石灰石-石膏湿法烟气脱硫原理及工艺流程

石灰石-石膏湿法烟气脱硫原理及工艺流程

周林伟

（皖能马鞍山发电有限公司243021）

摘要：文中主要对目前火力发电厂普遍使用的石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的化学反应原理及工艺流程进行了阐述。为运行及检修提供理论基础。

关键词：火力发电厂石膏湿法烟气脱硫

目前，我国的电力供应仍以燃煤的火力发电厂为主，并因此产生的大量SO2的排放而产生的酸雨对我国的生态环境造成了极大的危害，因此，减少SO2的排放是我国大气治理的一个重要方面。当前，我国火力发电厂减少SO2排放主要采用的为烟气脱硫技术，其中石灰石—石膏湿法FGD技术由于最为成熟、可靠而被广泛采用。

一、石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺介绍

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺属于煤燃烧后脱硫，脱硫系统位于除尘器之后，脱硫过程在溶液中进行，脱硫剂及脱硫生成物均为湿态，脱硫过程的反应温度低于露点，故脱硫后的烟气一般需要经再加热后排出，或提高烟囱的防腐等级。

1工艺流程介绍

其工艺流程为：从锅炉出来的烟气首先经过电除尘器进行除尘，去除烟气中的大部分粉尘颗粒，经除尘后的烟气进入到吸收塔中，同时，浆液循环泵由吸收塔下部抽取浆液并提升到一定高度后，通过喷淋层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中。在吸收塔内烟气向上流动，浆液向下流动，两种物料在吸收塔内进行逆流接触混合，此时，SO2与浆液中的碳酸钙相接触，在空气作用下进行化学反应，并最终形成石膏（CaSO4•2H2O）。为保证有足量空气使亚硫酸根离子的充分氧化，还需设置氧化风机进行强制氧化。

整个过程中，吸收塔内浆液被循环泵连续不断的向上输送到喷淋层，浆液通过喷嘴喷出，在喷嘴的雾化作用下，气液两相物质充分混合。每个循环泵与各自的喷淋层相连接，形成多层浆液喷嘴，根据锅炉烟气量及烟气含硫量开启相应的喷嘴层数。

随着烟气中SO2的不断被吸收，在吸收塔中不断的产生石膏，因此必须将石膏排出，以维持物料平衡，故在吸收塔底部设置石膏浆液泵，将二氧化硫与石灰石浆液反应生成的石膏浆液输送至石膏脱水系统，形成可被利用的工业石膏。

同时净化后的烟气经过安装在吸收塔顶部的除雾器将所携带的浆液雾滴去除；为防止除雾器结构，设置除雾器冲洗系统，利用工艺水对除雾器进行冲洗。

经过除雾后的烟气通过烟道进入烟囱而排向大气。

2烟气脱硫过程发生的主要化学反应

从烟气中脱除SO2的过程，是SO2在吸收塔内与吸收剂的气液传质过程，在整个反应过程中，通过吸收、溶解、氧化还原等化学反应而结晶析出脱硫固体副产物（石膏）。主要的反应步骤及特点如下：

（1）锅炉烟气中的气相SO2被液相水吸收

SO2是一种极易溶与水的酸性气体，SO2经扩撒作用从气相入液相中，并于水化合形成亚硫酸，亚硫酸电离成为氢离子和亚硫酸氢根离子；当ph较高时，亚硫酸氢根离子通过二级电离产生亚硫酸根离子。因此，在反应过程中，一般通过调节注入石灰石浆液的量来控制吸收塔内浆液pH值在5.0—6.0之间。

（2）石灰石的溶解

SO2是通过钙离子与硫酸根离子或亚硫酸根离子结合而得以从浆液中去除，所以钙离子的形成是一个至关重要的步骤。

石灰石中的碳酸钙在氢离子作用下，形成钙离子；因此，在吸收塔内，当浆液吸收SO2后，会发生石灰石的溶解，而SO2持续吸收，又保证了钙离子的不断形成。

（3）亚硫酸的氧化反应

亚硫酸根离子和亚硫酸氢根离子都是较强的还原剂，浆液中的溶解氧将它们氧化成硫酸根离子，反应所需的氧气主要来源于烟气中的过剩空气及氧化风机喷入吸收塔内的氧化空气。

（4）固体副产物的结晶析出

在正常的pH值下，硫酸钙及亚硫酸钙的溶解度都较低，当反应产生当钙离子、硫酸根离子、亚硫酸根离子达到一定浓度后，这三种离子组成的难溶性化合物就从浆液中析出。沉淀产物主要为二水硫酸钙（石膏）、半水亚硫酸钙。

而强制氧化工艺的采用，则近乎100％的氧化了所吸收的SO2，减少了半水亚硫酸钙的生成。

通过排石膏来控制浆液中的二水硫酸钙的过饱和度，即可以防止二水硫酸钙度结垢，还可以提高生产出高质量度石膏。

在现实中，以上述反应几乎是同时发生的，并相互制约的。由于在上述反应中，石灰石的溶解反应速度最慢，故石灰石的溶解速率对整个SO2的脱除有显著的影响。

3吸收塔区域划分

一般情况下，将吸收塔从喷淋层至底部的区域，由上至下划分为吸收区、氧化区、中和结晶区；

（1）吸收区

吸收区的范围大致从喷淋层至吸收塔液面。SO2的吸收过程几乎全部发生在吸收区内。由于烟气和浆液接触时间短，浆液中的CaCO3只有很少的部分参与来反应，因此液滴滴pH值会随着液滴滴下落而迅速降低，液滴的吸收能力也随着减弱。

随着液滴滴下落，其接触滴SO2的浓度越来越高，不断的吸收烟气中的SO2使吸收区下部的浆液的pH值较低，在吸收去上部形成的亚硫酸根离子转化成亚硫酸氢根离子

（2）氧化区

氧化区的范围大致从吸收塔液面至氧化风管喷嘴下方约500mm处。该区发生的主要化学反应是亚硫酸根离子氧化成硫酸根离子、碳酸钙的溶解、CaSO4的形成。

过量的氧化空气喷入氧化区，将在吸收区内生成的亚硫酸氢根离子几乎全部氧化形成硫酸根离子和氢离子，氧化反应产生的硫酸为强酸，能够迅速中和浆液中的剩余CaCO3，并生成溶解状态的CaSO4。当浆液中的CaSO4浓度达到一定的过饱和度时，结晶析出CaSO4•2H2O（石膏）。

（3）中和区

氧化区下部为中和区。该区域内主要发生的化学反应为石灰石的溶解。

进入中和结晶区的浆液中含有未完全中和的氢离子，此时加入新鲜的石灰石浆液，中和剩余的氢离子，提升浆液的pH值，使之能在下一个循环中重新吸收SO2。

将新鲜石灰石浆液加入氧化区，会使过多的CaCO3进入石膏中，从而影响石膏的质量、降低石灰石的利用率。因为当CaCO3含量过高时，浆液的pH值也随之升高，有利于CaSO3.1/2H2O的形成，而溶解氧要氧化CaSO3.1/2H2O是相当困难的；再则，新鲜的石灰石浆液进入中和结晶区后随即被浆液循环泵带入吸收区，避免了吸收区的浆液pH值下降过快，有利于SO2的吸收。

由于吸收塔内浆液的一个循环周期大概是几分钟，而浆液在吸收区的停留时间仅有5秒钟左右，因此大部分的反应均在吸收塔反应罐内进行。

二、影响脱硫的主要因素

脱硫系统在运行过程中，影响系统脱硫效率的因素很多，如石灰石粉的品质及粒度大小、吸收塔浆液的浓度及密度、吸收塔浆液PH值、浆液的循环流量、进入脱硫系统的烟气中SO2的浓度（包括SO2浓度较大波动）、脱硫烟气中的烟尘含量、烟气温度、烟气与浆液的接触时间、煤质影响、吸收塔浆液中氯离子的浓度等。

以上的各因素通过影响烟气脱硫过程中的一个或多个化学反应，从而影响到整个烟气脱硫系统的化学反应的进行，进而影响到脱硫效率。

三、石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺优点

石灰石-石膏湿法烟气脱硫是当前各火力发电厂最广泛使用的脱硫技术。尤其近年来，随着对工艺不断优化、改进，其在环保、成本、使用操作方面优势愈发明显：

（1）高达98%以上的脱硫效率，很好的满足了环境保护的要求；

（2）吸收塔处理量大，满足现在大容量锅炉大烟气量的处理；

（3）满足各种煤种的烟气处理，适用范围广范；

（4）脱硫吸收剂为石灰石，成本低，易获取；

（5）技术较为成熟，设备简单，易操作，运行可靠性高；

（6）脱硫形成的副产物石膏可以进行利用，提高了经济效益。

虽然石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术一直在不断的发展，但其遵循的理论基础并没有改变。通过对其化学反应机理及工艺流程的深入了解，不仅有助于生产中的调节控制及异常现象的分析处理、措施制定，更是系统优化改造的理论基础。

参考文献：

［1］曾庭华，杨华，廖永进，郭斌.湿法烟气脱硫系统的调试、试验及运行