GGH后可节省投资1800万元。

2台300MW机组按年运行5500h在有GGH比无GGH时多耗电18，755，000（kW·h），厂用电价按0.44元/（kW·h）计算年少用电费：825.22 万元。

5.脱硫系统的优化5.1 设置4台浆液循环泵硫分在低时为0.40％～0.80％，在高的时候达到1.5％～2.5％。

从0.4％～2.5％硫分这样的变化，给脱硫系统的设计带来很大困难。

根据这个情况，在设计中往往采取不少于4台浆液循环泵的配置方式。

当硫分低时或者在机组负荷较低时，停用1台甚至是2台浆液循环泵，这样不仅保证了应有的脱硫效率，也降低了电能的消耗。

5.2 选用陶瓷泵作为浆液循环泵在同等参数下，同样是进口泵，陶瓷泵要比KSB 泵价格高10％～20％，比国产泵价格高30％～40％。

根据国内几家电厂使用的情况来看，陶瓷泵的耐磨性能远远强于其他2 种类型泵，易损件的运行寿命是其他2 种泵的2 倍以上，同时陶瓷泵可以冷态修补，可修复性好。

并且，如果选用陶瓷泵，可将裕度参数考虑小一些，浆液循环泵的参数裕度小了，其轴功率就要减小。

5.3工艺水泵加装变频装置5.4石膏排出泵加设旁路系统在脱硫系统中，石膏排出泵按一用一备配置。

石膏排出泵主要用于脱硫吸收塔向石膏脱水系统供浆，将浆液中石膏含固量12％～15％的浆液，首先输送到石膏旋流站，使石膏含固量达到40％～50％，接着再输送到脱硫皮带机，脱水后变成含水量低于10％的固体石膏。

在石膏排出泵出口管道系统中设有2个重要仪表，一是在线测量吸收塔浆液酸碱度的pH计，二是在线测量吸收塔浆液石膏质量含量的密度计。

为了保证吸收塔浆液的pH 值和浆液密度的在线显示，必须要求石膏排出泵连续运行。

石膏排出泵和石膏脱水皮带机在脱硫系统中一般是按照燃煤的最高硫分设计的，而在运行中往往达不到最高硫分，因此石膏脱水系统在日常运行中工作时间往往在50％左右。

石膏排出泵在其他50％时间里也需要连续运行，其目的是保证排出泵出口管道中有实时的吸收塔浆液，能够在线显示吸收塔浆液的pH 值和浆液密度。