刘吉亚太

四川神华天明发电有限责任公司 四川绵阳 621700

我国蕴含巨大的化石能源，因此我国也当仁不让的成为世界上煤炭消费量遥遥领先的国家。与此同时，由于技术、设备上的落后，我国电厂对煤炭资源未能做到充分、有效的利用，因此也排出了大量的二氧化碳、二氧化硫等气体，严重的污染了大气质量。目前许多火电厂因为石灰石湿法烟气脱硫技术具有显著提高脱硫效率，安全性高、适应多种煤种等特点而广泛运用，根据2017年我国火力发电厂的调查报告不难看出，运用石灰石湿法烟气脱硫技术的发电机组容量占总脱硫机组容量的85%以上，而提高石灰石湿法烟气脱硫技术的经济性和效率性的方法受到了许多火力发电厂的关注[1]。

1 石灰石湿法烟气脱硫原理

石灰石湿法烟气脱硫技术的工作原理大致分为以下几个部分，首先将火力发电锅炉产生的烟气通过引风机的抽吸引入到石灰石湿法烟气脱硫吸收塔，然后通过喷石灰石浆液与含硫烟气进行充分接触反应，除去含硫烟气中的硫含量，然后将脱硫后的气体通过浆液循环喷淋层上方除尘除雾器进行烟气中水分的分离，最后将脱硫后的烟气通过烟囱排放到大气中。整个过程可以分为以下几个部分：①含硫烟气引入系统（烟风系统）；②石灰石浆液循环系统；③吸收塔反应系统；④氧化风系统；⑤除尘除雾系统；⑥脱硫气体排放系统。

2 湿法烟气脱硫工艺的过程分析

目前我国采用的石灰石湿法烟气脱硫技术主要部件包括引风机、浆液循环泵、石灰石制浆球磨机、氧化风机、吸收塔、除尘除雾器等，而烟气进行脱硫反应主要发生在吸收塔设备中，通过将石灰石浆液作为脱硫剂，来对吸收塔内含硫烟气进行喷雾脱硫，脱硫的化学原理是通过石灰石浆种的碱性物质与硫发生化学反应生成硫酸钙、亚硫酸钙，从而降低烟气中硫的含量。引风机的作用是将含硫烟气大量注入到石灰石浆中，使烟气与石灰石浆充分接触，并且降低石灰石浆发生结垢的可能性，提高脱硫效果。从整个石灰石湿法烟气脱硫过程中我们可以发现，提高含硫烟气与石灰石浆的接触时间以及石灰石浆含氧量、流动量是常用提高对气体脱硫效率方法[2]。

3 脱硫效率原理模型建立

石灰石湿法烟气脱硫技术的关键点在于吸收塔喷洒石灰石浆部位到吸收塔底部的这一区域，因为这一区域设计的好坏决定着石灰石湿法烟气脱硫技术的效果，石灰石湿法烟气脱硫技术在运用过程中，工作人员需要通过模型建立以及公式计算，提前对吸收塔进行石灰石湿法烟气脱硫能力进行了解。不过在进行模拟前，工作人员需要将一些微量影响因素进行去除，常见的微量影响因素有以下几种：（1）吸收塔在进行含硫气体脱硫过程中并不能完全按照双膜理论进行，但是在进行模拟计算时我们可以将其忽略，认为吸收塔内石灰石浆与含硫气体接触的任意位置都遵循双膜理论。（2）其实含硫气体在吸收塔内进行脱硫反应过程中，含硫气体中二氧化碳的含量会对吸硫效果造成影响，不过在进行吸收塔吸硫能力的模拟计算中认为进入吸收塔中的含硫气体内二氧化碳浓度对吸收塔吸硫能力影响效果忽略不计。（3）含硫气体在进入吸收塔后并不是立刻与石灰石浆充分接触发生反应，这之间需要经历一段时间，但是在进行模拟吸硫性能时，假设吸收塔内含硫气体与石灰石浆之间的反应瞬间发生。（4）在吸收塔内石灰石浆与含硫气体接触的过程中，石灰石浆液滴会在降落过程中相互接触，并且各石灰石浆液滴的体积并不相同，这也会对吸收塔吸硫效果造成影响，但是在进行吸收塔吸硫能力的模拟运算中，我们将各石灰石浆液滴的体积看做一样大小，并且认为石灰石浆液滴在下落的过程中，液滴之间不会有接触[3]。

通过将吸收塔内反应区域进行微分，划分成无数个i小单元，当含硫气体从位置z断面下降到z+dz断面时，含硫气体中的二氧化硫含量将会发生变化，通过公式来计算不同位置区域的二氧化硫分压，通过公式得出不同位置二氧化硫分压后，再结合公式计算出吸收塔对含硫气体的吸硫效率，最后通过积分就能够得出整个吸收塔的吸硫能力。公式中的各个参数需要采用国际单位，P代表气相总压强，单位为Pa，G为气体流量，单位为mol/s，L为吸收塔石灰石浆的流量，单位为m3/s，dD为石灰石浆的直径，单位为m，ud为石灰石浆的降落速度，单位为m/s，v为含硫气体流动速度，单位为m/s。

4 各参数与脱硫效率的关系

4.1 SO2通入口浓度对脱硫效率的影响

火电厂进行脱硫气体的含硫量主要受到火电厂燃煤含硫量的影响，如果燃煤含硫量较高，那么其生成气体的SO2含量也会随之升高，而当需要脱硫气体中硫含量过多时，会降低烟气的脱硫效率。这时因为当气体中硫含量较高时，在吸收塔中的石灰石浆消耗的很快，这样就会提高液膜的吸收阻力，不过如果含硫气体含硫量太低时比如1000mg/m3，气体含硫量的增加就不会对脱硫效率造成明显影响[4]。

4.2 吸收塔入口脱硫烟气流量对脱硫效率的影响

火电厂进行脱硫工作还会受到吸收塔入口含硫气体通入量的影响，这是因为气体流量会对液气比以及塔内烟气流速造成影响。如果通入气体流量提高，那么液气比会下降，受到气体酸性的影响，石灰石浆PH值会降低，降低脱硫效率。如果向增加气体流入量，工作人员需要增加喷洒的石灰石浆量，提高吸收塔内单位体积中石灰石浆含量，从而增加浆液与气体的接触面积，提高脱硫效率。另外根据多年数据进行分析，可以发现含硫气体流量增加对液气比的影响比对烟气流速的影响要大，所以当含硫气体流量增加时，系统脱硫效率降低。

4.3 吸收塔塔内含硫气体流速与脱硫效率的关系。

火力发电厂吸收塔对硫的吸收效率还会受到通入含硫气体流速的影响，流速增加时会降低液膜的厚度，这样传质阻力就会变小，增加了总的传质系数；并且因为气体流速提高会降低石灰石浆下落速度，增加传质面积。但是因为液气比对脱硫效率的影响比以上两点多，所以随着含硫气体流速提高，脱硫效率降低。我们可以得出，如果吸收塔直径不变，那么脱硫效率会因为含硫气体流速的升高而降低，如果含硫气体量不变，脱硫效率会因为含硫气体速度增加而增加，不过应该注意，含硫气体的流速会受到脱硫吸收塔内除雾器性能影响，综上所述，一般火电厂含硫气体的流速为3-5m/s。

4.4 吸收塔石灰石浆pH值与脱硫效率的关系

石灰石浆的PH值对于含硫气体吸硫效率有很大的影响，虽然PH值越高对含硫气体来说有更好的吸硫效率，但是会造成吸硫后的产物碳酸钙不容易溶解，不过当石灰石浆PH值过高时，虽然会增加吸硫产物碳酸钙的溶解，但又会降低吸硫效率。PH过高降低碳酸钙溶解速度是因为会让石膏趋于小颗粒发展，附着于碳酸钙表面，影响其溶解。所以石灰石浆需要将PH值控制在合适的范围内，通常人们会选择pH值为5.3左右的石灰石浆[5]。

4.5 液气比对脱硫效率的影响

对于火电厂气体脱硫系统中，吸收塔中液体、气体的比值也会对脱硫效率造成显著影响，当液气比升高时，说明吸收塔内石灰石浆的含量增高，单位体积的含硫气体与石灰石浆的接触面积增大，能够显著提高脱硫效率。但是如果吸收塔内液气比达到足够高时，再提高液气比就不会对脱硫效率有显著影响。目前常用提高液气比的方法是提高石灰浆液循环泵的数量，不过这会提高脱硫成本，目前人们常用的液气比值大约在12到18L/m3之间。

4.6 吸收塔吸收区高度对脱硫效率的影响

想要提高火电厂脱硫效率，增加吸收塔的高度是一个不错的方法，因为随着吸收塔吸收高度的增加能够提高石灰石浆到浆液液面之间的高度，让石灰石浆与含硫气体有更长的接触时间，使石灰石浆与含硫气体之间接触更加充分，不过提高吸收塔高度需要对脱硫工程进行更多的经济投入，增加吸收塔的运行成本，比如用电量。所以通常来说，火电厂对于吸收塔吸收区的建设高度大约为12到15米。

5 结语

综上所述，目前我国对于石灰石湿法烟气脱硫技术的运用时间已经非常久了，常见的影响脱硫效率因素有很多，比如液气比、石灰石浆与含硫气体的接触时间、含硫气体流速、石灰石浆循环次数、浆液停留时间等，因此在进行脱硫系统的建造中要充分考虑这些因素以及建造成本，设计出最适合本厂的脱硫系统。