燃煤烟气脱硫系统的氯平衡分析

刘军

天津石化 热电部 300271

摘 要：本文以某热电厂烟气脱硫单元为研究对象，通过物料衡算和原料分析，一方面确定了脱硫废水中氯根快速增加的原因，其中燃煤烟气占比82.15%；另一方面准确计算出脱硫废水排放量，当脱硫废水排放量控制在6.79t/h以上时，可以控制脱硫浆液中的Cl^-含量在7000mg/L以内。

关键字：氯离子 烟气脱硫 降氯措施

我国能源结构中，煤炭仍将长期最为我国的主要能源，燃煤发电站在电力供应格局中占主导地位的状况短期内不会改变，我国九成以上的燃煤电厂都采用湿法脱硫的形式来脱除燃煤烟气中的SO2。石灰石-石膏湿法脱硫工艺脱硫效率高，系统运行可靠，是现阶段普遍采用的烟气脱硫工艺。然而，该烟气脱硫工艺存在脱硫浆液中不断富集的Cl-的问题，一方面会对不锈钢材质的浆液泵、脱硫塔等造成腐蚀，破坏钝化膜。由于脱硫系统水的循环利用，Cl-在吸收液中逐渐富集，浓度可达10000-50000mg/L。当达到20000mg/L时，要选用氯丁基橡胶，鳞片玻璃衬里^[1]；另一方面随着吸收塔浆液Cl-含量的增加，脱硫浆液会产生大量的气泡，造成脱硫塔溢流，降低脱硫效果。如果脱硫浆液中Cl-含量超过10000mg/L，在其脱石膏过程中，Cl-不可避免附着在固体石膏中引起石膏中碳酸钙含量增大，Cl-含量增加，造成石膏（Cl-低于100ppm）品质恶化^[2]。

1、烟气脱硫单元运行现状

热电部除尘脱硫车间二期的烟气脱硫采用的石灰石-石膏湿法工艺，在吸收塔贮浆段内的石灰石-石膏浆液经循环泵、喷淋泵打入烟气脱硫塔。脱硫浆液通过喷嘴雾化喷出，与经静电除尘器净化后的逆流而上的烟气接触。烟气中的SO₂溶入溶液中，并被其中的碳酸钙反应，从而把烟气中的SO₂脱除，生成亚硫酸钙，然后与氧气反应生成硫酸钙经排浆泵排出，然后经水力旋流器进行一级脱水，顶流溢流进入一级溢流箱，底流送至真空皮带机进行石膏脱水，脱水的石膏落至石膏间，定期外运综合处理。

2020年11月20日，热电部除尘脱硫车间二期的烟气脱硫开车，研究人员连续对该循环浆液的Cl-进行分析，结果表明脱硫循环浆液Cl-含量上升趋势明显，平均每天增加2000-3000mg/L，经过五天的运行时间，脱硫循环浆液中Cl-含量接近18000mg/L。

2、烟气脱硫单元物料衡算

为了探索烟气脱硫浆液中Cl-快速增加的原因，研究人员以烟气脱硫塔为分析单元，对进出物料进行衡算。烟气脱硫系统脱硫浆液循环量约为500m3，进入烟气脱硫塔中的有原烟气、氧化空气、工艺水和石灰石，其中原烟气温度130.3℃，流量为450000Nm3/h；其中工艺水补充量为38000kg/h，包括脱硫浆液的制备用水，脱硫塔除雾器冲洗用水，皮带脱水机滤布、滤饼的冲洗用水，所有浆液储运设备、输送管路的冲洗水，动力设备的冷却水和密封水，氧化空气入塔管路的冷却水。

表1 烟气脱硫系统氯的来源

表2 烟气脱硫系统物料出系统

根据表1脱硫系统氯的来源包括烟气、石灰石和工艺水，三者为脱硫系统带来氯的量为48.69kg/h，其中烟气携带的氯源占比82.15%，其次是工艺水携带的Cl-。根据文献^[3]，燃煤中96.99%的氯会进入烟气中，造成烟气中HCl约为50-100mg/Nm3，本文分析烟气中的HCl含量为91.39mg/Nm3。在脱硫塔中烟气与脱硫浆液逆流接触过程中，烟气中的HCl几乎全部进入脱硫浆液。烟气脱硫单元消耗工艺水为海水淡化水，虽然消耗量为38t/h，但其中Cl-为200mg/L，远远低于脱硫浆液中Cl-含量，可以排除工艺水携氯是烟气脱硫塔循环浆液Cl-增加的因素。

以烟气脱硫系统为分析单元，如果进入系统的氯的量大于从系统出来的氯的量，将造成脱硫循环浆液Cl-升高。经过计算可知该烟气脱硫系统每小时积累的氯的量为47.5kg，Cl-浓度增加量每小时约为95.0mg/L，每天约为2280mg/h，该计算结果与前述的分析结果一致。

3. 氯的来源分析及脱硫废水排放量计算

通过烟气脱硫单元物料衡算可以得知脱硫循环浆液中Cl-增加的主要原因是烟气中携带的HCl，每小时进入烟气脱硫单元的氯为48.69kg/h，在没有外排脱硫废水的前提下，造成脱硫浆液中Cl-含量快速上升，五天内可以达到18000mg/L。

惠润堂^[4]认为石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中，燃煤烟气HCl来自煤的燃烧，吸收塔浆液Cl-浓度升高与煤种相关。根据表3含氯煤种的分离，煤的氯含量一般为0.1%，少数煤氯含量为0.2-0.3%。

表3 煤的氯含量分级^[5]

一般情况燃煤烟气HCl含量在50-100mg/Nm3，HCl极易溶于水，在烟气的石灰石-石膏湿法脱硫过程中，全部进入到脱硫浆液中。随烟气进入脱硫塔被浆液吸收，并在酸性条件下对管道和设备产生腐蚀。

脱硫废水的水质和水量不稳定，因机组容量、燃煤性质等不同。与为了防止烟气中氯浓度超过规定值和保证石膏质量，必须从系统中排一定量的废水，一般将脱硫浆液中的Cl-含量控制在7000mg/L以内。由前述可知脱硫系统Cl-的积累量为47.5kg/h，可计算出当脱硫废水排放量控制在6.79t/h以上时，可以控制脱硫浆液中的Cl-含量在7000mg/L以内。

3. 结论及降氯措施

煤炭资源的质量和其中有害物质的含量影响着脱硫废水中有害物质的含量，如果前期燃烧的煤炭中含有较多的硫和氯，产生的脱硫废水中的硫含量和氯含量就会显著增加。

烟气脱硫操作人员应对烟气脱硫循环浆液Cl-进行监测，跟踪变化趋势，以便及时调整运行措施^[5]，最有效的办法是增加脱硫废水的排放，同时加强外购石灰石粉、煤的采购监测，尽量采用低氯煤和石灰石粉。

[1]颜毅等. 湿法脱硫之管道磨损防治探析[J]城市建设理论研究 2014, (17)633-634

[2]江建军.浅析石灰石湿法脱硫浆液恶化的原因危害及处理[J].中国科技投资,2019,(18):290.

[3]邓双等. 基于实测的燃煤电厂氯排放特征[J]. 环境科学研究,2014,27(02):127-133.

[4]惠润堂. 燃煤电厂脱硫废水处理技术与现状[C]. 中国电机工程学会清洁高效燃煤发电技术协作网2010年会,2011,12,30:571-577

[5]黄仙池.湿法脱硫吸收塔浆液氯根含量高的原因分析及解决对策[J].福建建材,2020(05):92-93.