基于液氣比的濕法脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化研究

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:石灰石—石膏濕法煙氣脫硫是一種比較成熟、脫硫效率較高的脫硫技術(shù)。闡述了這種方法的化學(xué)基礎(chǔ)和過程動力學(xué)，研究了影響煙氣脫硫效率的主要因素，并討論了液氣比對提高脫硫效率和降低成本的影響。通過對某公司脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。根據(jù)機(jī)組負(fù)荷控制液氣比在11L/m3左右，脫硫系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性均可保證，并有廣泛地推廣空間。

關(guān)鍵詞:過程動力學(xué);煙氣脫硫;液氣比

隨著我國電力工業(yè)的快速發(fā)展，火電行業(yè)SO2排放比重將持續(xù)增大，控制SO2排放是我國當(dāng)前環(huán)保工作的重點(diǎn)之一。石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)具有技術(shù)成熟、設(shè)備運(yùn)行可靠;投資較省且具備足夠高的脫硫效率;工藝簡單、運(yùn)行成本低;脫硫吸收劑要有穩(wěn)定可靠的來源等特點(diǎn)。

影響石灰石—石膏濕法脫硫性能的主要技術(shù)參數(shù)有煙氣量、液氣比、原煙氣SO2濃度、吸收劑漿液pH、循環(huán)漿液固體物濃度和固體物停留時間。pH值的大小影響著脫硫效率、鈣/硫比、石灰石的利用率和石膏的品質(zhì)，因此pH值的調(diào)整范圍也是有限的。

pH值越高，脫硫效率越高，但石灰石耗量會增加，并使石膏中碳酸鈣含量增加，石膏純度降低。在實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)脫硫效率和石膏品質(zhì)等因素的制約，pH值做為重要參數(shù)在已投運(yùn)的FGD系統(tǒng)中得以嚴(yán)格控制。由于目前各發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷與脫硫設(shè)計工況相差較大，液氣比是影響脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的重要參數(shù)，研究液氣比對脫硫效率的影響具有重要意義。

1濕法脫硫的化學(xué)基礎(chǔ)與過程動力學(xué)

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫是利用石灰石漿液作吸收劑，吸收煙氣中的SO2，經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)，最后生成石膏。世界發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)80年代開始進(jìn)入第2代石灰石濕法工藝，在吸收塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)了煙氣預(yù)冷卻及SO2吸收、氧化、結(jié)晶的一體化。

濕法煙氣脫硫大都采用停滯膜理論［1］，將俘獲SO2的物理吸收過程假定以薄膜擴(kuò)散方式進(jìn)行的。在氣、液間的相界面處形成兩個有效的氣膜和液膜層流區(qū)，在這兩個膜層中發(fā)生的物質(zhì)遷移主要是分子擴(kuò)散的結(jié)果，物質(zhì)遷移方向界面垂直，不受外部湍流液體的干擾。

涉及的動力學(xué)步驟主要包括:SO2氣相主體擴(kuò)散;SO2氣膜擴(kuò)散;SO2溶解于脫硫液相中;SO2與水生成H2SO3、H+和HSO－3;HSO－3;離解成SO2－3;SO2水合物和離子液膜擴(kuò)散;Ca(OH)2或CaCO3的溶解;Ca(OH)2或CaCO3與H+反應(yīng)得到Ca2+;Ca2+與SO2－3生成沉淀物CaSO3。

同時，伴隨著發(fā)生中和、氧化反應(yīng)和結(jié)晶、分離過程，在具體的工程操作過程中，許多實(shí)際因素和條14件都影響整個脫硫過程。研究表明，石灰石濕法煙氣脫硫的動力學(xué)控制主要集中在兩相膜的質(zhì)量傳遞過程中，主體擴(kuò)散與界面反應(yīng)阻力相對很小。

脫硫塔內(nèi)液滴的物質(zhì)交換主要受兩種因素的主導(dǎo):液體內(nèi)部的流動和物質(zhì)的濃度梯度。由于存在液滴內(nèi)部湍流造成液體內(nèi)部的循環(huán)流動，使液滴中的物質(zhì)交換加劇，液體中溶解的物質(zhì)從內(nèi)部遷移到相界面，使相界面上與氣體接觸的反應(yīng)物濃度變化緩慢，并保持長時間的接觸，足以使反應(yīng)物濃度在返回到液滴內(nèi)部前與氣態(tài)物發(fā)生反應(yīng)。

在液體中的化學(xué)反應(yīng)也會使反應(yīng)物的濃度梯度加大，加速物質(zhì)的交換，液滴內(nèi)部的物質(zhì)交換和發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)也比界面上的物質(zhì)交換速度快。石灰石濕法煙氣脫硫隨著系統(tǒng)的不斷簡化和改進(jìn)，脫硫率可達(dá)到95%以上，其可靠性也得到了大幅度的提高，投資費(fèi)用也有較大程度的降低。

盡管如此，實(shí)際應(yīng)用中仍有許多問題急需解決，投資和運(yùn)行費(fèi)用仍較高，復(fù)雜的三相脫硫系統(tǒng)中幾乎不可能確定準(zhǔn)確的反應(yīng)速度以及反應(yīng)組分的狀態(tài)，許多脫硫工藝及主要建立在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程來選定合適的設(shè)計和運(yùn)行參數(shù)仍是每個FGD系統(tǒng)所必須首要面對的重要實(shí)際問題。

2溫度和液氣比對脫硫效率的影響

吸收塔洗滌液的溫度對脫硫效率影響較大。從傳質(zhì)方程來看，吸收液溫度對傳質(zhì)的影響有兩個方面:首先，在其他參數(shù)不變的情況下，溫度越低，總傳質(zhì)系數(shù)越大，從這個方面看，低溫有利于傳質(zhì)的強(qiáng)化;另一方面，吸收液溫度越低，SO2溶解度越大，也導(dǎo)致總傳質(zhì)系數(shù)越大，從這個方面看，低溫也是有利于傳質(zhì)。

另外，溫度較高，SO2溶解生成H2SO3后可能會重新分解出SO2，從而使脫硫效率下降。在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)液氣比可顯著地影響吸收溫度，當(dāng)液氣比增大時，加大了液霧噴淋密度，相當(dāng)于增大了傳質(zhì)單元數(shù)，在提高了脫硫效率的時候，由于煙氣與大面積吸收液相接觸，熱濕交換程度提高，進(jìn)入煙氣中的水蒸汽量增多，導(dǎo)致出口煙氣溫度降低。

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