石灰石——石膏濕法脫硫技術在實際應用中的探討
摘要: 文章闡述了石灰石- 石膏濕法脫硫工藝的原理, 分析了存在的技術問題和處理方法, 并對影響脫硫效率的主要因素進行了探討。
關鍵詞: 濕法脫硫,技術,應用,脫硫效率
大型燃煤工礦企業(yè)在新建、 擴建、 或改建中的脫硫技術, 特別是燃煤電廠被得到廣泛的推廣應用, 而石灰石- 石膏濕法脫硫是技術最成熟、 最適合中國國情且國內應用最多的高效脫硫工藝, 但在實際應用中如果不能針對具體情況正確處理結垢、 堵塞、 腐蝕等技術問題, 將達不到預期的脫硫效果。
1 石灰石—石膏濕法脫硫工藝及脫硫原理
從電除塵器出來的煙氣通過增壓風機BU F 進入換熱器GGH, 煙氣被冷卻后進入吸收塔A b s, 并與石灰石漿液相混合。 漿液中的部分水分蒸發(fā)掉, 煙氣進一步冷卻。 煙氣經循環(huán)石灰石稀漿的洗滌, 可將煙氣中95%以上的硫脫除。 同時還能將煙氣中近100% 的氯化氫除去。 在吸收器的頂部, 煙道氣穿過除霧器 M e, 除去懸浮水滴。
離開吸收塔以后, 在進入煙囪之前, 煙氣再次穿過換熱器, 進行升溫。吸收塔出口溫度一般為50～ 70℃, 這主要取決于燃燒的燃料類型。 煙囪的最低氣體溫度常常按國家排放標準規(guī)定下來。在中國, 有 GGH 的脫硫, 煙囪的最低氣溫一般是80℃, 無GGH 的脫硫, 其溫度在50℃左右。 大部分脫硫煙道都配備有旁路擋板(正常情況下處于關閉狀態(tài))。在緊急情況下或啟動時, 旁路擋板打開, 以使煙道氣繞過二氧化硫脫除裝置, 直接排入煙囪。
石灰石——石膏稀漿從吸收塔沉淀槽中泵入安裝在塔頂部的噴嘴集管中。在石灰石——石膏稀漿沿噴霧塔下落過程中與上升的煙氣接觸, 煙氣中的 SO 2 溶入水溶液中, 并被其中的堿性物質中和, 從而使煙氣中的硫脫除。石灰石中的碳酸鈣與二氧化硫和氧(空氣中的氧)發(fā)生反應, 并最終生成石膏, 這些石膏在沉淀槽中從溶液中析出。石膏稀漿由吸收塔沉淀槽中抽出, 經濃縮、 脫水和洗滌后先儲存起來, 然后再從當?shù)剡\走。
2 脫硫系統(tǒng)的結垢堵塞與解決辦法
2.1 結垢、 堵塞機理
2.1.1 石膏終產物濃度超過了漿液的吸收極限, 石膏就會以晶體的形式開始沉積, 當相對飽和濃度達到一定值時, 石膏晶體將在懸浮液中已有的石膏晶體表面進行生長, 當飽和度達到更高值時, 就會形成晶核, 同時, 晶體也會在其他各種物體表面上生長, 導致吸收塔內壁結垢。
2.1.2 在系統(tǒng)的氧化程度低下, 甚至無氧化發(fā)生的條件下, 可生成一種反應物為 Ca (SO 3 ) 0 . 8 (SO 4 ) 0.21/2H2O , 稱為CSS-軟垢, 使系統(tǒng)發(fā)生結垢, 甚至堵塞。
2.1.3 吸收液pH 值的劇烈變化, 低pH 值時, 亞硫酸鹽溶解度急劇上升, 硫酸鹽溶解度略有下降, 會有石膏在很短時間內大量產生并析出, 產生硬垢。 而高 pH 值亞硫酸鹽溶解度降低, 會引起亞硫酸鹽析出, 產生軟垢。在堿性pH 值運行會產生碳酸鈣硬垢。
2.2 解決辦法
①采用強制氧化工藝, 使氧化反應趨于完全, 控制亞硫酸鈣的氧化率在95%以上, 保持漿液中有足夠密度的石膏晶種; ②嚴格除塵, 嚴防噴嘴堵塞; ③ 控制吸收液中水分蒸發(fā)速度和蒸發(fā)量, 運行中控制溶液中石膏過飽和度最大不超過130%; ④控制溶液的pH 值, 尤其避免運行中pH 值的急劇變化; ⑤吸收液中加入二水硫酸鈣或亞硫酸鈣晶種; ⑥向吸收液中加入添加劑如: 鎂離子、 乙二酸; ⑦適當?shù)脑龃笠簹獗纫彩窍到y(tǒng)結垢、 堵塞的重要技術措施。
3 硫系統(tǒng)的腐蝕與防腐
3.1 腐蝕機理
①煙氣中的SO 2、 HCl、 HF 等酸性氣體在與液體接觸時, 生成相應的酸液, 其SO32-、 Cl-、 SO42-對金屬有很強的腐蝕性, 對防腐內襯亦有很強的擴散滲透破壞作用; ②金屬表面與水及電解質形成電化學腐蝕, 在焊縫處比較明顯; ③結晶腐蝕, 溶液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽隨溶液滲入防腐內襯及其毛細孔內, 當系統(tǒng)停運后, 吸收塔內逐漸變干, 溶液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽析出并結晶, 隨后體積發(fā)生膨脹, 使防腐內襯產生應力, 產生剝離損壞; ④環(huán)境溫度的影響。由于GGH (蓄熱式換熱器)故障或循環(huán)液系統(tǒng)故障, 導致塔內煙溫升高, 其防腐材料的許用應力隨溫度升高而急劇降低; ⑤漿液中由于含有固態(tài)物, 落下時對塔內物質有一定的沖刷作用。
3.2 防腐技術
①合理控制漿液的pH 值; ②選擇合理的FGD (脫硫設備)煙氣入口溫度, 并選擇與之相配套的防腐內襯, 選擇與入口煙溫, 塔內設計溫度不相匹配的內襯材料是致命的錯誤; ③嚴把防腐內襯的施工質量; ④吸收塔現(xiàn)場制作過程中保證焊口滿焊, 焊縫光滑平整無缺陷, 內支撐件及框架不能用角鋼、 槽鋼、工字鋼, 應用圓鋼、 方鋼為主, 外接管不能用焊接, 要用法蘭連接; ⑤選擇合理的防腐材料。
4 影響脫硫效率的因素分析
4.1 吸收液的pH 值
煙氣中SO 2 與吸收塔漿液接觸后發(fā)生如下一些化學反應:
SO 2+ H2O = HSO3-+ H+ CaCO 3+ H+= HCO3-+ Ca2+ HSO3- + 1/2O 2= SO42-+ H+ SO42-+ Ca2+ + 2H2O = CaSO 4·2H2O
從以上反應歷程不難發(fā)現(xiàn), 高pH 的漿液環(huán)境有利于SO 2 的吸收, 而低pH 則有助于Ca2+ 的析出,二者互相對立。pH 值= 6 時, 二氧化硫吸收效果最佳, 但此時易發(fā)生結垢, 堵塞現(xiàn)象。而低的pH 值有利于亞硫酸鈣的氧化, 石灰石溶解度增加, 卻使二氧化硫的吸收受到抑制, 脫硫效率大大降低, 當pH= 4 時, 二氧化硫的吸收幾乎無法進行, 且吸收液呈酸性, 對設備也有腐蝕。具體最合適的pH 值應在調試后得出, 但一般pH 在4～ 6 之間。
4.2 液氣比及漿液循環(huán)量
液氣比增大, 代表氣液接觸機率增加, 脫硫率增大。 但二氧化硫與吸收液有一個氣液平衡, 液氣比超過一定值后, 脫硫率將不在增加。 新鮮的石灰石漿液噴淋下來后與煙氣接觸后, SO 2 等氣體與石灰石的反應并不完全, 需要不斷地循環(huán)反應, 增加漿液的循環(huán)量, 也就加大了CaCO 3 與SO 2 的接觸反應機會, 從而提高了SO 2 的去除率。
4.3 煙氣與脫硫劑接觸時間
煙氣自氣- 氣加熱器進入吸收塔后, 自下而上流動, 與噴淋而下的石灰石漿液霧滴接觸反應, 接觸時間越長, 反應進行得越完全。 因此長期投運對應高位噴淋盤的循環(huán)泵, 有利于煙氣和脫硫劑充分反應, 相應的脫硫率也高。
4.4 石灰石粒度及純度
石灰石顆粒越細, 其表面積越大, 反應越充分,吸收速率越快, 石灰石的利用率越高。一般要求為: 90%通過325 目篩或250 目篩, 石灰石純度一般要求為大于90%。
4.5 氧化空氣量
O 2 參與煙氣脫硫的化學過程, 使4HSO3-氧化為SO42- , 隨著煙氣中O 2 含量的增加, CaSO 4·2H2O 的形成加快, 脫硫率也呈上升趨勢。 多投運氧化風機可提高脫硫率。
4.6 煙塵
原煙氣中的飛灰在一定程度上阻礙了SO 2 與脫硫劑的接觸, 降低了石灰石中Ca2+的溶解速率, 同時飛灰中不斷溶出的一些重金屬會抑制Ca2+與HSO3-的反應。 煙氣中粉塵含量持續(xù)超過設計允許量, 將使脫硫率大為下降, 噴頭堵塞。一般要求FGD 入口粉塵含量小于200mg/m 3。
4.7 煙氣溫度
進入吸收塔煙氣溫度越低, 越利于SO2 氣體溶于漿液, 形成HSO 3 - , 即: 低溫有利于吸收, 高溫有利于解吸。 通常, 將煙氣冷卻到60℃左右再進行吸收操作最為適宜, 較高的吸收操作溫度, 會使SO2 的吸收效率降低。
4.8 Cl-含量氯在系統(tǒng)中主要以氯化鈣形式存在, 去除困難, 影響脫硫效率, 后續(xù)處理工藝復雜, 在運行中應嚴格控制系統(tǒng)中Cl- 含量(一般控制在20 000ppm 以內) ,確保其在設計(一般設計在40 000ppm 左右)允許范圍內。
5 結論
通過以上方法可基本解決實踐中的脫硫技術問題, 使脫硫效率達到設計要求, 確保中國在發(fā)展經濟的同時有效地保護好生存環(huán)境、 確保人民生活水平的全面提高。
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