信息詳細內容山東省熱電設計院 郝秉清
摘要：本文介紹了濕法煙氣脫硫的關鍵參數，如液氣比、煙氣流速和溫度、鈣硫比、漿液pH、吸收劑要求等。綜合考慮各參數取值可使脫硫系統最優化運行。
關鍵詞 脫硫 液氣比 煙氣流速 鈣硫比
1、前言
隨著國家環保對二氧化硫的排放要求越來越嚴格，越來越多的中小型鍋爐業主傾向采用高脫硫效率的濕法脫硫工藝。但從目前運行的濕法脫硫系統來看，80 %左右的系統都達不到連續運行的要求。雖然可以達到要求的脫硫效率，但結垢、堵塞、磨損等現象屢見不鮮，系統需要頻繁維護。
濕法脫硫系統中有幾個關鍵的運行參數，脫硫系統設計時，必須綜合考慮這些參數的取值。只有這樣，才能既確保脫硫效率，又優化設計降低投資成本，同時也有效避免結垢、堵塞、磨損等現象，確保脫硫系統最優化運行。
2、濕法脫硫中的關鍵參數
2.1、液氣比（L/m3）
液氣比是指與流經吸收塔單位體積煙氣量相對應的漿液噴淋量，它直接影響設備尺寸和操作費用。
液氣比決定酸性氣體吸收所需要的吸收表面，在其他參數一定的情況下，提高液氣比相當于增大吸收塔內的噴淋密度，使液氣間的接觸面積增大，脫硫效率也將增大，要提高吸收塔的脫硫效率，提高液氣比是一個重要的技術手段。
目前廣泛使用的噴淋塔內持液量很小，要保證較高的脫硫效率，就必須有足夠大的液氣比。比如石灰石-石膏法，圖1是該方法液氣比對脫硫率的影響曲線，可知在pH=7，液氣比為15 L/m3時，脫硫率已接近100 %了，液氣比超過15.5 L/m3后，脫硫率的提高非常緩慢，通常單純噴霧型吸收塔，液氣比不會大于25 L/m3。而對于中小型鍋爐脫硫常用的氧化鎂技術，由于氧化鎂反應活性強于石灰石，因此氧化鎂法液氣比低一些，通常為5-6 L/m3。
圖1 石灰石-石膏法液氣比對脫硫率的影響
在實際工程中，提高液氣比將使漿液循環泵的流量增大，從而增加設備的投資和能耗。同時，提高液氣比還會使吸收塔內壓力損失增大，增加風機能耗，因此，要選擇合適的液氣比，尋找降低液氣比的途徑。降低液汽比的過程也是優化整個系統的過程，先進噴淋技術的運用、優化的塔體結構、高活性的脫硫劑等等，這是脫硫技術的核心問題。不同的脫硫劑液氣比差別很大，確定液氣比經驗至關重要。
2.2、煙氣流速和溫度
在其他參數恒定的情況下，提高塔內煙氣流速可提高氣液兩相的湍動，降低煙氣與液滴間的膜厚度，提高傳質效果。另外，噴淋液滴的下降速度將相對降低，使單位體積內的持液量增大，增大了傳質面積，增加了脫硫效率。但氣速增加，又會使氣液接觸時間縮短，脫硫效率可能下降。試驗表明，氣速在2.44～3.66 m/s之間逐漸增大時，隨著氣速的增大，脫硫效率下降；但當氣速在3.66～24.57 m/s之間逐漸增大時，脫硫效率幾乎與氣速的變化無關。
在實際工程中，煙氣流速的增加能夠使吸收塔的塔徑變小，減少吸收塔的體積，對降低造價有益。然而，煙氣流速的增加得對吸收塔內除霧器的性能提出新的更高要求，同時還會使吸收塔內的壓力損失增大，能耗增加。目前，對于空塔噴淋，塔內煙氣流速一般控制為3.5 ～4.5 m/s；對于多孔板塔，煙氣流速需綜合考慮篩板孔徑、開孔率等，一般控制為2.0～2.5 m/s。
吸收塔內煙氣溫度降低時，吸收液面上的SO2的平衡分壓降低，有助于氣液傳質。試驗表明，吸收塔進口煙氣溫度降低時，脫硫效率增加。實際工程中，在吸收塔前布置預冷段噴漿液使高溫煙氣降溫，但煙溫降低過多又會加劇凈煙氣對煙道、煙囪的腐蝕，根據經驗值，預冷段煙溫降至70～80 °C為宜。
2.3、鈣硫比
鈣硫比（Ca/S）是指注入吸收劑量與吸收SO2量的摩爾比，它反應單位時間內吸收劑原料的供給量。通常以漿液中吸收劑濃度作為衡量度量。
以石灰石-石膏法為例，在保持漿液量（液氣比）不變的情況下，Ca/S比增大，注入吸收塔內吸收劑的量相應增大，引起漿液PH值上升，可增大中和反應的速率，增加反應的表面積，使SO2吸收量增加，提高脫硫效率。但由于吸收劑（CaCO3）的溶解度降低，其供給量的增加將導致漿液濃度的提高，會引起吸收劑的過飽和凝聚，最終使反應的表面積減少，影響脫硫效率。實踐也證明如此，一般認為吸收塔的漿液濃度選擇在20～30 %為宜，Ca/S比控制在1.02～1.05。 Ca/S比的高低也反映出整個系統設計是否合理，使衡量系統經濟性的一個重要指標。
2.4、漿液的pH值
漿液pH值是濕法脫硫工藝的重要運行參數。
以石灰石/石膏法為例，一方面pH值影響SO2的吸收過程，pH值越高，傳質系數增加，SO2的吸收速度越快，但系統設備結垢嚴重；pH值低，吸收速度就下降，當pH值下降到4時，幾乎不能吸收SO2了。
另一方面pH值還影響石灰石、CaSO4·2H2O和CaSO3·1/2H2O的溶解度。隨著pH值的升高，CaSO3的溶解度明顯下降，而CaSO4的溶解度則變化不大。因此隨著SO2的吸收，溶液的pH值降低，溶液中CaSO3的量增加，并在石灰石粒子表面形成一層液膜，而液膜內部CaCO3的溶解又使pH值上升，溶解度的變化使液膜中的CaCO3析出并沉積在石灰石粒子表面，形成一層外殼，使粒子表面鈍化。鈍化的外殼阻礙了CaCO3的繼續溶解，抑制了吸收反應的進行。因此，選擇合適的pH值是保證系統良好運行的關鍵因素之一。
根據工程經驗，一般認為吸收塔的漿液pH值選擇在5.5～6.2為宜，對氧化鎂、石灰等其它脫硫劑也如此。pH值對系統脫硫效率和運行效率都有著重要的影響，通過調整pH值既要保證較高的脫硫效率，也要確保系統安全可靠運行，減少結垢堵塞的幾率。
2.5、吸收劑原料
脫硫系統對吸收劑原料有一定的要求，首先是吸收劑的純度，高純度的吸收劑反應活性高，雜質含量少，對系統磨損較弱；其次是吸收劑的粒度，粒度越小，單位體積的表面積越大，利用率相對較高，有利于脫硫。
通常要求的吸收劑，石灰純度在90 %左右，粒度150～200目；氧化鎂純度在85 %左右，粒度200目；石灰石純度在90 %以上，粒度300～400目。過高的吸收劑純度和過細的粒度會導致吸收劑制備價格的上升，使系統運行成本增加。
系統的設計是基于脫硫劑的選擇參數的，脫硫效率、系統運行的經濟性和安全性都與此相關。經驗告訴我們脫硫劑的變動如同“牽一發而動全身” ，不可擅自和隨意變動。
3、小結
除了上述重要參數外，脫硫系統設計還有其它一些影響因素。從參數的分析看，這些因素相互關聯。脫硫工程是個系統工程，如果參數選擇不當，將使系統造價和運行成本大大增加，而且脫硫系統能否正常運行直接影響到鍋爐甚至整個電廠的正常運行。因此，根據具體工程來選定合適的設計和運行參數，是脫硫系統供應商和電廠業主需要慎重研究的問題。
