湿式脱硫系统运行性能的数值模拟Word格式文档下载.docx

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　　湿式石灰石石膏法烟气脱硫的原理是：

从锅炉出来的烟气经GGH换热后进入吸收塔，烟气中的SO2与塔中喷淋的石灰石浆液反应而被除去，净化的烟气经GGH换热后由烟囱排出，吸收液进入浆池中，被强制氧化成石膏应用。

化学反应原理［2］如下。

　　吸收：

1.2系统组成

　　湿式石灰石石膏法烟气脱硫系统由烟气系统、石灰石供给系统、吸收系统、石膏回收系统以及供水系统5单元构成，系统简图如图1所示。

2影响因素

2.1液气比对脱硫效率的影响

　　吸收液与吸收气体的体积比即液气比（VL/VG）的大小是影响SO2去除的重要参数，增大VL/VG的作用是增大液气传质速率从而提高脱硫效率。

2.2吸收液pH值对脱硫效率的影响

　　吸收液的pH值是烟气脱硫重点控制的化学参数之一，吸收液的pH值越高，越有利于SO2的吸收，有利于提高脱硫效率。

但高pH值容易造成系统结垢和堵塞，需增加冲洗的次数和能耗，因此需控制在适当水平。

2.3入口SO2浓度ρ（SO2）对脱硫率的影响

　　脱硫效率与烟气入口SO2浓度近似成反比，当进口SO2浓度增大，脱硫效率呈直线下降。

2.4钙硫质量比对脱硫效率的影响［3］

　　采用不同的钙硫质量比m（Ca）/m（S）（0.6～1.6）来测试其对脱硫效率的影响。

结果表明：

随m（Ca）/m（S）的增大，脱硫率增大。

当m（Ca）/m（S）<

1时，提供的吸收剂不能满足吸收烟气中SO2的需要，这时脱硫率完全由吸收剂量所决定。

当m（Ca）/m（S）﹥1时，即加入的吸收剂过量时，脱硫率的增加速率降低，石灰利用率也下降。

因此，为了提高系统的运行经济性及所需要的脱硫率，需控制m（Ca）/m（S）在合理范围内（一般在1.1～1.2）。

2.5空塔气速（V）对脱硫效率的影响

　　空塔气速的提高造成脱硫效率的下降。

因为脱硫器采用逆流操作，空塔气速的提高使得液滴的停留时间延长，但是塔内反应为快速化学反应，停留时间越长，液滴内脱硫剂的浓度越低，造成液滴内的SO2质量流速的减小，从而造成单个液滴脱硫效率的下降。

同时空塔气速增大，烟气在反应器中的停留时间缩短，减少了气、液间的接触时间，致使整个塔体的脱硫效率降低。

2.6烟气温度（T）对脱硫效率的影响

　　通过试验可知：

随着烟气温度的增加，脱硫效率逐渐降低。

这是由于随着温度的增大，气体分子之间的相对运动加快，使部分吸收质分子解析速度加大，从而导致脱硫效率的降低。

可见在脱硫工艺过程中，适当的降低烟气温度有助于提高脱硫效率。

3回归分析

　　通过对某脱硫装置大量实验数据进行回归分析，在液气体积比为0.019～0.03,pH值为4.7～5.5,入口SO2浓度为1000～9000mg/m3,钙硫质量比为0.6～1.6,空塔气速为2～4.5m/s,烟气温度为20～150℃的范围内,所得结果如下。

3.1单元回归

　　吸收速率系数α与很多因素有关，通过权重分析,对VL/VG、pH、ρ（SO2），m（Ca）/m（S），V，T与脱硫效率η之间的关系进行回归。

3.1.1VL/VG-η关系（试验数据见表1，回归曲线见图2）

　　通过对上述数据的回归分析得：

　　式中，x1为VL/VG，相关系数r=99.96%。

3.1.2pH-η关系（试验数据见表2，回归曲线见图3）

式中，x2为pH值，相关系数r=99.71%。

3.1.3ρ（SO2）-η关系（试验数据见表3，回归曲线见图4）

　　通过对上述数据的回归分析得:

式中，x3为入口SO2浓度（mg/m3），相关系数r=99.75%。

华能珞璜电厂石灰石-石膏湿法脱硫系统介绍

作者：

佚名 

文章来源：

不详 

点击数：

1089 

更新时间：

2006-5-18

华能珞璜电厂地处重庆江津珞璜镇,电厂装机容量4×

360MW，发电机组系引进法国阿尔斯通公司的燃煤汽轮发电机组,燃煤为重庆松藻煤矿的劣质无烟煤,燃料中的含硫量为3.5%～5%,这种高硫煤燃烧产生的烟气中二氧化硫的浓度较高，如直接排放至大气则将对当地的工农业生产以及人民生活带来较大影响。

为了保护当地的大气环境,一期工程从日本三菱重工引进了两套石灰石/石膏湿法脱硫装置与一期发电机组配套,二期工程再次与日本三菱重工合作设计和生产了两套石灰石/石膏湿法脱硫装置与二期两台发电机组配套，#1、2排烟脱硫装置（以下简称FGD）1992年和1993年相继投入商业运行，二期工程#3、4FGD1999年投入商业运行。

我厂一期脱硫装置的建设属成套引进，其中部分设备的提供采用了国内厂商反承包的方式。

二期脱硫装置的建设则完全采用合作建设的模式，由我厂与日本三菱重工共同完成。

二期脱硫设备除部分关键设备外，其余设备全部国内采购。

一期两套装置从投产到现在已运行10年，二期两套装置已运行四年，目前四套脱硫装置全部正常运行。

一、我厂选用石灰石/石膏湿法脱硫工艺主要依据：

1987年华能珞璜电厂立项后，因设计煤种含硫高达4.02%，烟气必须处理后排放，为了给中国第一套烟气脱硫装置选择一种可靠的工艺，华能高层组建了各专业专家参加的考察团，赴美国、德国、日本发达国家，对多种运用中的脱硫装置工艺进行研究，当时国际上主流脱硫工艺已有湿法、干法、半干法和氨法几大类，其中以石灰石-石膏湿法脱硫工艺最为成熟、可靠。

它的主要优点是：

1、脱硫效率高，一般可达95％以上，钙的利用率高可达90%以上；

2、单机烟气处理量大，可与大型锅炉单元匹配；

3、对煤种的适应性好，烟气脱硫的过程在锅炉尾部烟道以后，是独立的岛不会干扰锅炉的燃烧，不会对锅炉机组的热效率、利用率产生任何影响；

4、石灰石作为脱硫吸收剂其来源广泛且价格低廉，便于就地取材；

5、副产品石膏经脱水后即可回收，具有较高的综合利用价值。

由于石灰石/石膏湿法脱硫工艺具有以上优点，这种工艺已为发达国家大多数发电厂所接受，特别是大容量机组，对大气质量要求高的地区一般首选湿法脱硫。

我厂在重工业城市重庆的上游，厂址所处是著名的江津柑橘林带，锅炉燃用高硫煤，因此专家考察团认为应该首选石灰石/石膏湿法脱硫工艺作为机组配套脱硫装置的工艺。

二、 

设计条件

脱硫装置与发电机组单元匹配，#1、2FGD按锅炉100%全烟气量设计，脱硫效率95%以上。

#3、4FGD按锅炉85%烟气量设计，吸收塔脱硫效率95%以上，综合脱硫效率≥80%。

1.脱硫装置设计的主要锅炉烟气条件为:

燃煤含硫量:

4.02%（3.5～5%）

额定烟气流量:

1087200m3N/h（湿气）

FGD入口烟温:

142℃

FGD入口烟气压力:

+1.7mbar

FGD入口烟气含硫量:

3707ppm（干气）

FGD入口烟气含尘量:

226mg/m3N（干气）

2. 

主要设计指标和保证值

三、石灰石/石膏法脱硫工艺原理

锅炉引风机排出的原烟气由设置在脱硫装置（FGD）尾部的增压风机的负压导入FGD。

通过GGH（气-气加热器）进行热交换后烟气进入吸收塔，吸收塔内的浆液是从上部若干个喷嘴中涌出与烟气顺流接触，并在流经格栅段时大面积充分进行气/液接触反应脱除烟气中的SO2。

吸收SO2的浆液进入吸收塔底部反应槽通过再循环泵与补充的石灰石浆液再一次的在吸收塔上部涌出洗涤烟气中的SO2周而复始。

脱硫的性能通过DCS控制系统对PH值和浆液浓度进行调节，实现自动控制。

剩下的浆液在槽罐内由外置的氧化风机供给空气并均匀分布到内，再由一个垂直安装的搅拌器不停地搅拌使亚硫酸根氧化成石膏。

烟气在离开吸收塔后进入垂直布置的除雾器，将湿状态烟气中的雾滴最大限度地除去，然后烟气进入到GGH再加热器加热到90℃后经增压风机离开FGD由烟囱排向大气。

吸收塔槽罐内石膏浆液经排出泵送到脱水楼顶部旋流分离器中进行初级分离，将原本20%浓度的浆液浓缩至40%的浓浆液，稀浆液溢流回吸收塔内，浓浆液进入脱水楼中部的真空皮带脱水机进行深层次脱水，最终获得含水率小于10%的湿饼状石膏存于脱水楼底部的石膏库内，待外运加工建筑材料。

吸收塔内浆液也可经抛弃系统将废浆液直接泵送至山间灰场。

脱硫的化学过程如下：

吸收塔内SO2+H2O→H2SO3

H2SO3→H++HSO—3

底部槽罐H++HSO3-+1/2O2→2H++SO42—

2H++SO42—+CaCO3+H2O→CaSO4?

2H2O+CO2

2、二期液柱塔工艺，

由一个顺流塔和一个位于集氧化和中和为一体的吸收塔罐之上的逆流塔组成。

烟气在顺流塔喷雾区内氧化和脱硫过程中冷却，然后与吸收塔内的浆体一起直接流向吸收塔罐，经过处理的烟气流向发生900的转折，在吸收塔罐内横向移动，被夹带的液态浆体从烟气中分离出来落入到吸收塔罐内。

在横穿过吸收塔罐后，被处理过的烟气向上流动，到逆流塔内去经受进一步的氧化和脱硫。

烟气离开吸收塔后流经除雾器，烟气在循环吸收时带走的浆液被除去并回收入吸收塔罐。

烟气最后通过再加热器升温后经增压风机送入烟囱。

吸收塔罐有一个垂直安装的搅拌器和空气分布系统，空气分布器为直管型，带有一定的坡度，浆液中的亚硫酸钙被氧化风机提供的空气氧化成石膏。

石灰石粉用密封罐车从石粉厂运来贮存在石灰石粉仓内再由石灰石制浆系统自动将石灰石粉与水配制成约30%浓度的浆体，通过泵送入吸收系统。

FGD烟气入口与烟囱之间设置了旁路烟道，正常运行时部分烟气通过旁路烟道，事故情况时烟气可以全部经过旁路烟道进入烟囱。

吸收SO2生成的二水硫酸钙石膏浆体经过真空皮带脱水机制备成含水量小于10%的石膏，这种石膏可用作建材和化工原料。

『图一』

『图二』 

四.我厂脱硫装置建设概况

1.一期工程概况

一期工程脱硫装置是国际招标项目，由七家外商投标，最终由日本三菱重工中标供货，合同金额3640万美元。

包括两套脱硫装置的完整设备、两年备品备件、现场服务费以及技术转让费。

工程国内配套设计、建筑、安装费等合计2.6亿元人民币（当时汇率1美元=3.72人民币）。

一期工程一九八七年九月开工，一九九一年#1、2机组相继投产，#1、2脱硫装置也同步建成投产。

2、二期工程与外商合作供货

国家计委在二期工程立项批文中明确：

二期脱硫工程外汇额度为1500万美元，只引进少量关键设备，其余设备国产化，为普及火电厂烟气脱硫装置作出示范。

为落实国家计委的指示精神，珞璜电厂组织各专业技术人员对脱硫装置所属设备的特点，在国内进行了调研工作。

经过调查研究，我们认为多数设备已经具备国产化条件，特别是部分引进技术的企业和中外合资企业，他们的产品质量可与发达国家的产品比美，但价格低一倍以上。

当外商（三菱重工）确定后，我们与三菱重工讨论了合作供货问题，通过对产品制造厂的介绍，得到了三菱重工的首恳，达成了合作供货协议，划分了供货范围。

华能—三菱双方供货比例（台件量）大至为70%：

30%。

最终三菱的合同金额只有1450万美元。

由于国产化率高，二期

工程的总造价控制在3.2亿内，千瓦单价只有440元。

五、 

“U”型液柱双塔工艺简介:

1、液柱塔流程

二期吸收塔由一个顺流塔和一个位于集氧化和中和为一体的吸收塔罐之上的逆流塔组成。

烟气在顺流塔液柱区内氧化和脱硫过程中冷却，然后与吸收塔内的浆体一起直接流向吸收塔罐，经过处理的烟气流向发生900的转折，在吸收塔罐内横向移动，被夹带的液态浆体从烟气中分离出来落入到吸收塔罐内。

2、双接触流洗涤工艺

吸收浆液由再循环泵从塔底部吸出，在压力的作用下通过由耐磨材料制成的特殊喷嘴向上喷射，形成复盖整个吸收塔断面的若干根液柱，烟气此时与浆液进行一次接触洗涤（液柱塔的喷出状况请参考图三）；

浆液在液柱顶部散开后自然下落的过程中相互碰撞而形成高密度微粒，气液再次接触洗涤由此完成双接触全过程。

一期的吸收塔内部，设有两层4.0M高的格栅填料，而液柱塔内仅在塔的底部设置了喷浆管，其构造极为简单，并且维修工作极为容易。

此外，通过采用调整循环泵的运行台数降低液柱的高度的运行方式，进行锅炉负荷的追随运行，从而可以实现节能运行。

参见『图四』。

『图三』液柱塔的喷出状况

『图四』 

低负荷时的运行方式

液柱塔技术与以往的格栅塔相比具有同等以上的脱硫，除尘性能。

由于液柱塔构造简单，因此维修极为容易。

其次，通过调节液柱高度（即减少吸收塔循环泵运行台数），即可实现节能运行。

三家利用德国STEINMULLER湿法脱硫技术电厂简介

386 

重庆发电厂

1．烟气系统

　　烟气从2*200MW机组电除尘后100%的抽出，经一台液压动叶可调轴流增压风机后进入吸收塔，烟气在吸收塔内逆流向上流动，其中所含SO2被喷淋系统喷出的浆液吸收，含液滴的烟气进入位于吸收塔上部的除雾器，除去其中液滴后进入烟气加热器，加热后经240m烟囱排放。

在脱硫系统事故状态下，烟气经旁路至烟囱排放。

2．石灰石制浆系统

　　用卡车将粒径小于200mm的石灰石块运至脱硫车间，计量后卸入卸料斗，经位于卸料斗下的预破碎机预破碎成粒径小于20mm石灰石块后，用斗式提升机送至石灰石贮仓，通过贮仓卸料机和皮带称重给料机到湿式球磨机中磨制成小于90μm的石灰石浆液，含固约20%的石灰石浆液送至吸收塔氧化反应池。

为保证磨机出料粒径小于90μm，设有石灰石浆液旋流分级器。

3．石膏浆液系统

　　循环浆液泵将氧化池中石灰石——石膏浆液打入吸收塔上部的喷淋系统，喷入上升的烟气中，对烟气进行洗涤，通过气液相间物质交换，烟气中的二氧化硫被浆液吸收，浆液落入吸收塔底部的氧化反应池。

在氧化池中石灰石与被吸收的二氧化硫反应生成石膏，并结晶析出。

结晶析出的石膏浆液经旋流泵送入石膏浆液旋流器，浓缩成含固量40%~50%的石膏浆液送至真空皮带脱水机，脱水至含水率小于10%的石膏进行综合利用或抛弃。

4．工艺水系统

　　FGD净水站设有两座320t/h的机械搅拌加速澄清器，供FGD用水，经两台自动反冲冼过滤池进入工艺水箱，经工艺水泵打至各处（如管道系统、喷嘴系统、除雾器、石膏脱水系统、加热器等）作冲冼水、冷却及制浆等系统用水。

5．系统主要设备

　　a.吸收塔

　　吸收段：

烟气量176Nm3/h；

塔内烟气流速3.3m/s；

液气比18.2L/m3；

钙硫比1.02。

主要是循环浆液对烟气进行洗涤、气液两相间物质交换，吸收烟气中污染物质。

　　吸收塔氧化池。

容积3016m3。

洗涤下的污染物质与石灰石在池中进行各类化学反应，SO2并转化成石膏。

　　吸收塔除雾器。

两级人字型除雾器。

主要是除去烟气中液滴，防止烟气带水，减轻下游设备的腐蚀，提高烟气排放的扩散稀释能力。

　　b.吸收塔循环泵

　　循环泵4台，离心式，Q为8,900m3/h台。

为吸收塔吸收段提供烟气洗涤浆液。

　　喷淋系统：

使循环浆液在吸收塔内分布均匀，增加浆液比表面积，增强气液两相间物质交换。

　　c.脱硫增压风机（含冷却油及润滑油系统）

　　轴流式，液压动叶可调；

Q设计为1,936,000Nm3/h，压差2.47×

103Pa。

克服整个脱硫系统产生的2.2×

103Pa烟气阻力。

　　d.烟气加热器

　　管式蒸汽加热器；

换热面积2,845m２，进／出口烟温55℃／80℃。

增加烟气抬升高度，增大烟气扩散范围。

　　e.档板

　　旁路档板：

2个双百叶档板；

进口烟道档板：

21号机组单百叶档板2个，22号机组串轴档板1个；

出口档板：

4个单百叶档板。

维持主机及脱硫系统各自独立的运行和检修，调节脱硫系统负荷适应主机负荷的变化。

　　f.石灰石预破碎机

　　预破碎机2（1＋1）台；

处理能力75t/h；

物料粒径（进／出）＜200mm／20mm。

　　g.湿式球磨机（含油系统）。

　　卧式；

设计出力每台为75%；

物料粒径（进／出）小于20mm／90mm。

制备满足脱硫工艺要求的石灰石浆液。

　　h.石膏脱水系统

　　石膏排出泵（吸收塔-旋流器）：

1＋1台；

离心式Q为337m3/h。

将吸收塔氧化反应池中石膏浆液送旋流器浓缩。

　　石膏旋流站：

浓缩石膏浆液至含固量40%~50%。

　　真空皮带脱水机（配真空泵）：

1台；

设计处理能力100%，皮带过滤面积40m２；

将含固量40%~50%的石膏浆液脱水至含水率小于10%的石膏。

　　i.工艺水系统

　　工艺水箱：

1座，V为175m3，满足1小时工艺用水。

　　工艺水泵：

1＋1台，离心式，Q为175m3/h。

满足整个系统用工艺水和清洗用水。

杭州华电半山发电厂

1．设计参数

　　最大处理烟气量1,230,000Nm3/h，进口二氧化硫浓度3,750mg/m3,出口二氧化硫浓度180mg/m3，出口烟尘浓度50mg/m3，脱硫效率95.4%。

　　脱硫剂为石灰石粉，脱硫钙硫比1.02。

在设计工况下，每小时耗石粉6.12吨，年耗3.98万吨。

副产品石膏，每小时产量11.4吨，年产量7万吨。

年脱除二氧化硫2万吨。

2．工作原理和工艺流程

　　工作原理：

2SO2+2CaCO３+4H2O+O2→2CaSO４•2H2O+2CO2↑

　　工艺流程：

原烟气→经增压风机增压→通过气——气热交换器（GGH）降温→烟气进入吸收塔脱硫→经除雾器除雾→净烟气→通过（GGH）升温→烟囱→排入大气。

　　其中脱硫产生的石膏浆液，经两极脱水，得到含水量小于10%的脱硫副产品二水石膏，同时，为了平衡系统中的CT的浓度，部分从石膏浆液中脱出的浆水，进入废水处理系统，经处理达标后排放。

3．系统组成

　　脱硫装置由烟气系统和吸收塔两个主系统，以及石灰石粉的磨制、储运及浆液制备系统、事故浆池及浆液疏排系统、石膏脱水及储备、工艺水系统、废水处理系统五个辅助系统组成。

　　a.烟气系统

　　烟气系统包括原烟气热烟道、增压风机、GGH、温烟道和净烟气冷烟道、温烟道、烟气切除换挡板及其密封系统、烟道膨胀节组成。

并且设置了旁路挡板。

烟气自水平砖烟道，经过FGD风机增压，至GGH，温度从155℃降至126℃，再进入吸收塔进行脱硫和除雾。

自吸收出来的烟气95%的SO2已被脱除，烟温也降到了50℃，脱硫后的净烟气经GGH加热，温度升到80℃以上，再通过原有的180m烟囱外排。

　　b.吸收塔系统

　　吸收塔系统是整个FGD的核心部分。

SO2、SO３、HF和HCL将在吸收塔内被脱除；

而石膏也将在吸收塔内结晶和生成。

整个吸收塔浆液的pH值通过控制石灰石加入量控制在5.35左右。

pH的大小是浆液池内石灰反应活性和钙硫摩尔比的综合反映。

　　本系统使用的单回路敞开式喷射塔，是一个单级的、开放式喷淋、一体化的吸收SO2装置，大致可分为三个区域：

气相区、气液混合区和浆液区。

气相区安装有两层除雾器，除雾器采用装机的原理来达到出去烟气中水滴的目的，除雾气的前后安装了压力探头；

气液混合反应区布置有四层喷淋层，上下两层喷淋层以一定的角度错开，提高喷淋效果。

共有210个喷嘴，由于喷嘴的雾化，形成气液密相使烟气被充分洗涤；

浆液区布置六台搅拌器，分上下两层，在上层搅拌器旁有强制的氧化系统。

　　c.石灰石粉的磨制、储运和浆液制备系统

　　FGD系统直接采用的脱硫剂是石灰石粉，它的粒径的90%<

63μm。

石灰石原料在两台磨机磨制成符合要求的石灰石粉后，送至FGD区域的石灰石粉仓储存备用。

石灰石粉仓顶部配有布袋式除尘器，底部配有流化装置和两台流化风机。

　　脱硫剂石灰石粉通过制浆装置制成浓度30%的浆液，通过两台石灰石浆液泵（一用一备）泵入吸收塔，作为脱硫之用。

流量是根据FGD运行的综合负荷而自动控制的。

　　d.事故浆池及浆液疏排系统

　　为了满足吸收塔检修排空的需要，FGD系统设置了一个容量与吸收塔浆池容量相当的浆液储存箱，称作为事故浆池。

该事故浆池有三台搅拌器，两台石膏浆液外排泵兼作塔池的排空泵，可将吸收塔内的浆液泵至事故浆池。

为将事故浆池的浆液打回至吸收塔，还专门配置一台事故浆液返回泵。

　　为了收集整个FGD系统包括在吸收塔及事故浆池的停运或检修时疏排浆液及水冲洗浆液，FGD系统在吸收塔区域和事故浆池区域分别设置了两个混凝土浆液池坑，浆液地坑排空泵可将池中浆液打入吸收塔。

　　e.石膏脱水及储存系统

　　吸收塔池内的石膏浆液由两台（一运一备）石膏浆液外排崩送到水利旋流站。

离开旋流站的石膏浆液中固体含量为50%至60%。

50%至60%