劉進軍

（國核工程有限公司 上海 200233）

濕式石灰石/石膏法煙氣脫硫水耗的影響因素分析

劉進軍

（國核工程有限公司 上海 200233）

濕式石灰石/石膏法煙氣脫硫系統(tǒng)的水耗主要由三部分組成，煙氣帶水，石膏帶水和廢水排放。在設(shè)計工況下，這三部分之和就是系統(tǒng)的總水耗，與進入脫硫系統(tǒng)的水量形成水平衡。本文分析了系統(tǒng)水耗的影響因素，對于系統(tǒng)設(shè)計及穩(wěn)定運行，具有一定參考價值。

煙氣脫硫；石灰石/石膏法；除霧器

濕法煙氣脫硫的耗水量是系統(tǒng)運行的主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，與系統(tǒng)的設(shè)計密切相關(guān)，也影響到全廠水量平衡的穩(wěn)定。因此分析系統(tǒng)水耗的影響因素對于優(yōu)化設(shè)計，穩(wěn)定運行具有重要意義。

1 工藝簡介

石灰石/石膏法脫硫系統(tǒng)主要包括煙氣系統(tǒng)，SO2吸收系統(tǒng)，吸收劑漿液制備系統(tǒng)，石膏脫水系統(tǒng)和廢水系統(tǒng)。

從鍋爐引風(fēng)機后的總煙道上引出的煙氣，通過增壓風(fēng)機升壓進入吸收塔。石灰石漿液經(jīng)循環(huán)泵從吸收塔下部漿池送至塔上部的噴淋系統(tǒng)，與煙氣逆向接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)吸收煙氣中的SO2，在吸收塔循環(huán)漿池中利用氧化空氣將亞硫酸鈣氧化成穩(wěn)定的石膏。凈煙氣經(jīng)除霧器除去水霧后，由煙囪排入大氣。

吸收塔的石膏漿液通過石膏排出泵送入石膏水力旋流站濃縮，濃縮后的石膏漿液直流進入真空皮帶脫水機。進入真空皮帶脫水機的石膏漿液經(jīng)脫水處理后表面含水率小于10%，由皮帶輸送機送入石膏儲存間存放待運。在石膏脫水過程中用工藝水對石膏及濾布進行沖洗，真空皮帶脫水機濾液收集在濾液箱中，與石膏旋流站出來的溢流漿液共同組成回用水，返回系統(tǒng)循環(huán)使用。回用水可以作為吸收塔液位補償，也可以用于吸收劑漿液制備。

為控制脫硫石膏中Cl－等成份的含量，需要從脫水系統(tǒng)收集的濾液中排出一部分，用以維持系統(tǒng)離子平衡，這就形成了系統(tǒng)廢水。

吸收劑漿液制備系統(tǒng)是按一定比例加水制成一定濃度的石灰石漿液（含固濃度為30%（wt）），漿液通過泵送入脫硫吸收塔內(nèi)參與吸收反應(yīng)。配置過程中的水由一部分回用水和一部分工藝水組成。

2 案例分析

河南某電廠燃煤鍋爐煙氣脫硫工程，采用石灰石/石膏法，其運行參數(shù)如下：

原煙氣流量2057264Nm3/h（濕態(tài)），入口煙溫140℃，入口SO2濃度2215mg/Nm3（干態(tài)），凈煙氣流量2178485Nm3/h（濕態(tài)），出口煙溫48℃，出口SO2濃度90mg/Nm3（干態(tài)），系統(tǒng)脫硫效率96%。

100%BMCR工況下系統(tǒng)的水平衡如下，為便于分析，對75%BMCR和SO2升高25%工況下的水平衡也進行了計算：

在計算過程中，不考慮設(shè)備的密封和冷卻用水，以及可能出現(xiàn)的跑冒滴漏，單從工藝系統(tǒng)的角度進行分析。從以上水平衡關(guān)系中不難看出，脫硫系統(tǒng)的水耗主要包括三個方面：煙氣帶水、石膏帶水和廢水。

2.1 煙氣帶水

煙氣帶走的水分即為凈煙氣中水分與原煙氣水分的差值，從該項目的水平衡中不難得出，煙氣帶走的水分占全部水耗的比值為：（194.1-104.5）/106.1=84.4%

因此，煙氣帶走的水分是整個脫硫系統(tǒng)水耗最主要的方面。當(dāng)煙氣流經(jīng)吸收塔時，與逆向的石灰石漿液發(fā)生傳熱和傳質(zhì)作用，煙溫迅速降低，吸收塔內(nèi)大量被蒸發(fā)的水分使得出口煙氣中水蒸氣達(dá)到飽和。

如果脫硫系統(tǒng)的原煙氣情況一定時，即煙氣量，煙氣溫度，煙氣含水量穩(wěn)定，則凈煙氣達(dá)到飽和時所帶走的水蒸氣量也是固定的。當(dāng)鍋爐在低負(fù)荷下運行時，煙氣帶水從194.1-104.5=89.6 t/h，減少到115.4-70.2=45.2 t/h。

由于達(dá)到飽和需要的水蒸氣減少的緣故，煙氣帶走的水分會減少，原有水平衡被打破。此時，吸收塔就會處在高液位運行，最先停掉的是吸收塔補充水，隨后除霧器沖洗周期會延長，從除霧器沖洗進入系統(tǒng)的水量減少，接著吸收劑用量也會隨之下降，從制備系統(tǒng)進入系統(tǒng)的水量就會降下來。此時，比較容易出現(xiàn)的問題，就是除霧器的結(jié)垢和堵塞會加重。因此在低負(fù)荷運行時，要密切關(guān)注除霧器的壓差變化，可能還會發(fā)生吸收塔溢流。如果加大廢水排放，是可以維持系統(tǒng)的運行，但也就會造成水量的浪費，一般脫硫系統(tǒng)也不設(shè)這樣的連鎖控制。

除了吸收塔內(nèi)蒸發(fā)的水分以外，凈煙氣離開吸收塔時還會夾帶部分較大的液滴，也會引起水耗的增加。夾帶的水分和蒸發(fā)的水分相比而言要小很多，在計算上一般會參考除霧器的最小保證值，一般在75mg/Nm3左右。夾帶的水量除了和除霧器效率相關(guān)外，和煙氣流速也有很大關(guān)系。流速過大，被裹挾夾帶的水分就會增加。流速降低，吸收塔塔徑就會增大，塔的制造成本就會上升。在吸收塔計算時，既要考慮利于反應(yīng)的流速，同時要兼顧塔的經(jīng)濟性，一般將空塔氣速設(shè)定為4m/s。為了解決夾帶，在塔的構(gòu)造上要求除霧器最低的沖洗層距離最上的噴淋層必須大于2m，這樣的考慮也是為了使液滴能夠充分沉降，降低夾帶水分。

2.2 石膏帶水

吸收系統(tǒng)排出的石膏漿液進入脫水系統(tǒng)，經(jīng)旋流器和脫水機后，得到含水率為10%的CaSO4·2H2O。旋流器上清液和大部分脫水機濾液被回收利用，留在了系統(tǒng)內(nèi)。石膏帶走的水主要是結(jié)晶水和游離水。結(jié)晶水和游離水的量和產(chǎn)物CaSO4·2H2O的量呈線性關(guān)系，都是取決于SO2的脫除量，脫除量越大，生成的石膏越多，這部分水量就會越大。

因此，當(dāng)系統(tǒng)在設(shè)計工況下穩(wěn)定運行的時候，石膏的產(chǎn)量不變，石膏帶水量就是固定不變的。當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運行時，石膏的產(chǎn)出量減少，這部分水耗就會減少。由于設(shè)備的局限，脫水機并不會用設(shè)備運行負(fù)荷去跟蹤鍋爐負(fù)荷，而是體現(xiàn)為進入脫水系統(tǒng)的水量不變，但是回收的水量會增加。排出系統(tǒng)的水量減少了，使得多余的水滯留在系統(tǒng)內(nèi)。從水平衡計算中可以看出，石膏帶水在整個水耗中所占比例最小。100%BMCR和75%BMCR工況下水平衡比較，石膏帶水從 2.8+1.5=4.3t/h減少到2.4+1.2=3.6t/h，滯留的水量僅為0.7t/h，對整個系統(tǒng)而言，影響遠(yuǎn)小于煙氣帶水。

另一種情況是SO2濃度的波動時，石膏的產(chǎn)出會隨之變化，這部分水量就會不一樣。從水平衡上來看，SO2濃度變大時，進入吸收塔的吸收劑量會變大，從制備系統(tǒng)進入系統(tǒng)的水量從30.5t/h變?yōu)?8.5t/h，石膏帶水從4.5t/h增加到5.3t/h，進入系統(tǒng)的水量明顯大于石膏帶走的水量。這時，吸收塔液位升高，反過來抑制吸收塔補水，原有平衡就會被打破，需要增加廢水排放來平衡水量。同時，濾布沖洗水也會不足，將影響石膏品質(zhì)。雖然理論上，氧化空氣的量會不一樣，但在工程中氧化空氣實際上是過量的，因此氧化空氣用水基本不受影響。

2.3 廢水

排放廢水的主要目的是控制系統(tǒng)Cl-濃度，維持系統(tǒng)內(nèi)離子平衡。吸收塔內(nèi)漿液Cl-濃度應(yīng)低于20000mg/L。即使在低負(fù)荷下運行，只要系統(tǒng)內(nèi)離子會累積，廢水也不能停運。否則平衡打破，漿液中發(fā)生腐蝕和堵塞的情況就會增多。

3 結(jié)論

當(dāng)系統(tǒng)處在設(shè)計工況下運行時，三部分水耗值穩(wěn)定不變，與系統(tǒng)進水形成了平衡。當(dāng)系統(tǒng)的運行參數(shù)發(fā)生波動時，水平衡被打破，水耗也會發(fā)生變化。

由于煙氣帶水在水耗中所占的比重最大，因此鍋爐的低負(fù)荷運行，會使得煙氣帶水急劇下降，引起吸收塔的高液位運行，一旦失控，就會溢流，造成浪費。在高液位運行時，尤其需要密切關(guān)注除霧器的壓差變化，防止除霧器堵塞，造成設(shè)備損壞。

在SO2高濃度的情況下，也會因為吸收劑需求量的上升，引起塔內(nèi)液位的升高，高液位運行同樣容易使水平衡失去控制，并且出現(xiàn)石膏沖洗不充分的現(xiàn)象，使石膏品質(zhì)下降。

廢水排放作為系統(tǒng)的離子平衡手段，除了避免離子累積的作用外，在低負(fù)荷下保持一定的廢水排放量，可以從一定程度上緩解吸收塔的高液位狀況。

[1]郝吉明，陸永琪.燃煤二氧化硫污染控制技術(shù)手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2001,(4).

[2]楊飏.二氧化硫減排技術(shù)與煙氣脫硫工程[M].冶金工業(yè)出版社, 2004,(8).