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类型1WFGD运行关键因素分析.ppt

  • 上传人:eukav
  • 文档编号:5948182
  • 上传时间:2019-03-21
  • 格式:PPT
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    1WFGD运行关键因素分析.ppt
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    1、湿式石灰石石膏法烟气脱硫 运行的关键因素分析 马双忱,传质及反应步骤概述,气-液传质二氧化碳 解吸 碳酸盐二氧化硫 吸收氧气 吸收HCl 吸收,液-固传质,钙 镁 钠 碳酸根,溶解,石灰石,沉淀,硫酸钙,亚硫酸根硫酸根,H+ Cl- F-,CO32- + H+ HCO3- SO32- + H+ HSO3-,气相,液相,固相,液相组成,离子(已溶解的): Ca+, Na+, Mg+, SO4=, Cl-, 等. 离子对(未形成固体): CaCO3, CaHCO3+, MgHSO3-, MgSO3, CaSO4, 等. 液相中离子和离子对的平衡: Ca+ + CO3= CaCO3 Ca+ + HC

    2、O3- CaHCO3+,固-液平衡,确定石灰石是否溶解 确定石膏是否沉淀 溶解指的是溶液中固体形成离子 沉淀指的是溶液中离子形成固体,固-液平衡,溶液呈现出 “非理想” 特征 溶液中离子间的吸引及相互作用使其少移动且遇到与之反应的其它离子的可能性较小 用来校正非理想特征的活性及活性系数:活性 = 离子浓度 x 活性系数 活性系数取决于离子强度、离子配对及温度 活性将决定物质是溶解还是沉淀,相对饱和,问: 石灰石溶解吗?相对饱和度 = (R.S.)答: 是 R.S. 1 (过饱和的),Ca+ = Ca+ 活性 CO3= = CO3= 活性 Ksp = CaCO3 溶度积常数,两类石膏沉淀,晶核形

    3、成 (自发的) 晶体成长 (受控的),决定石膏沉淀类型的因素,溶液的相对饱和度(1RS1.31.4) 足够数量晶种固体的存在,石膏沉淀动力学,rG = kaCV (RSG 1) 其中: rG = 石膏沉淀速率 k = 速率常数 a = 每单位重量石膏的活性表面积 C = 石膏固体的浓度 V = 反应槽体积 RSG = 石膏相对饱和度,晶体大小、形状及惯态,影响固体的脱水及处置性质 由下列因素决定: FGD 工艺或设计 晶体种类 (石膏或亚硫酸钙) 晶体中的污染物,石膏晶体: 三斜晶系 (无对称轴),亚硫酸钙晶体: 正交晶系 (三, 2-折对称轴),抑制石灰石溶解,石灰石必须在洗涤塔溶解以提供碱

    4、度 一定的溶解化学物质会大大减缓或阻止石灰石的溶解 抑制 溶解变慢 闭塞 溶解明显变慢或停止 高浓度的溶解氯化物(Cl-占用了Ca2+)及镁会抑制溶解 这种抑制的机理被称为 “同离子” 效应,石灰石闭塞,在强制氧化工艺中, 高浓度的溶解亚硫酸盐或氟化铝络合物会导致石灰石闭塞 亚硫酸盐或氟化铝络合物会在石灰石颗粒表面反应 堵塞溶解场所 氟化铝闭塞经常由高浓度的进口飞灰引发 亚硫酸盐闭塞由不完全的氧化引发,FGD 系统内结垢的缘由,高的石膏相对饱和度(RS1.31.4): 高相对饱和度引起固体成核,从而导致吸收塔内表面及除雾器上出现结垢 高相对饱和度通常导致不足的晶种物质 除雾器结垢也可由低质冲洗

    5、水引起 (水中石膏饱和或接近饱和),FGD 系统内结垢的缘由,湿/干界面: 出现在热烟气被冷却的吸收塔区域 气流及气体分布的波动引起结垢. 引起沿烟道壁或其它内部结构区域从湿态变成干态 如果浆液被带回到该区域, 被干燥且以硬垢形式积聚,由硫酸钙和/或飞灰组成,增强性能的化学添加剂,起到提高液相碱度及增强脱除的作用 例子: 己二酸 二元酸 (DBA) (己二酸、谷氨酸及丁二酸的混合物) 甲酸 镁,化学添加剂,化学添加剂的损失机理 液体排放 化学降级 与洗涤塔固体共沉淀 化学添加剂可: 增强洗涤塔的脱硫性能 使部分泵关闭(降低液气比)而降低吸收塔动力消耗 作为晶体调节剂,影响固体沉降及处置特性,化

    6、学添加剂对脱硫效率的影响,二元酸添加剂,影响 FGD 性能及可靠性的因素: pH 浆液密度 溶液化学性质 石灰石特性 液气比 (L/G) 机械因素 锅炉负荷 进口SO2浓度 工艺水的有效利用,WFGD运行及性能保证的关键因素,脱硫效率,关键化学因素 pH 或碱度 循环浆液中的过剩石灰石 (强制氧化工艺的关键) 溶液化学性质 进口 SO2 浓度,脱硫效率,关键机械因素 液气比 (L/G) 吸收塔传质特性 (如:托盘、填料) 气 / 液分布均匀 烟气旁路,吸收剂利用率,关键因素 pH 溶液化学性质 固体停留时间 表面积 (研磨尺寸) 石灰石活性,结垢原因,关键因素 氧化 (不是强制氧化工艺中的一个

    7、通常因素) 石灰石利用率 浆液密度 反应槽体积 除雾器ME 冲洗频率 / 强度 ME 冲洗水水质,石膏脱水及处置特性,关键因素 氧化 循环泵数量、规格 溶液化学性质 (如:晶体污染物、晶体调节剂) 石灰石利用率 固体停留时间,影响 FGD 性能及可靠性的因素,操作员可直接控制 pH 浆液密度 L/G 操作员有限的控制 石灰石特性 溶液化学性质 机械因素 水务管理,操作员不控制,只能应变 锅炉负荷变化周期 煤含硫量变动 进口烟气,pH(酸度或碱度的量度),pH / 利用率 / 脱硫效率 关系,pH,利用率,脱硫率,(低),(高),pH 影响概要,脱硫效率 提高 pH 提高了碱度,从而提高了脱硫效

    8、率 pH 是脱硫效率的主要控制参数之一 pH 准确地控制在合适的设定点是达到设计脱硫效率的关键 结垢可能 pH 不直接影响结垢可能性 差的石灰石利用率 (低于 85%) 会导致结垢 固体特性 pH不直接影响固体特性 差的石灰石利用率及固体中过剩的石灰石(太高的 pH造成) 会影响固体特性 腐蚀 在低 pH时腐蚀倾向增大,浆液密度,最小的浆液密度保证沉淀有足够的晶体表面积.这对防止结垢是重要的 高浆液密度促进石灰石利用率 浆液密度影响固体停留时间,从而影响晶体形状及大小,浆液密度对石灰石利用率的影响,维持 pH 及脱硫率需要系统专门的石灰石负荷(克石灰石/升浆液)水平. 在低密度时 (浆液中固体

    9、浓度低), 意味高的石灰石的利用率,但是脱硫效率会下降。在高密度时,高的固体浓度将会是石灰石,因此石灰石利用率将降低.,浆液密度对晶体大小的影响,提高浆液密度增加固体停留时间2 增加固体停留时间可增大或减小晶体大小 有些情况下, 增加停留时间使晶体长大有了时间 但在许多情况下,增加停留时间增大了大型循环泵对已有晶体的破坏,导致晶体变小.,浆液密度影响概要,脱硫率 密度通常不影响脱硫率 吸收剂利用率 提高密度促进吸收剂利用率 (在给定pH下) 密度对利用率的影响比 pH对利用率的影响次一级, 但在 “微调” 洗涤塔性能时是重要的 低密度时,由于可以在上面沉淀的表面积有限,可导致结垢,溶液化学性质

    10、,溶解 Ca+ (Cl-) 由于共离子效应(同名离子效应)(浆液中Cl- 浓度高)而抑制溶解 强制氧化与自然氧化 CO2 逸出倾向于增进溶解 氟化铝闭塞 亚硫酸根闭塞 启动、负荷变化或不完全氧化期间的问题,溶解钙浓度的影响,0,5,10,15,20,25,30,35,40,石灰石负荷 (g/L),脱硫效率 (%),75,80,85,90,95,高溶解 Ca,由于 高Cl-占用Ca+的结果,低溶解 Ca,(不同形状的符号代表试验的不同的石灰石),氧化方式的影响,0,5,10,15,20,25,30,35,40,石灰石负荷(g/L),脱硫效率(%),75,80,85,90,95,强制氧化方式,自然

    11、氧化方式,(不同形状的符号代表试验的不同的石灰石),可溶性铝对石灰石利用率的影响,0,铝 (mg/L),利用率 (%),20,10,20,30,40,30,40,50,60,70,80,90,100,溶液化学性质(续),可与亚硫酸根形成离子对的离子可提高溶解碱度,促进脱硫 (抑制氧化) 在一个 FGD 系统中, 这些离子典型为 Mg+ 及 Na+ 有机酸也提高溶解碱度,增强脱硫,溶解镁浓度的影响 (抑制氧化系统),0,石灰石负荷(g/L),脱硫效率(%),80,10,20,30,40,50,85,90,95,100,300 mmol/L Mg,90 mmol/L Mg,60 mmol/LMg,

    12、(不同形状的符号代表试验的不同的石灰石),添加剂 (有机酸),通过缓冲pH及提高溶解碱度来增强脱硫 可通过使系统以低pH运行来提高石灰石利用率 可引起固体脱水性质的改变,石灰石特性影响洗涤塔性能,研磨 成份 活性,石灰石颗粒大小及活性,石灰石研磨尺寸可影响石灰石负荷与脱硫率之间的关系 石灰石越细越易溶解,但价贵,研磨成本高 石灰石中白云石份额也影响性能,石灰石研磨的影响,0,5,10,15,20,25,30,35,40,石灰石负荷(g/L),脱硫效率(%),70,80,85,90,95,75,粗磨石灰石 (70% 通过 325目),细磨石灰石 (90% 通过 325 目),(不同形状的符号代表

    13、试验的不同的石灰石),石灰石中白云石份额的影响,低白云石份额的石灰石 高白云石份额的石灰石,0,脱硫效率(%),75,80,85,90,95,5,10,15,20,25,石灰石负荷(g/L),石灰石特性影响概要,主要影响石灰石负荷与脱硫率之间的关系 影响达到一定脱硫率水平所需要的石灰石负荷水平 通常不控制 (尽管提高研磨会是可能的) 石灰石费用对总的FGD运行费用有很大影响. 因此,选择石灰石很重要.,液气比 (L/G),由液体流量 (运行循环泵台数) 及气体流量(锅炉负荷)决定 影响脱硫效率 传质 碱度 提高 L/G 增加洗涤塔内的除尘效果,液气比 对脱硫效率的影响,脱硫效率 (%),75,

    14、70,L/G, 加仑/1000 实际立方英尺,石灰石负荷 2 g/L 石灰石负荷 5 g/L 石灰石负荷 8 g/L,80,85,90,95,100,80,90,100,110,120,130,140,150,液气比 (L/G)影响概要,脱硫效率 提高 L/G 提高脱硫效率 吸收剂利用率 L/G 通常对吸收剂利用率的影响很小 亚硫酸盐氧化 提高 L/G 倾向于提高氧化,使氧气充分溶于浆液中,液气比 (L/G)影响概要(续),结垢可能 L/G 通常对结垢可能影响很小 固体性质 在某些系统中, 提高 L/G 可增大晶体破坏,影响脱水特性,影响性能的典型吸收塔模块设计问题,喷嘴布置不能提供好的浆液喷

    15、淋覆盖 气体进出口方位导致气体分布不均,喷淋空塔中的喷淋覆盖,密集的喷淋覆盖对性能很重要:,差的喷淋覆盖,好的喷淋覆盖,36 个喷嘴,72 个喷嘴,气体分布不均例子,锅炉负荷对洗涤塔的影响,低负荷 维持一定 L/G所需的运行循环泵少 如果进入的水保持一定,由于蒸发减少,水平衡会成问题,锅炉负荷对洗涤塔的影响,高负荷 进口 SO2 负荷加大, 更难达到设计性能 (脱硫率、石膏品质、吸收剂利用率) 强制氧化工艺中氧的不足可能使亚硫酸盐闭塞石灰石溶解 大的烟气量可增加通过除雾器的液滴夹带,特别是除雾器脏的时候,锅炉负荷对洗涤塔的影响,增高锅炉负荷 会使除尘异常,增加进入洗涤塔的飞灰量 石灰石给料响应

    16、是关键 不能足够快的给入石灰石导致pH降低及脱硫率降低 增加给料量时可能会过多给入石灰石 可能会引发亚硫酸根闭塞或氟化铝闭塞石灰石的溶解 可能须投运附加的循环泵以维持 L/G,锅炉负荷对洗涤塔的影响(续),降低锅炉负荷 石灰石给料响应是关键 过多给入石灰石的倾向 石灰石利用率及石膏品质可能变差,直至过多的石灰石被消耗 可能使部分循环泵退出运行,工艺水的有效利用,控制目标: 限制补充水用量 防止不必要的排放 防止废水处理系统过大的负担 限制溶解物质(氯离子浓度) 生产墙板石膏所必须 控制洗涤塔浆液密度,影响工艺水利用的因素,锅炉负荷 降低负荷减少了蒸发,因为要处理烟气的数量降低 降低负荷减少了随固体离开的水量,因为系统的排污或排浆降低 泵及搅拌机的密封水一般不变 冲洗水一般不变 所以在低负荷时, 原设定水补充量会引起浆液密度降低及槽液位升高,调整工艺水用量,短时用水 调整用于设备/区域冲洗的新鲜水 暂停不用的泵、搅拌机的密封水 尽量少切换流程或备用泵以减少冲洗.,Over!,

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