1、浅谈石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺1 绪论1.1 烟气脱硫的意义随着城市化、现代化以及工业的发展，国民经济的持续快速发展 ,我国生产生活用电需求量、对能源的需求量也在迅速增长。能源的大量消耗，将会导致大量 SO2 及硫的污染物的生成 ,对我们以及我们赖以生存的环境产生了深刻的影响和损害。目前，随着人们环保意识的增强和国家排污总量收费政策，火电厂大气污染物排放标准等环保政策的强制执行，燃煤电厂 SO2 排放的治理已势在必行2。能源生产部门既要实施高能高效的生产，同时也要满足该领域的环保指标，承担起经济发展中对环境不可推脱的责任。烟气脱硫，是一种应对能源燃烧生产中带来的污染的技术。成功的烟气脱硫技术
2、，为人们在生活与发展中坚持人与自然的和谐提供了技术上的支持；同时也推进在工业、生产等领域的可持续发展。1.2 石灰石-石膏湿法烟气脱硫概述湿式石灰石-石膏法烟气脱硫技术最早是由英国皇家化学工业公司提出的，经过近三十年的发展，目前它已成为世界上技术最成熟，实用业绩最多，运行状况最稳定的脱硫工艺，脱硫率在 90%以上。该方法脱硫的基本原理是用石灰石浆液吸收烟气中的 SO2，先生成亚硫酸钙，然后亚硫酸钙被氧化为硫酸钙，因而分为吸收和氧化两个过程，副产品石膏可回收利用。这种脱硫系统是利用石灰石(CaCO3)作为吸收剂，吸收并除去烟气中的二氧化硫(S02)，生成品石膏(CaS042H2O)。采用石灰石-
3、石膏湿法脱硫的优点：1.技术成熟可靠，脱硫效率高达 95%以上；2.单塔处理烟气量大，SO2 脱除量大；3.适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫；4.对锅炉负荷变化的适应性强；5.备布置紧凑减少了场地需求；6.处理后的烟气含尘量大大减少；7.吸收剂(石灰石)资源丰富，价廉易得；8.脱硫副产物（石膏）便于综合利用，经济效益显著。2 FGD 系统分析2.1 脱硫工艺流程石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺系统主要有：烟气系统、二氧化硫吸收系统、石膏脱水系统、石灰石浆液制备系统、公用系统、废水处理系统等部分。其基本工艺流程如下： 锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机,在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循
4、环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除 SO2、SO3、HCl 和 HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏（CaSO42H2O） ，并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备） 、浆液分配器和真空皮带脱水机。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁
5、烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。烟气脱硫技术属于燃烧后的脱硫。在吸收塔出口，烟气一般被冷却到4655左右，且为水蒸气所饱和。通过气-气换热器将烟气加热到 80以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。22 烟气系统 烟气系统包括1台升压风机（BUF） 、1个旁路烟气挡板、1个入口原烟气挡板、1个出口净烟气挡板及相应的烟道、膨胀节等。烟气自原烟道进入FGD脱硫系统的进口烟道。原烟道作为旁路烟道将烟气可直接排至烟囱，即烟气可以100
6、%经旁路烟道被排放。FGD 脱硫系统可通过进、出口烟道双百叶窗式挡板与锅炉烟气系统隔离。未处理的原烟气经升压风机升压经过吸收塔的入口向上流动穿过托盘及喷淋层，在此，烟气被冷却、饱和，烟气中的S02被吸收，烟气温度降至51左右。经过喷淋洗涤后的冷烟气通过除雾器除去液滴后经净烟气烟道进入烟囱排放。烟气系统图升压风机用于克服FGD装置造成的烟气压降。采用静叶可调轴流式风机，FGD系统共设两台升压风机，各对应一套烟气系统。升压风机将根据正常运行和异常情况可能发生的最大流量、最高温度和最大压损设计，还将考虑事故情况。升压风机在容量、设计和构造上将保证从零到满负荷时都能运行，能满足FGD工况最恶劣的设计条
7、件23 二氧化硫吸收系统2.31 SO2 的吸收过程二氧化硫吸收系统主要用于脱除烟气中S02、S03、HCL、HF等污染物及烟气中的飞灰等物质。每套FGD的二氧化硫吸收系统包括一台吸收塔（含两级除雾器、三层喷淋层及喷嘴、托盘、氧化空气分布管） 、四台侧进搅拌器、三台浆液循环泵、二台氧化风机及相应的管道阀门等。该系统包括以下几个子系统：吸收塔系统、浆液再循环系统、氧化空气系统。烟气通过吸收塔入口从浆液池上部进入吸收区。在吸收塔内，热烟气通过托盘均布与自上而下浆液接触发生化学吸收反应，并被冷却。该浆液由各喷淋层多个喷嘴层喷出。浆液（含硫酸钙、亚硫酸钙、未反应的碳酸钙、惰性物质、飞灰和各种溶质）从烟
8、气中吸收硫的氧化物（S0X）以及其它酸性物质。在液相中，硫的氧化物（S0X）与碳酸钙反应，形成亚硫酸钙。吸收塔上部吸收区PH值较高，有利于S02等酸性物质的吸收：下部氧化区域在低PH值下运行，有利于石灰石的酸解，有利于副产品石膏的生成反应。从吸收塔排出的石膏浆液含固浓度20（wt） ，经浓缩、脱水、使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏库房堆放。主要反应方程式（脱硫吸收塔）如下：.烟气中的 S03，S02 和 HCL 等被喷淋浆液中的水吸收，与烟气分离：SO3 H2O SO42-H+SO2 H2O HSO3+H+HCL H+ CL-HF H+ F-.进入吸收塔的石灰石在偏酸性浆液中溶解：C
9、aCO3 十 H+ Ca2+ HCO3-HCO3- OH-CO2. 氧化和结晶反应发生在吸收塔浆池中。吸收塔浆池中的PH值控制在大约5.65.8，吸收塔浆液池的尺寸保证能提供足够的浆液停留时间完成亚硫酸钙向硫酸钙的氧化和石膏（CaSO42H2O）的结晶。具体反应方程式如下：氧化：HSO3-12O2 SO 42-H+结晶：Ca2+十 SO 42-2 H2O CaSO42H2O2.32 吸收塔系统吸收塔自下而上可分为三个主要的功能区：（1）氧化结晶区，该区即为吸收塔浆池区，主要功能是用于石灰石酸解和亚硫酸钙的氧化；（2）吸收区，该区包括吸收塔入口、托盘、喷淋层等。其主要功能是用于吸收烟气中的酸性污
10、染物及飞灰等物质；（3）除雾区，该区包括两级除雾器，用于分离烟气中夹带的雾滴，降低对下游设备的腐蚀，减少吸收剂的损耗。热烟气进入吸收塔，达到饱和并被冷却。烟气折流向上，经托盘被均匀分布到吸收塔的横截面上。经验表明托盘对于提高脱硫效率是十分有效的，就像电除尘器的气体导流分布板一样。除了使得主喷淋区烟气分布均匀外，托盘还使得烟气和石灰石浆液在该区域得到充分接触，有效降低了浆液循环量，节约了循环将液泵的功耗。离开吸收塔托盘的烟气穿过三层逆流喷淋层后，再连续流经两层z字形除雾器除去所含浆液雾滴。在一级除雾器的上、下各布置一层清洗喷嘴。清洗水的喷淋将带走一级除雾器顺流面和逆流面上的固体颗粒。烟气经过一级
11、除雾器后，进入二级除雾器。二级除雾器下部也布置一层清洗喷淋层。穿过二级除雾器后，经洗涤和净化的烟气通过出口锥筒流出吸收塔，经过烟道排入出口烟道和烟囱。吸收塔浆液和喷淋到吸收塔中的除雾器清洗水流入吸收塔底部，即吸收塔浆液池。吸收塔浆液池上的4台侧进式搅拌器使浆液中的固体颗粒保持悬浮状态。为了防止吸收塔入口烟道灌液，吸收塔浆液再循环系统浆液再循环系统由浆液循环泵、喷淋层、喷嘴及其相应管道、阀门组成。浆液循环泵的作用是将吸收塔浆液池中的浆液经喷嘴循环，并为产生颗粒细小，反应活性高的浆液雾滴提供能量。每套吸收塔系统配置三台浆液循环泵，分别对应三层喷淋层。吸收塔系统图吸收塔浆液最佳PH值在5.25.6之
12、间，PH值是由吸收塔中新制备的石灰石浆液的增加量调整的。而加入吸收塔的新制备石灰石浆液的量的大小将取决于预计的锅炉负荷、 SO2含量以及实际的吸收塔浆液的PH值。设置在石膏排出泵的排出管道中的在线PH值探头将测量吸收塔浆液的PH值。原烟气穿过吸收塔时，蒸发并带走的吸收塔中的水分和脱硫反应生成物带出部分水份，将导致吸收塔浆液的固体浓度增大。浆液系统失去的水分将通过除雾器冲洗水加以补充。在吸收塔浆液池的溢流管道上，将装配一个密封箱。它可以容纳吸收塔在压力密封时发生的溢流。密封箱的液位由周期性地补充工艺水来维持。密封箱同时为吸收塔提供了增压保护。吸收塔顶部设有电动放空阀，在正常运行时阀门是关闭的。当
13、FGD装置停运时，阀门开启以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。2.33氧化空气系统烟气中本身的含氧量不足以将生成的亚硫酸钙氧化，因此，需提供强制氧化系统为吸收塔浆液提供氧化空气。氧化系统将把脱硫反应中生成的半水亚硫酸钙氧化为2水硫酸钙即石膏。氧化空气系统将为这一过程提供氧化空气。每套吸收塔的氧化空气系统由二台氧化风机（其中一台为备用） 、氧化空气分布管及相应的管道、阀门组成2.4 石膏脱水系统石膏脱水系统分为两个子系统，即一级脱水系统和二级脱水系统。一级脱水系统为单元制操作系统，包括2台吸收塔排出泵（1运1备） 、1台水力旋流站；二级脱水及废水旋流系统为两塔一
14、套公用包括1台废水旋流器、2台真空皮带过滤机及相应的泵、箱体、管道、阀门等。由于吸收塔浆液池中石膏不断产生，为保持浆液密度在设计的运行范围内，需将石膏浆液（20固体含量）从吸收塔中抽出。为了避免石膏浆液在管道中可能沉淀，石膏排出采用部分回流方式，满足石膏浆液在低负荷时需要的最低流速。2.41 石膏旋流站吸收塔底部的石膏浆液通过吸收塔石膏排出泵，分别泵入相应的石膏水力旋流器。水力旋流器具有双重作用：即石膏浆液预脱水和石膏晶体分级。进入水力旋流器的石膏悬浮切向流动产生离心运动，细小的微粒从旋流器的中心向上流动形成溢流，部分溢流经溢流箱泵部分送往废水旋流器，部分返回吸收塔。水力旋流器中重的固体微粒被
15、抛向旋流器壁，并向下流动，形成含固浓度为50的底流。2台石膏水力旋流器的底流自流至二级脱水系统。2.42 真空皮带机二级脱水系统包括真空皮带过滤机，真空系统及冲洗系统。每台真空皮带过滤机出力为2台锅炉BMCR工况的75%。石膏被脱水后含水量降到10%以下，并对石膏滤饼进行冲洗以去除氯化物，从而保证石膏的品质。冲洗水排至滤液箱循环利用。从真空带式过滤机滤出的滤液流至滤液箱，并由滤液泵抽吸至吸收塔反应池或石灰石浆液制备系统循环使用。真空过滤机的真空度是由水环式真空泵提供的。真空过滤机的负荷通过测量滤饼的厚度进行自动调节。真空带式过滤机脱水后的含水量小于10%的优质脱硫石膏落入石膏库房。石膏库房，设
16、有专用铲车通道，用铲车装载至载重卡车运出厂外。真空皮带脱水机系统图当石膏脱水系统故障或检修时，石膏浆液可用石膏抛弃泵泵入电厂渣浆前池，用锅炉渣浆泵排入灰场。但应注意，为防止结垢，石膏浆液不得与锅炉渣浆混合排放。2.5 石灰石浆液制备系统石灰石浆液制备系统包括2台湿式球磨机的给料机、2台湿式球磨机，每台磨机出力为11.9 T/h。2台球磨机配套2台浆液再循环箱、4台球磨机浆液再循环泵（2运2备） 、2个石灰石旋流器站、1个石灰石浆液池、2台石灰石浆液给料泵（1运1备） 、以及系统管道阀门等。粒径小于20mm石灰石从石灰石贮仓经皮带秤重给料机送至湿式球磨机进行研磨。FGD补给水将按与送入石灰石成定
17、比的量而加入湿式球磨机的入口，最后得到细度9060m（250目90通过） 、浓度为30的石灰石浆液。石灰石在湿式球磨机中被磨成浆液并自流至浆液再循环箱，然后再由球磨机浆液再循环泵抽吸至旋流分离器。旋流分离器底流（超过尺寸的物料）再循环至湿式球磨机入口，而溢流（符合尺寸的物料）则自流入石灰石浆液箱中。石灰石浆液由石灰石浆液泵从石灰石浆液箱泵入两台机组的吸收塔。磨机系统图2.6 公用系统2.61 工艺水系统#1机组FGD设计一个工艺水箱，有效容积为250m3，其中工艺水箱与事故浆液池均布置在1炉增压风机与脱水楼间，现有设计容量可供2套机组正常运行使用。FGD系统包括3台工艺水泵和2台除雾器冲洗水泵
18、。工艺水主要用于石灰石浆液制备、吸收塔除雾器冲洗、所有输送浆液管道的冲洗水，包括：石灰石浆液系统、排放系统、石膏抽吸管道、吸收塔循环管道，以及废水系统加药及清洗用水。工艺水系统图2.62 压缩空气系统FGD装置区域压缩空气系统与脱硫岛外部的压缩空气系统相连，由机组压缩空气系统提供FGD用气，脱硫岛未装设专门空压机。仪表用气输送到FGD装置区内的烟气系统气动执行机构及反吹装置，同时提供真空皮带调偏装置用气。另外，还可用作清洗净烟气烟道上的净烟气流量测量装置和分析装置的冲洗气。检修用气可用于FDG系统设备检修及维护时的吹扫。压缩空气系统图2.7 废水处理系统两套FGD装置（先上5#机系统公用一套废
19、水处理系统。脱硫排放废水送入反应槽的中和箱、反应箱进行处理。中和箱中投加石灰乳将偏酸性的废水pH值调至8.5左右，将大部分重金属离子形成沉淀物除去。反应箱中分别投加有机硫、复合铁盐发生一系列的氧化还原反应，主要将废水中的重金属污染物转化为不溶性沉淀物；反应箱中投加的助凝剂促进废水中的悬浮固体反应生成絮凝体。上述各箱废水停留时间经过优化设计，并配备不同转速的搅拌装置以保证良好的处理效果。经絮凝后的废水进入澄清/浓缩器进一步絮凝并充分沉淀，上清液溢流至清水箱，并投加适量HCl搅拌均匀，将最终出水pH值调节至6.09.0后用水泵提升排放。澄清/浓缩器底部产生的污泥周期性地利用污泥泵输送至箱式压滤机进行脱水处理，泥饼外运，滤液回送澄清/浓缩器循环处理。废水处理系统图整个废水处理系统可实现自动化运行管理，也可以人工操作管理，安全方便。通过该系统，能够将脱硫废水中所含各项污染物指标降至国家排放一级标准（GB8978-1966） 。
