石灰石石膏湿法脱硫技术创新石灰石石膏湿法脱硫doc文档格式.docx

石灰石石膏湿法脱硫技术创新石灰石石膏湿法脱硫doc文档格式.docx

《石灰石石膏湿法脱硫技术创新石灰石石膏湿法脱硫doc文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石灰石石膏湿法脱硫技术创新石灰石石膏湿法脱硫doc文档格式.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

【keywords】wetdesulphurizationlimestonefluegasdesulfurizationdesulfurizationefficiency

引言

自从上世纪70年代日本和美国率先实施SO2控制排放战略以来，许多国家相继制定了SO2控制排放的中长期战略，加速了SO2减排的步伐，大大促进了SO2减排技术的发展，使SO2排放总量在较短的时间内得到了大幅度的削减。

随着我国社会主义市场经济的高速发展，对能源的需求越来越旺盛。

由于我国一次能源以煤炭为主，燃煤的含硫量较高，伴随能源消耗快速增长，SO2污染日益严重，实施SO2减排技术并进行SO2排放总量控制已成为我国经济可持续发展的迫切要求。

1990年，国务院环境保护委员会通过了《关于控制酸雨发展的若干意见》，提出包括征收工业燃煤SO2排污费在内的四项决定，标志着酸雨控制提上了国家的议事日程。

能源工业是国民经济的基础，对经济的发展和人民生活水平的提高具有极其重要的作用。

近年来，我国能源消费量持续增加，虽然由于能源结构的调整，煤炭占我国一次能源消费量的比例有所下降，但是消耗总量增加较快，所占比例依旧很高。

联合国环境规划署资助项目“IncorporationofEnvironmentConsiderationinEnergyPlanning”的研究结果表明，按照中国目前的能源政策，到2020年，中国一次能源供应结构中煤炭所占的比例将下降至63.1%。

即便如此，煤炭仍然是我国能源消费的最主要来源，而且消费量在持续增加，据估计这一现状在未来20～40年内不会有根本性的改变。

相比于石油和天然气等高品位的能源，煤炭是一种低品味的化石能源。

中国煤炭中灰分和硫分的含量较高。

大部分煤炭的灰分在25%～28%左右；

硫分含量变化范围较大，从0.1%到10%不等，1995年全国商品煤的平均含硫量为1.13%。

图1-1给出了我国商品煤、发电用煤及终端用煤的硫分分布。

我国煤炭大多是直接燃烧，造成烟尘和SO2等污染物大量排放到环境中。

因此，煤炭型SO2污染是我国SO2污染的最主要特征，其中电力工业是造成SO2污染和酸雨的主要行业，据2005年的环境监测结果表明，监测的440个城市中，142个城市达到国家环境空气质量二级标准，占41.7%，空气质量达三级的城市有107个，占51.5%，低于三级标准的城市有91个，占26.8%。

引言.............................................................................................................31二氧化硫（Sulfurdioxide）简述..........................................................51.1性质.................................................................................................51.2相关标准.......................................................................................61.3副产品脱硫石膏用途...................................................................72石灰石-石膏双循环湿式脱硫工艺研究...............................................82.1化学过程.......................................................................................92.2副反应对脱硫反应的影响及注意事项：

..................................112.3系统描述.....................................................................................2.3.1FGD系统构成....................................................................2.3.2SO2吸收系统......................................................................132.3.3烟气系统............................................................................142.3.4石灰石浆液制备与供给系统.............................................152.3.5石膏脱水系统....................................................................152.3.6供水和排放系统.................................................................162.3.7压缩空气系统....................................................................172.4FGD系统设计条件的确认.........................................................212.5湿法烟气脱硫的主要影响因素与关键性问题分析.................253结束语..................................................................................................26参考文献..................................................................................................27

1二氧化硫（Sulfurdioxide）简述

1.1性质

二氧化硫在常温下是无色气体，具有强烈的刺激性气味，化学式：

SO2，分子量：

64.06。

二氧化硫的主要物理性质如下：

冷凝温度，℃-10.02结晶温度，℃-75.48标准状况下的气体密度，g/L2.9265标准状况下摩尔体积，L/mol21.891气体的平均比热容（0-100℃），J/（g·

K）0.6615液面上的蒸气压（20℃），kPa330.26蒸发潜热（20℃），J/g362.54

在20℃的温度下，1体积的水可溶解40体积的二氧化硫气体并放出34.4kJ/mol的热量。

随着温度的升高，二氧化硫气体在水中的溶解度降低。

在硫酸溶液中，随着硫酸浓度的提高，二氧化硫的溶解度降低。

二氧化硫气体容易液化。

为了使二氧化硫气体充分液化，可将干燥的SO2压缩到0.405MPa，并进行冷却。

也可以使用在常压下进行低温冷冻的办法使二氧化硫气体液化。

液体二氧化硫对于许多无机化合物和有机化合物都具有良好的溶解能力。

二氧化硫在化学反应中既可作氧化剂，也可以作还原剂。

在催化剂存在下二氧化硫与氧反应，生成三氧化硫，此反应是接触法生产硫酸的基础。

二氧化硫具有酸性氧化物的通性，很容易发生以下反应：

SO2+H2O=H2SO3SO2+CaO=CaSO3SO2+NaOH=NaHSO3SO2+2NaOH=Na2SO3

SO2+Ca（OH）2=CaSO3↓+H2OSO2+H2O+NH3=NH4HSO3SO2+H2O+2NH3=（NH4）2SO3

上述反应是传统氨法、钠法及钙法二氧化硫烟气处理工艺的理论基础。

1.2相关标准

由于二氧化硫是一种有毒有害气体，也是大气主要污染源之一，因此国家严格规定了生产企业二氧化硫废气排放限值，并制定了相关标准。

表1-1为1997年1月1日前设立的污染源应当执行的标准，表1-2为1997年1月1日后设立的污染源应当执行的标准。

另外，国家还专门针对工业炉窑制定了二氧化硫气体排放标准，见表1-3。

1.3副产品脱硫石膏用途

国内对脱硫石膏的综合处理和应用已经起步，脱硫石膏的应用蕴藏着巨大的市场机遇，对于江苏、浙江、广东等天然石膏匮乏的地区，脱硫石膏的大量出现为以石膏为原材料的企业带来了商业机会。

脱硫石膏可以用做制造石膏砌块、腻子石膏、模具石膏、纸面石膏板以及水泥等建材产品，但是目前能大量使用的限于制造纸面石膏板和作水泥缓凝剂。

1．用于制造石膏砌块。

我国虽在外墙建设中大力推荐以石膏砌块代替实心粘土砖，但目前最大的石膏砌块生产线仅30万平方米，每年约可利用脱硫石膏2万吨（湿基），大部分生产线都是10万平方米以下的小生产线，用量不大，市场未推开。

2．用于制造腻子石膏和粉刷石膏。

全国目前腻子石膏的使用量仅10万吨左右，粉刷石膏的用量与此相当，用量太小，推广价值不大。

3．用于制造模具石膏。

我国模具石膏市场较大，但是目前用脱硫石膏制造模具石膏还存在技术工艺和脱硫石膏白度的问题，工艺不成熟，有待进一步开发新技术。

4．用于作水泥缓凝剂。

目前脱硫石膏作水泥缓凝剂是先把脱硫石膏制成球状，增加了制造成本，降低了经济效益。

更为经济的途径是开发直接利用工艺技术，开发该项技术首先要解决湿基脱硫石膏粘球磨机的问题。

对水泥行业来说，作水泥缓凝剂是脱硫石膏最主要的应用方式。

我国的脱硫石膏主要集中在东部沿海地区，2006年我国水泥产量约13亿吨，仅东部地区就有8亿吨。

按照4％的添加量计算，如果全部用脱硫石膏代替天然石膏作为缓凝剂，一年可消化脱硫石膏3200万吨，完全可以解决目前脱硫石膏的利用问题。

5．用于制造纸面石膏板。

制造纸面石膏板是脱硫石膏另一个大量使用的途径，国外脱硫石膏一般也是用于制造纸面石膏板。

预计今年我国纸面石膏板总产销量能够达到7.5亿平方米，按照每平方米使用10公斤湿基脱硫石膏计算，一年可消化脱硫石膏750万吨。

我国纸面石膏板需求量还在以年20％左右的速度增长，脱硫石膏利用潜力很大。

我国建设的纸面石膏板生产线已有使用脱硫石膏代替天然石膏的成功先例。

山东泰和集团从1999年开始研究利用工业副产石膏制造纸面石膏板工艺技术，在江苏江阴的两条年产3000万平方米的纸面石膏板生产线年可利用脱硫石膏60万吨，制造纸面石膏板6000万平方米。

泰和还先后与多家电厂合作投资建设四条年产2500-3000万平方米的生产线利用电厂脱硫石膏。

一些外国公司也准备在中国建设生产基地大量利用脱硫石膏。

6．用作土壤改良剂。

上海等地有用做海滩盐碱地改良的报道，但未见真正实施的报道。

这一方法虽具理论可行性，实践上还有很多问题有待解决。

2石灰石-石膏双循环湿式脱硫工艺研究

1）石灰石-石膏双循环湿式脱硫系统

传统石灰石烟气装置面临着主要的问题是腐蚀问题与材料选择，洗涤系统内部环境十分复杂，固体、液体和气体相互掺杂，临界温度起伏波动，化学反应交错进行，在煤的含硫量、温度、PH、氯化物、露点腐蚀、气速和沉积腐蚀等因

素的影响下，系统各个部件会严重腐蚀。

在使用大型锅炉时，相比之下，石灰石-石膏双循环湿式洗涤系统更具优势，如图2-1，石灰石吸收剂与烟气中的SO2反应，经历吸收和氧化反应，生产副产品石膏。

图2-1双循环脱硫工艺流程图

2）吸收原理

吸收液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。

这些液滴与塔内烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，烟气中的SO2、SO3及HCl、HF被吸收。

SO2吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终形成石膏。

为了维持吸收液恒定的pH值并减少石灰石耗量，石灰石被连续加入吸收塔，同时吸收塔内的吸收剂浆液被搅拌机、氧化空气和吸收塔循环泵不停地搅动，以加快石灰石在浆液中的均布和溶解。

2.1化学过程

强制氧化系统的化学过程描述如下：

（1）吸收反应

烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触,循环浆液吸收大部分SO2，反应如下：

SO2＋H2O→H2SO3（溶解）H2SO3→H＋＋HSO3－（电离）吸收反应的机理：

吸收反应是传质和吸收的的过程，水吸收SO2属于中等溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受气相传质阻力和液相传质阻力的控制，

吸收速率＝吸收推动力/吸收系数（传质阻力为吸收系数的倒数）

强化吸收反应的措施：

a）提高SO2在气相中的分压力（浓度），提高气相传质动力。

b）采用逆流传质，增加吸收区平均传质动力。

c）增加气相与液相的流速，高的Re数改变了气膜和液膜的界面，从而引起强烈的传质。

d）强化氧化，加快已溶解SO2的电离和氧化，当亚硫酸被氧化以后,它的浓度就会降低,会促进了SO2的吸收。

e）提高PH值，减少电离的逆向过程，增加液相吸收推动力。

f）在总的吸收系数一定的情况下，增加气液接触面积，延长接触时间，如：

增大液气比，减小液滴粒径，调整喷淋层间距等。

g）保持均匀的流场分布和喷淋密度，提高气液接触的有效性。

（2）氧化反应

一部分HSO3－在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO3－在反应池中被氧化空气完全氧化，反应如下：

HSO3－＋1/2O2→HSO4－HSO4－⇋H＋＋SO42－氧化反应的机理：

氧化反应的机理基本同吸收反应，不同的是氧化反应是液相连续，气相离散。

水吸收O2属于难溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受液膜传质阻力的控制。

强化氧化反应的措施：

a）降低PH值，增加氧气的溶解度b）增加氧化空气的过量系数，增加氧浓度

c）改善氧气的分布均匀性，减小气泡平均粒径，增加气液接触面积。

（3）中和反应

吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。

中和后的浆液在吸收塔内再循环。

中和反应如下：

Ca2＋＋CO32－＋2H＋＋SO42－＋H2O→CaSO4·

2H2O＋CO2↑2H＋＋CO32－→H2O＋CO2↑中和反应的机理：

中和反应伴随着石灰石的溶解和中和反应及结晶，由于石灰石较为难溶，因此本环节的关键是，如何增加石灰石的溶解度，反应生成的石膏如何尽快结晶，以降低石膏过饱和度。

中和反应本身并不困难。

强化中和反应的措施：

a）提高石灰石的活性，选用纯度高的石灰石，减少杂质。

b）细化石灰石粒径，提高溶解速率。

c）降低PH值，增加石灰石溶解度，提高石灰石的利用率。

d）增加石灰石在浆池中的停留时间。

e）增加石膏浆液的固体浓度，增加结晶附着面，控制石膏的相对饱和度。

f）提高氧气在浆液中的溶解度，排挤溶解在液相中的CO2，强化中和反应。

（4）其他副反应

烟气中的其他污染物如SO3、Cl、F和烟尘都被循环浆液吸收和捕集。

SO3、HCl和HF与悬浮液中的石灰石按以下反应式发生反应：

SO3＋H2O→2H＋＋SO42－

CaCO3+2HCl→CaCl2+CO2↑+H2OCaCO3+2HF→CaF2+CO2↑+H2O

2.2副反应对脱硫反应的影响及注意事项：

脱硫反应是一个比较复杂的反应过程，其中一些副反应，有些有利于反应的进程，有些会阻碍反应的发生，下列反应应当在设计中予以重视：

a）Mg的反应

浆池中的Mg元素，主要来自于石灰石中的杂质，当石灰石中可溶性Mg含量较高时（以MgCO3形式存在），由于MgCO3活性高于CaCO3会优先参与反应，对反应的进行是有利的，

但过多时，会导致浆液中生成大量的可溶性的MgSO3，它过多的存在，使的溶液里SO32-浓度增加,导致SO2吸收化学反应推动力的减小，而导致SO2吸收的恶化。

另一方面，吸收塔浆液中Mg＋浓度增加，会导致浆液中的MgSO4（L）的含量

增加，既浆液中的SO42-增加，会对导致吸收塔中的悬浮液的氧化困难，从而需要大幅度增加氧化空气量，氧化反应原理如下：

HSO3－＋1/2O2→HSO4－

（1）HSO4－⇋H＋＋SO42－

（2）

因为

（2）式的反应为可逆反应，从化学反应动力学的角度来看，如果SO42-的浓度太高的话，不利于反应向右进行。

因此喷淋塔一般会控制Mg＋离子的浓度，当高于5000ppm时，需要通过排出更多的废水，此时控制准则不再是CL－小于20000ppmb）AL的反应

AL主要来源于烟气中的飞灰，可溶解的AL在F离子浓度达到一定条件下，会形成氟化铝络合物（胶状絮凝物），包裹在石灰石颗粒表面，形成石灰石溶解闭塞，严重时会导致反应严重恶化的重大事故。

c）Cl的反应

在一个封闭系统或接近封闭系统的状态下，FGD工艺的运行会把吸收液从烟气中吸收溶解的氯化物增加到非常高的浓度。

这些溶解的氯化物会产生高浓度的溶解钙，主要是氯化钙,如果高浓度的溶解的钙离子存在FGD系统中，就会使溶解的石灰石减少，这是由于“共同离子作用”而造成的，在“共同离子作用”下，来自氯化钙的溶解钙就会妨碍石灰石中碳酸钙的溶解。

控制CL离子的浓度在000－20000ppm是保证反应正常进行的重要因素。

2.3系统描述

2.3.1FGD系统构成

烟气脱硫（FGD）装置采用高效的石灰石/石膏湿法工艺，整套系统由以下子系统组成：

（1）SO2吸收系统

（2）烟气系统

（3）石灰石浆液制备系统（4）石膏脱水系统（5）供水和排放系统（6）废水处理系统（7）压缩空气系统

2.3.2SO2吸收系统

烟气由进气口进入吸收塔的吸收区，在上升过程中与石灰石浆液逆流接触，烟气中所含的污染气体绝大部分因此被清洗入浆液，与浆液中的悬浮石灰石微粒发生化学反应而被脱除，处理后的净烟气经过除雾器除去水滴后进入烟道。

吸收塔塔体材料为碳钢内衬玻璃鳞片。

吸收塔烟气入口段为耐腐蚀、耐高温合金。

吸收塔内烟气上升流速为3.2-4m/s。

塔内配有喷淋层，每组喷淋层由带连接支管的母管制浆液分布管道和喷嘴组成。

喷淋组件及喷嘴的布置设计成均匀覆盖吸收塔上流区的横截面。

喷淋系统采用单元制设计，每个喷淋层配一台与之相连接的吸收塔浆液循环泵。

每台吸收塔配多台浆液循环泵。

运行的浆液循环泵数量根据锅炉负荷的变化和对吸收浆液流量的要求来确定，在达到要求的吸收效率的前提下，可选择最经济的泵运行模式以节省能耗。

吸收了SO2的再循环浆液落入吸收塔反应池。

吸收塔反应池装有多台搅拌机。

氧化风机将氧化空气鼓入反应池。

氧化空气分布系统采用喷管式，氧化空气被分布管注入到搅拌机桨叶的压力侧，被搅拌机产生的压力和剪切力分散为细小的气泡并均布于浆液中。

一部分HSO3－在吸收塔喷淋区被烟气中的氧气氧化，其余部分的HSO3－在反应池中被氧化空气完全氧化。

吸收剂（石灰石）浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。

中和后的浆液在吸收塔内循环。

吸收塔排放泵连续地把吸收浆液从吸收塔送到石膏脱水系统。

通过排浆控制阀控制排出浆液流量，维持循环浆液浓度在大约8－25wt％。

脱硫后的烟气通过除雾器来减少携带的水滴，除雾器出口的水滴携带量不大于75mg/Nm3。

两级除雾器采用传统的顶置式布置在吸收塔顶部或塔外部，除雾器由聚丙烯材料制作，型式为z型，两级除雾器均用工艺水冲洗。

冲洗过程通过程序控制自动完成。

吸收塔入口烟道侧板和底板装有工艺水冲洗系统，冲洗自动周期进行。

冲洗的目的是为了避免喷嘴喷出的石膏浆液带入入口烟道后干燥粘结。

在吸收塔入口烟道装有事故冷却系统，事故冷却水由工艺水泵提供。

当吸收塔入口烟道由于吸收塔上游设备意外事故造成温度过高而旁路挡板未及时打开或所有的吸收塔循环泵切除时本系统启动。

2.3.3烟气系统

从锅炉来的热烟气经增压风机增压后进入烟气换热器（GGH）降温侧，经GGH冷却后，烟气进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度，烟气中的SO2被石灰石浆液吸收。

除去SOX及其它污染物的烟气经GGH加热至80℃以上，通过烟囱排放。

GGH是利用热烟气所带的热量加热吸收塔出来的冷的净烟气。

在设计条件下且没有补充热源时，GGH可将净烟气的温度提高到80℃以上。

烟气通过GGH的压损由一在线清洗系统维持