石灰石石膏脫硫-濕法脫硫塔

石灰石-石膏法煙氣脫硫
1.概述
石灰石-石膏法煙氣脫硫已經(jīng)有幾十年的,成熟可靠,適用范圍廣泛,據(jù)有關(guān)資料介紹,該工藝占有率已經(jīng)達(dá)到85以上。
由于反應(yīng)原理大同小異，本培訓(xùn)教材總結(jié)了一些通用的規(guī)律和準(zhǔn)則，基本適用于目前上常用的各種石灰石-石膏法煙氣脫硫，包括噴淋塔、鼓泡塔、液柱塔等。
2.典型的系統(tǒng)構(gòu)成
典型的石灰石/石灰－石膏濕法煙氣脫硫工藝流程如圖2-1所示，實(shí)際運(yùn)用的脫硫裝置的范圍根據(jù)工程具體情況有所差異。

3反應(yīng)原理
3.1 吸收原理
吸收液通過噴嘴霧化噴入吸收塔，分散成細(xì)小的液滴并覆蓋吸收塔的整個(gè)斷面。這些液滴與塔內(nèi)煙氣逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應(yīng)，煙氣中的SO2、SO3及HCl 、HF被吸收。SO2吸收產(chǎn)物的氧化和中和反應(yīng)在吸收塔底部的氧化區(qū)完成并zui終形成石膏。
為了維持吸收液恒定的pH值并減少石灰石耗量，石灰石被連續(xù)加入吸收塔，同時(shí)吸收塔內(nèi)的吸收劑漿液被攪拌機(jī)、氧化空氣和吸收塔循泵不停地?cái)噭?dòng)，以加快石灰石在漿液中的均布和溶解。
3.2 化學(xué)過程
強(qiáng)制氧化系統(tǒng)的化學(xué)過程描述如下：
（1）吸收反應(yīng)
煙氣與噴嘴噴出的循漿液在吸收塔內(nèi)有效接觸,循漿液吸收大部分SO2，反應(yīng)如下：
SO2＋H2O→H2SO3（溶解）
H2SO3?H＋＋HSO3－（電離）
吸收反應(yīng)的機(jī)理：
吸收反應(yīng)是傳質(zhì)和吸收的的過程，水吸收SO2屬于中等溶解度的氣體組份的吸收，根據(jù)雙膜理論，傳質(zhì)速率受氣相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力的控制，
吸收速率＝吸收推動(dòng)力/吸收系數(shù)（傳質(zhì)阻力為吸收系數(shù)的倒數(shù)）

強(qiáng)化吸收反應(yīng)的措施：
a)提SO2在氣相中的分壓力（濃度），提氣相傳質(zhì)動(dòng)力。
b)采用逆流傳質(zhì)，增加吸收區(qū)平均傳質(zhì)動(dòng)力。
c)增加氣相與液相的流速，的Re數(shù)改變了氣膜和液膜的界面，從而引起強(qiáng)烈的傳質(zhì)。
d)強(qiáng)化氧化，加快已溶解SO2的電離和氧化，當(dāng)亞硫酸被氧化以后,它的濃度就會(huì)降,會(huì)促進(jìn)了SO2的吸收。
e)提PH值，減少電離的逆向過程，增加液相吸收推動(dòng)力。
f)在總的吸收系數(shù)一定的情況下，增加氣液接觸面積，延長(zhǎng)接觸時(shí)間，如：增大液氣比，減小液滴粒徑，調(diào)整噴淋層間距等。
g)保持均勻的流場(chǎng)分布和噴淋密度，提氣液接觸的有效性。
（2）氧化反應(yīng)
一部分HSO3－在吸收塔噴淋區(qū)被煙氣中的氧所氧化，其它的HSO3－在反應(yīng)池中被氧化空氣氧化，反應(yīng)如下：
HSO3－＋1/2O2→HSO4－
HSO4－?H＋＋SO42－
氧化反應(yīng)的機(jī)理：
氧化反應(yīng)的機(jī)理基本同吸收反應(yīng)，不同的是氧化反應(yīng)是液相連續(xù)，氣相離散。水吸收O2屬于難溶解度的氣體組份的吸收，根據(jù)雙膜理論，傳質(zhì)速率受液膜傳質(zhì)阻力的控制。
強(qiáng)化氧化反應(yīng)的措施：
a)降PH值，增加氧氣的溶解度
b)增加氧化空氣的過量系數(shù)，增加氧濃度
c)氧氣的分布均勻性，減小氣泡平均粒徑，增加氣液接觸面積。
（3）中和反應(yīng)
吸收劑漿液被引入吸收塔內(nèi)中和氫離子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的漿液在吸收塔內(nèi)再循。中和反應(yīng)如下：
Ca2＋＋CO32－＋2H＋＋SO42－＋H2O→CaSO4·2H2O＋CO2↑
2H＋＋CO32－→H2O＋CO2↑
中和反應(yīng)的機(jī)理：
中和反應(yīng)伴隨著石灰石的溶解和中和反應(yīng)及，由于石灰石較為難溶，因此本節(jié)的是，如何增加石灰石的溶解度，反應(yīng)生成的石膏如何盡快，以降石膏過飽和度。中和反應(yīng)本身并不困難。
強(qiáng)化中和反應(yīng)的措施：
a)提石灰石的活性，選用純度的石灰石，減少雜質(zhì)。
b)細(xì)化石灰石粒徑，提溶解速率。
c)降PH值，增加石灰石溶解度，提石灰石的利用率。
d)增加石灰石在漿池中的停留時(shí)間。
e)增加石膏漿液的固體濃度，增加附著面，控制石膏的相對(duì)飽和度。
f)提氧氣在漿液中的溶解度，排擠溶解在液相中的CO2，強(qiáng)化中和反應(yīng)。

（4）其他副反應(yīng)
煙氣中的其他如SO3、Cl、F和塵都被循漿液吸收和捕集。SO3、HCl和HF與懸浮液中的石灰石按以下反應(yīng)式發(fā)生反應(yīng)：
SO3＋H2O→2H＋＋SO42－
CaCO3 +2 HCl<==>CaCl2 +CO2 +H2O
CaCO3 +2 HF <==>CaF2 +CO2 +H2O
副反應(yīng)對(duì)脫硫反應(yīng)的影響及注意事項(xiàng)：
脫硫反應(yīng)是一個(gè)比較復(fù)雜的反應(yīng)過程，其中一些副反應(yīng)，有些有利于反應(yīng)的進(jìn)程，有些會(huì)阻礙反應(yīng)的發(fā)生，下列反應(yīng)應(yīng)當(dāng)在中予以重視：
a)Mg的反應(yīng)
漿池中的Mg元素，主要來自于石灰石中的雜質(zhì)，當(dāng)石灰石中可溶性Mg含量較時(shí)（以MgCO3形式存在），由于MgCO3活性于CaCO3會(huì)先參與反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)的進(jìn)行是有利的，
但過多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致漿液中生成大量的可溶性的MgSO3，它過多的存在，使的溶液里SO32-濃度增加,導(dǎo)致SO2吸收化學(xué)反應(yīng)推動(dòng)力的減小，而導(dǎo)致SO2吸收的惡化。
另一方面，吸收塔漿液中Mg＋濃度增加，會(huì)導(dǎo)致漿液中的MgSO4(L)的含量增加，既漿液中的SO42-增加，會(huì)對(duì)導(dǎo)致吸收塔中的懸浮液的氧化困難，從而需要大幅度增加氧化空氣量，氧化反應(yīng)原理如下：
HSO3－＋1/2O2→HSO4－     （1）
HSO4－?H＋＋SO42－        （2）
因?yàn)椋?）式的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度來看，如果SO42-的濃度太的話，不利于反應(yīng)向右進(jìn)行。
因此噴淋塔一般會(huì)控制Mg＋離子的濃度，當(dāng)于5000ppm時(shí)，需要通過排出多的廢水，此時(shí)控制準(zhǔn)則不再是CL－小于20000ppm
b)AL的反應(yīng)
AL主要來源于煙氣中的飛灰，可溶解的AL在F離子濃度達(dá)到一定條件下，會(huì)形成氟化鋁絡(luò)合物（膠狀絮凝物），包裹在石灰石顆粒表面，形成石灰石溶解閉塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)嚴(yán)重惡化的事故。
c)Cl的反應(yīng)
在一個(gè)封閉系統(tǒng)或接近封閉系統(tǒng)的狀態(tài)下，F(xiàn)GD工藝的運(yùn)行會(huì)把吸收液從煙氣中吸收溶解的氯化物增加到非常的濃度。這些溶解的氯化物會(huì)產(chǎn)生濃度的溶解鈣,主要是氯化鈣,如果濃度的溶解的鈣離子存在FGD系統(tǒng)中,就會(huì)使溶解的石灰石減少,這是由于”共同離子作用”而造成的,在”共同離子作用”下,來自氯化鈣的溶解鈣就會(huì)妨礙石灰石中碳酸鈣的溶解。控制CL離子的濃度在12000－20000ppm是反應(yīng)正常進(jìn)行的因素。

4 系統(tǒng)描述
4.1 FGD系統(tǒng)構(gòu)成
煙氣脫硫（FGD）裝置采用的石灰石/石膏濕法工藝，整套系統(tǒng)由以下子系統(tǒng)組成：
（1）SO2吸收系統(tǒng)
（2）煙氣系統(tǒng)
（3）石灰石漿液制備系統(tǒng)
（4）石膏脫水系統(tǒng)
（5）供水和系統(tǒng)
（6）廢水處理系統(tǒng)
（7）壓縮空氣系統(tǒng)
4.2 SO2吸收系統(tǒng)
煙氣由進(jìn)氣口進(jìn)入吸收塔的吸收區(qū)，在上升過程中與石灰石漿液逆流接觸，煙氣中所含的污染氣體大部分因此被清洗入漿液，與漿液中的懸浮石灰石微粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被脫除，處理后的凈煙氣經(jīng)過除霧器除去水滴后進(jìn)入煙道。
吸收塔塔體材料為碳鋼內(nèi)襯玻璃鱗片。吸收塔煙氣入口為耐腐蝕、耐溫合金。
吸收塔內(nèi)煙氣上升流速為3.2-4m/s。塔內(nèi)配有噴淋層，每組噴淋層由帶連接支管的母管制漿液分布管道和噴嘴組成。噴淋組件及噴嘴的布置成均勻覆蓋吸收塔區(qū)的橫截面。噴淋系統(tǒng)采用單元制，每個(gè)噴淋層配一臺(tái)與之相連接的吸收塔漿液循泵。
每臺(tái)吸收塔配多臺(tái)漿液循泵。運(yùn)行的漿液循泵數(shù)量根據(jù)鍋爐負(fù)荷的變化和對(duì)吸收漿液流量的要求來確定，在達(dá)到要求的吸收效率的前提下，可選擇zui的泵運(yùn)行以節(jié)省能耗。
吸收了SO2的再循漿液落入吸收塔反應(yīng)池。吸收塔反應(yīng)池裝有多臺(tái)攪拌機(jī)。氧化風(fēng)機(jī)將氧化空氣鼓入反應(yīng)池。氧化空氣分布系統(tǒng)采用噴管式，氧化空氣被分布管注入到攪拌機(jī)槳葉的壓力側(cè)，被攪拌機(jī)產(chǎn)生的壓力和剪切力分散為細(xì)小的氣泡并均布于漿液中。一部分HSO3－在吸收塔噴淋區(qū)被煙氣中的氧氣氧化，其余部分的HSO3－在反應(yīng)池中被氧化空氣氧化。
  吸收劑（石灰石）漿液被引入吸收塔內(nèi)中和氫離子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的漿液在吸收塔內(nèi)循。
吸收塔泵連續(xù)地把吸收漿液從吸收塔送到石膏脫水系統(tǒng)。通過排漿控制閥控制排出漿液流量，維持循漿液濃度在大約8－25wt。
脫硫后的煙氣通過除霧器來減少攜帶的水滴，除霧器的水滴攜帶量不大于75mg/Nm3。兩級(jí)除霧器采用的頂置式布置在吸收塔頂部或塔外部，除霧器由聚丙烯材料制作，型式為z型，兩級(jí)除霧器均用工藝水沖洗。沖洗過程通過程序控制自動(dòng)完成。
吸收塔入口煙道側(cè)板和底板裝有工藝水沖洗系統(tǒng)，沖洗自動(dòng)周期進(jìn)行。沖洗的目的是為了避噴嘴噴出的石膏漿液帶入入口煙道后干燥粘結(jié)。
在吸收塔入口煙道裝有事故冷卻系統(tǒng)，事故冷卻水由工藝水泵提供。
當(dāng)吸收塔入口煙道由于吸收塔上游設(shè)備意外事故造成溫度過而旁路擋板未及時(shí)打開或所有的吸收塔循泵切除時(shí)本系統(tǒng)啟動(dòng)。
4.3 煙氣系統(tǒng)
從鍋爐來的熱煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入煙氣換熱器(GGH)降溫側(cè)，經(jīng)GGH冷卻后，煙氣進(jìn)入吸收塔，向動(dòng)穿過噴淋層，在此煙氣被冷卻到飽和溫度，煙氣中的SO2被石灰石漿液吸收。除去SOX及其它的煙氣經(jīng)GGH加熱80℃以上，通過煙囪。
GGH是利用熱煙氣所帶的熱量加熱吸收塔出來的冷的凈煙氣。在條件下且沒有補(bǔ)充熱源時(shí)，GGH可將凈煙氣的溫度提到80℃以上。
煙氣通過GGH的壓損由一在線清洗系統(tǒng)維持。正常運(yùn)行時(shí)清洗系統(tǒng)每天需使用蒸汽吹灰3次。此外，系統(tǒng)還配有一套在線壓水洗裝置(約1月用1次)。在熱煙氣的與GGH相連的煙道安置一套可伸縮的清洗設(shè)備，用來進(jìn)行常規(guī)吹灰和在線水沖洗。清洗裝置都有單獨(dú)的、可伸縮的矛狀管和帶有單獨(dú)的輔助蒸汽和水噴嘴的驅(qū)動(dòng)機(jī)械。GGH配一臺(tái)在線的沖洗水泵 ，該泵為在線清洗提供壓沖洗水。自動(dòng)吹灰系統(tǒng)可GGH的受熱面不受堵塞，保持的凈煙氣溫度。吹灰器自動(dòng)控制。
當(dāng)GGH停機(jī)后，換熱元件可用一壓水清洗裝置進(jìn)行清洗。此壓水清洗裝置每年使用兩次。每臺(tái)GGH上的兩個(gè)固定的水沖洗裝置用來進(jìn)行離線沖洗。每一個(gè)固定的水清洗裝置配有帶噴嘴的直管，從有一定間隔的噴嘴中均勻地向換熱面噴沖洗水。
設(shè)置一套密封系統(tǒng)GGH漏風(fēng)率小于1。
煙道上設(shè)有擋板系統(tǒng)，以便于FGD系統(tǒng)正常運(yùn)行和事故時(shí)旁路運(yùn)行。每套FGD裝置的擋板系統(tǒng)包括一臺(tái)FGD原煙氣擋板，一臺(tái)FGD凈煙氣擋板和一臺(tái)旁路煙氣擋板，擋板為雙百葉式。在正常運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)GD進(jìn)擋板開啟，旁路擋板關(guān)閉。在故障情況下，開啟煙氣旁路擋板門，關(guān)閉FGD進(jìn)擋板，煙氣通過旁路煙道繞過FGD系統(tǒng)直接排到煙囪。所有擋板都配有密封系統(tǒng)，以“零”泄露。密封空氣設(shè)兩臺(tái)100容量的密封空氣風(fēng)機(jī)（一臺(tái)備用）和二級(jí)電加熱器，加熱溫度不于70℃。
煙道包括必要的煙氣通道、沖洗和漏斗、膨脹節(jié)、法蘭、導(dǎo)流板、墊片/螺栓材料以及附件。
在BMCR工況下，煙道內(nèi)任意位置的煙氣流速不大于15m/s。煙道留有適當(dāng)?shù)娜咏涌凇⒔涌诤涂住?br />對(duì)于每臺(tái)鍋爐的FGD系統(tǒng)，配置1臺(tái)100BMCR煙氣量的增壓風(fēng)機(jī)（BUF），布置于吸收塔上游的干煙區(qū)。增壓風(fēng)機(jī)為動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。包括電動(dòng)機(jī)、密封空氣系統(tǒng)等。
4.4石灰石漿液制備與供給系統(tǒng)
由汽車運(yùn)來的石灰石卸石灰石漿液制備區(qū)域的地斗，通過斗提機(jī)送入石灰石貯倉（貯倉的容量按需要的石灰石耗量），石灰石貯倉由皮帶稱重給料機(jī)送入石灰石濕式磨機(jī)，研磨后的石灰石進(jìn)入磨機(jī)漿液循箱，經(jīng)磨機(jī)漿液循泵送入石灰石旋流器，合格的石灰石漿液自旋流器溢流口流入石灰石漿液箱，不合格的從旋流器底流再送入磨機(jī)入口再次研磨。
系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)石灰石漿液箱，每塔設(shè)置2臺(tái)石灰石漿液供漿泵。吸收塔配有一條石灰石漿液輸送管，石灰石漿液通過管道輸送到吸收塔。每條輸送管上分支出一條再循管回到石灰石漿液箱，以防止?jié){液在管道內(nèi)沉淀。
脫硫所需要的石灰石漿液量由鍋爐負(fù)荷，煙氣的SO2濃度和Ca/S來控制，而需要制備的石灰石漿液量由石灰石漿液箱的液位來控制，漿液的濃度由漿液的密度計(jì)控制測(cè)量量作前饋控制旋流器個(gè)數(shù)。
4.5 石膏脫水系統(tǒng)
機(jī)組FGD所產(chǎn)生的25wt濃度的石膏漿液由吸收塔下部布置的石膏漿液泵（每塔兩臺(tái)石膏漿液泵，一運(yùn)一備）送石膏漿液旋流器。系統(tǒng)設(shè)置2套石膏旋流站，2套石膏旋流站底流自流進(jìn)入2臺(tái)真空皮帶脫水機(jī)。每臺(tái)真空皮帶脫水機(jī)的過濾能力為2臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)石膏總量的75。

石膏脫水系統(tǒng)包括以下設(shè)備：
—石膏旋流站
—真空皮帶過濾機(jī)
—濾布沖洗水箱
—濾布沖洗水泵
—濾液水箱及攪拌器
—濾液水泵
—石膏餅沖洗水泵
—廢水旋流站給料箱
—廢水旋流站給料泵
—廢水旋流站
—石膏輸送機(jī)
—石膏庫
（1）石膏旋流站和廢水旋流站
濃縮到濃度大約55的旋流站的底流漿液自流到真空皮帶脫水機(jī)，旋流站的溢流自流到廢水旋流站給料箱，一部分通過廢水旋流站給料泵送到廢水旋流站，其余部分溢流到濾液水箱。廢水旋流站溢流到廢水箱，通過廢水輸送泵送到廢水處理系統(tǒng)，底流進(jìn)入濾液箱。
（2）真空皮帶脫水機(jī)
設(shè)置2套容量為2臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)石膏總產(chǎn)量75的脫水系統(tǒng)。真空皮帶脫水機(jī)和真空系統(tǒng)按此容量。
石膏旋流站底流漿液由真空皮帶脫水機(jī)脫水到含90固形物和10水分，脫水石膏經(jīng)沖洗降其中的Cl－濃度。濾液進(jìn)入濾液水回收箱。脫水后的石膏經(jīng)由石膏輸送皮帶送入石膏庫房堆放。
石膏庫房通過化，使石膏運(yùn)輸車輛裝料便于進(jìn)行，不會(huì)對(duì)廠區(qū)造成污染。
工業(yè)水作為密封水供給真空泵，然后收集到濾布沖洗水箱，用于沖洗濾布，濾布沖洗水被收集到濾餅沖洗水箱，用于石膏濾餅的沖洗。
濾液水箱收集的濾液、沖洗水等由濾液水泵輸送到石灰石漿液制備系統(tǒng)和吸收塔。

4.6供水和系統(tǒng)
4.6.1供水系統(tǒng)
從電廠供水系統(tǒng)引接脫硫島的水源，提供脫硫島工業(yè)和工藝水的需要。
工業(yè)水主要用戶為：除霧器沖洗水及真空泵密封水。冷卻水冷卻設(shè)備后排吸收塔排水坑回收利用。
工藝水主要用戶為（不限于此）：
·石灰石漿液制備用水；
·煙氣換熱器的沖洗水；
·所有漿液輸送設(shè)備、輸送管路、貯存箱的沖洗水。
工藝水/工業(yè)水進(jìn)入島內(nèi)工藝水/工業(yè)水箱，通過工藝水/工業(yè)水泵、除霧器沖洗水泵分別送FGD區(qū)域的每個(gè)用水點(diǎn)。
系統(tǒng)內(nèi)的配套管道及其測(cè)量和控制儀表。
4.6.2 系統(tǒng)
FGD島內(nèi)設(shè)置一個(gè)公用的事故漿液箱，事故漿液箱的容量應(yīng)該滿足單個(gè)吸收塔檢修排空時(shí)和其他漿液排空的要求，并作為吸收塔重新啟動(dòng)時(shí)的石膏晶種。 
吸收塔漿池檢修需要排空時(shí)，吸收塔的石膏漿液輸送事故漿液箱zui終可作為下次FGD啟動(dòng)時(shí)的晶種。
事故漿液箱設(shè)漿液返回泵（將漿液送回吸收塔）1臺(tái)。
FGD裝置的漿液管道和漿液泵等，在停運(yùn)時(shí)需要進(jìn)行沖洗，其沖洗水就近收集在各個(gè)區(qū)域設(shè)置的集水坑內(nèi)，然后用泵送事故漿液箱或吸收塔漿池。

4.7 壓縮空氣系統(tǒng)
脫硫島儀表用氣和雜用氣由島內(nèi)設(shè)置的壓縮空氣系統(tǒng)提供，壓力為0.85Mpa左右。
按需要應(yīng)設(shè)置足夠容量的儲(chǔ)氣罐，儀用穩(wěn)壓罐和雜用儲(chǔ)氣罐應(yīng)分開設(shè)置。貯氣罐的供氣能力應(yīng)滿足當(dāng)全部空氣壓縮機(jī)停運(yùn)時(shí)，依靠貯氣罐的貯備，能維持整個(gè)脫硫控制設(shè)備繼續(xù)工作不小于15分鐘的耗氣量。氣動(dòng)設(shè)備和遠(yuǎn)離空氣壓縮機(jī)房的用氣點(diǎn)，宜設(shè)置穩(wěn)壓貯氣罐。貯氣罐工作壓力按0.8MPa考慮，zui壓力不應(yīng)于0.6MPa。
4.8 脫硫廢水處理系統(tǒng)
4.8.1 脫硫廢水的水質(zhì)和水量
4.8.1.1脫硫廢水的水質(zhì)
脫硫廢水的水質(zhì)與脫硫工藝、煙氣成分、灰及吸附劑等多種因素有關(guān)。脫硫廢水的主要標(biāo)項(xiàng)目為懸浮物、PH值、汞、銅、鉛、鎳、鋅、砷、氟、鈣、鎂、鋁、鐵以及氯根、硫酸根、亞硫酸根、碳酸根等。