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王雷 李壮志
徐州华鑫发电有限公司
摘要：通过对湿法烟气脱硫工艺过程的分析和系统调试结果，总结出原烟气中氧量、粉尘、温度等参数的变化和工艺过程控制、设备运行方式的改变对烟气脱硫效率的影响规律，对运行实践有一定的指导意义。
1 前言
湿式石灰石-石膏烟气脱硫（以下简称FGD）是目前世界上技术最成熟、实用业绩最多、运行状况最稳定的脱硫工艺，脱硫效率在90%以上，副产品石膏可回收利用。徐州华鑫发电有限公司采用石灰石-石膏湿法工艺，处理1、2号炉2×330 MW机组的全部燃煤烟气，最大处理烟气量1.0×106 m3/h（湿），脱硫率在95%以上，FGD出口SO2排放浓度<100 mg/m3，作为烟气脱硫的副产品石膏，其纯度>90%，含水率<10%。
湿法烟气脱硫工艺涉及到一系列的化学和物理过程，脱硫效率取决于多种因素。在原料方面，工艺水品质、石灰石粉的纯度和颗粒细度等直接影响脱硫化学反应活性；在工艺控制方面，石灰石粉的制浆浓度、石膏旋流站排出的废水流量设定等都与脱硫率有关，而FGD关键设备的运行和控制方式将决定脱硫效果和终产物石膏的品质；机组原烟气参数如温度、SO2浓度、氧量、粉尘浓度等也不同程度地影响脱硫反应进程。
2 湿法脱硫工艺过程分析
FGD包括吸收塔、石灰石制浆系统、石膏脱水系统和废水处理等部分，其中吸收塔是烟气脱硫反应的关键部分。湿法烟气脱硫工艺的主要原理是以石灰石浆液作为脱硫剂，在吸收塔（洗涤塔）内对含有SO2的烟气进行喷淋洗涤，使SO2与浆液中的碱性物质发生化学反应生成CaSO3和CaSO4而将SO2去除。
在吸收塔内，通过氧化风机将空气引入到浆液中，再经搅拌器搅拌使氧充分注入浆液，这样既保证了被吸收的SO2与浆液反应后生成的HSO3-完全氧化成SO42-，又减少了浆液发生结垢的可能性，使石膏CaSO4·2H2O结晶析出，在吸收塔内停留一定时间后，通过石膏外排泵送至石膏旋流站。经旋流器分离的高浓度石膏浆液进入真空皮带机脱水形成水分少于10%的石膏，低浓度的旋流溢流液则返回至吸收塔继续反应或进入废水处理系统。
从湿法烟气脱硫工艺过程和化学反应历程不难发现，提高烟气与混合浆液的接触反应时间、增加浆液循环量、增加氧量、控制吸收塔浆液合理的pH值等措施都将有利于SO2的吸收、脱硫率的提高和石膏的形成。
3 影响脱硫率的因素分析
湿法烟气脱硫效率与原烟气参数和设备运行方式等有直接关系，而且许多因素是共同作用的。华鑫发电公司1、2号机组燃煤平均含硫率为1.3%，进入吸收塔的烟气中SO2浓度在1500 mg/m3（干）左右，由于煤种的变换，实际运行中SO2进口浓度在900 mg/m3～3500 mg/m3之间波动，脱硫率也不十分稳定，当原烟气中SO2突然升高时，脱硫率会有所下降，但若能有效地控制设备运行方式，就能保证FGD有较高而稳定的脱硫率。
3.1 烟气与脱硫剂接触时间
烟气进入吸收塔后，自下而上流动，与喷淋而下的石灰石浆液雾滴接触反应，接触时间越长，反应进行得越完全。烟气与脱硫剂的接触时间越长，脱硫率越高。
3.2 浆液循环量
新鲜的石灰石浆液喷淋下来后与烟气接触后，SO2等气体与石灰石的反应并不完全，需要不断地循环反应，从表1可以发现，运行3台循环泵的脱硫率明显高于只运行2台的工况。原因是增加了浆液的循环量，也就加大了CaCO3与SO2的接触反应机会，从而提高了SO2的去除率。此外，增加浆液的循环量，将促进混合浆液中的HSO3-氧化成SO42-，有利于石膏的形成。
3.3 吸收塔浆液pH值
烟气中SO2与吸收塔浆液接触后发生如下一些化学反应：
SO2+H2O=HSO3-+H+
CaCO3+H+=HCO3-+Ca2+
HSO3-+1/2O2=SO42-+H+
SO42-+Ca2++2H2O=CaSO4·2H2O
从以上反应历程不难发现，高pH的浆液环境有利于SO2的吸收，而低pH则有助于Ca2+的析出，二者互相对立，因此选择一合适的pH值对烟气脱硫反应至关重要。
在一定范围内随着吸收塔浆液pH的升高，脱硫率一般也呈上升趋势，因为高pH意味着浆液中有较多的CaCO3存在，对脱硫当然有益，但pH>5.8后脱硫率不会继续升高，反而降低，原因是随着H+浓度的降低，Ca2+的析出越来越困难，当pH=5.9时，浆液中CaCO3的含量达到2.98%，而CaSO4·2H2O含量也低于90%，显然此时SO2与脱硫剂的反应不彻底，既浪费了石灰石，又降低了石膏的品质，pH再下降时，CaSO4·2H2O含量又回升，CaCO3则降低。因此，浆液pH值既不能太高又不能太低，一般情况下控制吸收塔浆液的pH在5.4～5.5之间，能使脱硫反应的Ca/S保持在设计值（1.02左右）内，获得较为理想的脱硫率，同时又使浆液中CaCO3的含量低于1%。
3.4 氧量
O2参与烟气脱硫的化学过程，使4HSO3-氧化为SO42-，接收二台机组烟气时，在烟气量、SO2浓度、烟温等参数基本恒定的情况下氧量对脱硫率的影响曲线，随着烟气中O2含量的增加，CaSO4·2H2O的形成加快，脱硫率也呈上升趋势。当原烟气中氧量一定时，可入为往吸收塔浆液中增加氧气，所以多投运氧化风机可提高脱硫率。当烟气中O2含量为6.0%时，运行2台氧化风机比运行1台氧化风机的脱硫率高出2%左右。
3.5 石膏浆液密度
随着烟气与脱硫剂反应的进行，吸收塔的浆液密度不断升高，通过吸收塔浆液化学成分的取样分析结果，当密度>1085 kg/m3时，混合浆液中Ca-CO3和CaSO4·2H2O的浓度已趋于饱和，CaSO4·2H2O对SO2的吸收有抑制作用，脱硫率会有所下降；而石膏浆液密度过低（<1100 kg/m3=时，说明浆液中CaSO4·2H2O的含量较低，CaCO3的相对含量升高，此时如果排出吸收塔，将导致石膏中Ca-CO3含量增高，品质降低，而且浪费了脱硫剂石灰石。因此运行中控制石膏浆液密度在一合适的范围内（1130～1160 kg/m3），将有利于FGD的有效、经济运行。
3.6 烟尘
原烟气中的飞灰在一定程度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触，降低了石灰石中Ca2+的溶解速率，同时飞灰中不断溶出的一些重金属如Hg、Mg、Cd、Zn等离子会抑制Ca2+与HSO3-的反应。试验证明，如果烟气中粉尘含量持续超过200 mg/m3（干），则将使脱硫率下降1%～2%，并且石膏中CaSO4·2H2O的含量降低，白度减少，影响了品质。
3.7 烟气温度
实际运行过程中，机组负荷变化较频繁，FGD进口烟温也会随之波动，对脱硫率有一定的影响。理论上进入吸收塔的烟气温度越低，越利于SO2气体溶于浆液，形成HSO3-，所以高温的原烟气先经过气-气加热器降温后再进入吸收塔与脱硫剂接触有利于SO2的吸收。实际运行结果也证实了这一点，在处理二台机组烟气、运行2、4号循环泵、进口烟气SO2浓度和氧量基本不变的工况下，当进入吸收塔的烟温为96℃时，脱硫率为92.1%；当烟温升到103℃时，脱硫率已下降至84.8%，而接收一台机组烟气时烟温对脱硫率的影响就更明显了。
4 结论
4.1 进入吸收塔的原烟气中O2含量高、粉尘浓度低、烟温低等都对脱硫反应有利，当氧量一定时，增开一台氧化风机能提高脱硫效率。
4.2 保持吸收塔浆液pH在5.4～5.5之间，可使FGD保持较好的脱硫效果和石膏品质，pH太高不利于Ca2+的析出和石灰石的充分利用，pH过低则影响SO2的吸收。
4.3 吸收塔浆液密度过高会降低脱硫率，过低时脱硫剂的利用不彻底，保持浆液密度在1130～1160kg/m3之间，可获得较好的脱硫效果。
作者简介：
王 雷 徐州华鑫发电有限公司（发电部）助理工程师。
李壮志 徐州华鑫发电有限公司（发电部）高级工。
徐州华鑫发电有限公司
摘要：通过对湿法烟气脱硫工艺过程的分析和系统调试结果，总结出原烟气中氧量、粉尘、温度等参数的变化和工艺过程控制、设备运行方式的改变对烟气脱硫效率的影响规律，对运行实践有一定的指导意义。
1 前言
湿式石灰石-石膏烟气脱硫（以下简称FGD）是目前世界上技术最成熟、实用业绩最多、运行状况最稳定的脱硫工艺，脱硫效率在90%以上，副产品石膏可回收利用。徐州华鑫发电有限公司采用石灰石-石膏湿法工艺，处理1、2号炉2×330 MW机组的全部燃煤烟气，最大处理烟气量1.0×106 m3/h（湿），脱硫率在95%以上，FGD出口SO2排放浓度<100 mg/m3，作为烟气脱硫的副产品石膏，其纯度>90%，含水率<10%。
湿法烟气脱硫工艺涉及到一系列的化学和物理过程，脱硫效率取决于多种因素。在原料方面，工艺水品质、石灰石粉的纯度和颗粒细度等直接影响脱硫化学反应活性；在工艺控制方面，石灰石粉的制浆浓度、石膏旋流站排出的废水流量设定等都与脱硫率有关，而FGD关键设备的运行和控制方式将决定脱硫效果和终产物石膏的品质；机组原烟气参数如温度、SO2浓度、氧量、粉尘浓度等也不同程度地影响脱硫反应进程。
2 湿法脱硫工艺过程分析
FGD包括吸收塔、石灰石制浆系统、石膏脱水系统和废水处理等部分，其中吸收塔是烟气脱硫反应的关键部分。湿法烟气脱硫工艺的主要原理是以石灰石浆液作为脱硫剂，在吸收塔（洗涤塔）内对含有SO2的烟气进行喷淋洗涤，使SO2与浆液中的碱性物质发生化学反应生成CaSO3和CaSO4而将SO2去除。
在吸收塔内，通过氧化风机将空气引入到浆液中，再经搅拌器搅拌使氧充分注入浆液，这样既保证了被吸收的SO2与浆液反应后生成的HSO3-完全氧化成SO42-，又减少了浆液发生结垢的可能性，使石膏CaSO4·2H2O结晶析出，在吸收塔内停留一定时间后，通过石膏外排泵送至石膏旋流站。经旋流器分离的高浓度石膏浆液进入真空皮带机脱水形成水分少于10%的石膏，低浓度的旋流溢流液则返回至吸收塔继续反应或进入废水处理系统。
从湿法烟气脱硫工艺过程和化学反应历程不难发现，提高烟气与混合浆液的接触反应时间、增加浆液循环量、增加氧量、控制吸收塔浆液合理的pH值等措施都将有利于SO2的吸收、脱硫率的提高和石膏的形成。
3 影响脱硫率的因素分析
湿法烟气脱硫效率与原烟气参数和设备运行方式等有直接关系，而且许多因素是共同作用的。华鑫发电公司1、2号机组燃煤平均含硫率为1.3%，进入吸收塔的烟气中SO2浓度在1500 mg/m3（干）左右，由于煤种的变换，实际运行中SO2进口浓度在900 mg/m3～3500 mg/m3之间波动，脱硫率也不十分稳定，当原烟气中SO2突然升高时，脱硫率会有所下降，但若能有效地控制设备运行方式，就能保证FGD有较高而稳定的脱硫率。
3.1 烟气与脱硫剂接触时间
烟气进入吸收塔后，自下而上流动，与喷淋而下的石灰石浆液雾滴接触反应，接触时间越长，反应进行得越完全。烟气与脱硫剂的接触时间越长，脱硫率越高。
3.2 浆液循环量
新鲜的石灰石浆液喷淋下来后与烟气接触后，SO2等气体与石灰石的反应并不完全，需要不断地循环反应，从表1可以发现，运行3台循环泵的脱硫率明显高于只运行2台的工况。原因是增加了浆液的循环量，也就加大了CaCO3与SO2的接触反应机会，从而提高了SO2的去除率。此外，增加浆液的循环量，将促进混合浆液中的HSO3-氧化成SO42-，有利于石膏的形成。
3.3 吸收塔浆液pH值
烟气中SO2与吸收塔浆液接触后发生如下一些化学反应：
SO2+H2O=HSO3-+H+
CaCO3+H+=HCO3-+Ca2+
HSO3-+1/2O2=SO42-+H+
SO42-+Ca2++2H2O=CaSO4·2H2O
从以上反应历程不难发现，高pH的浆液环境有利于SO2的吸收，而低pH则有助于Ca2+的析出，二者互相对立，因此选择一合适的pH值对烟气脱硫反应至关重要。
在一定范围内随着吸收塔浆液pH的升高，脱硫率一般也呈上升趋势，因为高pH意味着浆液中有较多的CaCO3存在，对脱硫当然有益，但pH>5.8后脱硫率不会继续升高，反而降低，原因是随着H+浓度的降低，Ca2+的析出越来越困难，当pH=5.9时，浆液中CaCO3的含量达到2.98%，而CaSO4·2H2O含量也低于90%，显然此时SO2与脱硫剂的反应不彻底，既浪费了石灰石，又降低了石膏的品质，pH再下降时，CaSO4·2H2O含量又回升，CaCO3则降低。因此，浆液pH值既不能太高又不能太低，一般情况下控制吸收塔浆液的pH在5.4～5.5之间，能使脱硫反应的Ca/S保持在设计值（1.02左右）内，获得较为理想的脱硫率，同时又使浆液中CaCO3的含量低于1%。
3.4 氧量
O2参与烟气脱硫的化学过程，使4HSO3-氧化为SO42-，接收二台机组烟气时，在烟气量、SO2浓度、烟温等参数基本恒定的情况下氧量对脱硫率的影响曲线，随着烟气中O2含量的增加，CaSO4·2H2O的形成加快，脱硫率也呈上升趋势。当原烟气中氧量一定时，可入为往吸收塔浆液中增加氧气，所以多投运氧化风机可提高脱硫率。当烟气中O2含量为6.0%时，运行2台氧化风机比运行1台氧化风机的脱硫率高出2%左右。
3.5 石膏浆液密度
随着烟气与脱硫剂反应的进行，吸收塔的浆液密度不断升高，通过吸收塔浆液化学成分的取样分析结果，当密度>1085 kg/m3时，混合浆液中Ca-CO3和CaSO4·2H2O的浓度已趋于饱和，CaSO4·2H2O对SO2的吸收有抑制作用，脱硫率会有所下降；而石膏浆液密度过低（<1100 kg/m3=时，说明浆液中CaSO4·2H2O的含量较低，CaCO3的相对含量升高，此时如果排出吸收塔，将导致石膏中Ca-CO3含量增高，品质降低，而且浪费了脱硫剂石灰石。因此运行中控制石膏浆液密度在一合适的范围内（1130～1160 kg/m3），将有利于FGD的有效、经济运行。
3.6 烟尘
原烟气中的飞灰在一定程度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触，降低了石灰石中Ca2+的溶解速率，同时飞灰中不断溶出的一些重金属如Hg、Mg、Cd、Zn等离子会抑制Ca2+与HSO3-的反应。试验证明，如果烟气中粉尘含量持续超过200 mg/m3（干），则将使脱硫率下降1%～2%，并且石膏中CaSO4·2H2O的含量降低，白度减少，影响了品质。
3.7 烟气温度
实际运行过程中，机组负荷变化较频繁，FGD进口烟温也会随之波动，对脱硫率有一定的影响。理论上进入吸收塔的烟气温度越低，越利于SO2气体溶于浆液，形成HSO3-，所以高温的原烟气先经过气-气加热器降温后再进入吸收塔与脱硫剂接触有利于SO2的吸收。实际运行结果也证实了这一点，在处理二台机组烟气、运行2、4号循环泵、进口烟气SO2浓度和氧量基本不变的工况下，当进入吸收塔的烟温为96℃时，脱硫率为92.1%；当烟温升到103℃时，脱硫率已下降至84.8%，而接收一台机组烟气时烟温对脱硫率的影响就更明显了。
4 结论
4.1 进入吸收塔的原烟气中O2含量高、粉尘浓度低、烟温低等都对脱硫反应有利，当氧量一定时，增开一台氧化风机能提高脱硫效率。
4.2 保持吸收塔浆液pH在5.4～5.5之间，可使FGD保持较好的脱硫效果和石膏品质，pH太高不利于Ca2+的析出和石灰石的充分利用，pH过低则影响SO2的吸收。
4.3 吸收塔浆液密度过高会降低脱硫率，过低时脱硫剂的利用不彻底，保持浆液密度在1130～1160kg/m3之间，可获得较好的脱硫效果。
作者简介：
王 雷 徐州华鑫发电有限公司（发电部）助理工程师。
李壮志 徐州华鑫发电有限公司（发电部）高级工。