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1、第三章 SO2吸取系统3.1、系统简介SO2吸取系统是整个脱硫装置的核心系统，对烟气除去SO2等有害成分的过程重要在这个系统完毕。本系统重要是由吸取塔、浆液循环泵、除雾器、吸取塔搅拌器及氧化风机等构成。石灰石石膏湿法烟气脱硫是由物理吸取和化学吸取两个过程构成。在物理吸取过程中SO2溶解于吸取剂中，只要气相中被吸取气体的分压不小于液相呈平衡时该气体分压时，吸取过程就会进行，吸取过程取决于气-液平衡，满足亨利定律。由于物理吸取过程的推动力很小，因此吸取速率较低。而化学吸取过程使被吸取的气体组分发生化学反映从而有效地减少了溶液表面上被吸取气体的分压，增长了吸取过程的推动力，吸取速率较快。FGD反映速
2、率取决于四个速率控制环节，即SO2的吸取、HSO3氧化、石灰石的溶解和石膏的结晶。3.2、吸取反映原理3.2.1、物理过程原理SO2吸取是从气相传递到液相的相间传质过程。对于吸取机理以双膜理论模型的应用较广，双膜理论模型如图所示。图中p表达SO2在气相主体中的分压，pi表达在界面上的分压，c和ci则分别表达SO2组分在液相主体及界面上的浓度。把吸取过程简化为通过气膜和液膜的分子扩散，通过两层膜的分子扩散阻力就是吸取过程的总阻力。 气体吸取质在单位时间内通过单位面积界面而被吸取剂吸取的量称为吸取速率。根据双膜理论，在稳定吸取操作中，从气相传递到界面吸取质的通量等于从界面传递到液相主体吸取质的通量
3、。吸取传质速率方程一般体现式为：吸取速率=吸取推动力吸取系数，或者吸取速率=吸取推动力/吸取阻力。吸取系数和吸取阻力互为倒数。3.2.2、化学过程原理3.2.1.1、SO2、SO3和HCl的吸取：烟气中的SO2和SO3与浆液液滴中的水发生如下反映：SO2 + H2O HSO3 + H+SO3 + H2O H2SO4HCl遇到液滴中的水即可迅速被水吸取而形成盐酸。3.2.1.2、与石灰石反映浆液水相中的石灰石一方面发生溶解，吸取塔浆池中石灰石溶解过程如下：CaCO3 + H2O Ca2+ + HCO3 + OH水中石灰石的溶解是一种缓慢的过程，其过程取决于如下几种因素：a. 固态石灰石颗粒的颗粒
4、尺寸。颗粒细小的石灰石粉要比颗粒粗大的石灰石粉溶解要快。b. 石灰石的反映率。活性石灰石的溶解率要比没有活性的石灰石溶解率要快。c. 吸取塔浆液的pH值。pH值越低，石灰石溶解得越快。高的pH值对酸性气体的脱除效率有利，但是不利于石灰石的溶解。低的pH值不利于酸性气体的脱除效率，但是有助于石灰石的溶解。SO2、SO3、HCl等与石灰石浆液发生如下离子反映：Ca2+ + HCO3 + OH + HSO3 + 2H+ Ca2+ + HSO3 + CO2+2H2O 氧化反映：2HSO3 + O2 2SO42 + 2H+ Ca2+ + HCO3 + OH + SO42 + 2H+ Ca2+ + SO4
5、2 + CO2+2H2OCa2+ + HCO3 + OH + 2H+ + 2Cl Ca2+ + 2Cl + CO2+ 2H2O经验显示，吸取剂浆液的pH值控制在5.56.0之间， pH值为5.6时最佳，此时酸性气体的脱除率和石灰石的溶解速度都很高。吸取塔浆液池中的pH值是通过调节石灰石浆液的投放量来控制的，而加入塔内的新制备石灰石浆液的量取决于估计的锅炉负荷、SO2含量以及实际的吸取塔浆液的pH值。3.2.1.3、氧化反映通入吸取塔浆液池内的氧气将亚硫酸氢根氧化成硫酸根：2HSO3 + O2 2SO42 + 2H+3.2.1.4、石膏形成：Ca2+ + SO42 + 2H2O CaSO4 2H
6、2O石膏的结晶重要发生在吸取塔浆液池内，浆液在吸取塔内的停留时间、通入空气的体积和方式都通过专门的设计，可保证石膏的结晶生成。脱硫总反映式：SO2（g）+CaCo3(s)+1/2O2+2H2O(l)CaSO4.2H2O(s)+CO2(g)WFGD物理和化学反映过程示意图1- 石灰石的溶解；2- SO2和O2的溶解；3-亚硫酸钙的氧化；4-石灰石的溶解；5-O2的吸取；6-亚硫酸钙的强制氧化；7-石膏的结晶； 8-亚硫酸钙的结晶； 9-也许的结垢；10-持液槽3.3、重要设备作用及构造3.3.1、吸取塔本体作用与功能：烟气进入吸取塔内，自下而上流动与喷淋层喷射向下的石灰石浆液滴发生反映，吸取SO
7、2、SO3、HF、HCl等气体。吸取塔采用先进可靠的喷淋空塔，系统阻力小，塔内气液接触区无任何填料部件，有效地杜绝了塔内堵塞结垢现象。石灰石浆液制备系统制成的新石灰石浆液通过石灰石浆液泵送入吸取塔浆液池内，石灰石在浆液池中溶解并与浆液池中已经生成石膏的浆液混合，由吸取塔浆液循环泵将浆液输送至喷淋层。浆液通过空心锥型喷嘴雾化，与烟气充足接触。在吸取塔浆液池中部区域，氧化风机供应的空气通过布置在浆液池内的喷枪与浆液在搅拌器的协助下进一步反映生成石膏（CaSO42H2O）。3.3.1.1、喷淋层每只吸取塔配备四台浆液循环泵，采用单元制运营方式，每一台循环泵相应一层喷淋装置。循环泵将塔内的浆液从下部浆
8、液池打到喷淋层，通过喷嘴喷淋，形成颗粒细小、反映活性很高的雾化液滴。本设计的液气比选在16.24L/Nm3。四层喷淋层可以根据烟气负荷的大小选择投用的层数，以减少能源的消耗和保证出口烟气的温度。 喷淋层采用高档的螺旋状喷嘴，在同等喷雾条件下，对循环泵的压力需求较低。该种喷嘴可使喷出的三重环状液膜气液接触效率高，能达到高效吸取性能和高除尘性能。喷淋层的布置增长了浆液与气体的接触面积和几率，保证吸取塔横截面能被完全布满，使SO2、SO3、HF、HCl等被充足清除。由于在吸取塔内吸取剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸取剂运用率很高。吸取塔内部构造示意图 喷淋层和喷嘴实物图 喷淋效果图 喷嘴实物图
9、3.3.1.2、吸取塔浆液池吸取塔浆液池的重要功能如下：完毕酸性物质和石灰石的反映 酸性物质：通过强制氧化把亚硫酸盐氧化成硫酸盐提供石灰石足够的溶解时间促使过饱和溶液里面的石膏结晶提供石膏晶体充足长大的停滞时间根据日本川崎公司近年的工程经验并结合工程设计参数，对吸取塔进行了优化设计。其长处有：、低进口SO2浓度导致酸碱吸取反映速率下降，大容量吸取塔浆池为喷淋过程中物理溶解于浆液中的酸性物质在浆池内与溶解态石灰石的反映提供充足的反映时间，由此保证高的脱硫效率。、为石灰石提供充足的溶解时间，保证不不小于1.03的钙硫比。、为亚硫酸钙提供充足的氧化空间和氧化时间，保证良好的氧化效果。、为石膏晶体长大
10、提供充足的停滞时间，保证生成高品质的粗粒状（而非片状和针状）石膏晶体。、同步，为了在烟气参数如烟气流量、烟气温度和SO2初始浓度发生迅速变化的状况下，能使吸取塔正常、稳定地运营，浆液池容量的设计保证提供充足的气固缓冲容积，保证系统具有良好的耐冲击性和稳定性。当锅炉原烟气通过吸取塔时，会蒸发带走一部分吸取塔内的水分，石膏结晶也会带走一定的水分，废水排放也会带走一部分水，这样将导致吸取塔浆液中的固体浓度逐渐增大，进而影响反映的正常进行。浆液的液位由吸取塔的液位控制系统控制，流失的水将通过除雾器冲洗水来补充，同步亦通过向吸取塔补充新鲜工艺水来保持液位。塔内浆液的密度通过调节吸取塔内石膏浆液的排放量来
11、控制。吸取塔浆液池上部设溢流口，保证浆液液位低于吸取塔烟气入口段的下沿。溢流管道上配备有吸取塔密封箱，它可以容纳吸取塔的溢流液，同步为吸取塔提供了增压保护，保证系统运营的安全稳定。密封箱的液位由周期性补充工艺水来维持。 密封箱实物图3.3.1.3、吸取塔顶部设有放空阀。在正常运营时该阀门是关闭的，当FGD装置走旁路或当FGD装置停运时，阀门启动。在调试及FGD系统检修时打开，可排除漏进的烟气，有通气、通风、通光的作用，以便工作人员操作；FGD停运时，可避免烟气在系统内冷凝并腐蚀系统。 排空阀实物图3.3.1.4、浆液池搅拌器浆液池里面的浆液为具有多种溶解盐的水溶液，其中悬浮态维持在15wt%的
12、水平。为了保证这些固态物质可以真正悬浮在浆液中，浆液池周边安装了5台侧进式搅拌器。 吸取塔搅拌器外观图 搅拌器叶片（吸取塔内）3.3.2、吸取塔浆液循环泵吸取塔浆液循环泵安装在吸取塔旁的循环泵房内，用于吸取塔内石膏浆液的循环。采用单流和单级卧式离心泵，涉及泵壳、叶轮、轴、轴承、出口弯头、底板、进口、密封盒、轴封、基本框架、地脚螺栓、机械密封和所有的管道、阀门及就地仪表和电机。浆液循环泵配有油位批示器、联轴器防护罩和泄漏液的收集设备等。配备单个机械密封，不用冲洗或密封水，密封元件配有人工冲洗的连接管。轴承型式为耐磨型。吸取塔选配的是四台流量都是5640m3/h的离心式循环泵，在保证喷嘴前压力相似
13、的前提下，泵的扬程分别为14.6m/16.6m/18.6m/20.6m。吸取塔的操作液位的设计能充足保证泵的工作性能，泵的叶轮背后不气蚀；同步，选择了较大的泵入口管管径，能有效避免气蚀的发生，延长泵的使用寿命。在塔内循环泵入口管路上，装设大孔径的过滤器。浆液循环泵实物图3.3.3、氧化空气系统每套吸取塔的氧化系统由氧化风机、氧化空气喷枪及相应的管道、阀门构成。氧化空气通过氧化空气喷枪均匀地分布在吸取塔底部浆液池中，将CaSO3氧化成CaSO4，进而结晶析出。氧化空气系统是吸取系统的一种重要构成部分，氧化空气的功能是促使吸取塔浆液池内的亚硫酸氢根氧化成硫酸根，从而增强浆液进一步吸取SO2的能力，
14、同步使石膏得以生成。氧化空气注入不充足或分布不均匀都将会引起吸取效率的减少，严重时还也许导致吸取塔浆液池中亚硫酸钙含量过高而结垢，甚至发生亚硫酸钙包裹石灰石颗粒使其无法溶解。因此，对该部分的优化设立对提高整个设备的脱硫效率和石膏产品的质量显得尤为重要。氧化和结晶重要发生在吸取塔浆液池中。吸取塔浆液池的尺寸足够保证提供浆液完毕亚硫酸钙的氧化和石膏（CaSO4 2H2O）的结晶的时间。氧化空气入塔前经增湿降温，使氧化空气达到饱和状态，可有效避免分布管空气出口处的结垢。本系统氧化空气喷枪布置在吸取塔浆液池中下部，为石灰石溶解、亚硫酸钙氧化和石膏结晶过程提供最佳反映条件。氧化空气喷枪上部浆液由于刚吸取
15、了大量SO2，pH值略低，有助于石灰石的进一步溶解和石膏的生成，对提高石膏的品质有利，氧化空气喷枪下部由于有新加入的石灰石浆液，pH值略高，将浆液提高至喷淋层的吸取塔循环泵入口位于该区域，有助于提高吸取SO2的能力。氧化空气由二台氧化风机提供。从空气总管起，各个空气支管在吸取塔外垂直向下接到氧化空气喷枪。该方式特别适合大尺寸的吸取塔，氧化效果好，布气均匀，氧化空气的运用率高，氧化空气用量少且保证石膏品质。众多工程实际表白，正常运营状况下（除吸取塔维修期间外），一般不必要对其进行清洗。该系统的重要特点如下：氧化空气分布均匀；氧化性能高；在氧化空气用量较低的状况下保证了氧化反映的彻底进行；氧化空气喷枪具有自清洗功能。氧化风机采用罗茨风机，每台涉及润滑系统、进出口消音器、
