1-2-2 石灰石石膏湿法烟气脱硫技术工艺原理及特点

烟气脱硫脱硝技术课型新授课课时2教学目标知识目标：能了解燃煤电厂过程的化学反应。技能目标：熟练掌握吸收塔模块典型分布区。德育目标：培养实际操作及技能型人才。教学重点1、脱硫过程的化学反应。2、对脱硫剂的要求。教学难点一、吸收塔模块典型分布区。二、火电厂烟气脱硫运行主要变量。教学方法讲授、分析、比较教学媒体黑板、粉笔、多媒体授课时间16高热一：2.283.4节§1-2石灰石石膏湿法烟气脱硫技术工艺原理及特点教材分析本课题主要是通过分析燃煤电厂过程的化学反应、吸收塔模块典型分布区，为电厂的安全运行提供基本的数据。教后记熟练讲解实际电厂中脱硫装置吸收塔模块典型分布区。布置作业无作业情况典型的工程全景•该工艺采用石灰石作为脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应吸收脱除二氧化硫，最终产物为石膏。脱硫后的洁净烟气通过除雾器除去雾滴经烟囱排放，脱硫渣石膏可以综合利用。二、石灰石湿法烟气脱硫工艺过程的描述三、脱除SO2的化学反应机理•1、过程阶段：•（1）气态反应物从气相内部迁移到气-液界面。•（2）气态反应物穿过气-液界面进入液相，并发生化学反应。•（3）反应组分从液相界面迁移到液相内部。•（4）进入也想的反应组分与液相组分发生反应。•（5）已溶解的反应物的迁移和由反应引起的浓度梯度产生的反应物的迁移。工艺过程化学反应向吸收塔添加石灰石浆液石灰石溶解浆液喷淋或鼓泡SO2的吸收向吸收塔鼓入氧化空气亚硫酸盐的氧化浆液循环、搅拌硫酸盐的形成及石膏结晶主要化学反应：•吸收：SO2＋H2OH+＋HSO3-H+＋SO32-•溶解：CaCO3＋H+Ca2+＋HCO3-•中和：HCO3-＋H+CO2＋H2O•氧化：SO32-＋O2SO42-•结晶：Ca2+＋SO32-＋H2OCaSO3·1/2H2OCa2+＋SO42-＋H2OCaSO4·2H2O影响脱硫效率的因素一、参与脱硫反应的物质（烟气、石灰石粉、工艺水）二、运行控制（pH,停留时间）石灰石-石膏法流程示意图吸收塔设备图净烟气出口除雾器喷淋层烟气进口浆液搅拌器循环泵循环管四、吸收塔不同区域发生的主要化学反应•1、吸收区•吸收过程（吸收剂为石灰石）•SO2+H2O→H++HSO3-•H2SO3-→H++HSO3-•四、吸收塔不同区域发生的主要化学反应2、氧化区•H++HSO3-+1/2O2→2H++SO42-•CaCO3+2H+→Ca2++H2O+CO2•Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O四、吸收塔不同区域发生的主要化学反应3、中和区•CaCO3+2H+→Ca2++H2O+CO2•Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O五、湿法烟气脱硫对脱硫剂的要求•1、吸收能力高。•2、选择性好。•3、挥发性低，无毒，不易燃烧，化学稳定性好，凝固点低，不发泡，易再生，黏度小，比热容小。•4、不腐蚀或腐蚀小，以减少设备投资及维护费用。•5、来源丰富，容易得到，价格便宜。•6、便于处理及操作，不易产生二次污染。六、烟气脱硫工艺过程几个相关概念和运行主要变量•1、脱硫效率•指脱硫装置脱除二氧化硫的量与未经脱硫前烟气中所含二氧化硫量的百分比•不盲目追求过高的脱硫率，因为高的脱硫率是要用高的投资和运行费用作为代价的——脱硫前烟气中SO2的折算浓度，mg/m3;•2、吸收剂的利用率•等于单位时间内从烟气中吸收的二氧化硫摩尔数除以同时间内加入系统的吸收剂中钙的总摩尔数湿法的吸收剂利用率——90%半干法——约50%干法——30%•3、液气比•指吸收塔洗涤单位体积烟气需要含碱性吸收剂的循环浆液体积。在相同的条件下，液气比越大，脱硫效率越高，但随之，动力的消耗就越大；烟气出口的温度就越低，造成烟道腐蚀。•液气比（脱硫技术的核心内容）所以，要根据具体的情况，选择合适的液气比，使得在保证脱硫效率的同时，降低运行费用。因此,石灰石洗涤吸收塔的液气比一般控制在15L/m3的范围较合适。pH值—酸与碱pH1714定义:酸=pH7碱=pH7胃酸亚硫酸醋典型洗涤塔水石灰石石灰硫酸可口可乐二元酸血碱液4、吸收塔浆液的PH值pH对HSO3-氧化速率的影响•pH值太高，则容易造成设备的堵塞和结垢，同时使得脱硫剂的利用率降低，脱硫产物的品位下降。•而pH值太低，则影响了脱硫效率。•所以必须选择合适的pH值，使得保证脱硫效率，同时保证脱硫剂的利用率和脱硫产物的品位。5、钙硫比•脱硫塔内脱硫剂所含钙的摩尔数与烟气中所含二氧化硫摩尔数的比例。相同脱硫率条件下，Ca/S越小，吸收剂的用量少，但电耗会增加•高的Ca/S会引起吸收剂过饱和凝聚,最终使反应的表面减少,钙的利用率下降,不仅浪费了吸收剂,而且影响脱硫效率。•石灰石湿法脱硫工艺的Ca/S一般控制在1.02~1.05。6、浆液循环量的影响。增加了浆液的循环量,提高L/G的同时,也就加大了CaCO3与SO2的接触反应时间,从而提高了SO2的去除率。但是,过高的浆液循环量将导致运行费用和初投资增加。•7、浆液停留时间的影响。•(1)吸收塔停留时间,是指液体与烟气在吸收塔中的接触时间。•(2)浆液在反应罐内停留时间(τc),又称固体物停留时间,是指CaSO4·2H2O在吸收塔浆液罐(或池)中沉淀、结晶的停留时间。•浆液在反应罐内停留时间长有助于石灰石浆液与SO2完全反应。但是,延长浆液在反应罐(或池)的停留时间,会导致反应罐的容积增大,氧化空气量和搅拌机容量增大,设备费用和运行成本增加。•8、吸收液过饱和度的影响•当超过某一饱和度后,石膏结晶会在悬浊液内已经存在的石膏晶体上生长。当相对饱和度达到某一更高值时,就会形成晶核,同时石膏晶体在其他物质表面上生长,导致吸收塔浆液池表面结垢。•9、石膏浆液密度密度过大，CaSO4·2H2O对SO2的吸收有抑制作用,脱硫率会有所下降;而石膏浆液密度过低时,将导致石膏中CaCO3含量增高,石膏品质降低,而且浪费了石灰石。因此运行中控制石膏浆液密度在一合适的范围内10、吸收塔内烟气流速的影响•指吸收塔内饱和烟气的表观平均速度提高吸收塔内烟气流速,增大了传质面积,提高脱硫效率。但是,烟气流速增大,则烟气在吸收塔内的停留时间减少,脱硫效率下降。因此,从脱硫效率的角度来讲,吸收塔内烟气流速有一最佳值,高于或低于此烟速,脱硫效率都会降低。11、入口烟气参数烟温FGD入口SO2浓度O2浓度飞灰烟温烟温高，脱硫效率降低烟温：烟温高，脱硫效率降低SO2浓度高,有利于其扩散,加快反应速度,使脱硫效率提高;但若浓度很高,则效率下降。O2浓度高,有利于亚硫酸根向硫酸根的转化,脱硫效率提高;但氧量太大,可能是漏风严重,导致烟气在吸收塔内的停留时间缩短,影响脱硫效率。飞灰量大,阻碍石灰石消溶,降低脱硫效率,降低副产品的品质,引起脱水系统的堵塞。成份符号作用氧化钙CaO有效成分，并非愈多越好，活性要好。氧化镁MgO有助脱硫，不利于结晶和脱水，偏无用成分。水份H2O结晶体，与反应无关。二氧化硅SiO2无用成分，越少越好。塔内及所有流通部位的磨蚀根源。三氧化二铁Fe2O3无用成分，越少越好。三氧化二铝Al2O3无用成分，越少越好。甚为坚硬，磨机功耗大增。其它惰性物无用成分，影响反应、增加磨蚀。石灰石来料品质对脱硫装置的影响12、石灰石品质•颗粒度石灰石粒径越小，其溶解速率快、溶解度越高、扩散性能越好，可以有效地加强SO2的吸收，降低吸收塔的液气比。石灰石颗粒粒径变粗还会导致大量石灰石颗粒在吸收塔底部的沉积，造成浆液循环泵叶轮、吸收塔浆液喷嘴等设备的磨损和堵塞。13、CI-含量HCl浓度CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2+H2O氯化钙却极易溶于水,所以Cl-的浓度相对较大,其腐蚀影响大得多。如果没有被及时排除,降低其浓度,将造成很大的腐蚀破坏。在脱硫系统中Cl-是引起金属腐蚀和应力腐蚀的重要原因。14、脱硫塔的类型及结构14、脱硫塔的类型及结构为了保证较高的脱硫效率,同时防止结垢和堵塞,要求脱硫塔具有持液量大,气液间相对速度高,较大的气液接触面积,吸收区长,气液接触时间长,内部构件少,压降小等特点。15、脱硫装置的可利用率•指脱硫装置每年正常运行时间与发电机组每年总运行时间的百分比。A–B-C可用率=x100%AA：发电机组每年的总运行时间，hB:脱硫装置每年因脱硫系统故障导致的停运时间,hC:脱硫装置强迫降低出力等效停运时间