大气钙基湿法脱硫工艺.docx

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大气钙基湿法脱硫工艺

一、钙基湿法脱硫工艺

1.工艺简介

石灰石/石灰法湿法烟气脱硫是采用石灰石或者石灰浆液脱除烟气中SO的方法。

该方法开发较早，工艺成熟，吸收剂廉价易得，因而应用广泛。

传统的石灰石/石灰法湿法烟气脱硫工艺流程图如图所示.锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸收塔，吸收塔内用配好的石灰石或石灰浆液洗涤含SO的烟气，洗涤净化后的烟气经除雾和再热后排放。

吸收塔内排出的吸收液流入循环槽，加入新鲜的石灰石或者石灰浆液进行再生。

除雾器

洗涤塔

含硫烟气

固体废物

吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，要求有持液量大、气液相见的相对速度高、气液接触面积大、内部构件少、压力降小等特点。

目前较常用的吸收塔主要有喷淋塔、填料塔、喷射鼓泡塔和道尔顿型塔四类。

其中喷淋塔是湿法脱硫工艺的主流塔型。

由于湿法脱硫的特点，有多种因素影响到吸收洗涤塔的长期可靠运行。

（1）设备腐蚀

化石燃料燃烧的排烟中含有多种微量的化学成分，如氯化物。

在酸性环境中，他们对金属（包括不锈钢）的腐蚀性相当强。

目前广泛应用的吸收塔材料是合金C-276，其价格是常规不锈钢的15倍。

为延长设备的使用寿命，溶液中氯离子的浓度不能太高。

为保证氯离子不发生浓缩，有效的方法是在脱硫系统中根据物料平衡排除适量的废水，并以清水补充。

（2）结垢和堵塞

固体沉积主要以三种方式出现：

湿干结垢，即因溶液或料浆中的水分蒸发而使固体沉积；或沉积或结晶析出；或从溶液中结晶析出。

其中后者是导致脱硫塔发生结垢的主要原因，特别是硫酸钙结垢坚硬、板结，一旦结垢难以去除，影响到所有与脱硫液接触的阀门、水泵、控制仪器和管道等。

硫酸钙结垢的原因是和的离子积在局部达到过饱和。

为此，在吸收塔中要保持亚硫酸盐的氧化率在20%以下。

亚硫酸盐的氧化需在脱硫液循环池中完成，可通过鼓气或者空气等方式进行，形成的硫酸钙发生沉淀。

从循环池返回吸收塔的脱硫液中，还因为含有足量的硫酸钙晶体，起到了晶体的作用，因此在后续的吸收过程中，可防止固体直接沉积在吸收塔设备表面。

（3）除雾器堵塞

在吸收塔中，雾化喷嘴并不能产生尺寸完全均一的雾滴，雾滴的大小存在尺寸分布。

较小的雾滴会被气流所夹带，如果不进行除雾，雾滴将进入烟道，造成烟道腐蚀和堵塞。

早期的除雾器通常用的是金属编织网，容易因雾滴中的固体颗粒沉积而堵塞。

因此，除雾器必须易于保持清洁。

（4）脱硫剂的利用率

脱硫产物亚硫酸盐和硫酸盐可沉积在脱硫剂颗粒表面，从而堵塞了这些颗粒的溶解通道。

这会造成石灰石或石灰脱硫剂来不及溶解和反应就随产物排出，增加了脱硫剂和脱硫产物的处理费用。

因此，脱硫液在循环池中的停留时间一般要达到5~10min。

实际停留时间设计与石灰石的反应性能有关，反应性能越差，为使之完全溶解，要求它在池内的停留时间越长。

（5）脱硫产物及综合利用

半水亚硫酸钙通常是较细的片状晶体，这种固体产物难以分离，也不符合填埋要求。

而二水硫酸钙是大的圆形晶体，易于析出和过滤。

因此，从分离的角度，在循环池中鼓氧或空气将亚硫酸盐氧化为硫酸盐是十分必要的，通常要保证95%的脱硫产物转化为硫酸钙。

2.化学反应原理

表1石灰石和石灰法湿法烟气脱硫的反应机理

脱硫剂

石灰石

石灰

溶解反应

解离反应

吸收反应

中和反应

总反应

石灰石系统中最关键的反应是的形成，因为正是通过与反应而得以从溶液中去除。

这一关键步骤也突出了石灰石系统和石灰系统的一个极为重要的区别：

石灰石系统中，的产生于浓度和的存在有关；而在石灰系统中，的产生仅与氧化钙的存在有关。

因此，为了保证液相有足够的浓度，石灰石系统在运行时，其pH较石灰系统的低，石灰石系统的最佳操作pH为5.8~6.2，石灰系统为8。

3.石灰石湿法烟气脱硫装置

典型的石灰石湿法脱硫系统从功能上可以分为烟气系统、石灰石浆液制备系统、吸收塔系统、石膏脱水系统、废水处理系统、公用系统和事故浆液排放系统。

（1）烟气系统

烟气系统通常包括一台单独的增压风机、一台气气换热器和电厂现有烟囱。

在增压风机上游和气气换热器再热侧系统出口下游都设有双百叶窗隔离挡板。

在现有旁路烟道上亦安装有两个双百叶窗旁路挡板，这些挡板的开度可以随烟气流量的变化进行调节。

每个烟气挡板可以配置两台密封风机，以防止烟气泄漏。

GGH利用未脱硫的热烟气（一般130℃~150℃）加热已脱硫的洁净烟气（一般46℃~55℃），一般加热到80℃左右，然后排放，以避免低温湿烟气腐蚀烟道、烟囱内壁，并可提高烟气抬升高度。

在烟气离开吸收塔前，会通过一个两级除雾器，以除去烟囱中携带的细小液滴。

沉淀在除雾器上的颗粒不利于烟气流经吸收塔，会影响塔内压降和烟气流向分布。

为了防止固体颗粒积聚在除雾器上，需定期对除雾器进行冲洗。

除雾器设有冲洗水系统，工艺水从喷嘴喷出冲洗除雾器。

（2）石灰石浆液制备系统

石灰石料应密切主要其水分含量，进入石灰石粉制备系统磨粉机地入磨物料的表面水分一般小于1%，否则就会严重恶化操作，甚至造成糊磨、堵塞。

同时应主要氯化物、氟化物和煤灰等杂质不要混入石灰石料中，以免影响脱硫系统的正常运行和脱硫石膏的品质。

石灰石浆液制备时，成品分经仓底的两套叶轮给料机输送到石灰石浆液池，工业水通过水泵和调节阀门注入石灰石浆液池，调节石灰石浆液的密度至1230kg/m3（含固量30%）。

在石灰石浆液泵的出口管道设有密度监测点，从而保证30%的石灰石浆液的制备和供应。

配置合格的石灰石浆液通过石灰石浆液泵输送到吸收塔下部浆液槽，根据烟气负荷、脱硫塔烟气入口的SO2浓度和PH值来控制喷入吸收塔的浆液量，剩余部分返回浆液池。

为了防止结块和堵塞，要使浆液不断流动循环。

（3）吸收塔系统

吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，要求气液接触面积大，其他的吸收反应良好，压力损失小，并且适用于大容量烟气处理。

进入吸收塔的热烟气经过逆向喷淋浆液的冷却、洗涤，烟气中的SO2与浆液进行吸收反应生成亚硫酸氢根（HSO3-）。

HSO3-被鼓入的空气氧化为硫酸根（SO42-），SO42-与浆液中的钙离子（Ca2+）反应生成硫酸钙（CaSO4），CaSO4进一步结晶为石膏（CaSO4·2H2O）。

同时烟气中的Cl、F和灰尘等大多数杂质也在吸收塔中被去除。

含有石膏、灰尘和杂质的吸收剂浆液的一部分被排入石膏脱水系统。

吸收塔中装有水冲洗系统，将定期进行冲洗，以防止雾滴中的石膏、灰尘和其他物质堵塞元件。

吸收塔主要有喷淋塔、填料塔、液柱塔和鼓泡塔四种类型，将在下一章详细讨论。

（4）石膏脱水系统

在吸收塔浆液槽中石膏不断产生，为了使浆液密度保持在设定的运行范围内，将石膏浆液（15%~20%固体含量）通过石膏浆液泵打入脱水站。

该站包括一个水力旋流器及浆液分配器，在这里将石膏浆液中的水予以脱除，使底流石膏固体含量达到50%。

在水力旋流器中，石膏浆液流进一个圆柱箱中，并由此流到敞开的各个旋流子中，在此处根据入口压力的大小，可将石膏输送至旋流器的底流，将滤液送入石膏水力旋流器上部的溢流箱内。

底流的石膏被送至真空皮带过滤机进一步脱水至含水小于10%。

溢流含3%~5%的细小固体微粒在重力作用下流入滤液箱，最终返回到吸收塔。

旋流器的溢流被输送到废水旋流站进一步分离处理。

（5）废水处理系统

在湿式石灰石/石膏FGD工艺中，由于烟气中氯化物的溶解提高了脱硫吸收液中氯离子的浓度，不可避免地要产生一定量废水。

氯离子浓度的增高会引起脱硫率的下降和CaSO4结垢倾向的增大，并对副产品石膏的品质产生影响。

FGD装置的废水主要来自石膏脱水系统的旋流器溢流液、真空皮带机的滤液或冲洗水。

废水处理的工艺大致分为中和、脱重金属、絮凝、浓缩、澄清、污泥处理几部分。

中和是采用Ca（OH）2作为中和剂加入脱硫废水中，一方面可以中和水的酸性，另外还可以脱除F-，并使部分重金属沉淀下来。

接下来向废液中加入有机硫化物，进一步脱除重金属离子。

絮凝的作用是通过添加絮凝剂去除上工段中过剩的硫化物，加速废水中悬浮物的沉降。

絮凝后的废水进入澄清池时进行浓缩分离。

浓缩后的污泥一部分经脱水后抛弃，一部分返回中和池或絮凝池，以提高絮凝池的固体含量，加速絮凝过程。

澄清池的溢流则进入后处理水箱，用稀盐酸调节PH后排放。

（6）公用系统

公用系统由工艺水系统、工业水系统、冷却水系统和压缩空气系统等子系统构成，为脱硫系统提供各类用水和控制用气。

FGD的工艺水一般来自电厂循环水，并输送至工艺水箱中。

工艺水由工艺水泵从工艺水箱输送到各用水点。

FGD装置运行时，由于烟气携带、废水排放和石膏携带水而造成水损失。

工艺水由除雾器冲洗水泵输送到除雾器，冲洗除雾器，同时为吸收塔提供补充用水，以维持吸收塔内的正常液位。

此外，各设备的冲洗、灌注、密封和冷却等用水也采用工艺水。

FGD冷却水主要用户有增压风机电机、氧化风机电机、循环浆液泵电机、磨机主轴承、减速器电机，此外，部分冷却水还用于氧化空气增湿冷却。

FGD的工业水一般来自电厂补充水，并输送至工业水箱中。

（7）事故浆液排放系统

浆液排放系统包括事故浆液储罐系统和地坑系统。

当FGD装置大修或发生故障需要排空FGD装置内浆液时，塔内浆液由浆液排放泵排至事故浆液箱直至泵入口低液位跳闸，其余浆液依靠重力自流至吸收塔的排放坑，再由地坑泵打入事故浆液储罐。

事故浆液储罐用于临时储存吸收塔内的浆液。

地坑系统有吸收塔区地坑、石灰石浆液制备系统地坑和石膏脱水地坑，用于储存FGD装置的各类浆液，同时还具有收集、输送或储存设备运行、运行故障、检验、取样、冲洗、清洗过程或渗漏而产生的浆液。

主要设备包括搅拌器和浆液泵。

二、主要设计参数的选择和计算

1.设计输入参数.

设计输入参数主要包括烟气流量，入口烟气浓度，烟气浓度，烟气烟尘浓度；其中最关键的是烟气流量和入口烟气浓度。

（1）烟气量计算

取100g煤为研究对象，煤的组成成分见表2。

表2燃煤成分分析表

成分

C

H

S

O

灰分

水分

合计

含量%

72.4

2.7

3.2

2.6

10.2

8.8

99.9

含量mol

6.033

2.7

0.1

0.1825

0.489

生成物CO2、H2O、SO2的摩尔分数分别是5.892mol、1.839mol、0.084mol。

理论燃烧需氧量：

=6.71675mol

设锅炉燃烧的过剩空气系数a=1.20，取空气湿度为X=0.0116。

则100g煤完全燃烧所需空气量：

mol

即：

、

100g煤完全燃烧产生的烟气量：

=

=39.59mol

即：

（2）SO2的流量计算

已知锅炉每小时用煤85t，则标况烟气流量：

=209.4

SO2的摩尔百分含量：

即：

则标况下烟气中SO2的流量为：

=0.53

根据脱硫率为90%，得到出口SO2的流量为：

=19.05

2.工艺设计参数

工艺设计参数主要包括液气比、钙硫摩尔比、烟风系统阻力等，其中最核心的是液气比和Ca/S。

（1）液气比（L/G）

在石灰石—石膏湿法FGD工艺中，液气比（L/G）表示洗涤单位体积饱和烟气的吸收塔循环浆液体积，即

式中：

—循环浆液体积，L;

—烟气体积（标态），

在这里液气比取15（石灰石洗涤塔的液气比一般在8~25之间）。

（2）钙硫摩尔比（Ca/S）

钙硫摩尔比（Ca/S）又称吸收剂耗量比或化学计量比，定义为每脱除1mol需加或的摩尔比，即

Ca/S=

要求钙硫比在1.1~1.2之间，在这里取1.20。

3.性能指标参数

（1）脱硫效率

脱硫效率表示FGD系统能力的大小。

脱硫效率是由许多因素决定的，诸如FGD系