湿式石灰―石膏法脱硫技术在热电厂锅炉烟气脱硫中的应用
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【摘 要】 针对热电厂烟气中SO2超标现状，采用典型的湿式石灰-石膏法脱硫治理技术。论述了该技术的脱硫原理、工艺流程及应用情况，对其主要脱硫设备―吸收塔的工作原理、结构特点等进行详细阐述。经过试运行，采用该技术能使脱硫效率达到95%以上，效果显著，具有良好的社会效益。
【关键词】 烟气脱硫 湿式石灰―石膏法 应用情况
1 引言
热电厂装机容量为1.2万KW，配置两台流化床锅炉和静电除尘器。锅炉烟气通过静电除尘后外排，锅炉烟气未进行脱硫，外排烟气中SO2超标，对环境造成一定程度的污染。为保护环境和企业的可持续发展，对热电厂烟气进行有效的脱硫势在必行。当前世界上已开发的湿法烟气脱硫技术主要有石膏法、双碱法、韦尔曼、洛德法、氧化镁法及氨法等[1]。据国际煤炭研究机构调查表明，在现有的烟气脱硫工艺中，湿式石灰―石膏法脱硫技术最成熟，运行最可靠，应用最为广泛。为使锅炉烟道气达标排放，经过试运行，采用该工艺技术能使脱硫效率达到95%以上，具有良好的社会效益。
2 石灰―石膏法烟气脱硫原理
2.1 SO2的溶解与离解
烟气中的SO2（g）被塔内的水充分吸收生成H2SO3，H2SO3进一步离解产生H+和HSO3-，反应如下：
SO2（g）+H2O SO2（l）+H2O （1）
SO2（l）+H2O H++HSO3- （2）
2.2 石灰的溶解与离解
CaO+H2O Ca（OH）2 （3）
Ca（OH）2 Ca2++2OH- （4）
2.3 中和反应
Ca2++HSO3-+1/2H2O CaSO3・1/2H2O+H+ （5）
H++OH- H2O （6）
由于反应式（2）中的H+被OH-中和生成H2O，使得平衡向右进行，使越来越多的SO2溶解，生成更多的HSO3-[2]。
2.4 氧化反应
在吸收塔内鼓入空气，促使CaSO3・1/2H2O发生氧化反应，生成石膏沉淀物。反应如下：
2CaSO3・1/2H2O+O2+3H2O 2CaSO4・2H2O （7）
3 石灰―石膏法脱硫系统
3.1 工艺流程（工艺流程如图1所示）
湿式石灰―石膏法脱硫系统由浆液制备、烟气净化处理、循环液处理和自动控制等部分组成。用石灰粉在制浆池中配制吸收剂，输送到吸收塔中与经降温增湿后的烟气逆流接触，烟气中的SO2被充分吸收达到一定浓度后，放入吸收塔底部的氧化槽充分氧化，最终形成石膏，吸收剂循环使用。并在整个系统中的加料、输送、液位等均实现自动控制。
3.2 脱硫浆液制备
脱硫浆液制备流程如图2所示：
石灰粉料人工送入料斗，由螺旋输送装置定时定量向制浆池中加料；制成约20%的石灰浆液，消化好的浆液存于储药罐。当药液低于液位计下位时，信号通过PLC控制螺旋输送装置和水的开关，开始加料并控制输药水泵往储药罐输送消化好的药液。当药液高于液位计上位时，PLC则控制上述三项工作停止。由供药水泵和调节阀定量供给氧化槽，石灰浆液供给量通过氧化槽内浆液的PH值调节，以控制氧化槽内浆液的PH值在6-7之间。
3.3 烟气净化处理
3.3.1 烟气净化处理流程
烟气处理流程如图3所示：
锅炉烟气进入吸收塔入口，被一、二级喷淋水降温增湿并经初脱硫，进入过滤器，按一定角度和速度高速旋转，与过滤器壁面形成的液膜旋切。由于气动力的作用，极大增强了气液固三相接触，使烟气中的烟尘和SO2被浆液充分捕集。随着速度衰减，吸收了有害物的液滴凝结下沉，汇入氧化槽，较干净的烟气上升进入二级过滤器。烟气中残留的少部分烟尘和SO2被新鲜浆液进一步充分吸收。洁净烟气进入上稳压室，被脱水装置去除细小雾滴，使烟气含水量
3.3.2 主要设备―吸收塔工作原理与结构
吸收塔为脱硫系统的核心设备，设计有四层洗涤层（喷淋层、过滤层），吸收塔中上部区域为喷淋区，喷淋区设二个喷淋层；喷淋层上方为二个过滤层；过滤层上方设二级除雾器。过滤层应用空气动力学理论，采用风洞结构原理，使烟气净化在湍流边界层内进行。控制烟气在过滤器内的流速、方向，通过气动力的强劲冲击扰动，药液被充分雾化，极大增加气液比表面积，使有限药液充分地捕集、吸附烟尘和促进SO2的吸收。循环液中SO2与Ca（OH）2发生中和反应，经过曝气氧化、结晶浓缩等过程，形成一定粒度的石膏晶体。待其达到一定浓度后，排入沉淀池进行沉淀，从而保持循环吸收液一定的含固浓度和稳定的吸收SO2能力。Ca（OH）2加入量通过PH值来调节，从而与烟气中SO2量相匹配。脱硫除雾后的净烟气从塔顶部离开。塔下部为氧化槽，设悬浮式搅拌器，使浆液保持流动状态，从而使脱硫有效物质保持在浆液中均匀悬浮， 保证浆液对SO2的吸收和反应能力。氧化空气由竖管式喷射管送至氧化槽的上部，用以向吸收塔浆池提供足够的O2，以便石膏的形成，因为烟气中所含的氧不能满足氧化需要。输入的氧化空气不足会导致脱硫效率降低。吸收塔结构如图4所示：
吸收塔采用就地强制氧化吸收，该塔具有以下特点：（1）包括二层喷淋装置，每层喷淋装置上布置有数个螺旋喷嘴，过滤层上部布置有两级除雾器。（2）液/气比较低，节省循环浆液泵电耗。（3）塔内表面无结垢、堵塞问题。（4）优化了PH值、液/气比、钙/硫比、氧化空气量、浆液浓度、 烟气流速等性能参数，保证系统连续、稳定、经济地运行。（5）氧化和结晶主要发生在吸收塔氧化槽中。氧化槽提供足够的浆液停留时间完成CaSO3的氧化和石膏的结晶。吸收塔本体性能参数见表1：
3.4 循环液处理
循环液处理流程如图5所示：
主要包括曝气氧化、沉淀过滤、循环液输送等几个环节。进入氧化槽的富液所含的CaSO3等粒度较细在水中悬浮，不易沉淀去除，在管路和设备中易造成结晶而堵塞。通过曝气可使它生成CaSO4，曝气也使水中的H2SO3生成H2SO4，H2SO4与新加入的Ca（OH）2反应生成CaSO4，这样氧化槽中的固体物绝大部分为CaSO4。经过结晶、蓄积浓度达到（约17～19%）由泵打入沉淀池处理。氧化槽中的循环液经过曝气、调整PH值后，由两路供脱硫使用：一路直接进入下稳压室，给烟气降温增湿和初脱硫；另一路进入过滤器脱硫。
3.5 自动控制
计算机系统控制器部分采用SIEMENS S7-300 PLC控制器，编程软件使用STEP75.3。上位监控采用DELL dimension 5150 n型微机，监控软件选用Fame View 6.0， PLC主机和上位监控机通过MPI进行通讯。本脱硫控制系统中控制点主要包括PH计、液位开关、流量计及调节阀、泵及风机，开关量输入58点，开关量输出17点、模拟量输入11点、模拟量输出7点，用一台PLC主机控制。
4 石灰―石膏法脱硫技术应用情况
采用石灰―石膏法脱硫技术对热电厂烟气进行治理，试运行效果良好。运行参数如下表2所示：
该系统运行过程中需要注意一下几方面问题：
（1）氧化槽浆液温度过高，须检查烟气入口温度是否过高，过高时调节喷淋水，使烟气温度降低；（2）因石灰纯度和活性的原因会导致石膏浆液抽出量和供药量不一定相匹配，时间稍长，会引起氧化槽浆液浓度波动，通过检测石膏浆液浓度来修正石膏浆液抽出的量；（3）氧化槽浆液PH值高，可提高脱硫效率，但脱硫系统容易结垢，因此在满足脱硫需要的情况下，应维持系统低PH值运行。
5 结语
湿式石灰―石膏法脱硫工艺技术成熟，适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫。设备运行可靠性高、单塔处理烟气量大，SO2脱除量大， 脱硫率可达95%以上，且设备布置紧凑，适用于小型热电厂锅炉烟道气处理。处理后的烟气中SO2含量
参考文献：
[1]奚旦立.《环境工程手册》.北京：高等教育出版社，1998：680～682.
[2]郝吉明，王书肖.燃煤二氧化硫污染控制技术手册.北京：化学工业出版社，2001.