高钙法在燃煤电厂 SO₂ 深度减排中的应用研究

1. 引言

1.1 研究背景与意义

随着《钢铁、焦化、燃煤电厂深度减排攻坚方案》的实施，燃煤电厂面临 SO₂ 排放浓度≤25mg/Nm³ 的严格要求1。传统石灰石 - 石膏湿法脱硫系统在满负荷运行时已难以满足新排放标准，而常规改造方案（如吸收塔增容、双塔串联）存在投资高（4634 万～7044万元）、工期长（45～60 天）、系统阻力增加等问题 2。因此，开发高效低耗的深度减排技术成为行业迫切需求。

1.2 国内外研究现状

碱性浆液脱硫技术因反应速率快、脱硫效率高，逐渐成为研究热点。美国能源部（DOE）资助的“超净排放技术计划”表明，Ca （OH）浆液在 pH=7～8 时脱硫效率较石灰石浆液提升 15%～20%3 。国内学者在某 600MW 机组的试验中发现，顶层喷淋层引入碱性浆液可使液气比降低 12% ，同时维持脱硫效率 ≥99.8%4 。但现有研究缺乏工程应用层面的经济性与可靠性分析。

2. 高钙法技术原理与工艺设计

2.1 反应机理

高钙法以 Ca （OH）₂ 为吸收剂，其反应过程分为四步：

1．酸性气体溶解： SO2+H₂OH₂SO₃ SO₃+H₂OH₂SO₄ ;

2．离子离解： H₂SO₃H⁺+HSO₃^- HSO₃^-H⁺+SO₃^2- ；

3．中和反应： Ca（OH）2Ca²⁺+2OH^-

Ca（OH）2+H⁺+HSO₃^-Ca²⁺+SO₃^2-+2H₂O;

4.氧化结晶： 5O₃^2-+¹/₂O₂SO₄^2- CaSO₄+2H₂OCaSO₄;2H₂O5 与石灰石法相比，Ca （OH） ₂ 的强碱性使其在低 pH 值条件下仍能快速提供 Ca²⁺ ，显著提升脱硫效率。

2.2 工艺系统设计

***** 公司改造方案如下：

· 高钙浆液制备：利用 1 号炉原有石灰石粉仓储存 Ca （OH） ₂ ，通过星型给料机与水按 1：9 比例混合，制成密度 1059kg/m³ 的浆液（含固量 10% ）6；

· 输送与加入：采用 2 台高钙浆液泵（一运一备，流量 60m³/h ，扬程 40m ）将浆液输送至 2、5 号浆液循环泵入口均流器，通过均流器实现均匀分布；

·pH 监测与控制：在循环泵出口设置双通道 PH 计测量筒，维持塔底 pH=5.3～5.6，泵出口 pH=7～7.4 ，通过 DCS 系统远程调节供浆量7。

3. 试验方案与数据验证

3.1 试验平台与参数

依托 1 号机组 300MW 石灰石 - 石膏湿法脱硫系统，试验参数如下：

· 入口条件：SO2 浓度 4600mg/Nm³ （标干， 6%O₂ ），烟气量1286362Nm³/h（湿基）；

· 控制变量：分阶段调节5 号泵出口 值（ ），观察脱硫效率与系统能耗变化；

· 监测指标：进出口 SO₂ 浓度、浆液 pH 值、循环泵运行台数、电耗等8。

3.2 试验结果分析

3.2.1 脱硫效率提升效果

当 pH 从 5.5 提升至 7.5 时，脱硫效率从 99.5% 提升至 99.83% ，出口 SO₂ 浓度从 21.12mg/Nm³ 降至 7.27mg/Nm³ （表 ¹ ）。在 300MW满负荷工况下，运行 4 台循环泵即可满足排放要求，较原系统减少 1台泵运行

表 1 高钙法与原系统脱硫效率对比

3.2.2 经济性分析

1. 投资成本：高钙法总投资 573.28 万元，仅为单塔增容改造

（4634 万元）的 12.4%10 ；2. 运行成本：年节省费用约 190.32 万元，其中：· 电费节省：停运1 台循环泵，年节电约618.32kWh×5000h×2×0.3644 元 /kWh=71.82 万元；· 脱 硫 剂 成 本 差：Ca （OH） ₂ 与碳酸钙差价节省（ 0.65×170⋅ -

0.48×550 ） ×5000×2=37.00 万元；· 增效剂停用节省 78.4 万元 11。

4. 技术对比与工程应用优势

4.1 与传统改造方案的对比

表 2 不同改造方案技术经济指标对比

4.2 工程应用创新点

1. 兼容性设计：不改变原吸收塔结构，仅改造入口管路，与原有石灰石 - 石膏系统独立运行，故障时可快速切换；

2. 智能调控：通过 PH 值实时监测与流量调节阀联动，实现脱硫效率与能耗的动态优化；

3. 石膏品质保障：试验期间石膏含水率 ≤10% ，亚硫酸钙含量<1% ，满足综合利用要求12。

5. 结论与展望

高钙法 SO₂ 深度减排技术在 300MW 机组的应用表明：

1. 技术可行性：在不破坏原浆液池环境的前提下，出口 SO₂ 浓度可稳定控制在 20mg/Nm³ 以下，满足深度减排标准；

2. 经济优势：较传统方案投资降低 88% ，年运行成本节省 190 万元，投资回收期约 3 年；

3. 推广价值：适用于需提效改造的燃煤电厂，尤其适合场地受限或需快速达标的机组。

未来可进一步研究高钙浆液与其他脱硫技术的协同作用（如与活性炭吸附耦合），探索更低成本的碱性吸收剂制备工艺，推动燃煤电厂绿色低碳转型。

参考文献

[1] 冀气领办 [2018] 156 号《钢铁、焦化、燃煤电厂深度减 排攻坚方案》