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1、脱硫系统培训教材脱硫系统培训教材1.1 脱硫岛的基本概念1.1.1 脱硫岛的构成及主要设备石灰石石膏湿法脱硫系统是一个完整的工艺系统，主要分成以下几个分系统：烟气系统、SO2吸收系统、氧化空气系统、石灰石浆液制备与供应系统、石膏脱水系统、工艺水和冷却水系统、排放系统、服务空气系统等。脱硫岛的主要设备有升压风机、挡板门、烟气换热器（GGH）、吸收塔、浆液循环泵、氧化风机、除雾器、旋流器、真空皮带脱水机、湿式球磨机等。脱硫岛同时配置有电气、热控设备及DCS、消防及火灾报警等辅助系统。除以上系统之外，石灰石石膏湿法脱硫系统也包括一些电厂常规的如照明、给排水等系统，对于这些电厂常规系统，不在本教材叙述

2、围之。1.1.2 脱硫岛的原料和产品电厂烟气脱硫是指：将电厂锅炉排出至烟囱前的含二氧化硫（SO2）的烟气,通过合理的工艺流程和可靠的设备,进行净化处理，除去其中绝大部分SO2,然后再排入大气环境中。石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺（湿法工艺）是指：利用石灰石（CaCO3）细粒和水按比例制成的混合浆液作为湿式反应吸收剂，与烟气中的SO2反应，降低烟气中SO2的含量，以减少其污染性，同时产生可以综合利用的石膏。 湿法工艺采用的原料为石灰石。先将石灰石用干式球磨机磨细成粉状，然后直接与水混合搅拌制成吸收浆液；也可先将石灰石用湿式球磨机直接磨细成为吸收浆液；部分湿法工艺采用石灰(CaO)作吸收浆液。在吸收塔

3、，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2溶于水，与浆液中的碳酸钙反应生成亚硫酸钙,然后在塔与鼓入的氧化空气发生化学反应，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去夹带的细小液滴，净烟气排入烟囱。湿法工艺的产品为石膏。系统中的石膏浆液经排出泵打入石膏脱水系统，脱水后回收成品石膏，同时借此维持吸收塔浆液密度。1.1.3 脱硫反应原理石灰石石膏湿法脱硫工艺脱硫过程的主要化学反应为：（1）在脱硫吸收塔，烟气中的SO2首先被浆液中的水吸收，形成亚硫酸，并部分电离：SO2 H2O H2SO3 H HSO3 2H SO32（2）与吸收塔浆液中的CaCO3细颗粒反应生成CaSO31/2H2O细颗粒：CaCO

4、3 2H Ca2+ H2O CO2Ca2+ SO32-CaSO31/2H2O H（3）CaSO31/2H2O被鼓入的空气中的氧氧化，最终生成石膏CaSO42H2OHSO3 1/2 O2 H+ SO42-Ca2+ SO42- 2H2O CaSO42H2O上述反应中第一步是较关键的一步，即SO2被浆液中的水吸收。根据SO2的化学特性，SO2在水中能发生电离反应，易于被水吸收，只要有足够的水，就能将烟气中绝大部分SO2吸收下来。但随着浆液中HSO3和SO32离子数量的增加，浆液的吸收能力不断下降，直至完全消失。因此要保证系统良好的吸收效率，不仅要有充分的浆液量和充分的气液接触面积，还要保证浆液的充分

5、新鲜。上述反应中第二步和第三步其实是更深一步的反应过程，目的就是不断地去掉浆液中的HSO3和SO32离子，以保持浆液有充分的吸收能力，以推动第一步反应的持续进行。1.1.4 脱硫岛的设计原则脱硫岛的总体设计原则是确保较高的脱硫效率、较高的可用率，并保证安全可靠，对锅炉岛的运行操作无影响。为此，采用技术上成熟的工艺，操作上可靠性较高的设备是十分必要的。烟气脱硫工程的设计原则如下：(1)脱硫岛采用石灰石石膏湿法烟气脱硫系统，对全部烟气进行脱硫。(2)在锅炉燃用设计煤质BMCR工况下处理全烟气量时的脱硫效率保证不小于95，烟气烟囱入口烟温不低于80。(3)烟气脱硫系统的使用寿命不低于主体机组的寿命（

6、30年）。(4)FGD装置投入商业运行烟气脱硫系统的利用率将超过锅炉电除尘运行时间的98，为保证电厂可靠、稳定运行，脱硫岛停运不影响电厂的正常运行。(5)对于烟气脱硫系统中的设备、管道、烟风道、箱罐或贮槽等，考虑防腐和防磨措施。烟风道的设计符合火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程(DL/T 5121-2000)的规定，汽水管道符合火力发电厂汽水管道设计技术规定（DL/T50541996）和火力发电厂汽水管道应力计算技术规定（SDGJ690）中的要求。对于低温烟道的结构采用能保证有效的防腐形式。(6)所有在需要维护和检修的地方均设置平台和扶梯，平台扶梯的设计满足GB4053.1GB4053.4或火

7、力发电厂钢制平台扶梯设计技术规定DLGJ158-2001中的要求。(7)烟气脱硫设备所产生的噪声控制在低于85dB（A）的水平（距产生噪声设备1米处测量）。在烟气脱硫装置控制室的噪声水平低于60dB（A）。(8)烟气脱硫系统产生的石膏中， Cl-含量小于100 ppm ，CaCO3含量与MgCO3含量之和小于3%，其水分不大于10（重量比）。(9)贯彻电力建设“安全可靠、经济实用、符合国情”的指导方针，严格执行设计合同的要求，精心设计，充分优化方案，使建造方案经济合理、可用率高，并在保证技术指标的前提下努力降低工程造价。1.1.5 脱硫岛的关键控制参数：(1)入口烟气的含尘量。烟气的含尘量过高

8、，将导致系统操作恶化，表现为吸收效率低下（增加石灰石投入量作用不大的）、皮带机脱水困难等。还需注意的是，由此造成的系统操作恶化，需较长时间纠正。(2)吸收塔浆液的pH值。必须控制在指定围，过低会导致浆液失去吸收能力；而过高，系统则会产生结垢堵塞的严重后果。PH值主要通过石灰石给料量，进行在线动态调节，以适应锅炉操作波动和工况变化。(3)吸收塔浆液的密度。必须控制在指定围，过低会导致浆液石膏结晶困难及皮带机脱水困难；而过高，则会使系统磨损增大。(4)吸收塔浆液的Cl-离子浓度，宜保持在20000ppm以下。(5)石灰石的反应活性。一般应采用含CaO品位较高的矿石，且细度合格。(6)出口烟气的温度

9、。必须不小于80，以保证烟气的排放。 (7)出口烟气的SO2含量。必须时刻监视该参数，但出现偏差时，应综合分析锅炉负荷、入口烟气的SO2含量、循环泵的工作台数、浆液的pH值等影响因素。1.2 设计的条件（1）吸收剂的参数项 目单 位数据CaCO3%9300MgCO3%0.21Al2O3%0.54TiO2%0.01SiO2%0.53Fe2O3%0.11MnO%0.04K2O%0.02P2O5%0.003Na2O%0.015SO3%0.079粒径mm20易磨性指数BWI易磨性等级（2）工艺水的参数序号检测项目工业水循环水1全固形物(mg/L)162.8381.42悬浮物(mg/L)4.4207.5

10、3PH 257.927.784全碱度(mmol/L)1.871.815CO32-(mmol/L)6总硬度(mmol/L)2.122.287永久硬度(mmol/L)0.250.478腐植酸盐(mmol/L)9钙(mg/L)35.0836.2310铁(mg/L)0.00730.002311钠(mg/L)6.337.2712镁(mg/L)6.506.6213钾(mg/L)1.531.7614硫酸盐(mg/L)23.3831.1615氯化物(mg/L)10.5011.016溶解固形物(mg/L)158.40173.917二氧化硅(mg/L)8.508.6018电导率(us/cm)1.23130519O

11、H-(mmol/L)0020HCO3-(mmol/L)114.11110.4521暂时硬度(mmol/L)1.871.8122负硬度(mmol/L)23化学耗氧量(mg/L)0.7593.231.3 性能指标（1）烟气参数烟气参数序号指标名称数值备注1FGD进口烟气量（Nm3/h, 标准湿态）12215142FGD进口烟气量（Nm3/h,标准干态）11301703FGD进口SO2浓度（mg/Nm3, 标准干态）21204FGD出口SO2浓度（mg/Nm3, 标准干态）905FGD出口含尘浓度（mg/Nm3,干,）666FGD进口烟气温度（）1257FGD出口烟气温度（）808系统脱硫效率（）9

12、5.79系统可用率（）9710FGD使用年限（年）3011负荷变化围（）3510012石灰石粒径要求（mm）90%43m13石灰石浆浓度（）30浆液制备14吸收塔浆池Cl浓度（ppm）20000运行值15故障烟温（）160旁路运行16钙硫比Ca/S（mol）1.03（2）石膏品质项 目单位指 标湿度wt%90PH值6-8气味无颜色（白度）淡灰白色1.4 工艺流程图见图纸部分1.5 总平面布置图见图纸部分2 分系统介绍2.1 烟气系统2.1.1 系统简介xxx炉烟气系统采用将升压风机布置在吸收塔上游烟气侧运行的方案，以保证整个FGD系统均为正压操作，并同时避免升压风机可能受到的低温烟气的腐蚀，从

13、而保证了升压风机及至的整个FGD系统安全长寿命运行。从电厂xxx锅炉来的原烟气，分别由烟道引至本次设计的FGD系统。经过两台原烟气挡板后, 进入各自的升压风机，升压后进入各自的GGH。原烟气的热量在GGH中被交换，在设计工况下，其温度由126降至91，冷却了的原烟气进入吸收塔进行脱硫反应。在吸收塔原烟气与石灰石浆液充分接触反应脱除其中的SO2，原烟气温度进一步降低至饱和温度47.1。脱硫后的净烟气经除雾器，返回GGH，被加热后，温度升至80以上后经过净烟气烟道、净烟气挡板和烟囱，排放到大气中。为了将FGD系统与锅炉分离开来，在整个烟气系统中共设置带气动执行机构的、保证零泄露的烟气挡板门6只，其

14、中2只旁路挡板门、2只原烟道进口挡板门、2只净烟道出口挡板门。当脱硫系统正常运行时，旁路挡板关闭，原烟气挡板和净烟气挡板开启，原烟气分别通过两个原烟气挡板后进入FGD装置进行脱硫反应。在要求关闭FGD系统的紧急状态下，旁路挡板自动快速开启，原烟气挡板和净烟气挡板自动关闭。为防止烟气在挡板门中的泄露，烟气挡板门设置有密封空气系统。烟道采用普通钢制烟道。GGH入口前的原烟气段烟道由于烟气温度较高，均无需防腐处理。GGH出口后的原烟气烟道由于烟气温度已降至100以下，接近酸露点，因此采用玻璃鳞片树脂涂层。GGH本身静态部件侧和吸收塔本体及吸收塔出口后的全部净烟气烟道，也基于同样原因，主要采用玻璃鳞片

15、树脂涂层。2.1.2 主要设备烟气系统主要设备包括：升压风机、GGH、烟气挡板门、膨胀节等。（1）升压风机升压风机为烟气提供压头，使烟气能克服整个FGD系统从进口分界到烟囱之间的烟气阻力。xxx炉各配一台升压风机（共二台），用动叶可调轴流式风机。根椐火力发电厂设计技术规程DL5000-2000, 设计上将风机的压力富裕系数选为1.2，流量富裕系数选为1.1，并加10温度裕量。风机使用寿命不小于30年。升压风机由于避免了受到低温烟气的腐蚀, 设计和制造上主要考虑叶片合理的材质，以防止叶片磨损, 以保证长寿命运行。并且在结构上，考虑叶轮和叶片的检修和更换的方便性。升压风机技术参数性能如下(BMCR

16、)：设计流量：1774800m3/h(湿态，每台)设计压头：3400Pa效率：87.31%材料：壳体： Q235-A叶轮： 15MnV叶片： 15MnV主轴： 42CrM0电机技术参数性能如下：电机功率：N=2800 kW, 6000V，电机型号：YKK800-8电机冷却方式：空冷风机和电机总重：5 5吨辅助设备：风机配有独立的液压控制油站、润滑油站。采用高品质液压缸，使液压动叶控制得到充分保证，升压风机配备必要的仪表和控制，主要是监控主轴温度的热电偶、振动测量装置、失速报警装置等。（2）烟气换热器(GGH)GGH选用回转再生式烟气换热器，涂搪瓷换热元件选用先进波形和高传热系数产品，以减小GG

17、H总重和节约业主方未来更换换热元件的费用。GGH利用锅炉出来的原烟气来加热经脱硫之后的净烟气，使净烟气在烟囱进口的最低温度达到80以上，大于酸露点温度后排放至烟囱。GGH转子采用中心驱动方式。每台GGH设两台电动驱动装置，一台主驱动，一台备用，电机均采用空气冷却形式。如果主驱动退出工作，辅助驱动自动切换，防止转子停转。GGH的设计能适应在厂用电失电的情况下，转子停转而不发生损坏、变形。GGH的整体使用寿命（壳体、驱动装置）不低于30年。GGH采取主轴垂直布置，即气流方向为原烟气向上（去吸收塔），净烟气向下（去烟囱排放）。因为原烟气中含有一定浓度的飞灰，飞灰可能会沉积在装置的换热元件上，随着时间

18、的推移，热传递的效率可能会降低。为防止GGH传热面间的沉积结垢而影响传热效率，增大阻力，需要通过吹灰器使用压缩空气清洗或用高压水进行定时清洗，吹灰器配有一根可伸缩的喷枪。视烟气中飞灰含量情况，决定每班或每隔数小时冲洗一次GGH，或当压降超过给定最大值时，说明有一定程度的颗粒沉积，需启动高压水泵冲洗。但用高压水泵冲洗只能在运行时进行（在线）冲洗。当FGD装置停运时，可用低压水冲洗换热器(离线冲洗)。GGH的防腐主要有以下措施：对接触烟气的静态部件采取玻璃鳞片树脂涂层保护，对转子格仓、箱条等回转部件采用20mm厚考登钢板；密封片冷端和热端及冷端和热端旁路采用316L；换热元件采用脱碳钢镀搪瓷，寿命

19、约50000 hr。GGH的技术性能参数如下(设计工况下)：原烟气侧温度（进/出）： 126.0/91.0净烟气侧温度（进/出）： 47.1/80泄露率(原烟气侧向净烟气侧)： 1%转子直径： 11800mm加热面积： 16200m2换热元件: 涂搪瓷钢，含碳量 0.08%；换热元件厚度1.2mm(含搪瓷层), 搪瓷镀层厚度0.2mm（单侧）GGH重量：206 tGGH各辅助设备技术性能参数如下：高压冲洗水泵： Q=7m3/h , P=10MPa低泄露风机: Q=36600Nm3/h , P=6000Pa密封风机: Q=1500Nm3/h , P=8000Pa吹灰器: 全伸缩式 (3) 烟气挡

20、板门本期设置有6只挡板门，其中2只旁路挡板门、2只原烟道进口挡板门、2只净烟道出口挡板门。为防止烟气在挡板门中的泄漏，挡板门设置有密封空气系统。当FGD系统正常运行时，旁路挡板关闭，原烟气挡板、净烟气挡板开启。原烟气通过烟道系统进入脱硫系统进行脱硫反应。当FGD系统或锅炉发生事故时，旁路挡板开启，原烟气挡板、净烟气挡板关闭，烟气就不进入FGD装置而直接走旁路进入烟囱排至大气。烟气挡板门采用空气密封双挡板门。与钢烟道和GGH不同, 挡板门的防腐措施, 主要靠正确选用金属材料来保证。其主要部件的材质详见下表:表1 烟气挡板门主要设计参数和材质表旁路挡板原烟气挡板净烟气挡板漏风率000设计压力2mb

21、ar2mbar2mbar压降50Pa50Pa50Pa开启时间25s /90o60s60s关闭时间60s /90o60s60s框架净气侧：碳钢衬DIN 1.4529原气侧：碳钢碳钢碳钢衬DIN 1.4529轴35#包覆DIN 1.452935#35#包覆DIN 1.4529叶片净气侧：碳钢衬DIN 1.4529原气侧：碳钢碳钢碳钢衬1.4529密封材料Alloy C276316LAlloy C276烟气挡板配一套密封空气系统, 设备有挡板门密封风机。密封气压力至少比烟气压力高500Pa以上，风机在设计上考虑有足够的容量和压头。2.2 吸收塔系统2.2.1 系统简介SO2吸收系统是烟气脱硫系统的核

22、心，主要包括吸收塔、除雾器、浆液循环泵和氧化风机等设备。在吸收塔，烟气中的SO2被吸收浆液洗涤并与浆液中的CaCO3发生反应，反应生成的亚硫酸钙在吸收塔底部的循环浆池被氧化风机鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏，石膏由石膏排出泵排出，送入石膏处理系统脱水。烟气经过塔顶的二级除雾器，以除去脱硫后烟气夹带的细小液滴，使烟气在含雾量低于75mg/ Nm3（干态）。本工程脱硫装置吸收塔，每台炉按一座逆流式喷淋吸收塔设计，吸收塔为圆柱体，底部为循环浆池，上部主要部分为喷淋洗涤区，布置了三层喷嘴。烟气在喷淋区自下而上流过，经洗涤脱硫后经吸收塔顶部排出吸收塔。吸收塔塔体为钢结构，采用玻璃鳞片树脂衬，吸收塔直径

23、为12m，采用3台离心式浆液循环泵；每塔2台罗茨型强制氧化风机，其中1台运行，1台备用。吸收塔顶布置两级除雾器，可以分离烟气中绝大部分浆液雾滴，经收集后烟气夹带出的雾滴均返回吸收塔浆池中。每套除雾器都安装了喷淋水管，通过控制程序进行脉冲冲洗，用以去除除雾器表面上的结垢和补充因烟气饱和而带走的水份，以维持吸收塔要求的液位。在脱硫系统解列或出现事故停机需要检修时，吸收塔的吸收浆液由石膏排出泵排出并存入事故浆池中，以便对脱硫塔进行维修。单回路吸收塔中最佳的pH值应选择在5到6之间。如果pH值超过此值，吸收塔会有结垢问题出现；如果pH值低于此值，浆液的吸收能力下降，最终影响到SO2的脱除率和副产品石膏

24、质量。系统采用模块化设计。吸收塔的下部有吸收液，其中含有通过石灰浆液系统输送的石灰石浆液，浆液通过吸收塔循环泵循环。在浆液池中布置有氧化空气分布系统，氧化空气由2台氧化风机（1用1备）提供，其主要作用是将亚硫酸钙就地氧化成石膏。石膏浆液通过石膏排出泵排到脱水系统。三层喷淋层安装在吸收塔上部烟气区。3台吸浆液循环泵，每台泵对应一层喷淋层。喷嘴采用耐磨性能极佳的钢玉材料螺旋型喷嘴, 选用进口产品。浆液循环泵将净化浆液输送到喷嘴，通过喷嘴将浆液细密地喷淋到烟气区。经处理过的脱硫烟气连续通过两级除雾器，使得烟气中夹带的大部分浆液液滴分离出来，保证了烟气出口含雾滴75mg/Nm3。除雾器的冲洗由程序控制

25、，冲洗方式为脉冲式。当吸收塔浆液池液位较高时，冲洗的脉冲间隔时间就长一些。但为了防止除雾器因烟气带出的浆液液滴产生结垢，最长的间隔时间依据要求的最短冲洗时间来定, 而最短的间隔时间依据吸收塔的液位而定，即当液位降到要求的液位时，冲洗间隔时间就越来越短，而冲洗时间越短，液位就越低。除雾器的冲洗使用的是滤液水，冲洗有两个目的，一方面是防止除雾器结垢，另一方面是补充因烟气饱和而带走的水份，以维持吸收塔要求的液位。在吸收塔下部浆液池中4个搅拌器水平径向布置，作用是使浆液保持流动状态，从而使其中的脱硫有效物质(CaCO3固体微粒)也保持在浆液中的均匀悬浮状态，保证浆液对SO2的吸收和反应能力。在吸收塔烟

26、气净化区，烟气冷却下来温度降到饱和温度，并由来自循环浆液的水蒸汽进行饱和。 吸收塔水的损耗（烟气饱和，副产品水分）一部分通过除雾器的冲洗水，一部分通过旋流站返回液得以补偿。吸收塔顶部布置有排气挡板，在正常运行时挡板是关闭的。当FGD装置走旁路或当FGD装置停运时，当旁路挡板开启时，原烟气挡板和净烟气挡板关闭，排气挡板开启，开启吸收塔排气挡板目的是为了消除在吸收塔氧化风机还在运行时或停运后冷却下来时产生的与大气的压差。2.2.2 反应原理吸收塔中的SO2的脱除原理如下：烟气中的SO2与浆液中碳酸钙发生反应，生成亚硫酸钙：CaCO3+SO2+H2OCaSO3 H2O+H2O+CO2 （1）通过烟气

27、中的氧和亚硫酸氢根的中间过渡反应，部分的亚硫酸钙转化成石膏，化学上称作二水硫酸钙：CaSO3 H2O + SO2 + H2O Ca(HSO3)2 + H2O (2)Ca(HSO3) 2 +O2 +2H2O CaSO4 2 H2O+ SO2 + H2O（3）吸收塔浆液池中剩余的亚硫酸钙通过由氧化风机鼓入的空气发生氧化反应，生成硫酸钙。在该反应过程中直接的氧化是次要的，而主要是通过亚硫酸氢根与氧气的反应完成：Ca(HSO3) 2 +O2 +2H2O CaSO4 2 H2O + SO2 + H2O（3）也有其他的反应，如：三氧化硫，氯化氢和氢氟酸与碳酸钙的反应，反应生成石膏和氯化钙和/或氟化钙化合物

28、：CaCO3 + SO3 + 2 H2O CaSO4 2 H2O+CO2 (5)CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2 (6)CaCO3 + 2HF CaF2+H2O+CO2 (7) 吸收塔浆液池中的pH值通过加入石灰石浆液来控制，在吸收塔浆液池中的反应需足够长的时间以使石膏能产生良好的石膏结晶 （CaSO4 2H2O）。氧化风机 (1用1备)用以向吸收塔浆池提供足够的氧气，以便于石膏的形成（即从亚硫酸钙进一步氧化成硫酸钙），因为烟气中所含的氧不能满足氧化需要。如果输入的氧化空气不足会导致脱硫效率的降低，并在吸收塔中产生结垢。氧化空气通过喷管分布到吸收塔浆液池中。新鲜的氧

29、化空气通过空气过滤器被吸入，再通过消音器经过管道输送到吸收塔。为了降低氧化空气的温度（离开风机的温度高达100以上），需将水喷入到氧化空气管中，水蒸发后使氧化空气降温。塔喷淋层采用FRP管，浆液循环管道采用法兰连接的碳钢衬胶管，氧化空气管道采用无缝钢管。FGD工艺系统中吸收浆液最大氯离子浓度按20000ppm设计, 并以此决定所有与浆液接触的设备和部件的防腐保护。2.2.3 影响SO2脱除效率和能耗的参数值SO2脱除率能耗吸收塔循环流量 PH值 =吸收塔中CaCO3 =石灰石活性 =烟气流量 SO2 FGD 进口浓度 =烟气中Cl含量 =说明： ：表示升高； ：表示下降；=：表示无影响。2.2.4主要设备（1）吸收塔（2台）本期FGD系统的吸收塔采用空喷淋塔，有搅拌器、氧化空气分布系统、喷淋层、除雾器及防腐衬。设计寿命30年。其有关技术参数如下：吸收塔进口烟气量： 1611844 m3/h (湿, 设计工况)吸收塔出口烟气量： 1470829 m3/h (湿, 设计工况)Ca/S(mol)：1.03吸收塔