燃煤电厂脱硫吸收塔的脱硫优化知识分享
燃煤电厂脱硫吸收塔的脱硫优化知识分享
中国经济的快速发展带来了较为严重的大气污染，保护环境和绿色发展越来越被重视。由相关监测数据可知，煤烟对中国大气的污染程度最大。煤烟型污染中的酸雨及粉尘给大气造成严重危害。其中，酸雨即为 SO2 燃煤污染，可通过石灰石-石膏脱硫湿法烟气喷淋塔来解决电厂燃煤尾气的脱硫问题。可到目前为止，
学术界对塔内 SO2 反应吸收的三维数理模型还未达成共识。此外，近些年中国对雾霾造成的颗粒物吸入污染非常重视，随着对 WFGD （湿法烟气脱硫） 的不断应用，脱硫吸收塔颗粒吸入物处理及脱硫的废水治理排放研究引起人们的关注。因此，研究燃煤电厂脱硫吸收塔的脱硫优化具有重大意义。
1 、燃煤电厂产生烟气与脱硫废水的危害
1.1 硫氧化物与颗粒物排放危害
煤炭是中国社会发展和经济建设的主要能源。据统计，中国消耗煤炭比例最大的是电力能源消耗。据中国电企联合会公布的数据可知，中国 2014 年火电总发电量是 4.17×1012 kW·h，在全国总发电量中占比74.4%。如果中国不改变原能源结构，未来中国煤炭能源在全国总发电能源中占比仍将高于 60%[1]。煤炭含有可燃硫，经燃烧产生 SO2 等硫氧化物，并同烟气一起排入大气。该气体为中等刺激性无色气体，对大气污染较为严重。大气污染物中可吸入的颗粒物 （PM1）0 ，特别是细小的颗粒物 （PM2.）5 ，因粒径较小，容易吸附空气中的有害、有毒物质，比如病毒和细菌、污染性有机粒子、气态酸性氧化物、重金属微粒等。这些有害、有毒的气体及颗粒物可进入人体的呼吸系统，之后在肺部沉积，或进入人体血液，对人体黏膜及肺泡造成伤害，容易引起人体肺组织纤维化，形成肺心病，可使哮喘病人病情加重，还会使一些人患上支气管、鼻咽等慢性疾病，严重者会危及性命，给人们的身体健康造成严重损害，尤其对小孩、老人及其他抵抗能力较弱的群体危害更大。
1.2 脱硫废水排放危害
喷淋塔脱硫法具有适应煤种广、脱硫过程稳定、脱硫效率高等特点。喷淋塔近年已成为 WFGD 吸收塔主要的塔型。循环浆在吸收 SO2 的同时，也吸收石灰石、烟气里的氯化物，最终造成浆液里 Cl- 含量不断增高。浆液中Cl- 含量的不断增高会产生许多危害，例如浆液中的 Cl-将阻碍石灰石溶解，浆液 pH 值会因此降低，影响 SO2 的吸收，容易产生 CaSO4 垢，使金属腐蚀加快等。并且 Cl-含量的增高会影响电厂脱硫过程生产石膏的质量。
2 、燃煤电厂脱硫废水处理现状
因为脱硫废水中含有大量重金属污染物，所以脱硫废水的处理十分重要。目前燃煤电厂脱硫废水处理常用技术有以下两种：
a) 灰水处理技术。
对于使用水力除灰的电厂，要把排出的脱硫废水混入除灰水力系统，达到水力除灰的作用。这一方法是脱硫废水处理最为经济的方法。脱硫废水一般为弱酸性液体，而灰水显碱性，将灰水与脱硫废水混合在一起，会对脱硫废水起到中和作用。并且，脱硫废水相对灰水很少，因此灰水的排出成分受脱硫废水影响较小。但该方法只适用于燃煤电厂采用水力除灰系统，而当前多数燃煤电厂使用气力除灰，因此该方法的利用率并不高。脱硫废水也可使用湿化法除灰，在灰运输过程中，为减少扬尘及方便装填、压实飞灰，要对飞灰湿化。该方法虽然简单，但是不能从根本上解决污染，并且容易发生二次污染，因此很少被使用[2]。
b) 化学物理处理技术。
化学物理处理技术是当前常用的处理脱硫废水的方法。该技术的主要工艺为中和处理、沉淀处理、絮凝处理、澄清处理等。中和处理工艺中，要向废脱硫水中添加一定量的石灰乳剂，将 pH 值提高到 9.0～9.5。在中和处理中，大多数重金属会反应生成氢化物的沉积物，其中石灰乳 Ca2+ 将和废水中的 F- 产生反应，生成 CaF2 沉积物，从而达到降低F- 的目的。沉降处理工艺中，要加入 TMT-15 或 Na2S硫化物与废水中的 Cd2+ 和 Hg2+ 进行反应生成沉淀物。
絮凝处理工艺中，要加入 Fe3+，Cl- 及 SO42- 絮凝剂，从而使悬浮颗粒及胶体颗粒出现絮凝沉淀，在絮凝箱出口加入混凝溶剂，进而实现进一步的絮凝。澄清处理工艺中，沉淀物由于重力作用沉于池底形成污泥，箱体上部形成的清水溢流到清水箱，在清水箱安装 pH 值及浊度检测设备，当检测不合格时，系统会重复上述工艺，直至检测结果合格[3]。
3 、脱硫吸收塔的脱硫优化
3.1 反应区容积的优化
喷淋反应区容积对脱硫效果的影响有流场扰动及液滴运动两方面。
a) 喷淋层越高，其反应容积就越大，喷淋的浆液下降时对流场产生的扰动与高层相比变小，流场分布均匀，使得脱硫效果得以提高。b) 当喷淋的浆液流动一定距离，喷雾速度会变低，这时烟气和浆液显现为自由落体运动，此时受烟气的流动影响变大，容易因烟气的携带碰壁形成漩涡，这说明喷淋容积过高会造成浆液利用率降低，降低 SO2 吸收效果。当喷淋高度从 0 m 逐渐增高至 10 m，其脱硫效果会出现先增后降的情况，从 96.8%降到 95.4%，相差 1.4%。综上分析，脱硫效果大于 59%时，加大喷淋高度、提高喷淋反应区容积对脱硫效果影响不大。因此，不是喷淋的高度及反应区容积越大越好，要依据实际工程确定喷淋高度与反应区容积，最终实现反应区容积与脱硫效果的最佳组合。
喷淋反应区容积与脱硫率的关系如图 1 所示。
3.2 喷淋速度的优化
喷淋速度对脱硫吸收塔脱硫效果及流场会产生很大的影响。由于液滴喷雾速度快，液滴喷淋会对烟气产生较强的扰动力，烟气流动阻力会加大，烟气流动速度会减慢，一部分烟气会在液滴作用下发生流向的改变，并且高速液滴的喷淋会防止烟气在脱硫吸收塔塔壁形成漩涡，会使塔内烟气的流动更均匀。随着喷淋速度加快，脱硫率先增高后降低，喷淋速度在 9 m/s
时脱硫效果最好。其主要原因是，喷淋速度接近 9 m/s时，流场更加均匀，浆液喷淋利用率得到提高，脱硫效果进而也得到提高。当喷淋速度超过 9 m/s 时，喷淋速度加快会导致浆液滞留的时间缩短，造成脱硫吸收塔持液量降低，最终致使脱硫率降低。
依据实际经验，烟气和脱硫剂接触时间越长，其脱硫效果就越好，可是喷淋的速度太慢，会造成烟气携带大量浆液；喷淋的速度太快，会造成浆液与烟气接触的时间太短，导致脱硫效果降低。因此，应将喷淋的速度优化在 9 m/s 为最佳。
3.3 脱硫吸收塔的喷嘴优化
脱硫吸收塔中所使用喷嘴的类型会决定喷浆分布的形式，从而会影响脱硫吸收塔里的流场和脱硫效果。
为了更好地了解各类喷嘴对流场和脱硫效果产生的影响，对各种喷嘴进行试验研究，最终获得如表 1 所示的数据。
表 1 为同等条件下不同喷嘴的不同脱硫效果。从表 1 中不难看出，在更换实心喷嘴后，脱硫效果整体明显下降，通过对比可知，空心喷嘴比实心喷嘴的脱硫率要高得多，而喷嘴部分呈空心和部分实心结构时，其脱硫率最高。这主要是由于实心喷嘴是向下单向的，
浆液停留时间比空心的短，造成脱硫率下降，其脱硫率变化的范围可达 1.49%左右。在脱硫吸收塔中要使用部分空心和部分实心结构的喷嘴。
4 、结语
以脱硫吸收塔实际脱硫优化的过程作为研究对象，从脱硫现状、脱硫优化的机理等方面进行分析研究。
通过对脱硫优化的探索研究，达到提高燃煤电厂脱硫效率、降低电厂运营成本的目的，满足电厂运营环保的要求。因此，燃煤电厂开展脱硫吸收塔脱硫优化的研究，对深入研究脱硫机理及指导电厂烟气处理具有深远的意义。