大型燃煤工礦企業在新建、擴建、或改建中的脫硫技術, 特別是燃煤電廠被得到廣泛的推廣應用, 而石灰石- 石膏濕法脫硫是技術最成熟、最適合中國國情且國內應用最多的高效脫硫工藝, 但在實際應用中如果不能針對具體情況正確處理結垢、堵塞、腐蝕等技術問題, 將達不到預期的脫硫效果。

1　石灰石—石膏濕法脫硫工藝及脫硫原理

從電除塵器出來的煙氣通過增壓風機BU F 進入換熱器GGH, 煙氣被冷卻后進入吸收塔A b s, 并與石灰石漿液相混合。漿液中的部分水分蒸發掉, 煙氣進一步冷卻。煙氣經循環石灰石稀漿的洗滌, 可將煙氣中95% 以上的硫脫除。同時還能將煙氣中近100% 的氯化氫除去。在吸收器的頂部, 煙道氣穿過除霧器 M e, 除去懸浮水滴。

離開吸收塔以后, 在進入煙囪之前, 煙氣再次穿過換熱器, 進行升溫。吸收塔出口溫度一般為50～ 70℃, 這主要取決于燃燒的燃料類型。煙囪的最低氣體溫度常常按國家排放標準規定下來。在中國, 有 GGH 的脫硫, 煙囪的最低氣溫一般是80℃, 無GGH 的脫硫, 其溫度在50℃左右。大部分脫硫煙道都配備有旁路擋板(正常情況下處于關閉狀態)。在緊急情況下或啟動時, 旁路擋板打開, 以使煙道氣繞過二氧化硫脫除裝置, 直接排入煙囪。

石灰石——石膏稀漿從吸收塔沉淀槽中泵入安裝在塔頂部的噴嘴集管中。在石灰石——石膏稀漿沿噴霧塔下落過程中與上升的煙氣接觸, 煙氣中的 SO 2 溶入水溶液中, 并被其中的堿性物質中和, 從而使煙氣中的硫脫除。石灰石中的碳酸鈣與二氧化硫和氧(空氣中的氧) 發生反應, 并最終生成石膏, 這些石膏在沉淀槽中從溶液中析出。石膏稀漿由吸收塔沉淀槽中抽出, 經濃縮、脫水和洗滌后先儲存起來, 然后再從當地運走。

2　脫硫系統的結垢堵塞與解決辦法

2. 1　結垢、堵塞機理

2. 1. 1　石膏終產物濃度超過了漿液的吸收極限, 石膏就會以晶體的形式開始沉積, 當相對飽和濃度達到一定值時, 石膏晶體將在懸浮液中已有的石膏晶體表面進行生長, 當飽和度達到更高值時, 就會形成晶核, 同時, 晶體也會在其他各種物體表面上生長, 導致吸收塔內壁結垢。

2. 1. 2　在系統的氧化程度低下, 甚至無氧化發生的條件下, 可生成一種反應物為Ca (SO3) 0. 8 (SO 4 ) 0.21/2H2O , 稱為CSS- 軟垢, 使系統發生結垢, 甚至堵塞。

2. 1. 3　吸收液pH 值的劇烈變化, 低pH 值時, 亞硫酸鹽溶解度急劇上升, 硫酸鹽溶解度略有下降, 會有石膏在很短時間內大量產生并析出, 產生硬垢。而高 pH 值亞硫酸鹽溶解度降低, 會引起亞硫酸鹽析出, 產生軟垢。在堿性pH 值運行會產生碳酸鈣硬垢。

2. 2　解決辦法

①采用強制氧化工藝, 使氧化反應趨于完全, 控制亞硫酸鈣的氧化率在95% 以上, 保持漿液中有足夠密度的石膏晶種; ②嚴格除塵, 嚴防噴嘴堵塞; ③ 控制吸收液中水分蒸發速度和蒸發量, 運行中控制溶液中石膏過飽和度最大不超過130%; ④控制溶液的pH 值, 尤其避免運行中pH 值的急劇變化; ⑤吸收液中加入二水硫酸鈣或亞硫酸鈣晶種; ⑥向吸收液中加入添加劑如: 鎂離子、乙二酸; ⑦適當的增大液氣比也是系統結垢、堵塞的重要技術措施。

3　硫系統的腐蝕與防腐

3. 1　腐蝕機理

①煙氣中的SO 2、HCl、HF 等酸性氣體在與液體接觸時, 生成相應的酸液, 其SO 3 2- 、Cl- 、SO 4 2- 對金屬有很強的腐蝕性, 對防腐內襯亦有很強的擴散滲透破壞作用; ②金屬表面與水及電解質形成電化學腐蝕, 在焊縫處比較明顯; ③結晶腐蝕, 溶液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽隨溶液滲入防腐內襯及其毛細孔內, 當系統停運后, 吸收塔內逐漸變干, 溶液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽析出并結晶, 隨后體積發生膨脹, 使防腐內襯產生應力, 產生剝離損壞; ④環境溫度的影響。由于GGH (蓄熱式換熱器) 故障或循環液系統故障, 導致塔內煙溫升高, 其防腐材料的許用應力隨溫度升高而急劇降低; ⑤漿液中由于含有固態物, 落下時對塔內物質有一定的沖刷作用。

3. 2　防腐技術

①合理控制漿液的pH 值; ②選擇合理的FGD (脫硫設備) 煙氣入口溫度, 并選擇與之相配套的防腐內襯, 選擇與入口煙溫, 塔內設計溫度不相匹配的內襯材料是致命的錯誤; ③嚴把防腐內襯的施工質量; ④吸收塔現場制作過程中保證焊口滿焊, 焊縫光滑平整無缺陷, 內支撐件及框架不能用角鋼、槽鋼、工字鋼, 應用圓鋼、方鋼為主, 外接管不能用焊接, 要用法蘭連接; ⑤選擇合理的防腐材料。

4　影響脫硫效率的因素分析

4. 1　吸收液的pH 值

煙氣中SO 2 與吸收塔漿液接觸后發生如下一些化學反應: SO 2+ H2O = HSO 3 - + H+ CaCO 3+ H+ = HCO 3 - + Ca2+ HSO 3- + 1ö2O 2= SO 4 2- + H+ SO 4 2- + Ca2+ + 2H2O = CaSO 4·2H2O 從以上反應歷程不難發現, 高pH 的漿液環境有利于SO 2 的吸收, 而低pH 則有助于Ca2+ 的析出, 二者互相對立。pH 值= 6 時, 二氧化硫吸收效果最佳, 但此時易發生結垢, 堵塞現象。而低的pH 值有利于亞硫酸鈣的氧化, 石灰石溶解度增加, 卻使二氧化硫的吸收受到抑制, 脫硫效率大大降低, 當pH= 4 時, 二氧化硫的吸收幾乎無法進行, 且吸收液呈酸性, 對設備也有腐蝕。具體最合適的pH 值應在調試后得出, 但一般pH 在4～ 6 之間。