石灰石-石膏法烟气脱硫—湿法系统设计讲义剖析

石灰石-石膏法烟气脱硫湿法系统设计讲义目录1.概述........................................................12.典型的系统构成...............................................13反应原理.....................................................24系统描述.....................................................55.FGD系统设计条件的确认.......................错误!未定义书签。6.物料平衡计算、热平衡计算.....................错误!未定义书签。7.设备选型计算.................................错误!未定义书签。7.1设备选型依据...........................错误!未定义书签。7.2增压风机...............................错误!未定义书签。7.3GGH(略)...............................错误!未定义书签。7.4吸收塔................................错误!未定义书签。7.5除雾器.................................错误!未定义书签。7.6吸收塔浆液循环泵......................错误!未定义书签。7.7氧化风机...............................错误!未定义书签。7.8石灰石卸料装置.........................错误!未定义书签。7.9湿式球磨机.............................错误!未定义书签。7.10真空皮带脱水机........................错误!未定义书签。7.11石膏输送皮带..........................错误!未定义书签。7.12空气压缩机............................错误!未定义书签。7.13箱,坑................................错误!未定义书签。7.14泵....................................错误!未定义书签。7.15搅拌器................................错误!未定义书签。8.脱硫岛平面布置一般要求.......................错误!未定义书签。9.浆液管道布置要求.............................错误!未定义书签。10.脱硫装置常见故障及原因（案例分析）..........错误!未定义书签。1.概述石灰石-石膏法烟气脱硫技术已经有几十年的发展历史,技术成熟可靠,适用范围广泛,据有关资料介绍,该工艺市场占有率已经达到85%以上。由于反应原理大同小异，本培训教材总结了一些通用的规律和设计准则，基本适用于目前市场上常用的各种石灰石-石膏法烟气脱硫技术，包括喷淋塔、鼓泡塔、液柱塔等。2.典型的系统构成典型的石灰石/石灰－石膏湿法烟气脱硫工艺流程如图2-1所示，实际运用的脱硫装置的范围根据工程具体情况有所差异。图2-1ＭGGH烟囱废水旋流器石膏旋流器真空皮带脱水机除雾器进口挡板旁路挡板出口挡板滤液水箱废水排放废水排出泵滤液泵吸収塔吸收塔排出泵吸收塔循环泵石灰石浆液泵石灰石浆液箱氧化风机增压风机锅炉排烟石灰石筒仓石灰石副产品石膏副产品深加工工序最终产品典型的工艺流程Ｍ工业用水脱硫系统（石灰石－石膏法）3反应原理3.1吸收原理吸收液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。这些液滴与塔内烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，烟气中的SO2、SO3及HCl、HF被吸收。SO2吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终形成石膏。为了维持吸收液恒定的pH值并减少石灰石耗量，石灰石被连续加入吸收塔，同时吸收塔内的吸收剂浆液被搅拌机、氧化空气和吸收塔循环泵不停地搅动，以加快石灰石在浆液中的均布和溶解。3.2化学过程强制氧化系统的化学过程描述如下：（1）吸收反应烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触,循环浆液吸收大部分SO2，反应如下：SO2＋H2O→H2SO3（溶解）H2SO3⇋H＋＋HSO3－（电离）吸收反应的机理：吸收反应是传质和吸收的的过程，水吸收SO2属于中等溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受气相传质阻力和液相传质阻力的控制，吸收速率＝吸收推动力/吸收系数（传质阻力为吸收系数的倒数）强化吸收反应的措施：a)提高SO2在气相中的分压力（浓度），提高气相传质动力。b)采用逆流传质，增加吸收区平均传质动力。c)增加气相与液相的流速，高的Re数改变了气膜和液膜的界面，从而引起强烈的传质。d)强化氧化，加快已溶解SO2的电离和氧化，当亚硫酸被氧化以后,它的浓度就会降低,会促进了SO2的吸收。e)提高PH值，减少电离的逆向过程，增加液相吸收推动力。f)在总的吸收系数一定的情况下，增加气液接触面积，延长接触时间，如：增大液气比，减小液滴粒径，调整喷淋层间距等。g)保持均匀的流场分布和喷淋密度，提高气液接触的有效性。（2）氧化反应一部分HSO3－在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO3－在反应池中被氧化空气完全氧化，反应如下：HSO3－＋1/2O2→HSO4－HSO4－⇋H＋＋SO42－氧化反应的机理：氧化反应的机理基本同吸收反应，不同的是氧化反应是液相连续，气相离散。水吸收O2属于难溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受液膜传质阻力的控制。强化氧化反应的措施：a)降低PH值，增加氧气的溶解度b)增加氧化空气的过量系数，增加氧浓度c)改善氧气的分布均匀性，减小气泡平均粒径，增加气液接触面积。（3）中和反应吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的浆液在吸收塔内再循环。中和反应如下：Ca2＋＋CO32－＋2H＋＋SO42－＋H2O→CaSO4·2H2O＋CO2↑2H＋＋CO32－→H2O＋CO2↑中和反应的机理：中和反应伴随着石灰石的溶解和中和反应及结晶，由于石灰石较为难溶，因此本环节的关键是，如何增加石灰石的溶解度，反应生成的石膏如何尽快结晶，以降低石膏过饱和度。中和反应本身并不困难。强化中和反应的措施：a)提高石灰石的活性，选用纯度高的石灰石，减少杂质。b)细化石灰石粒径，提高溶解速率。c)降低PH值，增加石灰石溶解度，提高石灰石的利用率。d)增加石灰石在浆池中的停留时间。e)增加石膏浆液的固体浓度，增加结晶附着面，控制石膏的相对饱和度。f)提高氧气在浆液中的溶解度，排挤溶解在液相中的CO2，强化中和反应。（4）其他副反应烟气中的其他污染物如SO3、Cl、F和尘都被循环浆液吸收和捕集。SO3、HCl和HF与悬浮液中的石灰石按以下反应式发生反应：SO3＋H2O→2H＋＋SO42－CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2+H2OCaCO3+2HF==CaF2+CO2+H2O副反应对脱硫反应的影响及注意事项：脱硫反应是一个比较复杂的反应过程，其中一些副反应，有些有利于反应的进程，有些会阻碍反应的发生，下列反应应当在设计中予以重视：a)Mg的反应浆池中的Mg元素，主要来自于石灰石中的杂质，当石灰石中可溶性Mg含量较高时（以MgCO3形式存在），由于MgCO3活性高于CaCO3会优先参与反应，对反应的进行是有利的，但过多时，会导致浆液中生成大量的可溶性的MgSO3，它过多的存在，使的溶液里SO32-浓度增加,导致SO2吸收化学反应推动力的减小，而导致SO2吸收的恶化。另一方面，吸收塔浆液中Mg＋浓度增加，会导致浆液中的MgSO4(L)的含量增加，既浆液中的SO42-增加，会对导致吸收塔中的悬浮液的氧化困难，从而需要大幅度增加氧化空气量，氧化反应原理如下：HSO3－＋1/2O2→HSO4－（1）HSO4－⇋H＋＋SO42－（2）因为（2）式的反应为可逆反应，从化学反应动力学的角度来看，如果SO42-的浓度太高的话，不利于反应向右进行。因此喷淋塔一般会控制Mg＋离子的浓度，当高于5000ppm时，需要通过排出更多的废水，此时控制准则不再是CL－小于20000ppmb)AL的反应AL主要来源于烟气中的飞灰，可溶解的AL在F离子浓度达到一定条件下，会形成氟化铝络合物（胶状絮凝物），包裹在石灰石颗粒表面，形成石灰石溶解闭塞，严重时会导致反应严重恶化的重大事故。c)Cl的反应在一个封闭系统或接近封闭系统的状态下，FGD工艺的运行会把吸收液从烟气中吸收溶解的氯化物增加到非常高的浓度。这些溶解的氯化物会产生高浓度的溶解钙,主要是氯化钙,如果高浓度的溶解的钙离子存在FGD系统中,就会使溶解的石灰石减少,这是由于”共同离子作用”而造成的,在”共同离子作用”下,来自氯化钙的溶解钙就会妨碍石灰石中碳酸钙的溶解。控制CL离子的浓度在12000－20000ppm是保证反应正常进行的重要因素。4系统描述4.1FGD系统构成烟气脱硫（FGD）装置采用高效的石灰石/石膏湿法工艺，整套系统由以下子系统组成：（1）SO2吸收系统（2）烟气系统（3）石灰石浆液制备系统（4）石膏脱水系统（5）供水和排放系统（6）废水处理系统（7）压缩空气系统4.2SO2吸收系统烟气由进气口进入吸收塔的吸收区，在上升过程中与石灰石浆液逆流接触，烟气中所含的污染气体绝大部分因此被清洗入浆液，与浆液中的悬浮石灰石微粒发生化学反应而被脱除，处理后的净烟气经过除雾器除去水滴后进入烟道。吸收塔塔体材料为碳钢内衬玻璃鳞片。吸收塔烟气入口段为耐腐蚀、耐高温合金。吸收塔内烟气上升流速为3.2-4m/s。塔内配有喷淋层，每组喷淋层由带连接支管的母管制浆液分布管道和喷嘴组成。喷淋组件及喷嘴的布置设计成均匀覆盖吸收塔上流区的横截面。喷淋系统采用单元制设计，每个喷淋层配一台与之相连接的吸收塔浆液循环泵。每台吸收塔配多台浆液循环泵。运行的浆液循环泵数量根据锅炉负荷的变化和对吸收浆液流量的要求来确定，在达到要求的吸收效率的前提下，可选择最经济的泵运行模式以节省能耗。吸收了SO2的再循环浆液落入吸收塔反应池。吸收塔反应池装有多台搅拌机。氧化风机将氧化空气鼓入反应池。氧化空气分布系统采用喷管式，氧化空气被分布管注入到搅拌机桨叶的压力侧，被搅拌机产生的压力和剪切力分散为细小的气泡并均布于浆液中。一部分HSO3－在吸收塔喷淋区被烟气中的氧气氧化，其余部分的HSO3－在反应池中被氧化空气完全氧化。吸收剂（石灰石）浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的浆液在吸收塔内循环。吸收塔排放泵连续地把吸收浆液从吸收塔送到石膏脱水系统。通过排浆控制阀控制排出浆液流量，维持循环浆液浓度在大约8－25wt％。脱硫后的烟气通过除雾器来减少携带的水滴，除雾器出口的水滴携带量不大于75mg/Nm3。两级除雾器采用传统的顶置式布置在吸收塔顶部或塔外部，除雾器由聚丙烯材料制作，型式为z型，两级除雾器均用工艺水冲洗。冲洗过程通过程序控制自动完成。吸收塔入口烟道侧板和底板装有工艺水冲洗系统，冲洗自动周期进行。冲洗的目的是为了避免喷嘴喷出的石膏浆液带入入口烟道后干燥粘结。在吸收塔入口烟道装有事故冷却系统，事故冷却水由工艺水泵提供。当吸收塔入口烟道由于吸收塔上游设备意外事故造成温度过高而旁路挡板未及时打开或所有的吸收塔循环泵切除时本系统启动。4.3烟气系统从锅炉来的热烟气经增压风机增压后进入烟气换热器(GGH)降温侧，经GGH冷却后，烟气进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度，烟气中的SO2被石灰石浆液吸收。除去SOX及其它污染物的烟气经GGH加热至80℃以上，通过烟囱排放。GGH是利用热烟气所带的热量加热吸收塔出