石灰石石膏脱硫讲解学习

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1、烟气脱硫 湿式石灰石石膏法脱硫 小组成员 2020年6月19日星期五 2 主要内容 四 三 二 一 烟气脱硫现状简述以及工艺原理 工艺流程 影响脱硫效果因素 主要设备 五 工业实例 六 烟气脱硫中的常见问题及解决方法 1 2烟气脱硫工艺的技术评价指标 脱硫率钙硫比吸收剂利用率吸收剂的可获得性和易处理性脱硫副产品的处置和可利用性 运行的稳定性对周围环境的影响占地面积大小流程的复杂程度动力消耗工艺的成熟程度 1 3石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺原理 该工艺采用石灰石作为脱硫吸收剂 石灰石经破碎细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液 在吸收塔内 吸收浆液与烟气接触混合 烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓

2、入的氧化空气进行化学反应吸收脱除二氧化硫 最终产物为石膏脱硫后的洁净烟气通过除雾器出去雾滴经烟囱排放脱硫渣石膏可以综合利用 石灰石 石膏法工艺的化学反应过程如下 二 工艺流程 石灰石 石膏湿法烟气脱硫系统原则上可由下列结构系统构成 由石灰石粉料仓和石灰石研磨及测量站构成的石灰石制备系统 由洗涤循环 除雾器和氧化工序组成的吸收塔 由回转式烟气 烟气换热器 清洁烟气冷却塔排放或湿烟囱排烟构成的烟气再热系统 脱硫风机 由水力旋流分离器和过滤皮带组成的石膏脱水装置 石膏贮存装置 废水处理系统 8 2 1石灰石浆液制备系统吸收剂制备系统的选择应根据吸收剂来源 投资 运行成本及运输条件等进行综合技术经济比

3、较后确定 当资源落实 价格合理时 应优先采用直接购买石灰石粉方案 当条件许可且方案合理时 可由电厂自建湿磨吸收剂制备系统 当必须新建石灰石加工粉厂时 应优先考虑区域性协作即集中建厂 且应根据投资及管理方式 加工方式 厂址位置 运输条件等因素进行综合技术经济论证 石灰石浆液制备系统主要由石灰石粉贮仓 石灰石粉计量和输送装置 带搅拌的浆液罐 浆液泵等组成 如图1 8所示 将石灰石粉由罐车运到料仓存储 然后通过给料机 计量器和输粉机将石灰石粉送入在浆配制罐 在罐中与来自工艺过程的循环水一起配制成石灰石质量分数为15 20 浆液 用泵将该浆液经由一带流量测量装置的循环管道打入吸收塔底槽 9 图2 1石

4、灰石储存和制浆系统 10 石灰石 石膏法各系统 石灰石浆制备系统 石灰石粉贮罐 石灰石粉贮罐支架 石灰石加料箱 石灰石罐 球磨机 石灰石浆制备系统核心设备 湿式球磨机橡胶内衬和硬化钢球 11 2 2吸收塔吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置 要求气液接触面积大 气体的吸收反应良好 压力损失小 并且适用于大容量烟气处理 吸收塔的数量应根据锅炉容量 吸收塔的容量和可靠性等确定 300MW及以上机组宜一炉配一塔 200MW及以下机组宜两炉配一塔 根据国外脱硫公司的经验 一般二炉一塔的脱硫装置投资比一炉一塔的装置低5 10 在200MW以下等级的机组上采用多炉一塔的配置有利于节省投资 吸收塔的设计在湿法FG

5、D系统中是十分关键的 吸收塔最主要的塔型是喷淋吸收塔 在世界的湿法FGD系统中占有突出的地位 大多采用逆流喷淋塔 12 烟气从喷淋区下部进入吸收塔与均匀喷出的吸收浆液流接触 烟气流速为3 4m s左右 液气比与煤含硫量和脱硫率关系较大 一般在8 25L m3之间 喷淋塔的优点是塔内部件少 故结垢可能性小 压力损失小 逆气流运行有利于烟气与吸收液充分接触 但阻力损失比顺流大 吸收区高度为5 15m 如按塔内流速3m s计算 接触反应时间2 5s 区内设3 6个喷淋层 每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴 交叉布置 覆盖率达200 300 喷嘴入口压力不能太高 在0 5 105 2 105Pa之间 喷嘴出

6、口流速约为10m s 雾滴直径约1320 2950 m 大液滴在塔内的滞留时间1 10s 小液滴在一定条件下呈悬浮状态 13 图2 2逆流喷淋吸收塔 14 石灰石 石膏法各系统 吸收塔系统 吸收塔内的喷头喷头材料 炭化硅 吸收塔内的喷淋层喷淋层管材 PP或FRP 15 吸收塔中除了浆液洗涤系统外 还有除雾器 ME 和氧化系统 干净烟气出口设除雾器 通常为二级除雾器 装在塔的圆筒顶部 垂直布置 或塔出口弯道后的平直烟道上 水平布置 后者允许烟气流速高于前者 并设置冲洗水 间歇冲洗除雾器 冷烟气中残余水分一般不能超过100mg m3 现在大多要求不超过75mg m3 否则会玷污热交换器 烟道和风机

7、等 湿法烟气脱硫塔采用的除雾器主要为折流板除雾器 旋流板除雾器 16 2 3脱硫系统氧化方式在石灰石湿法烟气脱硫工艺中有强制氧化和自然氧化之分 其区别在于脱硫塔底部的持液槽中是否充入强制氧化空气 对于自然氧化工艺 吸收浆液中的HSO3 在吸收塔中被烟气中剩余的氧气 电厂烟气含氧量一般在6 左右 部分氧化成SO42 其脱硫副产物主要是亚硫酸钙和亚硫酸氢钙 自然氧化因锅炉和脱硫系统运行参数不同而氧化程度各异 当氧化率在15 95 钙的利用率低于80 范围内亚硫酸钙易结垢 因为氧化率较高时 15 生成的硫酸钙不能与亚硫酸钙一起沉淀析出 氧化率达不到一定程度 95 就不能产生足够的石膏晶种而使石膏晶体

8、迅速增长 导致石膏在脱硫塔内结垢 17 控制氧化就是采用抑制氧化或强制氧化方式将氧化率控制在 15 或 95 抑制氧化通过在洗涤液中添加抑制性物质 控制氧化率低于15 使浆液SO42 浓度远低于饱和浓度 生成的少量硫酸钙与亚硫酸钙一起沉淀 抑制氧化采用的抑制有 单质硫 EDTA以及其他的有机物 强制氧化通过向洗涤液中鼓入空气 并添加催化剂使氧化反应趋于完全 氧化率提高到高于95 并保持足够的浆液含固量 12 以提供石膏结晶所需的晶种 此时 石膏晶体生长占优势 产生沉淀性能优良的石膏 从而避免在塔内结垢 18 目前国际上石灰石湿法工艺主要以强制氧化为主 目前国际上强制氧化工艺的操作可靠性已达99

9、 以上 已成为FGD中的主流 自然氧化的可靠性虽然已得到改善 但仍然只有95 99 主要问题仍是石膏结垢 目前 在自然氧化工艺的主要应用国 美国 也有改自然氧化为强制氧化的趋势 因为即使是作为土地回填 在质量上 石膏也要比亚硫酸钙渣泥好 19 2 4烟气再热系统烟气经过湿法FGD系统洗涤后 温度降至50 60 已低于露点 为了增加烟囱排出烟气的扩散能力 减少可见烟囱的出现 许多国家规定了烟囱出口的最低排烟温度 德国有关大型燃煤装置的法规中 要求对洗涤后的烟气进行再热 在燃用烟煤的情况下 再热温度为45 52 当燃料为褐煤时 温度为60 到烟囱顶部达到72 英国规定的排烟温度为80 日本要求把烟

10、气加热到90 110 防止烟囱排出蒸汽白烟 美国一般不采用烟气再加热系统 而对烟囱采取防腐措施 从改善烟气污染扩散 减少可见的烟羽 白烟 避免烟囱出口的酸雨以及消除烟道下游材料的腐蚀等多方面考虑 采用烟气再热是必要的 20 2 5脱硫风机安装烟气脱硫装置后 整个脱硫系统的烟气阻力约为2500 3000Pa 单靠原有锅炉引风机 IDF 不足以克服这些阻力 需增设推风机 或称脱硫风机 Boost upFan BUF 脱硫增压风机宜装设在脱硫装置进口处 在综合技术经济比较合理的情况下也可装设在脱硫装置的出口处 当条件允许时 也可与引风机结合设置 脱硫增压风机的布置位置可以有4种情况 A位 烟道接口与

11、烟气换热器之间 B位 烟气换热器和吸收塔进口之间 C位 吸收塔出口和烟气换热器之间 D位 烟气换热器和烟囱之间 21 A位布置的优点在于增压风机不需要防腐 并且用常规的风机就可用来做引风机 风机的造价低 缺点是能耗较大 气压造成气 气换热器漏风率升高 尽管如此 在WFGD中常常选用A位 B位和C位布置主要用于采用回转式烟气换热器时减少加热器净烟气和原烟气之间的压差 在要求很高的脱硫率时 减少烟气泄漏带来的影响 但是风机需要采用防腐材料 价格昂贵 C位风机容易发生腐蚀问题 它们是所谓的 湿风机 它易于受到湿烟气中的SO3和Cl的腐蚀 可能的解决办法 一是选用高镍合金材料 二是通过连续或间歇性地喷

12、水保持风机叶片表面的湿度 从而降低叶片表面沉积物和氯化物浓度 由于风机位于气 气热交换器的下游 水的使用量必须在一定限度范围内 D位布置的电耗较低 但是需要采取一些防腐措施和避免石膏结垢的冲洗设施 22 2 6石膏脱水系统石膏是强制氧化石灰石湿法烟气的副产物 脱硫石膏晶体的粒径为1 250 m 主要集中在30 60 m 在脱硫装置正常运行时产生的脱硫石膏颜色近白色 采用石灰石 石膏法脱硫石膏的纯度一般在90 95 之间 采用白云石 石膏法 脱硫石膏的纯度可达96 以上 有害杂质较少 主要成分与天然石膏一样都是二水石膏晶体 CaSO4 2H2O 脱硫石膏物理化学性质与天然石膏具有共同的特征 但作

13、为一种工业副产品 它具有再生石膏的一些特点 和天然石膏相比又有一定的差异 其中二水石膏的含量较天然石膏还要高许多 23 图2 4石膏脱水系统 24 湿石膏的存储方法取决于发电厂烟气脱硫系统石膏的产量 用户的需求量 运输手段以及石膏中间储仓的大小 对于容量为300 700m3的中间储仓 石膏在其中的存放时间不应超过1个月 因此 推荐采用带有底部卸料系统的一次型储仓 如图1 19所示 图1 19石膏仓应采取防腐措施和防堵措施 在寒冷地区 石膏仓应采取防冻措施 若脱硫副产物暂无综合利用条件时 可经一级旋流器浓缩输送至贮存场 也可经脱水后输送至贮存场 但宜与灰渣分别堆放 留有今后综合利用的可能性 并应

14、采取防止副产物造成二次污染的措施 2 7石膏存储系统和石膏利用 25 图2 5一次通过型石膏储仓 26 2 8脱硫废水处理产生废水是石灰石湿法脱硫的缺点 一些国家和地区政府对废水处理有严格的规定 例如德国对废水排放有严格的规定 限制微量金属和其他有害成分的排放浓度 在日本废水处理还要降低COD 主要形式是连二硫酸根S2O62 其处理过程为 通过加碱中和脱硫废水 并使废水中的大部分重金属形成沉淀物 加入絮凝剂使沉淀浓缩成为污泥 污泥被送至灰场堆放 废水的pH值和悬浮物达标后直接外排 图1 20是典型的废水处理系统 27 图2 6脱硫废水处理 三 主要设备 3 1吸收剂制备系统 3 2烟气系统 3

15、 3硫吸收系统 3 1吸收剂制备系统 石灰石浆液制备系统 湿式磨球机最终产品细度 44微米颗粒在90 以上具有防磨 防腐性能 3 2烟气系统 增压风机一般选用静叶可调轴流风机 适用于风机风量大 压升低 挡板门烟道挡板用于切断烟气或调节流量 布于脱硫塔进 出口烟道及旁路烟道 挡板使用的环境条件和功能不一样 对性能和材质的要求不一样 原烟气烟道挡板处 烟气温度高 二氧化硫浓度高 粉尘浓度高 净烟气烟道挡板处 温度低 二氧化硫和粉尘浓度低 旁路烟气 处于冷热交界处 容易出现热应力腐蚀 条件最为恶劣 3 3硫吸收系统 吸收塔示意图 吸收塔本体碳钢结构 玻璃鳞片防腐 浆液喷淋浆液喷淋由雾化喷淋层和高效雾

16、化喷嘴组成 喷淋液滴主要集中在200 500微米 比表面积大 喷嘴 雾化喷淋层 除雾器除雾系统由两层除雾器本体及冲洗系统组成 烟气以一定的速度流经除雾器 被快速 连续改变运动方向 通过除雾器的弯道通道 在惯性力及重力的作用下将气流中夹带的液滴分离出来 除雾器一般的设计要求是出口烟气中也低含量不超过75mg m3 搅拌器吸收塔搅拌器一般布置在吸收塔浆池区 为使浆液在浆池内不致沉淀结垢 保证浆液在浆池内的亚硫酸钙充分氧化成硫酸钙 通常设置侧进式搅拌器 循环泵为实现吸收塔内脱硫浆液循环使用 保证最大限度地发挥脱硫剂的效能 采用耐腐蚀 耐磨损 流量大 压头稳定的脱硫专用循环泵 循环泵按每一层喷淋层对应一台泵的单元制配置 泵体采用碳钢内村高分子结构 叶轮采用防腐蚀耐磨材料制作 泵入口装设滤网等防止固体物吸入堵塞喷嘴 氧化风机未将脱硫副产物CaSO3转化为稳定的CaSO4 保证在浆液池内中和反应及氧化反应的完全进行 并使悬浮液均匀不产生沉淀 设置氧化风机不断向吸收塔内浆液池鼓入空气 氧化风机蚕蛹罗兹风机 入口设有过滤网 保证入塔的氧化空气无尘 风机外有隔音罩 氧化风量按投运风机的最大出力供给 四