湿法脱硫

3.1.1石灰石-石膏湿法脱硫工艺石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺[6]是当今世界各国应用最多和最成熟的湿法工艺,该工艺主要是采用廉价易得的石灰石或石灰作为脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。当采用石灰作为吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆液。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被吸收脱除,最终产物为石膏。脱硫后的烟气依次经过除雾器除去雾滴,加热器加热升温后,由增压风机经烟囱排放,脱硫渣石膏可以综合利用。石灰石（石灰）/石膏湿法脱硫主要特点如下：（1）脱硫效率高；（2）引进早，技术成熟，可靠性高；（3）对煤种变化的适应性强；（4）系统复杂，占地面积较大，一次性建设投资相对较大；（5）吸收剂资源丰富，价格便宜；(6)脱硫副产物便于综合利用；(7)后期处理复杂，二次污染严重；(8)脱硫系统无法快速响应锅炉负荷的变化运行；(9)粉尘排放浓度较难满足要求；(10)整个系统物料处于浆状，制浆、喷淋系统易结垢、堵塞，工艺复杂，系统管理、维护费用较高。3.2脱硫工艺比较表3-1脱硫工艺比较特性炉内喷钙喷雾干燥LIFACCFBSO2脱除率（%）35～50%85～90%75～85%90%以上使用的吸收剂石灰、石灰石石灰石灰石粉石灰/石灰石脱硫副产品的处灰场堆放、土地回灰场堆放、土地回灰场堆放、土地回灰场堆放、土地回置与利用埋埋埋埋对电厂现有设备的影响由于灰量增加，除尘器效率应提高，对烟气压降影响最小烟道中可能有积灰，烟气压降增加烟气性质变化对除尘器有影响，烟道中可能有灰，烟气压降增加烟气性质变化对除尘器有影响，烟道中可能有积灰，锅炉水冷壁空预器积灰增加。对电厂的发电机组和设备运行的影响锅炉水冷壁管有结焦的可能，空预器堵塞，粉尘排放增加，电耗增加很少，无废水排放，飞灰综合利用困难电耗有中等程度增加，耗水量有中等程度增加，脱硫灰综合利用待开发电耗有中等程度增加，耗水量有中等程度增加，脱硫灰综合利用待开发电耗有中等程度增加，耗水量有中等程度增加，脱硫灰综合利用待开发运行经验已有商业化运行，供应厂商不多已有成熟的商业运行经验，有几个供应商可供货已投入商业化运行，仅有一家供应商供货已投入商业化运行，有几个供应商供货费用约为机组投资3%，运行费用高约占机组总投资8%约占机组总投资5%约占机组总投资6%3.3脱硫工艺的确定根据以上的分析，并结合云南滇东电厂的实际情况，该电厂机组容量较大（4×600MW），并是新建工程项目，对烟气除尘和脱硫要求较高，均要求达到95%以上。炉内喷钙适用于300MW以上的电厂，故不适用于云南滇东电厂；喷雾干燥法脱硫工艺脱硫效率较低，系统机械传动部件较多，而故障率较高，占地面积大，且到目前为止尚无用于600MW机组脱硫的先例，也不适用于云南滇东电厂；而湿式石灰石—石膏法脱硫技术具有工艺最为成熟、运行可靠性最高、吸收剂资源广泛、成本低廉、反应速度快、设备简单、脱硫效率高、钙利用率高、其废渣可抛弃也可作为石膏回收、对高硫煤脱硫率可达90%以上、对低硫煤脱硫率可达95%以上、适用煤种及机组范围广﹑运行稳定、适合水源较充足地区及大型燃煤电站安装使用等优点，该工艺最大的优势在于国产化水平高，这对降低工程成本和运行费用非常的重要，而且已经在600MW机组得到商业运行。当燃煤含硫量大于1％，钙硫比等于1时，脱硫率可达98％以上，排烟温度在55℃左右，经过GGH加热后，能够满足本工程的要求。综上所述，石灰石-石膏湿法烟气脱硫在该自备电厂新建脱硫项目中体现了较为明显的优势，比其他脱硫工艺更加适合该电厂的具体情况。因此，该方案采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺进行该电厂4×600MW工程的新建脱硫装置。3.4本设计采用的脱硫系统脱硫系统工艺采用石灰石/石膏湿法脱硫工艺，系统主要由:烟气系统、吸收氧化系统、浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统等组成。其基本工艺流程为:锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、GGH降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循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S02、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(CaSO4·2H2O)，并通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。浆液池底部进行搅拌，防止浆液中的固体成分沉积结垢。经过净化处理的烟气流经吸收塔顶部的两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。3.5石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺系统3.5.1烟气系统锅炉出来的烟气经过电气除尘器除尘后，依次经过引风机和增压风机增压后进入气气换热器（GGH）的冷却侧降温，然后进入吸收塔系统除去SO2，再经过气气换热器（GGH）的加热侧升温后，通过烟囱排入大气[8]。烟道设有旁路系统。进出口挡板门为双挡板型式，在脱硫系统运行时打开。旁路挡板门也为双挡板型式，在吸收塔系统运行时关闭。当吸收塔系统停运、事故或维修时，入口挡板和出口挡板关闭，旁路挡板全开，烟气通过旁路烟道经烟囱排放。3.5.2SO2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。吸收塔内烟气上升流速为2.5～5m/s并配有喷淋层，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[23]。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。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，型式为折流板型，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。3.5.3石灰石浆液制备系统浆液制备通常分湿磨制浆与干粉制浆两种方式。不同的制浆方式所对应的设备也各不相同。至少包括以下主要设备：磨机（湿磨时用）、粉仓（干粉制浆时用）、浆液箱、搅拌器、浆液输送泵。每个系统设置一个石灰石浆液箱，每塔设置2台石灰石浆液供浆泵。吸收塔配有一条石灰石浆液输送管，石灰石浆液通过管道输送到吸收塔。每条输送管上分支出一条再循环管回到石灰石浆液箱，以防止浆液在管道内沉淀。3.5.4石膏脱水系统石膏脱水系统包括水力旋流器和真空皮带脱水机等关键设备。石膏旋流站底流浆液由真空皮带脱水机脱水到含90％固形物和10％水分，脱水石膏经冲洗降低其中的Cl－浓度。滤液进入滤液水回收箱。脱水后的石膏经由石膏输送皮带送入石膏库房堆放，后由螺旋卸料装置卸至汽车运输。3.5.5供水和排放系统1.供水系统从电厂供水系统引接至脱硫岛的水源，提供脱硫岛工业和工艺水的需要。工业水主要用户为：除雾器冲洗水及真空泵密封水。冷却水冷却设备后排至吸收塔排水坑回收利用。工艺水主要用户为：①石灰石浆液制备用水；②烟气换热器的冲洗水；③所有浆液输送设备、输送管路、贮存箱的冲洗水。2.排放系统FGD岛内设置一个公用的事故浆液箱，事故浆液箱的容量应该满足单个吸收塔检修排空时和其他浆液排空的要求，并作为吸收塔重新启动时的石膏晶种。吸收塔浆池检修需要排空时，吸收塔的石膏浆液输送至事故浆液箱最终可作为下次FGD启动时的晶种。事故浆液箱设浆液返回泵（将浆液送回吸收塔）1台。FGD装置的浆液管道和浆液泵等，在停运时需要进行冲洗，其冲洗水就近收集在各个区域设置的集水坑内，然后用泵送至事故浆液箱或吸收塔浆池。5.3.2吸收塔尺寸设计计算1.吸收塔塔径吸收塔截面积A=Q=360032160000=200m3吸收塔塔径:D=A4=14.32004=15.9m,取16m2.吸收浆液量工程设计中吸收区的高度一般是指烟气进口水平中心线到喷淋层中心线的距离，该高度按照烟速和停留时间确定。原烟气与吸收液中吸收塔内反应时间2～5s，取5s，吸收区高度为：h=t=35=15m液气比与脱硫效率有关，一般在8～25L/m3,取20L/m3，所需的吸收浆液量为：V=2160000×20=43200000L/h=43200m3/h3.氧化槽吸收液在氧化槽内停留时间一般为4～7min,取4min,则氧化槽容积为：V=43200×4/60=2880m3设计氧化槽直径为D=20m，氧化槽高H=V42D=42014.328802=9.17m，圆整后H=10m4.喷淋层设计中喷嘴选择螺旋喷嘴，喷嘴流量一般为30～80m3/h,设计每个喷嘴流量为54m3/h，则所需喷嘴个数为：n=43200/54=800个本设计采用螺旋喷嘴，各层喷嘴之间上下空间上错开布置。根据喷嘴的设置要保证浆液的重叠覆盖率至少达到170%~250%，即喷嘴顶端下0.9米处的锥形喷雾覆盖面积乘以每层的喷嘴数应能覆盖170%~250%的吸收塔截面积。根据所选的喷头数量，在塔内均匀布置，用喷洒角90°的喷头，层间高差为1.7米时，其喷洒覆盖率按直径为1.8米布满塔的圆面积。喷淋塔一般选用2~6个喷淋层，每平方米安装0.7～1个喷嘴，设计每平方米一个，每层需安装个数为150个，则吸收塔内喷淋层数为：n’=800/150=4.99层，圆整后取5层喷淋层的层间距一般为为0.8~2米，本设计中喷淋层的层间高差根据国外离心式喷雾喷头经验，按1.7米设计。则喷淋层高度为h4=5×1.7=8.5m5.氧化系统根据经验，当烟气中含氧量为6%以上时(本设计的含氧量为5.93%，与6%极为接近)，在吸收塔喷淋区域的氧化率为50~60%,本设计取50%。采用枪式氧化分布技术，在浆液池中氧化空气利用率为25%~30%，因此，浆液池中需要的理论氧气量为（喷淋区氧化率取50%，浆液池中空气利用率取30%）：根据化学反应方程，氧化1摩尔二氧化硫需用0.5摩尔氧气。氧化空气量的计算[29]：21.025.022OssoKgQCV式中：2soC—进入FGD系统入口的SO2含量（干标），mg/Nm3；Q—进入吸收塔入口的烟气量，Nm3/h；s—脱硫效率，%；2O—氧气的密度，1.429Kg/m3。可知，吸收1KgSO2并生成石膏，理论需氧量为0.25Kg，则实际需理论空气量为：5.406321.0429.125.096.021600002377VNm3/h而实际氧化空气的利用率为25%～30%，实际所需的氧化空气量为：4063.5/（25%～30%）=1015.9～1219.1Nm3/h5.3.3吸收塔附属设备的选型1.除雾器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。本设计中除雾器垂直布置在吸收塔内部顶端，除雾器形式选择则流板除雾器。折流板除雾器具有结构简单，对中等尺寸和大尺寸液滴的捕捉率高，压降比较低，易于冲洗，具有敞开式结构便于维修和费用较低等优点，最适合湿法FGD系统除去烟气中的水雾。除雾器由阻燃聚丙烯材料制成。为防止设备停用后喷嘴堵塞，除雾器装设有工艺水冲洗系统。本设计中，吸收塔设两级除雾器，第一级除雾器接触的烟气含液体量较多，板片上有较多的浆液要冲除，因此第一级板距稍宽些30～75mm。第二级除雾器为了尽可能多地去除雾滴，提高除雾效率，板距通常较窄20～30mm。两级除雾器间距为1.5m，第一级除雾器与吸收塔最上层喷淋母管间的距离为2m，第二级除雾器背面至吸收塔或烟道截面开始变窄处距离为1m。2.除雾器冲洗系统除雾器冲洗系统的作用是定期冲洗掉除雾器板片上捕集的浆体、固体沉积物，保持板片清洁、湿润，防止叶片结构和堵塞流道。第一级除雾器设计上下两层冲洗水，第二级除雾器只