山东省热电设计院  郝秉清

摘要：本文介绍了湿法烟气脱硫的关键参数，如液气比、烟气流速和温度、钙硫比、浆液pH、吸收剂要求等。综合考虑各参数取值可使脱硫系统最优化运行。

关键词  脱硫  液气比  烟气流速  钙硫比

1、前言

　　随着国家环保对二氧化硫的排放要求越来越严格，越来越多的中小型锅炉业主倾向采用高脱硫效率的湿法脱硫工艺。但从目前运行的湿法脱硫系统来看，80 %左右的系统都达不到连续运行的要求。虽然可以达到要求的脱硫效率，但结垢、堵塞、磨损等现象屡见不鲜，系统需要频繁维护。

　　湿法脱硫系统中有几个关键的运行参数，脱硫系统设计时，必须综合考虑这些参数的取值。只有这样，才能既确保脱硫效率，又优化设计降低投资成本，同时也有效避免结垢、堵塞、磨损等现象，确保脱硫系统最优化运行。

2、湿法脱硫中的关键参数

　　2.1、液气比（L/m³）

　　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，它直接影响设备尺寸和操作费用。

　　液气比决定酸性气体吸收所需要的吸收表面，在其他参数一定的情况下，提高液气比相当于增大吸收塔内的喷淋密度，使液气间的接触面积增大，脱硫效率也将增大，要提高吸收塔的脱硫效率，提高液气比是一个重要的技术手段。

　　目前广泛使用的喷淋塔内持液量很小，要保证较高的脱硫效率，就必须有足够大的液气比。比如石灰石-石膏法，图1是该方法液气比对脱硫率的影响曲线，可知在pH=7，液气比为15 L/m³时，脱硫率已接近100 %了，液气比超过15.5 L/m³后，脱硫率的提高非常缓慢，通常单纯喷雾型吸收塔，液气比不会大于25 L/m³。而对于中小型锅炉脱硫常用的氧化镁技术，由于氧化镁反应活性强于石灰石，因此氧化镁法液气比低一些，通常为5-6 L/m³。

图1  石灰石-石膏法液气比对脱硫率的影响

　　在实际工程中，提高液气比将使浆液循环泵的流量增大，从而增加设备的投资和能耗。同时，提高液气比还会使吸收塔内压力损失增大，增加风机能耗，因此，要选择合适的液气比，寻找降低液气比的途径。降低液汽比的过程也是优化整个系统的过程，先进喷淋技术的运用、优化的塔体结构、高活性的脱硫剂等等，这是脱硫技术的核心问题。不同的脱硫剂液气比差别很大，确定液气比经验至关重要。

　　2.2、烟气流速和温度

　　在其他参数恒定的情况下，提高塔内烟气流速可提高气液两相的湍动，降低烟气与液滴间的膜厚度，提高传质效果。另外，喷淋液滴的下降速度将相对降低，使单位体积内的持液量增大，增大了传质面积，增加了脱硫效率。但气速增加，又会使气液接触时间缩短，脱硫效率可能下降。试验表明，气速在2.44～3.66 m/s之间逐渐增大时，随着气速的增大，脱硫效率下降；但当气速在3.66～24.57 m/s之间逐渐增大时，脱硫效率几乎与气速的变化无关。

　　在实际工程中，烟气流速的增加能够使吸收塔的塔径变小，减少吸收塔的体积，对降低造价有益。然而，烟气流速的增加得对吸收塔内除雾器的性能提出新的更高要求，同时还会使吸收塔内的压力损失增大，能耗增加。目前，对于空塔喷淋，塔内烟气流速一般控制为3.5 ～4.5 m/s；对于多孔板塔，烟气流速需综合考虑筛板孔径、开孔率等，一般控制为2.0～2.5 m/s。

　　吸收塔内烟气温度降低时，吸收液面上的SO₂的平衡分压降低，有助于气液传质。试验表明，吸收塔进口烟气温度降低时，脱硫效率增加。实际工程中，在吸收塔前布置预冷段喷浆液使高温烟气降温，但烟温降低过多又会加剧净烟气对烟道、烟囱的腐蚀，根据经验值，预冷段烟温降至70～80 °C为宜。

　　2.3、钙硫比

　　钙硫比（Ca/S）是指注入吸收剂量与吸收SO₂量的摩尔比，它反应单位时间内吸收剂原料的供给量。通常以浆液中吸收剂浓度作为衡量度量。

　　以石灰石-石膏法为例，在保持浆液量（液气比）不变的情况下，Ca/S比增大，注入吸收塔内吸收剂的量相应增大，引起浆液PH值上升，可增大中和反应的速率，增加反应的表面积，使SO₂吸收量增加，提高脱硫效率。但由于吸收剂（CaCO₃）的溶解度降低，其供给量的增加将导致浆液浓度的提高，会引起吸收剂的过饱和凝聚，最终使反应的表面积减少，影响脱硫效率。实践也证明如此，一般认为吸收塔的浆液浓度选择在20～30 %为宜，Ca/S比控制在1.02～1.05。 Ca/S比的高低也反映出整个系统设计是否合理，使衡量系统经济性的一个重要指标。

　　2.4、浆液的pH值

　　浆液pH值是湿法脱硫工艺的重要运行参数。

　　以石灰石/石膏法为例，一方面pH值影响SO₂的吸收过程，pH值越高，传质系数增加，SO₂的吸收速度越快，但系统设备结垢严重；pH值低，吸收速度就下降，当pH值下降到4时，几乎不能吸收SO₂了。

　　另一方面pH值还影响石灰石、CaSO₄·2H₂O和CaSO₃·1/2H₂O的溶解度。随着pH值的升高，CaSO₃的溶解度明显下降，而CaSO₄的溶解度则变化不大。因此随着SO₂的吸收，溶液的pH值降低，溶液中CaSO₃的量增加，并在石灰石粒子表面形成一层液膜，而液膜内部CaCO₃的溶解又使pH值上升，溶解度的变化使液膜中的CaCO₃析出并沉积在石灰石粒子表面，形成一层外壳，使粒子表面钝化。钝化的外壳阻碍了CaCO₃的继续溶解，抑制了吸收反应的进行。因此，选择合适的pH值是保证系统良好运行的关键因素之一。

　　根据工程经验，一般认为吸收塔的浆液pH值选择在5.5～6.2为宜，对氧化镁、石灰等其它脱硫剂也如此。pH值对系统脱硫效率和运行效率都有着重要的影响，通过调整pH值既要保证较高的脱硫效率，也要确保系统安全可靠运行，减少结垢堵塞的几率。

　　2.5、吸收剂原料

　　脱硫系统对吸收剂原料有一定的要求，首先是吸收剂的纯度，高纯度的吸收剂反应活性高，杂质含量少，对系统磨损较弱；其次是吸收剂的粒度，粒度越小，单位体积的表面积越大，利用率相对较高，有利于脱硫。

　　通常要求的吸收剂，石灰纯度在90 %左右，粒度150～200目；氧化镁纯度在85 %左右，粒度200目；石灰石纯度在90 %以上，粒度300～400目。过高的吸收剂纯度和过细的粒度会导致吸收剂制备价格的上升，使系统运行成本增加。

　　系统的设计是基于脱硫剂的选择参数的，脱硫效率、系统运行的经济性和安全性都与此相关。经验告诉我们脱硫剂的变动如同“牵一发而动全身” ，不可擅自和随意变动。

3、小结

　　除了上述重要参数外，脱硫系统设计还有其它一些影响因素。从参数的分析看，这些因素相互关联。脱硫工程是个系统工程，如果参数选择不当，将使系统造价和运行成本大大增加，而且脱硫系统能否正常运行直接影响到锅炉甚至整个电厂的正常运行。因此，根据具体工程来选定合适的设计和运行参数，是脱硫系统供应商和电厂业主需要慎重研究的问题。