摘要：影响脱硫净烟气粉尘的排放影响因素较多，但分析主要是在数学模型或是仿真环境下进行，缺少在已建成的实际生产环境中的分析总结，对实际生产的指导意义不大。针对这一问题，本文主要研究在实际生产环境下，通过控制吸收塔浆液密度，从而保证净烟气粉尘浓度能达到超低排放标准，提供可行的短期和长期解决办法。同时为实际生产中寻找并建立吸收塔浆液控制指标过饱和比Q，来有效的控制吸收塔浆液密度，能够容易简单的提供控制方向。
关键词：脱硫浆液密度；粉尘浓度；过饱和比；石膏脱水效果；
引言
目前我国有近92%的火力发电厂脱硫系统采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺，工艺是通过与烟气进行逆向接触吸收SO2和飞灰粉尘。吸收过程中可能蒸发析出细小的晶体颗粒，被烟气直接携带出，使得脱硫后的烟气中粉尘颗粒物含量反而增加。【2】荷兰Meij 等通过分析脱硫出口颗粒物组成发现，其中飞灰、石膏组分分别占别占 40%、10%，而脱硫浆液液滴蒸发形成的固体颗粒却占到了50%。【2】潘丹萍等 实验研究发现细颗粒物形貌及元素组成与脱硫浆液中晶体相关，主要组分为 CaSO 4 。【1】Nielsen 等通过现场测试发现，石灰石-石膏法脱硫工艺对颗粒物的总质量脱除率可达 50%～80%，但亚微米级微粒质量浓度反而增加了 20%～100%，而且钙元素含量明显提高。通过这些研究得知脱硫出口粉尘的组成和控制方向。
吸收塔浆液密度的高低，直接会影响结晶颗粒的大小，这其中就要引入过饱和度的概念，当浆液过饱和度较高时会引起石膏晶体爆发成核而导致晶体颗粒过细，产生结垢增加设备磨损，降低脱硫效率，石膏脱水困难，以及粉尘排放不能达标。
实际生产中工况相对客观，许多条件已经被约束，所以控制主要指标就变成了吸收塔浆液密度。
1、试验方法及现象分析
1.1实例生产环境概述
试验机组为2×350MW超临界机组，一炉一套湿法脱硫装置，全烟气脱硫，脱硫效率不小99.15%，保证烟塔出口SO2排放浓度不高35mg/Nm3 ，粉尘浓度不高于10mg/Nm3。
1.2现象说明
1、2号机组脱硫系统出口粉尘和二氧化硫排放均发生大幅度增长，并出现不可控趋势。从图1和图2中可以看出两台机组出口粉尘浓度均出现不同程度的升高，7日后上升趋势明显，尤其2号机组，一周内烟尘由3~5mg/m3升至8~10mg/m3，并且二氧化硫浓度升高至30mg/m3以上。在200MW负荷，脱硫入口二氧化硫浓度不到3000 mg/m3时，浆液循环泵全部运行，脱硫系统已无调整手。
对吸收塔浆液进行多次采样分析，发现吸收塔浆液密高达1260 kg/m3时、结晶差、沉淀缓慢，浆液静置后几个小时无分层现象，1号、2号石膏旋流器溢流和底流密度分别达到约1256kg/m3和1293kg/m3，石膏旋流器均没有分离效果，也验证了吸收塔石膏粒径偏小、结晶差，也导致脱水后石膏含水率高。
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图2 2号脱硫参数变化
1.2 分析总结
通过对图3和图4分析，验证了原烟气粉尘浓度并不能直接影响净烟气粉尘浓度的变化，反而随着浆液密度的增长净烟气粉尘浓度逐渐增长，但实际生产过程中并没有像理论实验一样发生爆发性增长，而是缓慢增长，这个延迟时间大概在4-7天达到控制控制峰值。当吸收塔浆液密度降低时，净烟气粉尘浓度会随着降低，但也会出现一定延迟时间，大概在4-6天恢复正常控制数值。总体而言，净烟气粉尘浓度会随着吸收塔浆液密度的变化发生带有延迟的正相关变化。
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图4 2号烟气粉尘随浆液密度变化
实际生产现象验证了吸收塔浆液密度过高，会造成石膏相对过饱和度大，使得晶种生成率迅速加快，晶种密度迅速加大，趋于针状或非常细的颗粒，最终导致石膏难以脱水，石膏浆液自然沉降速度变缓很多的理论分析。
实际生产中为了保证SO2浓度达标排放，往吸收塔大量补浆，但会发现吸收塔pH值增长特别缓慢，脱硫效率不升反降，出口SO2浓度持续上升的情况，表现出“吸收塔浆液中毒”。烟气携带的粒径较小的浆液除雾器不能完全处理，导致净烟气粉尘浓度变大。
所以吸收塔浆液密度增长到一定数值后就会发生与理论分析相似的现象，而且会发现多项干扰因素并不像理论分析那样直观和明确，造成解决这一问题的效率相应会降低，而且会出现一些其它不利于生产的隐性影响。
2、解决办法
2.1 短期解决办法
(1)两套皮带脱水系统连续运行，到吸收塔浆液密度恢复到设计范围内为止；
(2)维持吸收塔浆液pH值5.0以下运行，至吸收塔浆液恢复正常为止。吸收塔浆液中的部分酸不溶物和有害物质可逐步被消除，通过石膏排出塔外，逐步改善吸收塔浆液的品质；
(3)加强脱水系统等巡检，保证设备正常工作。
(4)石膏旋流器入口压力降低到150~180kPa运行。
(5)严格控制脱硫剂纯度，同时改变脱硫工艺水补水水源。
上述主要措施执行第4天后，吸收塔浆液密度降到约1175kg/m3，吸收塔浆液逐渐恢复正常，脱硫塔处理能力明显提升，入口SO2浓度在1800 mg/m3左右、pH4.8、300MW负荷工况时，从图3和图4数据展示可以看出出口粉尘浓度降到4 mg/m3左右，出口SO2浓度22mg/m3。
2.1 长期解决办法
(1)按照设计要求保证脱硫废水处理效果以及脱硫废水排放量。
(2)脱硫运行主要参数（浆液密度、pH值、浆液中Cl-等）控制在设计范围内。
(3)尽量采购纯度较高的脱硫剂（CaCO3含量大于90%，MgO含量低于3%）。
(4)控制消泡剂投加量。
(5)烟道和空预器冲洗期间根据运行化验指标更换脱硫工艺水补水水源。
3、引入新的控制参数
结合理论寻找吸收塔密度控制重要转折性指标，从而引入控制因子过饱和比Q，将浆液中过饱和比控制在一定范围内，进而判断浆液品质是否有利于石膏晶体的生长，方法简单直观、重现性好。
浆液中离子强度计算为
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（1）
式中为离子强度，为各离子质量摩尔浓度（mol/kg）,为离子电荷数。
硫酸钙溶解度可计算为
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（2）
式中S为同离子效应较正后的溶解度（浆液中硫酸钙的过饱和浓度，单位mol/kg）,K为测试条件下硫酸钙的溶度积常数，X为硫酸根离子与钙离子的浓度差。
过饱和比Q计算为
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（3）
式中为钙离子与硫酸根离子摩尔浓度的最小值，单位mol/kg,S为硫酸钙溶解度。
日常指标监控中就可以通过计算过饱和比Q来直观的了解浆液变化情况，通常Q控制在1.2-1.4以下。不同的工厂可以根据自己厂的实际运行经验积累历史数据并建立自己的过饱和比Q的临界警示值，以便采取措施，解决石膏颗粒的细化问题，并降低系统结垢的风险。
4、结束语
(1)通过实际生产系统验证了浆液密度增长是造成净烟气风尘浓度增长的主要直接原因，但同时也不完全与理论分析一致，而是净烟气粉尘浓度会随着吸收塔浆液密度的变化发生带有延迟的正相关变化。
(2)当浆液密度发生过高异常时，实际生产是伴随这浆液品质恶化的发生的，通过脱水系统可以直接观察到，这里提供了短时间和长时间控制改善方法。
(3)引入硫酸钙的过饱和比Q的监控，通过积累历史数据合理的控制Q值，能简单直观的解决石膏颗粒细化问题，减少结垢，从而保证浆液密度不会过高，保证吸收塔净烟气粉尘合格排放，电耗降低等良性改善。
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