脱硫系统工艺说明

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1、脱硫系统工艺说明工程概况本工程建设2X300MW亚临界抽凝供热机组，编号为1号机（炉）、2号机（炉） 烟气脱硫工程FGD按2台机组统一规划。采用石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺（以 下简称FGD）、采用1炉1塔脱硫装置，脱硫系统不设置旁路烟道和增压风机， 不带GGH，烟气脱硫后排入烟塔排至大气，即采用“烟塔合一”排烟方案，两炉 合用一座烟塔用于排烟。FGD装置由上海龙净环保科技有限公司设计，采用湿式 强制氧化、石灰石-石膏回收工艺，吸收塔的类型是目前广泛采用的逆流喷淋空 塔，吸收塔反应罐的设计采取了富有特色的射流泵浆液搅拌装置。整个FGD工艺 系统分为：烟气系统、吸收塔系统、石膏脱水系统、回流水和

2、废水处理系统、石 灰石粉储运系统、制浆和供浆系统、工艺水和压缩空气系统。脱硫效率不小于 97%。事故浆液系统、石膏脱水系统、废水处理系统和石灰石粉制浆系统公用。 2.2 工艺过程简述（1）工艺描述石存储仓剂仓图 1 石灰石石膏湿法脱硫工艺流程图 石灰石石膏湿法脱硫工艺流程图如图 1 所示。该工艺类型是：圆柱形空 塔、吸收剂与烟气在塔内逆向流动、吸收和氧化在同一个塔内进行、塔内设置喷 淋层、氧化方式采用强制氧化。石灰石石膏湿法脱硫工艺为当今世界先进的脱硫工艺，与其他脱硫工艺相 比，其主要特点为：具有较咼的脱硫效率，脱硫效率可达97%以上；具有较低的吸收剂化学剂量比，可低至1.03；较大幅度降低了

3、液/气比（L/G），使脱硫系统的能耗降低；可得到纯度很咼的脱硫副产品石膏，为脱硫副产品的综合利用创造了有 利条件；采用空塔型式，使得烟气流速有较大幅度的提咼，吸收塔内径有大幅度的 减小，同时减少了占地面积；采用价廉易得的石灰石作为吸收剂，能够有效地控制运行成本；系统具有较高的可靠性，系统可用率可达97%以上。（2）反应吸收过程 在石灰石石膏湿法脱硫工艺中，采用石灰石脱除 SO 以及其他的一些污染2 物的基本原理可以用化学反应表示为：1）SO 在液相中的溶解2由于喷淋吸收区内充分的气/液接触，在气液界面上发生了传质过程，气态 的 SO 溶解并转变为亚硫酸：2S02 +H20oH2S03烟气中除S

4、O外的一些其他酸性物质如HC1和HF等，在烟气与喷淋下来的2浆液相接触时也被浆液吸收下来。2）酸的离解SO溶解后形成的亚硫酸迅速根据pH值按下式进行离解： H2S03OH+HSO-（较低 pH 值） HSO-oH+ + SOr（较高 pH 值）吸收下来的HCl和HF也进行了离解。离解反应中产生了 H+必须被移除，以 使浆液能重新吸收SO。H+通过中和反应被移除。23）中间产物的中和反应 为了实现中和反应，在浆液中加入了石灰石。石灰石溶解后，可以同上述提及的离子发生如下反应：C0個态）+ H o Ca2+ +C02 +H20CaCO除可与可溶酸反应生成CaF、CaCl及Ca（HSO ）夕卜，反应

5、中生成的Ca2+3 2 2 3 2 还可以按下式生成可溶的亚硫酸钙：Ca2+O CaSO3该反应易于在喷淋吸收区上部发生。由于烟气中 SO 较少，因此该部分的浆2液 pH 较高。这能显著降低 HSO -浓度，进而提高脱硫效率并减少喷淋吸收区的 结垢问题。然而在喷淋吸收区下部，如同氧化区一样，较低的pH值导致SO2-浓度显著 降低。在该区域，吸收浆液含有少量的亚硫酸钙，而可溶的亚硫酸氢钙则较多。脱硫效率除部分依赖于pH值以及气/液接触外，还依赖于上述提到的中和反 应的速度和石灰石的溶解速度。石灰石的溶解量依赖于H+浓度，随pH下降而上 升。钙离子、氯离子和硫酸根离子不利于石灰石的溶解。氯离子通过

6、烟气和回流 水进入吸收塔系统，钙离子由吸收剂带入系统，而硫酸根离子则由亚硫酸氧化而 来，浆液中氯离子含量由废水排放量加以控制。4）亚硫酸氢根的氧化 有些生成的亚硫酸氢根，在喷淋吸收区内被浆液中的氧所氧化。HSO + |o2 oSO- +h+剩余的亚硫酸氢根在氧化区内可以通过反应池充分的鼓气而得以氧化。该工 艺易于在pH为4和4.5的情况下实现，同时由上式可以看出会产生较多的H+。这些离子与浆液中含有的过量 CaCO 发生中和反应，结果产生了可溶的3CaSO ：4CaCO3 +2H+SO；- O CaSO4 +H2O + CO25）产品的结晶CaSO 的连续生成导致溶液的过饱和，进而产生了石膏晶

7、体：4CaSO4 +2H20o CaSO4 - 2H2O通过使浆液固含量保持在一定范围内，结晶过程可以得到优化，新生成的石 膏可以在已有的石膏晶体晶核上成长。最终产物石膏从系统中成批移走。（3）工艺流程在电厂的 FGD 装置正常运行的情况下，烟气通过位于吸收塔中部的入口烟 道进入塔内。烟气进入塔内后向上流过喷淋段，以逆流方式与喷淋下来的石灰石 循环浆液接触。烟气中的SO将被脱除。石灰石吸收剂参与的化学反应主要在吸2 收塔反应池中发生。在吸收塔上部，烟气通过除雾器除去其中的液滴后，从顶部 离开吸收塔。1）吸收塔系统吸收塔系统示意图如图 2 所示。图 2 吸收塔系统示意图在吸收塔喷淋吸收区（如图3

8、 所示）内，烟气与喷淋浆液进行充分接触。在 该区域内一些对环境有害的气体，如SO2、HC1和HF被吸收掉。烟气中的部分 粉尘也同时得以脱除。图 3 吸收塔喷淋吸收区吸收浆液由几层喷淋层带入喷淋吸收区，喷淋层相互叠加并错开一定角度。 喷淋层喷嘴的数量应取最大化，以改进吸收塔截面上的液滴分布。低负荷时可以 停掉某个或几个喷淋层。为了达到预期的脱硫效率，液滴直径必须保持在适当范围内，既不可过大也 不可过小。如果液滴过大，吸收塔内的传质面积过小，无法有效脱除SO ；如果2液滴直径过小，液滴会迅速被烟气带走，在吸收塔内停留时间过短，同样无法有 效脱除 SO 。2图4 所示的切向空心锥型喷嘴其特点为：在喷

9、嘴流量较低时，仍能保持适当的液滴直径；在低流速下，在喷嘴最小断面上也不会发生堵塞的风险； 可以同时向上及向下喷射浆液（双向喷嘴）。如果进行优化布置，喷淋浆 液形成的锥体会在相对的两个喷淋层中部进行重叠，这样可以提高 SO 脱除2效率；由于喷嘴采用碳化硅制成，所以适用于所有腐蚀性和磨蚀性介质，进而提 高了装置的可靠性。图 4 切向空锥型喷嘴从喷淋吸收区落下的浆液在吸收塔反应池内加以收集，经鼓气和加入新鲜石 灰石浆液后，重新回到喷淋吸收区。吸收塔反应池的特点是采用了池分离器和射 流搅拌系统。反应池结构如图 5所示，整个反应池可以分为氧化区和结晶区两部分。氧化 区位于反应池上部，巨大的池分离器将其与

10、下部反应池分开。位于池分离器间隔中的氧化空气管提供了氧化空气。池分离器下方为结晶区，部分浆液从结晶区排 出至石膏脱水系统。新鲜的石灰石浆液被加入到结晶区中，继而经吸收塔循环泵 送至喷淋吸收区喷嘴中。吸收剂氧化空气石膏排放池分离器射流搅拌氧化区去喷淋层图 5 吸收塔反应池示意图将反应池分为两个反应区的优点是：反应池上部浆液的pH较低，根据亚硫酸盐和亚硫酸之间的平衡关系，较低的 pH 值有利于提高氧化效率；由于鼓入氧化空气，造成石灰石溶解度降低的 CO 被强制从浆液中排除，2因此底部加入的石灰石的溶解过程得以优化；石膏浆液排出处的石灰石浓度最低而石膏浓度最高，这对于获得高纯度石 膏最为有利；底部通

11、过添加新鲜的石灰石pH值也随之上升，进而提高了吸收SO的能2 力。为了防止吸收塔反应池浆液中的固体颗粒发生沉淀，同时提供良好的混合效 果，操作中反应池的液体应得到充分搅拌。设计中，反应池的搅拌是通过 “射 流搅拌”的方式完成的（见图 6所示）。图6 射流搅拌系统示意图利用吸收塔外部的射流泵提供浆液搅拌能量。塔内不安装搅拌器，而是采用 了几根带有朝向吸收塔底的喷嘴的管子。在运行或是停机后重新投运时，通过射 流泵将液体从吸收塔反应池上部抽出，经管路重新输送回反应池内。当液体从喷 嘴中冲出时就产生了扰动，依靠该扰动作用可以搅拌起塔底固体物，进而防止产 生沉淀。射流搅拌系统的优点为：吸收塔反应池内没有

12、机械搅拌器或是其他的转动部件；塔底不会产生沉淀；所需能量显著低于机械搅拌器，脱硫装置停运其间无需运行，搅拌效果可以调节；提高了脱硫装置的可用率和操作安全性：可以在吸收塔正常运行期间更换或维修射流泵，无需中断脱硫过程或是排空吸收塔；加入反应池内的新鲜石灰石可以得到连续而均匀的混合，进而有利于降低吸收剂化学计量比。图 7 屋脊型设计的除雾器在 FGD 系统中，经过喷淋洗涤后的烟气中会有液滴，为了保证下游设备的 安全运行，这些液滴必须除去。液滴分离是在如图 7所示的一个两级除雾器中完 成的，在设计的吸收塔中，除雾器位于塔顶并采用了一体化设计。烟气穿过除雾 器后向上进入净烟气烟道。第一级除雾器可以除去

13、较大的液滴，第二级除雾器则 除去剩余的较小液滴，为了防止去除下来的液滴中固体物在烟气干燥后堵塞除雾 器叶片之间的间隙，需要定时对除雾器进行冲洗。吸收塔顶部安装的除雾器采用如图所示的屋脊型。2）烟气系统原烟气通过升压风机输入FGD系统，烟气在吸收塔内经洗涤得到净化后的 洁净烟气，净烟气通过烟囱排放。3）吸收剂制备与供应系统石灰石石膏湿法脱硫工艺所需要的石灰石粉由石灰石粉车运来，经由压缩 空气打入石灰石粉仓储存。石灰石浆液的制备：石灰石粉仓下方是石灰石浆液制备箱，将粉仓下部的插 板阀打开，并启动石灰石粉螺旋给料机，即可把石灰石粉卸入石灰石浆液箱。将 石灰石粉与工艺水按 1：3 的比例配制，也就是配

14、成质量百分比为 25%左右（或 密度是1200kg/m3左右）的浆液。石灰石浆液由石灰石供浆泵通过输浆管道输入吸收塔内。过量的浆液重新流 回到石灰石浆罐。这种闭路循环的输送方式防止了石灰石浆液在输浆管中的沉 淀。石灰石浆液的输入量通过控制阀进行调节，对所需的石灰石浆液量的控制取 决于：SO?负荷；SO整体脱除效率；2氧化区内浆液的 pH 值。4）工艺水供应系统在石灰石石膏湿法脱硫工艺中，需要向整个系统提供一定量的工艺水，以 满足系统如下操作要求：吸收塔顶部的除雾器需要工艺水进行冲洗；吸收塔内由于蒸发损失的水必须通过加入工艺水给以补充；为了达到所需含固量的石灰石浆液，需要加入工艺水； 在石膏脱水

15、工艺中，真空皮带脱水机需要一定量的工艺水来冲洗石膏； 清洁、冲洗管路以及降低粉尘排放目的所需的水；其他用水，如机械设备的冷却水等氧化空气管喷淋冷却5）氧化空气系统为了实现吸收塔反应池浆液中的亚流酸钙向硫酸钙的转化，可以采用强制氧 化方法，即需要向吸收塔反应池内鼓入一定量的氧化空气。6）石膏脱水系统为了使吸收塔浆液内的含固量保持稳定，需要通过吸收塔浆液排出泵将部分 石膏浆液从吸收塔内排出。石膏浆液经脱水后作为副产物储存或出售。吸收塔排出浆液由石膏（CaSO42H2O），盐类混合物（MgSO4, CaCl2）, 石灰石（CaCO3），氟化钙（CaF2）和灰粒组成。吸收塔的石膏浆液经吸收塔排浆泵进入石膏旋流站进行第一级脱水，相对于 石膏晶体，石灰石粉、粉尘和惰性物质的颗粒通常非常小，石膏旋流站可以将它 们从石膏浆液中分离出来，随顶流离开旋流器后流至回流水箱。旋流站的溢流进 入回流水箱，通过回流水泵打回吸收塔；旋流站的底流经过真空皮带脱水机脱水， 脱水的同时对石膏进行冲洗，滤液返回吸收塔作为补充水，以维持吸收塔内的液 面平衡。部分回