石灰石石膏脫硫-濕法脫硫塔
石灰石-石膏法煙氣脫硫
1.概述
石灰石-石膏法煙氣脫硫已經(jīng)有幾十年的,成熟可靠,適用范圍廣泛,據(jù)有關(guān)資料介紹,該工藝占有率已經(jīng)達到85以上。
由于反應原理大同小異，本培訓教材總結(jié)了一些通用的規(guī)律和準則，基本適用于目前上常用的各種石灰石-石膏法煙氣脫硫，包括噴淋塔、鼓泡塔、液柱塔等。
2.典型的系統(tǒng)構(gòu)成
典型的石灰石/石灰－石膏濕法煙氣脫硫工藝流程如圖2-1所示，實際運用的脫硫裝置的范圍根據(jù)工程具體情況有所差異。
3反應原理
3.1 吸收原理
吸收液通過噴嘴霧化噴入吸收塔，分散成細小的液滴并覆蓋吸收塔的整個斷面。這些液滴與塔內(nèi)煙氣逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應，煙氣中的SO2、SO3及HCl 、HF被吸收。SO2吸收產(chǎn)物的氧化和中和反應在吸收塔底部的氧化區(qū)完成并zui終形成石膏。
為了維持吸收液恒定的pH值并減少石灰石耗量，石灰石被連續(xù)加入吸收塔，同時吸收塔內(nèi)的吸收劑漿液被攪拌機、氧化空氣和吸收塔循泵不停地攪動，以加快石灰石在漿液中的均布和溶解。
3.2 化學過程
強制氧化系統(tǒng)的化學過程描述如下：
（1）吸收反應
煙氣與噴嘴噴出的循漿液在吸收塔內(nèi)有效接觸,循漿液吸收大部分SO2，反應如下：
SO2＋H2O→H2SO3（溶解）
H2SO3?H＋＋HSO3－（電離）
吸收反應的機理：
吸收反應是傳質(zhì)和吸收的的過程，水吸收SO2屬于中等溶解度的氣體組份的吸收，根據(jù)雙膜理論，傳質(zhì)速率受氣相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力的控制，
吸收速率＝吸收推動力/吸收系數(shù)（傳質(zhì)阻力為吸收系數(shù)的倒數(shù)）
強化吸收反應的措施：
a)提SO2在氣相中的分壓力（濃度），提氣相傳質(zhì)動力。
b)采用逆流傳質(zhì)，增加吸收區(qū)平均傳質(zhì)動力。
c)增加氣相與液相的流速，的Re數(shù)改變了氣膜和液膜的界面，從而引起強烈的傳質(zhì)。
d)強化氧化，加快已溶解SO2的電離和氧化，當亞硫酸被氧化以后,它的濃度就會降,會促進了SO2的吸收。
e)提PH值，減少電離的逆向過程，增加液相吸收推動力。
f)在總的吸收系數(shù)一定的情況下，增加氣液接觸面積，延長接觸時間，如：增大液氣比，減小液滴粒徑，調(diào)整噴淋層間距等。
g)保持均勻的流場分布和噴淋密度，提氣液接觸的有效性。
（2）氧化反應
一部分HSO3－在吸收塔噴淋區(qū)被煙氣中的氧所氧化，其它的HSO3－在反應池中被氧化空氣氧化，反應如下：
HSO3－＋1/2O2→HSO4－
HSO4－?H＋＋SO42－
氧化反應的機理：
氧化反應的機理基本同吸收反應，不同的是氧化反應是液相連續(xù)，氣相離散。水吸收O2屬于難溶解度的氣體組份的吸收，根據(jù)雙膜理論，傳質(zhì)速率受液膜傳質(zhì)阻力的控制。
強化氧化反應的措施：
a)降PH值，增加氧氣的溶解度
b)增加氧化空氣的過量系數(shù)，增加氧濃度
c)氧氣的分布均勻性，減小氣泡平均粒徑，增加氣液接觸面積。
（3）中和反應
吸收劑漿液被引入吸收塔內(nèi)中和氫離子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的漿液在吸收塔內(nèi)再循。中和反應如下：
Ca2＋＋CO32－＋2H＋＋SO42－＋H2O→CaSO4·2H2O＋CO2↑
2H＋＋CO32－→H2O＋CO2↑
中和反應的機理：
中和反應伴隨著石灰石的溶解和中和反應及，由于石灰石較為難溶，因此本節(jié)的是，如何增加石灰石的溶解度，反應生成的石膏如何盡快，以降石膏過飽和度。中和反應本身并不困難。
強化中和反應的措施：
a)提石灰石的活性，選用純度的石灰石，減少雜質(zhì)。
b)細化石灰石粒徑，提溶解速率。
c)降PH值，增加石灰石溶解度，提石灰石的利用率。
d)增加石灰石在漿池中的停留時間。
e)增加石膏漿液的固體濃度，增加附著面，控制石膏的相對飽和度。
f)提氧氣在漿液中的溶解度，排擠溶解在液相中的CO2，強化中和反應。
（4）其他副反應
煙氣中的其他如SO3、Cl、F和塵都被循漿液吸收和捕集。SO3、HCl和HF與懸浮液中的石灰石按以下反應式發(fā)生反應：
SO3＋H2O→2H＋＋SO42－
CaCO3 +2 HCl<==>CaCl2 +CO2 +H2O
CaCO3 +2 HF <==>CaF2 +CO2 +H2O
副反應對脫硫反應的影響及注意事項：
脫硫反應是一個比較復雜的反應過程，其中一些副反應，有些有利于反應的進程，有些會阻礙反應的發(fā)生，下列反應應當在中予以重視：
a)Mg的反應
漿池中的Mg元素，主要來自于石灰石中的雜質(zhì)，當石灰石中可溶性Mg含量較時（以MgCO3形式存在），由于MgCO3活性于CaCO3會先參與反應，對反應的進行是有利的，
但過多時，會導致漿液中生成大量的可溶性的MgSO3，它過多的存在，使的溶液里SO32-濃度增加,導致SO2吸收化學反應推動力的減小，而導致SO2吸收的惡化。
另一方面，吸收塔漿液中Mg＋濃度增加，會導致漿液中的MgSO4(L)的含量增加，既漿液中的SO42-增加，會對導致吸收塔中的懸浮液的氧化困難，從而需要大幅度增加氧化空氣量，氧化反應原理如下：
HSO3－＋1/2O2→HSO4－ （1）
HSO4－?H＋＋SO42－ （2）
因為（2）式的反應為可逆反應，從化學反應動力學的角度來看，如果SO42-的濃度太的話，不利于反應向右進行。
因此噴淋塔一般會控制Mg＋離子的濃度，當于5000ppm時，需要通過排出多的廢水，此時控制準則不再是CL－小于20000ppm
b)AL的反應
AL主要來源于煙氣中的飛灰，可溶解的AL在F離子濃度達到一定條件下，會形成氟化鋁絡(luò)合物（膠狀絮凝物），包裹在石灰石顆粒表面，形成石灰石溶解閉塞，嚴重時會導致反應嚴重惡化的事故。
c)Cl的反應
在一個封閉系統(tǒng)或接近封閉系統(tǒng)的狀態(tài)下，F(xiàn)GD工藝的運行會把吸收液從煙氣中吸收溶解的氯化物增加到非常的濃度。這些溶解的氯化物會產(chǎn)生濃度的溶解鈣,主要是氯化鈣,如果濃度的溶解的鈣離子存在FGD系統(tǒng)中,就會使溶解的石灰石減少,這是由于”共同離子作用”而造成的,在”共同離子作用”下,來自氯化鈣的溶解鈣就會妨礙石灰石中碳酸鈣的溶解?？刂艭L離子的濃度在12000－20000ppm是反應正常進行的因素。
4 系統(tǒng)描述
4.1 FGD系統(tǒng)構(gòu)成
煙氣脫硫（FGD）裝置采用的石灰石/石膏濕法工藝，整套系統(tǒng)由以下子系統(tǒng)組成：
（1）SO2吸收系統(tǒng)
（2）煙氣系統(tǒng)
（3）石灰石漿液制備系統(tǒng)
（4）石膏脫水系統(tǒng)
（5）供水和系統(tǒng)
（6）廢水處理系統(tǒng)
（7）壓縮空氣系統(tǒng)
4.2 SO2吸收系統(tǒng)
煙氣由進氣口進入吸收塔的吸收區(qū)，在上升過程中與石灰石漿液逆流接觸，煙氣中所含的污染氣體大部分因此被清洗入漿液，與漿液中的懸浮石灰石微粒發(fā)生化學反應而被脫除，處理后的凈煙氣經(jīng)過除霧器除去水滴后進入煙道。
吸收塔塔體材料為碳鋼內(nèi)襯玻璃鱗片。吸收塔煙氣入口為耐腐蝕、耐溫合金。
吸收塔內(nèi)煙氣上升流速為3.2-4m/s。塔內(nèi)配有噴淋層，每組噴淋層由帶連接支管的母管制漿液分布管道和噴嘴組成。噴淋組件及噴嘴的布置成均勻覆蓋吸收塔區(qū)的橫截面。噴淋系統(tǒng)采用單元制，每個噴淋層配一臺與之相連接的吸收塔漿液循泵。
每臺吸收塔配多臺漿液循泵。運行的漿液循泵數(shù)量根據(jù)鍋爐負荷的變化和對吸收漿液流量的要求來確定，在達到要求的吸收效率的前提下，可選擇zui的泵運行以節(jié)省能耗。
吸收了SO2的再循漿液落入吸收塔反應池。吸收塔反應池裝有多臺攪拌機。氧化風機將氧化空氣鼓入反應池。氧化空氣分布系統(tǒng)采用噴管式，氧化空氣被分布管注入到攪拌機槳葉的壓力側(cè)，被攪拌機產(chǎn)生的壓力和剪切力分散為細小的氣泡并均布于漿液中。一部分HSO3－在吸收塔噴淋區(qū)被煙氣中的氧氣氧化，其余部分的HSO3－在反應池中被氧化空氣氧化。
吸收劑（石灰石）漿液被引入吸收塔內(nèi)中和氫離子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的漿液在吸收塔內(nèi)循。
吸收塔泵連續(xù)地把吸收漿液從吸收塔送到石膏脫水系統(tǒng)。通過排漿控制閥控制排出漿液流量，維持循漿液濃度在大約8－25wt。
脫硫后的煙氣通過除霧器來減少攜帶的水滴，除霧器的水滴攜帶量不大于75mg/Nm3。兩級除霧器采用的頂置式布置在吸收塔頂部或塔外部，除霧器由聚丙烯材料制作，型式為z型，兩級除霧器均用工藝水沖洗。沖洗過程通過程序控制自動完成。
吸收塔入口煙道側(cè)板和底板裝有工藝水沖洗系統(tǒng)，沖洗自動周期進行。沖洗的目的是為了避噴嘴噴出的石膏漿液帶入入口煙道后干燥粘結(jié)。
在吸收塔入口煙道裝有事故冷卻系統(tǒng)，事故冷卻水由工藝水泵提供。
當吸收塔入口煙道由于吸收塔上游設(shè)備意外事故造成溫度過而旁路擋板未及時打開或所有的吸收塔循泵切除時本系統(tǒng)啟動。
4.3 煙氣系統(tǒng)
從鍋爐來的熱煙氣經(jīng)增壓風機增壓后進入煙氣換熱器(GGH)降溫側(cè)，經(jīng)GGH冷卻后，煙氣進入吸收塔，向動穿過噴淋層，在此煙氣被冷卻到飽和溫度，煙氣中的SO2被石灰石漿液吸收。除去SOX及其它的煙氣經(jīng)GGH加熱80℃以上，通過煙囪。
GGH是利用熱煙氣所帶的熱量加熱吸收塔出來的冷的凈煙氣。在條件下且沒有補充熱源時，GGH可將凈煙氣的溫度提到80℃以上。
煙氣通過GGH的壓損由一在線清洗系統(tǒng)維持。正常運行時清洗系統(tǒng)每天需使用蒸汽吹灰3次。此外，系統(tǒng)還配有一套在線壓水洗裝置(約1月用1次)。在熱煙氣的與GGH相連的煙道安置一套可伸縮的清洗設(shè)備，用來進行常規(guī)吹灰和在線水沖洗。清洗裝置都有單獨的、可伸縮的矛狀管和帶有單獨的輔助蒸汽和水噴嘴的驅(qū)動機械。GGH配一臺在線的沖洗水泵 ，該泵為在線清洗提供壓沖洗水。自動吹灰系統(tǒng)可GGH的受熱面不受堵塞，保持的凈煙氣溫度。吹灰器自動控制。
當GGH停機后，換熱元件可用一壓水清洗裝置進行清洗。此壓水清洗裝置每年使用兩次。每臺GGH上的兩個固定的水沖洗裝置用來進行離線沖洗。每一個固定的水清洗裝置配有帶噴嘴的直管，從有一定間隔的噴嘴中均勻地向換熱面噴沖洗水。
設(shè)置一套密封系統(tǒng)GGH漏風率小于1。
煙道上設(shè)有擋板系統(tǒng)，以便于FGD系統(tǒng)正常運行和事故時旁路運行。每套FGD裝置的擋板系統(tǒng)包括一臺FGD原煙氣擋板，一臺FGD凈煙氣擋板和一臺旁路煙氣擋板，擋板為雙百葉式。在正常運行時，F(xiàn)GD進擋板開啟，旁路擋板關(guān)閉。在故障情況下，開啟煙氣旁路擋板門，關(guān)閉FGD進擋板，煙氣通過旁路煙道繞過FGD系統(tǒng)直接排到煙囪。所有擋板都配有密封系統(tǒng)，以“零”泄露。密封空氣設(shè)兩臺100容量的密封空氣風機（一臺備用）和二級電加熱器，加熱溫度不于70℃。
煙道包括必要的煙氣通道、沖洗和漏斗、膨脹節(jié)、法蘭、導流板、墊片/螺栓材料以及附件。
在BMCR工況下，煙道內(nèi)任意位置的煙氣流速不大于15m/s。煙道留有適當?shù)娜咏涌?、接口和孔?br style="margin: 0px;" />對于每臺鍋爐的FGD系統(tǒng)，配置1臺100BMCR煙氣量的增壓風機（BUF），布置于吸收塔上游的干煙區(qū)。增壓風機為動葉可調(diào)軸流風機。包括電動機、密封空氣系統(tǒng)等。
4.4石灰石漿液制備與供給系統(tǒng)
由汽車運來的石灰石卸石灰石漿液制備區(qū)域的地斗，通過斗提機送入石灰石貯倉（貯倉的容量按需要的石灰石耗量），石灰石貯倉由皮帶稱重給料機送入石灰石濕式磨機，研磨后的石灰石進入磨機漿液循箱，經(jīng)磨機漿液循泵送入石灰石旋流器，合格的石灰石漿液自旋流器溢流口流入石灰石漿液箱，不合格的從旋流器底流再送入磨機入口再次研磨。
系統(tǒng)設(shè)置一個石灰石漿液箱，每塔設(shè)置2臺石灰石漿液供漿泵。吸收塔配有一條石灰石漿液輸送管，石灰石漿液通過管道輸送到吸收塔。每條輸送管上分支出一條再循管回到石灰石漿液箱，以防止?jié){液在管道內(nèi)沉淀。
脫硫所需要的石灰石漿液量由鍋爐負荷，煙氣的SO2濃度和Ca/S來控制，而需要制備的石灰石漿液量由石灰石漿液箱的液位來控制，漿液的濃度由漿液的密度計控制測量量作前饋控制旋流器個數(shù)。
4.5 石膏脫水系統(tǒng)
機組FGD所產(chǎn)生的25wt濃度的石膏漿液由吸收塔下部布置的石膏漿液泵（每塔兩臺石膏漿液泵，一運一備）送石膏漿液旋流器。系統(tǒng)設(shè)置2套石膏旋流站，2套石膏旋流站底流自流進入2臺真空皮帶脫水機。每臺真空皮帶脫水機的過濾能力為2臺機組脫硫系統(tǒng)石膏總量的75。
石膏脫水系統(tǒng)包括以下設(shè)備：
—石膏旋流站
—真空皮帶過濾機
—濾布沖洗水箱
—濾布沖洗水泵
—濾液水箱及攪拌器
—濾液水泵
—石膏餅沖洗水泵
—廢水旋流站給料箱
—廢水旋流站給料泵
—廢水旋流站
—石膏輸送機
—石膏庫
（1）石膏旋流站和廢水旋流站
濃縮到濃度大約55的旋流站的底流漿液自流到真空皮帶脫水機，旋流站的溢流自流到廢水旋流站給料箱，一部分通過廢水旋流站給料泵送到廢水旋流站，其余部分溢流到濾液水箱。廢水旋流站溢流到廢水箱，通過廢水輸送泵送到廢水處理系統(tǒng)，底流進入濾液箱。
（2）真空皮帶脫水機
設(shè)置2套容量為2臺機組脫硫系統(tǒng)石膏總產(chǎn)量75的脫水系統(tǒng)。真空皮帶脫水機和真空系統(tǒng)按此容量。
石膏旋流站底流漿液由真空皮帶脫水機脫水到含90固形物和10水分，脫水石膏經(jīng)沖洗降其中的Cl－濃度。濾液進入濾液水回收箱。脫水后的石膏經(jīng)由石膏輸送皮帶送入石膏庫房堆放。
石膏庫房通過化，使石膏運輸車輛裝料便于進行，不會對廠區(qū)造成污染。
工業(yè)水作為密封水供給真空泵，然后收集到濾布沖洗水箱，用于沖洗濾布，濾布沖洗水被收集到濾餅沖洗水箱，用于石膏濾餅的沖洗。
濾液水箱收集的濾液、沖洗水等由濾液水泵輸送到石灰石漿液制備系統(tǒng)和吸收塔。
4.6供水和系統(tǒng)
4.6.1供水系統(tǒng)
從電廠供水系統(tǒng)引接脫硫島的水源，提供脫硫島工業(yè)和工藝水的需要。
工業(yè)水主要用戶為：除霧器沖洗水及真空泵密封水。冷卻水冷卻設(shè)備后排吸收塔排水坑回收利用。
工藝水主要用戶為（不限于此）：
·石灰石漿液制備用水；
·煙氣換熱器的沖洗水；
·所有漿液輸送設(shè)備、輸送管路、貯存箱的沖洗水。
工藝水/工業(yè)水進入島內(nèi)工藝水/工業(yè)水箱，通過工藝水/工業(yè)水泵、除霧器沖洗水泵分別送FGD區(qū)域的每個用水點。
系統(tǒng)內(nèi)的配套管道及其測量和控制儀表。
4.6.2 系統(tǒng)
FGD島內(nèi)設(shè)置一個公用的事故漿液箱，事故漿液箱的容量應該滿足單個吸收塔檢修排空時和其他漿液排空的要求，并作為吸收塔重新啟動時的石膏晶種。
吸收塔漿池檢修需要排空時，吸收塔的石膏漿液輸送事故漿液箱zui終可作為下次FGD啟動時的晶種。
事故漿液箱設(shè)漿液返回泵（將漿液送回吸收塔）1臺。
FGD裝置的漿液管道和漿液泵等，在停運時需要進行沖洗，其沖洗水就近收集在各個區(qū)域設(shè)置的集水坑內(nèi)，然后用泵送事故漿液箱或吸收塔漿池。
4.7 壓縮空氣系統(tǒng)
脫硫島儀表用氣和雜用氣由島內(nèi)設(shè)置的壓縮空氣系統(tǒng)提供，壓力為0.85Mpa左右。
按需要應設(shè)置足夠容量的儲氣罐，儀用穩(wěn)壓罐和雜用儲氣罐應分開設(shè)置。貯氣罐的供氣能力應滿足當全部空氣壓縮機停運時，依靠貯氣罐的貯備，能維持整個脫硫控制設(shè)備繼續(xù)工作不小于15分鐘的耗氣量。氣動設(shè)備和遠離空氣壓縮機房的用氣點，宜設(shè)置穩(wěn)壓貯氣罐。貯氣罐工作壓力按0.8MPa考慮，zui壓力不應于0.6MPa。
4.8 脫硫廢水處理系統(tǒng)
4.8.1 脫硫廢水的水質(zhì)和水量
4.8.1.1脫硫廢水的水質(zhì)
脫硫廢水的水質(zhì)與脫硫工藝、煙氣成分、灰及吸附劑等多種因素有關(guān)。脫硫廢水的主要標項目為懸浮物、PH值、汞、銅、鉛、鎳、鋅、砷、氟、鈣、鎂、鋁、鐵以及氯根、硫酸根、亞硫酸根、碳酸根等。
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