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    火电厂石灰石湿法脱硫系统运行常见影响因素有哪些?

    发布时间:2017/08/17 点击量:0
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      目前,世界上燃煤电厂脱硫工艺方法很多,按脱硫工艺在生产中所处的部位不同可分为:燃烧前脱硫(如:原煤洗选脱硫)、炉内燃烧脱硫(如:循环流化床锅炉和炉内喷钙)、燃烧后脱硫即烟气脱硫(如:海水脱硫、石灰石—石膏湿法、电子束脱硫等),其中燃烧后的烟气脱硫是目前世界上控制SO2污染所用的主要手段。

      石灰石湿法脱硫系统工艺流程:锅炉低温省煤器后的原烟气,进入吸收塔进行脱硫净化。在吸收塔内原烟气与石灰石浆液充分接触反应脱除其中的SO2、SO3,生成石膏,残留的亚硫酸钙在吸收塔底部的循环浆池内被氧化风机不断鼓入的空气氧化最终生成石膏晶体。同时原烟气温度进一步降低至饱和温度(约50℃)。脱硫后的净烟气经除雾器、净烟道经由烟囱排放到大气中。

      影响石灰石湿法烟气脱硫效率的因素

      1、反应中第一步是较关键的一步,即S02被浆液中的水吸收。

      根据S02的化学特性,S02在水中能发生电离反应,易于被水吸收,只要有足够的水,就能将烟气中绝大部分S02吸收下来。但随着浆液中HSO3-和SO32-离子数量的增加,浆液的吸收能力不断下降,直至完全消失。因此要保证系统良好的吸收效率,不仅要有充分的浆液量和充分的气液接触面积,还要保证浆液的充分新鲜。上述反应中第二和三步其实是更深一步的反应过程,目的就是不断地去掉浆液中的HSO3-和SO32-离子,以保持浆液有充分的吸收能力,以推动第一步反应的持续进行。

      2、烟气温度

      FGD系统正常运行时,入口处原烟气温度应在规定范围之内,否则FGD系统联锁保护启动,即锅炉MFT。如果原烟气温度超过运行规定的最大值,吸收塔内的设备因高温而损坏。实际运行过程中,机组负荷变化较为频繁,入口处的原烟气温度也会随着波动,也一定程度的影响FGD系统的性能指标。一方面,吸收塔烟气温度越低,越有利于SO2气体溶于浆液,形成HSO3¯;另一方面,脱硫化学平衡反应是放热反应,温度低有利于向生成硫酸钙方向进行。

      3、石灰石浆液的影响

      石灰石特性对吸收塔性能的影响教大,主要体现在石灰石的纯度和活性。石灰石的活性可以用消溶速率来表示。在石灰石颗粒粒度和消溶条件相同的条件下,消溶速率大则活性高。石灰石消溶速率最主要与石灰石品种有关。石灰石纯度对脱硫有很大的影响。石灰石中Mg、Al等杂质对提高脱硫效率虽有有利的一面,但是更不利的是,当吸收塔PH值降至5.1时,烟气中的氟离子与铝离子化合成氟铝复合体,形成包膜覆盖在石灰石颗粒表面。镁离子的存在对包膜的形成有很强的促进作用。

      这种包膜的包裹引起石灰石的活性降低,也就降低了石灰石的利用率。另一方面,杂质碳酸镁、氧化铁、氧化铝均为酸易溶物,它们进入吸收塔浆液体系后均能生成易溶的镁、铁、铝盐类。

      由于石灰石的消溶反应是固液两相反应,其反应速率与石灰石颗粒比表面积成正比关系,因此石灰石颗粒性能好各种反应速率也高,脱硫效率和石灰石的利用率就高,同时石膏中的石灰石含量低,有利于提高石膏的品质。

      4、浆液PH值

      典型湿法FGD系统中浆液对SO2的吸收程度受气液两相SO2浓度差的控制。提高的SO2溶解速度,这主要通过调整和控制浆液的PH来实现。另外,浆液PH值不仅对SO2的脱除效率有显著影响,而且对运行可好性亦有显著影响。低PH值运行时,一方面SO2的排放量显著提高,难以达到排放标准;另一方面,设备腐蚀也会显著加剧,不能保证设备和运行安全。

      高PH值运行时,SO2含量会显著降低,但PH值太高会使脱硫设备内部固体颗粒堆积而结垢,使设备堵塞,无法正常运行,不能保证设备安全运行。

      在SO2吸收过程中,如果PH值为7.2时,生成亚硫酸盐混合物和亚硫酸氢根离子;而PH值为5以下时,只存在亚硫酸氢根离子。当PH值继续下降到4.5以下时,SO2水化物的比例增大,与物理溶解SO2建立平衡。当PH值基本在5和6之间,溶解的SO2主要以亚硫酸氢根离子的形式存在,因此,PH高有利于确保持续高效的吸收SO2。

      在亚硫酸氢根和亚硫酸根的氧化过程中,PH对于亚硫酸根的氧化反应有很大影响,在PH值为3.5—5.7时,保持较高的氧化率,在PH值为4.5—4.7时达到最高。因此为了获得较高的亚硫酸盐的氧化率,应维持PH值在3.5—5.7。在碳酸钙的溶解和反应过程中,当PH值在5和7之间时,碳酸钙的溶解和析出反应达到平衡。PH值低有利于溶解,当PH值在4和6之间时,溶解速率随PH值降低按近似线性的形式加快(其他参数大部分保持恒定)直至PH值等于4为止。PH值为4的溶解速率比PH值为6时快5倍。因此,为了获得较高的石灰石溶解率,应降低PH值。在石膏结晶过程中,PH值高有利于硫酸盐的生成,有利于石膏结晶,但当石膏饱和度过高时,使石膏结晶向小颗粒方向发展,不利于高品质的石膏产品,石膏结晶过程中也应控制PH值。

      通过分析,得知SO2的吸收、石膏结晶与碳酸钙的溶解对PH的影响是逆向的,结合亚硫酸氢根和亚硫酸根的氧化反应,可以得出PH值最佳值在5—6范围,而在实际工程中,PH最佳在5.4—5.6之间。

      5、浆液密度

      通常以将液密度或浆液中质量百分比来表示浆液中晶种固体物的数量。就提供适当的晶种防止结垢而言,最低浆液含固量不应低于5%。但是石灰石浆液含固量通常维持在10wt%~15wt%,也有高的达到20wt%~30wt%,维持较高的浆液浓度有利于提高脱硫效率和石膏纯度,但对泵、搅拌器、管道、阀门磨损较大。

      石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术中,由于吸收剂在水中的溶解度很小,它们在水中形成溶液的脱硫容量不能满足工程的要求,故采用含有固体颗粒的浆液来吸收SO2。常用的石灰石湿法脱硫装置中气液接触时间很短,因此石灰石浆液的初始吸收速率对脱硫装置的脱硫效率有很大影响,其吸收SO2容量亦反映出该吸收剂的脱硫能力。

      在FGD系统运行中,随着烟气与吸收剂反应的进行,吸收塔浆液密度不断升高,通过吸收塔浆液化学反应的取样分析结果可知,当密度大于1150Kg/m³时,混合浆液中碳酸钙、二水硫酸钙的浓度已趋于饱和,二水硫酸钙对SO2的吸收有抑制作用,脱硫率会有所下降。石膏浆液密度过低(小于1050kg/m³)时,说明浆液中的二水硫酸钙的含量较低,碳酸钙的含量相对较高,此时如果排除吸收塔脱水,将导致石膏中碳酸钙含量增大,品质下降,而且浪费了吸收剂石灰石。石膏旋流站运行的压力、旋流子磨损程度均受脱水前石膏浆液密度的影响。底流的石膏浆液密度越高,石膏旋流站的运行压力越高,旋流效果越好,但旋流子磨损越大。因此运行中应严格控制石膏浆液密度在一合适的范围内,这样有利于FGD系统的高效且经济运行。

      6、液气比L/G

      液气比是指与流经吸收塔单位体积烟气量相对应的浆液喷淋量。液气比决定吸收酸性气体所需要的吸收表面。在其他参数一定的情况下,提高液气比相当于增大了吸收塔内的喷淋密度,使液气间的接触面积增大,吸收过程的推动力增大,脱硫效率也将增大。但液气比超过一定程度,吸收率将不会显著提高,而吸收剂及动力的消耗将急剧增大。对于实际运行中提高液气比将使浆液循环泵运行台数增加,电耗增大;提高液气比还会使吸收塔内烟气压力损失增大,增压风机、引风机能耗提高。运行人员可根据FGD接收的烟气量和SO2浓度的具体情况增减或调换循环泵从而调节系统的液气比。在确保脱硫效率的同时,经济、有效的使用不同的循环泵组合方式,最终达到最佳的液气比。

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