湿法脱硫技术介绍

2湿法脱硫技术介绍2.1脱硫方法简介目前，世界范围内的火电厂脱硫技术多种多样，达数百种之多。按脱硫工艺在燃烧过程中所处位置不同可分为：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫。燃烧前脱硫主要是洗煤、煤的气化和液化，洗煤仅能脱去煤中很少一部分硫，只可作为脱硫的一种辅助手段，煤气化和液化脱硫效果好，是解决煤炭作为今后能源的主要途径，但目前从经济角度看，还不能与天然气及石油竞争。燃烧中脱硫主要方式是循环流化床锅炉，循环流化床锅炉是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧技术，具有投资省、燃料适应性广等优点，是一种正在高速发展，并正在迅速得到商业推广的方法。但循环流化床燃烧技术在锅炉容量上受到限制，主要用于135MW以下机组。燃烧后脱硫即烟气脱硫，是目前唯一大规模商业应用的脱硫方式，烟气脱硫技术很多，主要有石灰石/石膏湿法、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙加尾部烟道增湿活化烟气脱硫工艺（芬兰Tempell和IVO公司的LIFAC）、海水烟气脱硫工艺、电子束照射加喷氨烟气脱硫工艺、气体悬浮吸收脱硫技术FLS—GSA）、ABB新型一体化烟气脱硫工艺（NID）、德国WULFF公司回流式烟气循环流化床（RCFB—FGD）脱硫技术等。2.2湿法脱硫工艺湿式石灰石／石膏法脱硫工业化装置已有四十余年的历史，经过多年不断改进发展与完善，目前已成为世界上技术最为成熟、应用最为广泛的脱硫工艺，在脱硫市场特别是大容量机组脱硫上占主导地位，约占电厂装机容量的85％。应用的单机容量已达1000MW。1湿法脱硫工艺特点优点：1）·技术成熟、可靠，国外应用广泛，国内也有运行经验。2）·脱硫效率高=95%。3）·适用于大容量机组。4）·吸收剂价廉易得。5）·系统运行稳定、煤种和机组负荷变化适应性广。6）·脱硫副产品石膏可以综合利用。缺点：1）·系统复杂、运行维护工作量大。2）·水消耗较大，存在废水处理问题。3）·系统投资较大、运行维护费用高、装置占地面积也相对较大。2反应原理该工艺的主要反应是在吸收塔中进行的，送入吸收塔的吸收剂—石灰石(石灰)浆液与经烟气再热器冷却后进入吸收塔的烟气接触混合，烟气中的二氧化硫(SO2)与吸收剂浆液中的碳酸钙(CaCO3)以及鼓入的空气中的氧气(O2)发生化学反应，生成二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)即石膏；脱硫后的烟气依次经过除雾器除去雾滴、烟气再热器加热升温后，经烟囱排入大气。该工艺的化学反应原理如下：吸收：SO2+H2O=H2SO3=H＋+HSO3－氧化：H＋+HSO3－+1/2O2=2H2O+SO42－结晶：CaCO3+2H＋=Ca2＋+H2O+CO2Ca2＋+SO42－+2H2O=CaSO4·2H2OpH值的控制对反应很重要，较高的pH值有利于吸收反应的发生，而较低的pH值有利于氧化和结晶反应的进行。3湿法脱硫工艺系统简介一套完整的湿法脱硫工艺系统通常包括：SO2吸收氧化系统即吸收塔系统、烟气系统、吸收剂制备系统、石膏脱水系统、废水处理系统。各系统关系如下：在整个脱硫系统中，吸收塔系统是核心，SO2的脱除，中间产物的氧化，以及副产物石膏浆的结晶全部在吸收塔中完成，其它系统则是为吸收塔系统提供服务，而且根据要求不同，其它系统或可以简化，或可以取消，如果取消石膏脱水系统，则变为石膏抛弃法，这时废水处理系统也相应取消，烟气系统的简化主要在于烟气再热器的取舍，而吸收剂制备系统的简化则是取消石灰石磨制设备（球磨机），直接购买石灰石粉进行配制浆液。3湿法脱硫工艺系统示例下面以2×300MW机组为例来介绍石灰石/石膏法脱硫装置系统。吸收塔采用喷淋塔。石灰石-右膏湿法烟气脱硫工艺流程图烟气脱硫（FGD）系统分为以下几个系统：吸收塔系统、烟气系统、石灰石输送系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、FGD辅助设备系统1吸收塔系统吸收塔系统每炉一套。采用的工艺是就地强制氧化湿法石灰石—石膏脱硫工艺。在吸收塔内，浆液中的碳酸钙与从烟气中捕获的二氧化硫发生化学反应，生成亚硫酸钙。脱硫并除尘后的净烟气经除雾器除去气流中夹带的雾滴及灰尘颗粒。向吸收塔内（在吸收塔的下半部，这部分所起到的是吸收塔反应塔的作用）收集的浆液中喷射空气，将亚硫酸钙就地氧化为硫酸钙（石膏）。为保持固体颗粒的悬浮，配有足够数量的搅拌器。石膏浆液排至石膏脱水系统。配有真空皮带过滤机，以使石膏的品质满足工业应用的要求。真空皮带过滤机中滤出的滤液经收集后在FGD系统中循环使用。一部分滤液被送至FGD废水处理系统，作为从FGD系统清除氯化物的排放水。吸收塔喷淋层吸收塔除雾器2吸收塔结构特点吸收塔每炉一塔。FGD系统所采用的吸收塔是带就地强制氧化的极为简单的喷淋塔。吸收塔的设计确保达到最佳的设计参数，这些设计参数如pH值、L/G、Ca/S、氧化空气流量、悬浮物含量等。喷淋组件之间的距离是根据所喷液滴的有效喷射轨迹及滞留时间而确定的，液滴在此处与烟气接触，SO2通过液滴的表面被吸收。进气口连接喷嘴的底部配置是精心设计的，以保持朝向吸收塔有足够的向下倾斜坡度，进口配有一个进口档板以阻止喷淋的液滴进入烟气进口的连接烟道。吸收塔内的氯化物浓度不超过20,000ppm。吸收塔内基本构件的材质为含钼百分之六的优质不锈钢。这一系统在吸收系统的各种工况下具有极佳的防腐及防蚀性能。吸收塔进口的干—湿区采用ASTMUNSN10276或等同材质。吸收塔反应塔尺寸的确定能提供足够的停留时间完成亚硫酸钙向硫酸钙的氧化、石膏结晶及液体的脱硫。在这些因素中，最关键的是液体脱硫时间的要求。3吸收塔再循环系统吸收塔再循环系统包括泵、管道系统、喷淋组件及喷嘴,在浆液及所需净化的烟气之间提供密切的接触。这一系统的设计要求是有足够和必要的液/气比（L/G）以可靠地实现所要求的SO2脱除性能且在吸收塔的内表面不产生结垢。每层喷淋组件都配有一台与喷淋组件上升管道系统相连接的吸收塔再循环泵。该系统包括管道布置，是经过精心设计的以避免浆液累积及/或腐蚀问题。因为能根据每台锅炉负荷选择最适合/经济的泵运行模式，该再循环泵系统能大大节省电耗。喷淋组件及喷嘴的布置设计成均匀覆盖吸收塔的横截面。一个喷淋组件是由带每个喷淋嘴连接支管的母管组成的。喷淋嘴的布置设计成有足够的重叠以确保吸收塔横截面的完全覆盖。使用由碳化硅制成的喷淋嘴取得极佳的长期无腐蚀、无磨蚀、无石膏结垢及堵塞等问题。这样就要求再循环泵系统具有与装置寿命相等同的使用寿命且无磨损问题。4除雾器每台吸收塔设两级除雾器，位于吸收塔顶部最后一个喷淋组件的下游。配有除雾器清洗管道系统及与除雾器相关的喷淋嘴。5氧化空气系统氧化空气系统每塔一套，氧化空气被注入由吸收塔搅拌器所产生的被搅拌液流上。注入的空气裂为细小的气泡并在液体中充分散开。6湿法脱硫系统的主要特点:1）吸收剂:石灰石或石灰,价廉。2）反应产物:石膏(二水硫酸钙),可作建材使用。3）石膏品质:90%左右纯度。4）脱硫效率:高,可达95%以上。5）对煤种适用性:无限制,可用于高中低含硫煤种。6）机组适用性:无限制,尤其适用大机组。7）利用率:大于95%。8）电耗:1.2-1.6%。9）钙硫比Ca/S:≤1.03。1.0510）水耗及废水量:与烟气与工艺水等参数有关。11）占地面积:取决于现场条件。12）市场占有率:国内市场80%,国际市场85%。7烟气系统1）烟气系统每塔一套。来自锅炉的烟气在布袋除尘器后由两（2）台引风机（IDF）引出。在正常运行时，旁路挡板门应关闭。每个旁路挡板门配密封风机。2）被吸入的烟气进入吸收塔中，除去烟气中的二氧化硫、飞灰及其他污染物。从吸收塔流出的经处理的烟气经烟囱排放到大气中。3）在故障情况下，开启烟气旁路挡板门，烟气通过旁路绕过FGD系统直接排到烟囱。8石灰石输送系统1）石灰石输送系统两炉共用一套.2）石灰石由卡车（30吨/辆）运到电厂，直接倒入卸料斗。卸料斗全厂共用一个，容积90吨。3）配置一套完整的卸料和转移输送机，将石灰石从卸料斗输送到石灰石贮仓。输送装置上配有用于分离大块石灰石、杂物和金属的分离器。石灰石贮仓全厂共用一个，包括配有闸板门、仓顶除尘器，除尘器的压差控制和吹扫程序等。9石灰石浆液制备系统石灰石浆液制备系统两塔共用一套，1个石灰石浆液箱（池）、3台石灰石浆液给料泵（2运1备）。由星型给料装置按需求量把石灰石粉从石灰石储仓送至浆液箱。FGD工艺水或滤液将按与送入石灰石粉成定比的量加入浆液箱搅拌。石灰石浆液由石灰石浆液泵从石灰石浆液箱泵入两（2）台吸收塔。10石膏脱水系统1）石膏脱水系统两塔共用一套，包括旋流器（包括石膏水力旋流器2套、废水水力旋流器3套）、滤液池、滤液水泵、石膏脱水系统内工艺泵、2台真空皮带脱水机(每台真空皮带脱水机出力为2台锅炉BMCR工况产生石膏量的75％)及其辅助设备。2）石膏浆液由每台石膏排出泵输送至初级脱水系统。第一级脱水系统包括石膏水力旋流站和废水旋流站。石膏水力旋流器溢流至废水旋流站，底流将通往第二级脱水系统。第二级脱水系统包括两（2）台真空带式过滤器，位于第一级水力旋流站的下方。脱水后，石膏饼将由输送装置送至石膏贮仓。从真空带式过滤器滤出的滤液将流至滤液箱，回到FGD系统中使用。滤液由滤液泵抽吸至吸收塔反应塔或石灰石浆液制备系统再次使用。废水旋流器的溢流将流至沉灰池内。废水旋流器的底流回到吸收塔或滤液箱。2.4FGD辅助设备系统1FGD补给水系统FGD补给水系统由电厂工业水系统供应。泵的出力大小将考虑一套石灰石浆液制备系统及石膏脱水系统的连续的FGD补给水用水量、间断的FGD补给水用水量及FGD补给水用水量的增量。用于FGD补给水的所有水泵都位于工艺水箱附近。3压缩空气系统6工业水系统4.1常用湿法脱硫技术流派介绍1湿法脱硫技术分类尽管世界上的湿法脱硫技术多种多样，但是原理上都是大同小异，差别主要体现在吸收塔各有特点，而其它系统如烟气系统、吸收剂制备系统、石膏脱水系统、废水处理系统几乎没有差别。湿法脱硫技术可以按吸收塔的不同进行分类的，大致可分为以下几类：单回路喷淋塔、双回路喷淋塔、比晓夫吸收塔、液注塔、鼓泡塔、填料塔等。1)单回路喷淋塔单回路喷淋塔是目前世界上使用最广泛的吸收塔，约80％以上的湿法脱硫使用单回路喷淋塔，世界上大多数拥有湿法脱硫技术的专业公司都使用这种吸收塔，主要公司为ALSTOM、IHI、HITACHI、B&W、SteinmÜller、AE、ABB、GE、MASULEX等。单回路喷淋塔一般是圆柱形塔，塔下部为浆液池，氧化区位于浆液池下部，浆液池上方、塔的中下部是烟气入口区，在塔的上部是喷淋层，喷淋层和烟气入口之间、塔的中部为吸收区，喷淋层上方、靠近塔的顶部是除雾器，塔顶的烟气出口一般为侧向。单回路喷淋塔结构简洁、构造合理，塔中没有填料或格栅，减少了结垢、堵塞现象，也是所有吸收塔中最经济的吸收塔。2)双回路喷淋塔双回路喷淋塔是美国Research-Cottrell公司和德国诺尔－克尔兹公司的专利技术。塔的结构和单回路喷淋塔相似，不同的是在吸收塔中循环回路分为下循环和上循环两个回路，采用双循环回路运行。下循环回路pH值低，有利于氧化反应及石膏生成，上循环回路pH值高，有利于吸收反应进行，可以得到较高的脱硫效率。由于采用双循环回路，使两个回路中的反应在不同的pH值环境下进行，有利于提高SO2的脱除效率，也有利于减少吸收剂消耗。该工艺的另一个显著特点是由于烟气中的HCl几乎在下循环回路完全去除，这样可以将具有腐蚀性的氯化物限制在吸收塔的很小一块区域内，减小了对吸收塔其它区域的腐蚀。3)比晓夫吸收塔比晓夫吸收塔其实也是一种单回路喷淋塔，之所以把它单独列为一个类别，是因为它比较独特，和常规单回路喷淋塔有较大的不同。其主要特点是它把浆液池分为上下两个区，上部氧化区在低pH值环境下运行，提供了最好的氧化条件，下部为新加入的吸收剂区，pH值较高，有利于吸收反应。比晓夫吸收塔具有双回路喷淋塔分为不同pH值区域的优点，但是其塔的结构比双回路喷淋塔简单，只需一个回路。比晓夫吸收塔另外一个特点是它的脉冲悬浮系统，不需要搅拌器，浆液的搅拌靠脉冲泵，