燃煤電廠脫硫吸收塔的脫硫優化知識分享
燃煤電廠脫硫吸收塔的脫硫優化知識分享
中國經濟的快速發展帶來了較為嚴重的大氣汙染，保護環境和綠色發展越來越被重視。由相關監測數據可知，煤煙對中國大氣的汙染程度最大。煤煙型汙染中的酸雨及粉塵給大氣造成嚴重危害。其中，酸雨即為 SO2 燃煤汙染，可通過石灰石-石膏脫硫濕法煙氣噴淋塔來解決電廠燃煤尾氣的脫硫問題。可到目前為止，
學術界對塔內 SO2 反應吸收的三維數理模型還未達成共識。此外，近些年中國對霧霾造成的顆粒物吸入汙染非常重視，隨著對 WFGD （濕法煙氣脫硫） 的不斷應用，脫硫吸收塔顆粒吸入物處理及脫硫的廢水治理排放研究引起人們的關注。因此，研究燃煤電廠脫硫吸收塔的脫硫優化具有重大意義。
1 、燃煤電廠產生煙氣與脫硫廢水的危害
1.1 硫氧化物與顆粒物排放危害
煤炭是中國社會發展和經濟建設的主要能源。據統計，中國消耗煤炭比例最大的是電力能源消耗。據中國電企聯合會公布的數據可知，中國 2014 年火電總發電量是 4.17×1012 kW·h，在全國總發電量中占比74.4%。如果中國不改變原能源結構，未來中國煤炭能源在全國總發電能源中占比仍將高於 60%[1]。煤炭含有可燃硫，經燃燒產生 SO2 等硫氧化物，並同煙氣一起排入大氣。該氣體為中等刺激性無色氣體，對大氣汙染較為嚴重。大氣汙染物中可吸入的顆粒物 （PM1）0 ，特別是細小的顆粒物 （PM2.）5 ，因粒徑較小，容易吸附空氣中的有害、有毒物質，比如病毒和細菌、汙染性有機粒子、氣態酸性氧化物、重金屬微粒等。這些有害、有毒的氣體及顆粒物可進入人體的呼吸係統，之後在肺部沉積，或進入人體血液，對人體黏膜及肺泡造成傷害，容易引起人體肺組織纖維化，形成肺心病，可使哮喘病人病情加重，還會使一些人患上支氣管、鼻咽等慢性疾病，嚴重者會危及性命，給人們的身體健康造成嚴重損害，尤其對小孩、老人及其他抵抗能力較弱的群體危害更大。
1.2 脫硫廢水排放危害
噴淋塔脫硫法具有適應煤種廣、脫硫過程穩定、脫硫效率高等特點。噴淋塔近年已成為 WFGD 吸收塔主要的塔型。循環漿在吸收 SO2 的同時，也吸收石灰石、煙氣裏的氯化物，最終造成漿液裏 Cl- 含量不斷增高。漿液中Cl- 含量的不斷增高會產生許多危害，例如漿液中的 Cl-將阻礙石灰石溶解，漿液 pH 值會因此降低，影響 SO2 的吸收，容易產生 CaSO4 垢，使金屬腐蝕加快等。並且 Cl-含量的增高會影響電廠脫硫過程生產石膏的質量。
2 、燃煤電廠脫硫廢水處理現狀
因為脫硫廢水中含有大量重金屬汙染物，所以脫硫廢水的處理十分重要。目前燃煤電廠脫硫廢水處理常用技術有以下兩種：
a) 灰水處理技術。
對於使用水力除灰的電廠，要把排出的脫硫廢水混入除灰水力係統，達到水力除灰的作用。這一方法是脫硫廢水處理最為經濟的方法。脫硫廢水一般為弱酸性液體，而灰水顯堿性，將灰水與脫硫廢水混合在一起，會對脫硫廢水起到中和作用。並且，脫硫廢水相對灰水很少，因此灰水的排出成分受脫硫廢水影響較小。但該方法隻適用於燃煤電廠采用水力除灰係統，而當前多數燃煤電廠使用氣力除灰，因此該方法的利用率並不高。脫硫廢水也可使用濕化法除灰，在灰運輸過程中，為減少揚塵及方便裝填、壓實飛灰，要對飛灰濕化。該方法雖然簡單，但是不能從根本上解決汙染，並且容易發生二次汙染，因此很少被使用[2]。
b) 化學物理處理技術。
化學物理處理技術是當前常用的處理脫硫廢水的方法。該技術的主要工藝為中和處理、沉澱處理、絮凝處理、澄清處理等。中和處理工藝中，要向廢脫硫水中添加一定量的石灰乳劑，將 pH 值提高到 9.0～9.5。在中和處理中，大多數重金屬會反應生成氫化物的沉積物，其中石灰乳 Ca2+ 將和廢水中的 F- 產生反應，生成 CaF2 沉積物，從而達到降低F- 的目的。沉降處理工藝中，要加入 TMT-15 或 Na2S硫化物與廢水中的 Cd2+ 和 Hg2+ 進行反應生成沉澱物。
絮凝處理工藝中，要加入 Fe3+，Cl- 及 SO42- 絮凝劑，從而使懸浮顆粒及膠體顆粒出現絮凝沉澱，在絮凝箱出口加入混凝溶劑，進而實現進一步的絮凝。澄清處理工藝中，沉澱物由於重力作用沉於池底形成汙泥，箱體上部形成的清水溢流到清水箱，在清水箱安裝 pH 值及濁度檢測設備，當檢測不合格時，係統會重複上述工藝，直至檢測結果合格[3]。
3 、脫硫吸收塔的脫硫優化
3.1 反應區容積的優化
噴淋反應區容積對脫硫效果的影響有流場擾動及液滴運動兩方麵。
a) 噴淋層越高，其反應容積就越大，噴淋的漿液下降時對流場產生的擾動與高層相比變小，流場分布均勻，使得脫硫效果得以提高。b) 當噴淋的漿液流動一定距離，噴霧速度會變低，這時煙氣和漿液顯現為自由落體運動，此時受煙氣的流動影響變大，容易因煙氣的攜帶碰壁形成漩渦，這說明噴淋容積過高會造成漿液利用率降低，降低 SO2 吸收效果。當噴淋高度從 0 m 逐漸增高至 10 m，其脫硫效果會出現先增後降的情況，從 96.8%降到 95.4%，相差 1.4%。綜上分析，脫硫效果大於 59%時，加大噴淋高度、提高噴淋反應區容積對脫硫效果影響不大。因此，不是噴淋的高度及反應區容積越大越好，要依據實際工程確定噴淋高度與反應區容積，最終實現反應區容積與脫硫效果的最佳組合。
噴淋反應區容積與脫硫率的關係如圖 1 所示。
3.2 噴淋速度的優化
噴淋速度對脫硫吸收塔脫硫效果及流場會產生很大的影響。由於液滴噴霧速度快，液滴噴淋會對煙氣產生較強的擾動力，煙氣流動阻力會加大，煙氣流動速度會減慢，一部分煙氣會在液滴作用下發生流向的改變，並且高速液滴的噴淋會防止煙氣在脫硫吸收塔塔壁形成漩渦，會使塔內煙氣的流動更均勻。隨著噴淋速度加快，脫硫率先增高後降低，噴淋速度在 9 m/s
時脫硫效果最好。其主要原因是，噴淋速度接近 9 m/s時，流場更加均勻，漿液噴淋利用率得到提高，脫硫效果進而也得到提高。當噴淋速度超過 9 m/s 時，噴淋速度加快會導致漿液滯留的時間縮短，造成脫硫吸收塔持液量降低，最終致使脫硫率降低。
依據實際經驗，煙氣和脫硫劑接觸時間越長，其脫硫效果就越好，可是噴淋的速度太慢，會造成煙氣攜帶大量漿液；噴淋的速度太快，會造成漿液與煙氣接觸的時間太短，導致脫硫效果降低。因此，應將噴淋的速度優化在 9 m/s 為最佳。
3.3 脫硫吸收塔的噴嘴優化
脫硫吸收塔中所使用噴嘴的類型會決定噴漿分布的形式，從而會影響脫硫吸收塔裏的流場和脫硫效果。
為了更好地了解各類噴嘴對流場和脫硫效果產生的影響，對各種噴嘴進行試驗研究，最終獲得如表 1 所示的數據。
表 1 為同等條件下不同噴嘴的不同脫硫效果。從表 1 中不難看出，在更換實心噴嘴後，脫硫效果整體明顯下降，通過對比可知，空心噴嘴比實心噴嘴的脫硫率要高得多，而噴嘴部分呈空心和部分實心結構時，其脫硫率最高。這主要是由於實心噴嘴是向下單向的，
漿液停留時間比空心的短，造成脫硫率下降，其脫硫率變化的範圍可達 1.49%左右。在脫硫吸收塔中要使用部分空心和部分實心結構的噴嘴。
4 、結語
以脫硫吸收塔實際脫硫優化的過程作為研究對象，從脫硫現狀、脫硫優化的機理等方麵進行分析研究。
通過對脫硫優化的探索研究，達到提高燃煤電廠脫硫效率、降低電廠運營成本的目的，滿足電廠運營環保的要求。因此，燃煤電廠開展脫硫吸收塔脫硫優化的研究，對深入研究脫硫機理及指導電廠煙氣處理具有深遠的意義。