党高峰
中煤能源新疆煤电化有限公司
摘要：目前，随着火力发电厂装机容量的大幅度增长，虽然在一定程度上解决了电力供应紧张的问题，但随之而来的是，在化石能源的大量消耗的前提下，产生了大量的二氧化硫等污染气体。为解决火电厂的二氧化硫过度排放产生的污染问题，大型火力发电厂基本采用石灰石—石膏湿法脱硫系统予以解决。本文依据石灰石—石膏湿法脱硫系统中存在的问题，如稳定性差、主机与脱硫系统协调性差等，提出新的研究解决方法，以此提高传统脱硫系统运行的可靠性与稳定性。
关键词：石灰石；石膏；湿法脱硫；优化；改进；策略
一、概述石灰石—石膏烟气湿法脱硫技术的研究现状
火电厂企业中需处理的硫分为有机硫、无机硫、单质硫，现阶段国内外的脱硫技术处理分为三种：一是燃烧前脱硫处理；二是燃烧中脱硫处理；三是燃烧后脱硫处理。燃烧后脱硫处理也被叫做烟气脱硫，本质原理为化学反应，即酸碱中和。石灰石—石膏湿法脱硫技术作为烟气脱硫技术中应用十分普遍的一种，其效果尤为显著。虽然我国在石灰石—石膏湿法脱硫系统的研究设计上与美国、日本等国家上尚且存在一定的研究差距，但是随着国内对烟气脱硫引进技术的消化与吸收，逐步获取了自主知识产权[1]。
目前国内火电厂对于二氧化硫排放的处理，仅限于解决脱硫技术和工艺的层次方面，而忽略了脱硫系统的控制参数优化。由于脱硫系统的控制品质机制与脱硫系统的运行存在着决定性关系，所以控制品质的优良性是降低二氧化硫排放的根本。现阶段，大部分火电厂企业采用单回路控制或者手动控制，以至于无法保证二氧化硫的排放需求。另外，前人在脱硫系统中作出了优化策略，比如根据浆液ph值、浆液循环泵运行组合以及浆液排放密度等系数，提出非线性补偿内模控制算法与模糊控制算法。故此，在应用石灰石—石膏湿法脱硫系统控制二氧化硫气体的排放时，既要努力解决脱硫技术与工艺方面的限制因素，又要努力落实脱硫系统的控制结构与参数。
二、分析石灰石—石膏湿法脱硫系统的原理与限制因素
（一）石灰石—石膏湿法脱硫工艺的原理
石灰石—石膏湿法脱硫技术占据广泛的应用市场，不外乎该工艺系统具备操作流程简单、吸收剂来源广泛、脱硫功率高等优势，以及实现石膏副产品的回收利用。石灰石—石膏湿法脱硫工艺的基本原理为：首先，锅炉引风机出口处的原烟气体在通过增压风机提升压头后，转化到烟气换热器设备的降温一侧，并由高温原烟气经过降温阶段进入吸收塔内；其次，当原烟气在经过吸收塔设备时，原烟气中的二氧化硫被喷淋浆液吸收，进而转入液相系统二氧化硫与吸收塔内的石灰石浆液发生反应，生成亚硫酸钙，部分亚硫酸钙与烟气中的氧气反应生成硫酸钙，剩余部分的亚硫酸钙与氧化风机鼓入的氧气、亚硫酸氢根反应生成硫酸钙溶液，饱和结晶生成二水硫酸钙，即石膏；当吸收塔浆液池内的密度达到1150kg/m3以上时，即可以脱出石膏。脱硫后的烟气经除雾器去除一定的水分，经净烟气挡板门进入烟囱，排向大气。此处需要注意的一点是：经过初步脱硫处理的烟气在排出吸收塔设备之前，可以使用除雾器以便除去烟气中存留的浆体液滴。之后，烟气通过饱和清洁处理后，重新转入烟气换热器的加热一侧，继续提升烟气的温度系数；最后，处理过的烟气经过湿法脱硫净烟道及烟囱向大气排放；吸收二氧化硫的浆液进入吸收塔底部反应罐，借助脱硫循环泵和石灰石浆液再度经过吸收塔的喷淋系统排出。在石灰石强制氧化阶段，采取引入压缩空气的方式，将吸收后的二氧化硫经过酸碱中和反应，析出石膏物质[2]。
其反应方程式为：
SO2 + H2O → H2SO3 吸收
CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CO2 + H2O 中和
CaSO3 + 1/2 O2 → CaSO4 氧化
CaSO3 + 1/2 H2O → CaSO3?1/2H2O 结晶
（二）石灰石—石膏湿法脱硫的限制因素
火电厂石灰石—石膏湿法脱硫系统的工作过程涉及多个复杂的操作阶段，如石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、吸收系统等等，每一个阶段均会存在相应的限制因素，从而导致限制因素较多。现如今，根据火电厂运行数据与试验研究，特汇总出三个层次的限制因素，即脱硫石灰石限制因素、吸收塔入口原烟气限制因素、烟气脱硫系统运行限制因素。具体来讲，在脱硫石灰石限制因素阶段，主要涉及石灰石的纯度系数和粒度系数；在吸收塔入口原烟气限制因素阶段，主要是涉及二氧化硫浓度系数、氧浓度系数和烟气温度系数等；在烟气脱硫系统运行限制因素阶段，主要是涉及浆液ph值系数、浆液存留时间系数、吸收塔内烟气流速系数等[3]。
三、优化与改进石灰石—石膏湿法脱硫系统的运行策略
（一）脱硫工艺的优化研究
根据脱硫工艺的计算公式来看，与进气烟气量参数、二氧化硫浓度参数、出口烟气量参数、出口二氧化硫参数、进口烟气量参数、进口二氧化硫浓度参数等有关。为科学提高脱硫效率可以通过控制浆液ph值、控制液气比、控制浆液密度。由于控制吸收塔浆液ph值作为石灰石—石膏湿法脱硫系统的关键，所以在实际运行中维持吸收塔的ph值稳定，通常将该值控制在4到6的范围内，以此保证二氧化硫的高效率吸收，继而提高石膏结晶品质。在控制液气比方面，借助吸收塔内增设加装托盘和增加运行循泵的台数。若脱硫塔设计裕度无法变更时，可以合理配置循泵的运行，如电网系统负荷较轻时，可采用减少浆液循环泵运行台数或者调节浆液PH值。在控制浆液密度方面，要想得到石灰石—石膏湿法脱硫系统的高性能，需要连续检测吸收塔浆液的浓度参数，并根据该浓度参数实时调节吸收塔反应池的脱水量。经过脱水后能够获得纯度高达百分之九十五以上的石膏。石膏晶体形状与浆液的密度成正比，但是浆液密度越大，设备的损耗和整体耗电量都会增加，以至于影响脱硫系统的整体经济效益。因此，吸收塔浆液的最佳密度范围选择为1120到1130kg/m3，能够保证石膏浆液的脱水性能与石膏结晶形状[4]。
（二）设备改造与技术的优化研究
石灰石—石膏湿法脱硫系统运行中较易出现换热器阻塞、部件腐蚀、浆液循环泵噪音等问题。因此，可以通过脱硫系统设备的改造与优化，提高其应用的可靠性与经济性。气气换热器即净烟气与原烟气之间的热交换元件，在投入运行阶段会出现压差大、阻力大、结垢堵塞等问题，原因之一为工况设计和实时运行工况之间存在差异，致使设备的差压值偏高。解决措施为改造吹灰系统，将原压缩空气吹灰管路截断，改接从#1、2炉空预器蒸汽吹灰联络管两侧堵板间引出的冷段再热蒸汽，将空气吹灰改为蒸汽吹灰，取消原控制逻辑。另外利用停机时间，及时清洗或更换GGH换热器的换热元件。
（三）脱硫系统与主机联动控制的优化研究
石灰石—石膏湿法脱硫系统是对机组产生烟气量的处理过程,因机组负荷随着整个电网需求负荷的变化而变化，同时还与电力调度的指令有关，致使机组负荷与烟气量处于随时动态变化中。故此，增加脱硫系统与负荷、烟气量之间的联动程序，通过风机内部的控制与调节，在机组负荷和烟气量变化的同时，及时调整控制脱硫系统，使钙硫比始终能够保证在合格范围内，从而保证机组及脱硫系统的安全稳定运行。
总结：综上所述，火电厂企业在处理二氧化硫等污染气体时，曾一味的通过降低石灰石—石膏湿法脱硫系统的经济性为代价，希望得到高效率的脱硫运行，但以此会增加设备损耗、降低设备寿命。因此，本文参考国内外运行试验与数据，得出合理优化浆液循泵运行方式、控制浆液排放密度、革新增压风机技术，以及协调脱硫系统与机组的运行等策略解决上述问题，希望为同领域的研究学者提供借鉴价值。
参考文献：
[1]王浩.火电厂石灰石—石膏湿法脱硫系统建模与优化[D].华北电力大学,2013.
[2]张锐.石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水系统优化提升方案[J].科技创新与应用,2020,No.326(34):98-99.
[3]郭程程.小型热电厂烟气脱硫系统改造设计优化与实践[J].电力科技与环保,2020,v.36;No.170(03):46-48.
[4]李超.基于石灰石-石膏湿法的火电厂脱硫环保处理工艺研究[J].粘接,2020,041(003):44-47.