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1、燃煤电厂石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术=培训教材中电投远达环保工程有限公司二一年十月目 录第一部分 绪论2第一节 我国二氧化硫的排放现状2第二节 我国二氧化硫的污染状况3第三节 二氧化硫控制的政策法规6第二部分 石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统与主要设备8第一节 石灰石石膏湿法脱硫技术简述8第二节 石灰石-石膏湿法脱硫技术的主要化学反应9第三节 湿法烟气脱硫工艺流程及主要设备11第三部分 脱硫装置的运行23第一节 脱硫装置的启动与停运23第二节 脱硫装置的运行维护25第三节 脱硫装置常见故障30第一部分 绪论第一节 我国二氧化硫的排放现状一、二氧化硫的来源二氧化硫主要来源于含硫化石燃料如煤和重油的燃
2、烧，其中煤约占全世界与能源有关的二氧化硫排放总量的80%，剩余的20%来自石油，它们所占的比例因各国能源结构而异。城市环境空气中的二氧化硫主要来自火力发电厂、工业锅炉、金属冶炼厂、造纸厂、生活取暖、炊事、垃圾焚烧及柴油机动车的排放等。我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭一直占我国能源的生产和消耗的70%以上，而且在已探明的一次能源储备中，煤炭仍是主要能源。2002年，在我国的一次能源生产和消费中，煤炭分别占总量的70.7%、66.1%，石油分别占总量的17.2%、23.4%，天然气分别占3.2%、2.7%，水电和核电分别占8.9%、7.8%。2004年6月30日，我国能源中长期发展规划纲要（
3、20042020年）（草案）提出了“以煤炭为主体，电力为中心，油气和新能源全面发展”的战略，据此预测，到2050年，煤在一次能源中所占比例仍在50%以上。因此，我国能源结构的特点决定了二氧化硫主要来自于燃煤排放。二、我国二氧化硫的排放现状最近十多年来，我国二氧化硫排放总体呈逐步增长态势。1995年，我国二氧化硫排放量达到2370万t，首次超过欧洲和美国，成为世界二氧化硫排放第一大国。其后，得益于一系列控制减排措施，二氧化硫排放量曾一度得到控制。但随着近年来电力的高速发展，二氧化硫排放量又开始上升，并且自2005年起，我国连续多年二氧化硫的排放总量位于世界第一，且于2006年达到了创纪录的258
4、8.8万t，2007年二氧化硫排放量同比有所减少，但仍处高位。图1-1示出了近十几年我国二氧化硫排放量的情况。图1-1 近些年我国SO2排放量的情况第二节 我国二氧化硫的污染状况大量的环境监测资料表明，由于大气层中的酸性物质增加，地球大部分地区上空的云水正在变酸，如不加控制，酸雨区的面积将继续扩大，给人类带来的危害也将与日俱增。现已确认，大气中的二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物质。大气中的二氧化硫和二氧化氮主要来源于煤和石油的燃烧。据统计，全球每年排放进大气的二氧化硫约1亿t，二氧化氮约5000万t，所以，酸雨主要是人类生产活动和生活造成的。美国测定的酸雨成分中，硫酸占60%，硝酸占32%
5、，盐酸占6%，其余是碳酸和少量有机酸。而如前所述，中国的酸雨主要是硫酸型，大都是由于排放二氧化硫造成的。 目前，全球已形成三大酸雨区。我国覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区，面积达200多万平方公里的酸雨区是世界三大酸雨区之一。世界上另两个酸雨区是以德、法、英等国为中心，波及大半个欧洲的北欧酸雨区和包括美国和加拿大在内的北美酸雨区。我国酸雨区面积扩大之快、降水酸化率之高，在世界上是罕见的。“八五”期间，酸雨污染区己由西南等少数地区扩展到长江以南、青藏高原以东的大部分地区及四川盆地，1995年，年均降水pH值小于5.6的区域已占到国土面积的40%左右，硫
6、沉降量超临界负荷的面积为210万km2，占国土面积的21.9%。1998年我国酸雨区由南向北迅速扩大，已超过国土面积的40%。当前我国酸雨和二氧化硫的污染状况主要有以下特点：一、酸雨污染不断加重酸雨监测结果表明，二十世纪九十年代全国降水酸度总体上保持稳定状态，2000年以后降水酸度呈现出总体升高的趋势，到2005年，降水中的硫酸根和硝酸根的平均浓度分别升高12%和40%。我国酸雨区主要分布在长江以南，青藏高原以东，包括浙江、江西、福建、湖南、贵州、重庆等省市的大部分地区，以及广东、广西、四川、湖北、安徽、江苏和上海等省市的部分地区，北方部分地区也开始出现酸性降水。重酸雨区的面积由2002年占国
7、土面积的4.9%增加到2005年的6.1%。图1-2 2006年全国酸雨发生频率区域分布图1.酸雨影响的城市比例在2006年524个参加监测统计的城市（县）中，283个城市（县）出现至少1次以上的酸雨，占54.0%。6个市（县）（浙江建德市、象山县、湖州市、安吉县、嵊泗县、重庆江津市）酸雨频率为100%。2006年全国酸雨发生频率区域分布图如图1-5所示。2.全国酸雨发生频率分布2006年，全国酸雨发生率在5%以上区域占国土面积的32.6%，酸雨发生率在25%以上区域占国土面积的15.4%（见图1-2）。3.全国酸雨区域分布2006年，全国酸雨分布区域主要集中在长江以南，四川、云南以东的区域。
8、主要包括浙江、江西、湖南、福建、贵州、重庆的大部分地区，以及长江、珠江三角洲地区（见图1-3）。图1-3 全国酸雨区域分布图4.各地区酸雨强度比较（1）降水pH值2006年，全国22个省份受到酸雨影响，其中浙江、湖南、江西、重庆、四川五省市70%以上的城市受到酸雨影响（见图1-4）。图1-4 各地区降水pH平均值25%的城市比例二、硫沉降量持续增加监测和研究结果表明，我国存在五个硫沉降强度高值区：以贵州为中心的西南区、以长三角为中心的华东区、以珠三角为中心的华南区、冀鲁豫地区和京津冀地区。硫沉降强度超过临界负荷的区域占全国陆地面积的20%以上，其中重庆贵州一带、长三角和珠三角地区的硫沉降强度严
9、重超临界负荷。三、以细颗粒物为主的其他污染问题日益突出二氧化硫和氮氧化物不仅造成酸雨污染，而且在长距离输送过程中经化学转化形成硫酸盐和硝酸盐粒子，从而引起区域范围的细颗粒物污染。研究表明，目前我国部分地区可吸入颗粒物中硫酸根和硝酸根离子的贡献达到15g/m3。细颗粒物不仅对人体健康造成危害，也导致了大气能见度降低。在一些大中型城市，大气中的氮氧化物污染还引起了臭氧浓度升高，产生光化学烟雾污染，北京、广州、深圳等城市的大气臭氧浓度时有超标。四、城市二氧化硫和氮氧化物污染形势严峻2005年，341个城市空气质量监测结果表明，22.6%的城市空气中二氧化硫年均浓度超过国家二级标准，6.5%的城市超过
10、国家三级标准，约1/3的城市人口生活在空气二氧化硫浓度超标的环境中。“十五”以来，113个大气污染防治重点城市空气中的二氧化氮年均浓度呈现总体升高趋势。北京、广州、上海、杭州、宁波、南京、成都、武汉等大城市空气中二氧化氮浓度相对较高。第三节 二氧化硫控制的政策法规我国政府十分重视二氧化硫排放的治理，相继出台了多项法规、政策和措施，并制定了一系列的治理计划。（1）1987年全国六届全国人民代表大会常务委员会颁布了大气污染防治法。1995年，全国人大第一次修订了大气污染防治法，并首次提出了划定酸雨控制区和二氧化硫污染控制区（即两控区）的要求。（2）1996年国家环保总局修订了火电厂大气污染物排放标
11、准，在大气污染防治法的基础上进一步规定了燃煤电厂二氧化硫排放浓度限值。2003年12月，国家环保总局对该标准又做了进一步修订，规定燃煤电厂的二氧化硫排放要求更高，其中新建机组的二氧化硫排放浓度必需小于400mg/m3。（3）1998年1月，面对我国二氧化硫排放的严峻形势，公布的国务院关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区有关问题的批复，又进一步要求：除以热定电的热电厂外，禁止在大中城市城区及近郊区新建燃煤火电厂；新建、改造燃煤含硫量大于1%的电厂，必须建设脱硫设施；现有燃煤含硫量大于1%的电厂，要在2000年前采取减排二氧化硫的措施，在2010年前分期分批建成脱硫设施或采取其他具有相应效果的减排二
12、氧化硫的措施；化工、冶金、建材、有色等污染严重的企业，必须建设工艺废气处理设施或采取其他减排措施。（4）2000年全国人大根据我国二氧化硫治理形势，再次修订了大气污染防治法，并明确了排污收费、超标违法的原则。（5）2002年，国家环境保护总局、国家经贸委、科技部根据新修订的大气污染防治法，联合发布了燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策。政策中规定：电厂锅炉、大型工业锅炉和窑炉使用中、高硫份燃煤的，应安装烟气脱硫设施；中小型工业锅炉和炉窑，应优先使用优质低硫煤、洗选煤等低污染燃料或其他清洁能源；城市民用炉灶鼓励使用电、燃气等清洁能源或固硫型煤替代原煤散烧。同年9月19日，国务院批准国家环保总局提出的
13、两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划。计划中要求，继续加大两控区二氧化硫污染防治力度，控制火电厂二氧化硫排放，加快建设一批火电厂脱硫设施，新建、扩建和改建火电机组必须同步安装脱硫装置或采取其它脱硫措施。（6）2003年1月2日，国务院为了落实新修订的大气污染防治法中提出的排污收费的制度，发布排污费征收使用管理条例，自2003年7月1日起实施。二氧化硫排污费标准2003年7月、2004年7月和2005年7月开始分别为0.21元/kg、0.42元/kg和0.63元/kg。（7）2006年，国家环保总局又与各省政府、六大电力集团签定污染物削减目标责任书，规定了各省和六大电力公司“十一五”二氧化硫
14、总量目标、控制措施和重点治理项目；还规定国家环保总局每年对执行情况进行考核，将考核结果上报国务院并向社会公布。目前，国家正在探索一些包括经济上扶持在内的手段，鼓励和支持企业控制二氧化硫排放。如利用国债和环保补助资金支持一批重点火电脱硫项目建设、给予脱硫的老机组增加上网电价、电厂剩余总量控制指标可以进行交易、开展BOT方式建设脱硫设施试点，以及发展回收资源的脱硫技术，并给脱硫副产物综合利用减免税政策等。各地方部门也加大了对火电企业的污染控制力度。（1）严格执行新的火电厂污染物排放标准。（2）因地制宜制订措施削减二氧化硫排放量。山东、湖南、湖北、吉林等省2003年底前已经关停了辖区内5万kW以下燃
15、煤凝气式小机组。福建、上海、天津、吉林、广东、云南等地正着手把二氧化硫排污费列入专项资金，支持重点火电厂脱硫项目的建设。上海、天津、福建等地正在研究制定发电环保折价优惠政策和环保优先的发电调度管理办法。（3）坚决落实国务院批复的“两控区”污染防治计划。对重点项目中的火电厂脱硫项目建立督办制度，要求定期上报项目进展情况，并将在主要媒体上进行公示。（4）积极争取国家资金支持。2008年国家发改委已经投入5个亿的国债资金用于脱硫，同时国家环保总局也将在2008年及以后的排污费中拿出相应的比例用于支持火电厂脱硫以及相应的在线监测装置的建设。（5）编制国家酸雨控制“十一五”计划和2020年远景规划。其目
16、的就是要在确保控制二氧化硫和酸雨污染的前提下，给电厂一定的提前量，使得企业能够了解国家的污染控制政策走向，做好本企业的污染防治工作。国家依据各地的自然条件、经济条件和环境容量，以确保科学性、稳定性和长期性的原则，制订了火电厂二氧化硫配额分配方法和原则。第二部分 石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统与主要设备第一节 石灰石石膏湿法脱硫技术简述石灰石-石膏湿法发展历史较长，是目前世界上脱硫技术最成熟，使用业绩最多，运行状况较为稳定的脱硫工艺。石灰石/石灰-石膏湿法烟气脱硫工艺采用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。以石灰石为吸收剂的主要脱硫反应为：SO2+H2OH2
17、SO3CaCO3+H2SO3CaSO3+CO2+H2OCaSO3+O2CaSO4CaSO4+H2OCaSO42H2O图2-1 典型石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺流程图典型的石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺如图2-1所示。在石灰石浆液制备部分，石灰石经过磨制后与水混合得到固体质量分数在20%-30%左右的浆液。来自锅炉的烟气一般经过除尘设备、烟气换热器后，进入吸收塔洗涤，净化后的烟气再通过换热器升温后，通过烟囱排入大气。该法优点是适用煤种含硫量范围广，脱硫效率高（大于95%），吸收剂利用率高（大于90%），设备运转率高，技术成熟，石灰石来源丰富且廉价、石灰石吸收剂无加工污染，还适用于大机组和多煤种，脱硫产
18、物石膏可以经处理后综合利用。但实践中也存在着一些问题：1）生成的脱硫渣是二水石膏，如果不能综合利用，需要堆在灰场；2）产生大量废水需要再处理；3）存在积垢、堵塞、腐蚀、磨损等问题；4）工艺复杂，工程投资大，运行费用高。日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。 我国绝大多数火电厂烟气脱硫装置也采用此工艺。同时，我国也已形成了部分具有自主知识产权的湿法脱硫工艺，如远达环保的YD-BSP烟气脱硫工艺，国电龙源环保的龙源湿法烟气脱硫技术，苏源环保的OI2WFGD脱硫技术等，这些技术的应用均取得了良好的效果。第二节 石灰石-石膏湿法脱硫技术的主要化学反应一、脱硫反应机理用石灰石
19、浆液吸收SO2的反应主要发生在吸收塔内，由于进行的化学反应众多且非常复杂，至今仍不完全清楚全部反应的细节。一般认为该反应过程由SO2的吸收、石灰石的溶解、亚硫酸盐的氧化和石膏结晶等一系列物理化学过程组成。（一）SO2的吸收SO2(气) SO2(液)SO2(液) + H+ + 同时也存在SO3的反应SO3(气) SO3(液)SO3(液) + H+ + 烟气中的HCl、HF等极易溶于水，发生解离，即：HCl(气) HCl(液)HCl(液) H+ + ClHF(气) HF(液)HF(液) H+ +F+ 由此产生的Cl是造成脱硫设备发生氯腐蚀的主要原因。烟气中的HCl将优先与石灰石中酸可溶性MgCO3
20、反应生成MgCl2，如果有剩余的HCl，再与CaCO3反应生成溶于水的CaCl2，若不排放，Cl-的浓度会越来越高，这会对设备造成腐蚀，只有通过废水排放除去；而F-则以溶解度很小的CaF2存在，不会富集。（二）石灰石的溶解和中和反应研究表明，在脱硫过程中，石灰石须先溶于水后才能与SO2反应，而不能以固态的形式与SO2反应。石灰石在常温常压下属于极难溶物质，在酸性条件下石灰石的溶解过程如下。低pH值有利于CaCO3的溶解，当pH值在4.06.0之间时，石灰石的溶解速率按近似线性的规律加快，直至pH=6.0为止。为提高SO2的吸收量，需要尽可能保持较高的pH值，这只能提高石灰石浆液的浓度，但悬浮液
21、中CaCO3含量过高，在最终产物和废水中的CaCO3含量也都会增高，一方面增加了吸收剂的消耗，另一方面降低了石膏的质量。因此，在实际工程应用中，应寻求两者的平衡点，即选用既有利于石灰石的溶解又有利于SO2高效脱除的pH值范围。为了尽可能提高浆液的化学反应活性，增大石灰石颗粒的比表面积是必要的，因此，在脱硫系统中使用的石灰石粉，其颗粒度大都在4060m之间，个别还有20m的报道，目前典型的要求是90%的石灰石粉通过325目（44m）。（三）亚硫酸盐的氧化对SO2在水溶液中氧化动力学的研究表明，HSO3-在pH值为4.5时氧化速率最大（如图2-11所示）。但实际运行中，浆液的pH值在5.06.0之
22、间，在此条件下，HSO3-很不容易被氧化，为此，工艺上采取用氧化风机向吸收塔循环浆液槽中鼓入空气的方法，使HSO3-强制氧化成SO42-，以保证下列反应的进行：氧化反应使大量HSO3-转化成SO42-，加之生成的SO42-会与Ca2+发生反应，生成溶解度相对较小的CaSO4，更加大了SO2溶解的推动力，从而使SO2不断地由气相转移到液相，最后生成有用的石膏。同时SO32-也发生氧化反应生成SO42-：图2-11 pH值对HSO3-氧化速率的影响（四）石膏的结晶和析出形成硫酸盐之后，吸收SO2的反应进入最后阶段，即生成固态盐类结晶，并从溶液中析出。石灰石-石膏湿法脱硫工艺生成的是硫酸钙，从溶液中
23、析出的是石膏CaSO42H2O；反应式如下：在吸收塔中吸收SO2生成石膏的总反应式可写成：另外还存在其他各种副反应，例如：第三节 湿法烟气脱硫工艺流程及主要设备典型的脱硫系统工艺流程如图2-13所示，主要由以下几部分组成：（1）烟气系统；（2）吸收塔系统；（3）石灰石浆液制备系统；（4）石膏脱水及储存系统；（5）废水处理系统；（6）公用系统（工艺水、压缩空气、事故浆液罐系统等）；（7）电气系统；（8）热工控制系统（DCS）等。烟气系统为脱硫系统提供烟气通道，进行脱硫系统装置的投入和切除，降低进入吸收塔的入口烟气温度、提升净烟气温度。主要设备包括烟道挡板、烟气换热器、脱硫增压风机、挡板密封风机、
24、烟道及膨胀节等。吸收塔系统通过石灰石浆液吸收烟气中的SO2，生成亚硫酸钙，氧化空气将其氧化成最终产品石膏，同时净烟气经除雾器除去带出的小液滴。吸收塔系统的主要设备为循环泵及喷淋层、除雾器、氧化风机、搅拌器等。石灰石浆液制备系统的主要功能是制备并为吸收塔提供合格的吸收剂浆液，主要设备包括石灰石仓或石灰石粉仓、湿式球磨机、石灰石浆液箱及浆液泵等。石膏脱水及储存系统将吸收塔内的石膏浆液脱水成含水量小于10%的副产品石膏，并储存和外运。脱水系统的主要设备有石膏水力旋流器、脱水机及附属设备如真空泵、滤液箱、各浆液泵、石膏仓或石膏库等。废水处理系统处理脱硫系统产生的废水以满足有关污水排放标准，其主要设备有
25、各废水箱（如中和箱、沉降箱、絮凝箱、出水箱、澄清/浓缩池）、各废水泵及污泥泵、废水处理用药储箱、制备箱、计量箱及各加药泵、搅拌器、污泥压滤机等等。公用系统为脱硫系统提供各类用水、用气/汽，临时储存各种排放浆液、冲洗污水等。主要设备包括工艺水箱、仪用/杂用空气压缩机、事故浆液箱、各浆液泵和水泵等。电气系统为脱硫系统提供动力和控制用电，通过热工控制系统DCS控制脱硫系统的启/停操作、运行工况调整、联锁保护、异常情况报警和紧急事故处理。通过在线仪表监测和采集各种运行数据，还可完成经济分析和生产报表等。主要设备包括电气设备、控制设备和在线仪表。一、石灰石浆液制备系统石灰石浆液制备系统的主要功能是制备合
26、格的吸收剂浆液，并根据吸收塔系统的需要由石灰石浆液泵直接打入吸收塔内或打到循环泵入口管道中，与塔内浆液经喷嘴充分雾化而吸收烟气中的SO2，达到脱硫的目的。1.石灰石粉制浆系统图2-14是典型的脱硫系统石灰石粉制浆工艺流程。石灰石粉制浆系统主要包括：（1）石灰石浆液罐及搅拌器；（2）石灰石浆液泵；（3）石灰石粉仓及除尘器；（4）石灰石粉给料机；（5）流化风系统等。流化风系统一般由流化风机、加热器、流化风板及相应的管道、阀门组成。由卡车运来的石灰石粉（外购或自制）利用压缩空气，通过上粉管气力输送到石灰石仓中，石灰石粉仓设有料位指示器防止满仓或空仓，粉仓顶还设有布袋除粉器，并开有防爆门。 为防止底部
27、石灰石粉搭桥，在仓底四周还注入流化空气，使石灰石粉呈流态化，均匀地下到给料机，再由旋转给料机送到石灰石浆液罐，在罐中与工艺水进行混合搅拌，直至达到所需的浓度，典型的浆液浓度是20wt%30wt%，对应的石灰石浆液密度大致在11451235kg/m3。石灰石浆液经由石灰石浆液泵输送至吸收塔，再由循环泵打上喷淋层。在石灰石浆液泵出口管道上设有流量控制阀（或直接用变频泵）来控制石灰石浆液的流量。石灰石浆液罐罐顶设有一台顶进式搅拌器，以保证浆液浓度均匀和不发生沉淀。在一些石灰石浆液制备系统的设计中，根据石灰石浆液池内的浆液密度控制给粉机的启动和停止，有石灰石浆液池的补水控制其液位在一定范围内。图2-1
28、4 典型的脱硫系统石灰石粉制浆工艺流程 石灰石粉仓顶部设有布袋除尘器和压力释放阀，往粉仓中输送物料时布袋除尘器启动，卸完粉时停止。石灰石粉仓底部设有手动插板阀，为反映粉仓内石灰石储量，设有料位计。石灰石仓布袋收尘器的工作原理如图2-24所示，含尘气体从入口门流入，撞在挡板上，改变流动方向，结果粗颗粒粉尘直接落入灰斗，细颗粒的含尘气体通过滤布层时，粉尘被阻留，空气则通过滤布纤维间的微孔排走。二、 烟气系统脱硫烟气系统是锅炉烟风系统的延伸部分，主要由脱硫系统进口烟气挡板（又称原烟气挡板）、脱硫系统出口烟气挡板（又称净烟气挡板）、增压风机（Boost-up Fan，简称BUF）、旁路烟气挡板、挡板密
29、封风机、烟道及膨胀节等辅助系统组成，脱硫系统进口挡板设置在增压风机之前的烟道上，净烟气挡板设置在吸收塔出口的烟道上，旁路挡板位于旁路烟道上，当脱硫系统运行时进/出口挡板打开，增压风机运行、旁路挡板关闭，使原烟气通过增压风机的吸力作用引向脱硫系统；当脱硫系统停运时或锅炉处于事故状态的情况下，旁路挡板打开使烟气绕过脱硫系统而通过旁路烟道直接排入烟囱，原烟气和净烟气挡板关闭防止原烟气渗入系统，从而保证了脱硫系统和锅炉机组的安全稳定运行。目前已经有一些脱硫系统中不设旁路烟道，这对脱硫系统设备的可靠性提出了很高的要求。 增压风机由于脱硫系统有一定阻力，必须予以克服。增压风机的设计及运行应充分考虑脱硫系统
30、正常运行和异常情况下可能发生的最大流量、最高温度和最大压损以及事故情况。通常采用静叶调节轴流式或者动叶调节轴流式增压风机。图2-26是轴流式风机外形示意图，增压风机不设备用。图2-26 轴流式增压风机外形图轴流式风机的工作原理：当流体通过叶轮时，利用高速转动叶轮上的叶片对流体沿着圆周方向上作功，提高流体的压力能和动能。结构组成：叶轮、导叶、转轴、集流器、机壳和静叶调节机构。其中转轴包括叶轮、主轴、传扭中间轴和联轴器等部件(如图2-27 轴流风机结构示意)。静叶可调轴流风机属于高效混流式通风机，由进气箱、进口调节门、导叶环机壳、扩压器和转子组成。风机运行中，依靠执行器调节进口导叶，达到调节风压、
31、风量的目的。最高效率为87左右。特点是：负荷调节性能比离心风机好；调节系统采用电动或气动执行机构，可靠性高，系统简单，维护方便。 挡板门为保证脱硫系统的停运不影响机组烟风系统的正常运行，在烟道上分别设置了原烟气挡板门、净烟气挡板门和旁路挡板门。原烟气挡板门设在增压风机之前，在启动脱硫系统时开启，停止脱硫系统时关闭；净烟气挡板门设在净烟道上，在脱硫系统投运时开启，脱硫系统停止时关闭；旁路挡板门设在烟囱之前的净烟道和原烟道之间，在启动脱硫系统时关闭，脱硫系统停止或事故状态时开启。脱硫系统故障时，为了保证锅炉风烟系统的正常运行，三个挡板门设联锁保护。烟气挡板门的作用如下：（1）在脱硫系统正常运行时，
32、将原烟气切换至脱硫系统；（2）在脱硫系统故障或停动时，使原烟气走旁路，直接排到烟囱。图2-28为挡板门结构示意。 图2-28 挡板门外形图 FGD进出口挡板一般为双百叶窗型，挡板与密封空气系统相连接。双百叶窗挡板门的叶片由两块间距约为150mm左右的平行钢板构成，烟气可在两层钢板之间流动，两块钢板绕同一轴转动，叶片的四周由密封片或密封条。当挡板处于关闭位置时，挡板翼由微细钢制衬垫所密封，在挡板内形成一个空间，密封空气从这里进入，形成正压室，防止烟气从挡板一侧泄漏到另一侧。密封空气系统的作用是当挡板关闭时，使挡板叶片间充满密封气体，阻止烟气由挡板门一侧泄漏到另一侧，密封空气系统包括密封风机、密封
33、风加热器、检测仪表、调节设备及其管路等。一般每套脱硫系统配两台密封风机，2100%容量，一运一备。密封气压力维持比烟气最高压力至少高500Pa，因此风机必须设计有足够的容量和压头。脱硫系统入口、出口挡板门的密封空气和旁路挡板的密封空气不同时运行。不同挡板密封风的切换通过装在挡板门上的阀门来实现，一般该门与挡板门为机械连锁，四平FGD增加了一个电动门，防止挡板密封风机停运后烟气腐蚀风机。密封空气加热器采取电加热形式，将密封空气温度加热至100左右，减少与烟气之间的温差，使挡板门的变形量在正常设计范围内。三、SO2吸收系统吸收系统是FGD的核心装置，主要设备有吸收塔、循环泵、除雾器、搅拌器、氧化风
34、机等。湿法脱硫吸收塔集除尘、脱硫、氧化等多项功能于一体，多层喷嘴将浆液均匀地喷射于充有烟气的塔中，烟气中的SO2被吸收浆液洗涤并与浆液中的CaCO3发生反应，在吸收塔的循环浆池内被氧化风机鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏晶体，由石膏浆排浆泵排出吸收塔。在吸收塔的出口设有两级除雾器，以除去脱硫后烟气带出的细小液滴，使烟气的含液滴量低于75mg/Nm3。如图2-33所示吸收系统工艺流程图。吸收塔工作原理：喷淋空塔是石灰石湿法FGD装置中的主流塔型，采用烟气与浆液逆流接触方式布置。如图2-34所示。塔体的横截面是圆形。吸收原理是：烟气从塔的下部进入吸收塔，然后向上流，在塔的较高处布置了数层喷淋管网，
35、循环泵将循环浆液经喷淋管上的喷嘴喷射出雾状液滴，形成吸收烟气SO2的液体表面。含SO2烟气与石灰石浆液的雾滴接触时，SO2被吸收。烟气中HF、HCl和灰尘等大多数杂质也在吸收塔中被去除。被吸收的SO2与浆液中的石灰石反应生成亚硫酸盐，进入塔底部的浆池。浆液中的CaSO3在外加空气的强烈氧化和搅拌作用下，由氧化空气氧化生成硫酸盐CaSO4，转化成CaSO42H2O (石膏)，便是石膏过饱和溶液的结晶。为了有利于CaSO3转化，氧化池内浆液的pH值保持在5.5左右。含石膏、灰尘和杂质的吸收剂浆液部分被排入石膏脱水系统。在吸收塔顶部设排空阀门。在调试FGD及FGD系统检修时，排空阀门打开，排除漏进的
36、烟气，使塔内外压力相同，有通气、通风、通光的作用。在FGD投运时，排空阀门关闭，保证系统在设计压力下运行，同时避免烟气在系统内冷凝而产生腐蚀。喷淋空塔的特点喷淋空塔具有压损小、吸收浆液雾化效果好，塔内结构简洁，不易结垢和堵塞，检修工作量小等优点。不足之处是，脱硫效率受气流分布不均匀的影响较大，循环浆液泵的能耗较高，除雾较困难，对喷嘴制作精度、耐磨和耐蚀性要求高。图2-34 喷淋空塔 浆液循环泵浆液循环泵是用来将吸收塔浆池浆液和加入的石灰石浆液循环不断地送到吸收塔喷淋层，在一定压力下通过喷嘴充分雾化与烟气反应。脱硫系统中常用的浆液循环泵是卧式离心泵，其工作原理是：当叶轮被电动机带动旋转时，充满于
37、叶片之间的介质随同叶轮一起转动，在离心力的作用下，介质从叶片间的横道甩出。而介质外流造成叶轮入口处形成真空，介质在大气压作用下会自动吸进叶轮补充。由于离心泵不停地工作，将介质吸进压出，便形成了连续流动，不停地将介质输送出去。如果浆泵以及与其连接的管道需要较长时间停止运行，应及时排空泵和管道的浆体，并注入一定量的水。一般用清水冲洗泵和管道，以清除其中无法排尽的浆液，一方面防止泵内残留的浆液对金属泵组件的腐蚀，另一方面避免沉淀的浆液堵塞叶轮，无法再次启动。在循环泵出浆管道上安装了冲洗水管，启动前用压力水冲洗泵壳中的沉淀物，可使泵顺利启动。 喷淋层喷淋系统包括循环泵、管线、喷嘴、支撑、加强件和配件等
38、。一般提供三层喷嘴喷淋系统，不设备用喷淋层。循环泵按照单元制设置，喷淋层与循环浆液系统相对应。以喷淋空塔为例，喷淋管道是用于把浆液均匀分布到各喷嘴，形成最佳雾化效果。材质一般用玻璃钢管（FRP）。喷淋管道的布置应使喷出的液滴完全、均匀地覆盖吸收塔整个截面，而且尽可能减少沿塔壁流淌的浆液量和降低喷射浆液对塔壁、喷淋母管和支撑件的直接冲刷磨损。对于石灰石FGD工艺，喷淋空塔典型设计喷淋层数为34层，各层喷嘴是交错布置的，覆盖率达200%300%，通常每层布置一个喷淋管网，装有足够多的喷嘴，每层间距离在2m左右。最下层喷淋管网距入口烟道顶部的高度一般是23m。这样可以使喷出的浆液有效地接触进入塔内的
39、烟气，并能避免过多的浆液带进入口烟道。最上层的喷淋管网与除雾器底部至少应有2m的距离。如3-36、图3-37、图3-38分别示出了喷嘴在喷淋管道上的布置、喷淋层的布置以及喷嘴与喷淋支管的黏结方式等。 图2-35 浆液循环泵 图2-36 喷嘴在喷淋管道上的布置图图2-37 喷淋层布置图 图2-38 喷嘴与喷淋支管黏结图 喷嘴在FGD系统中，吸收塔喷嘴是将循环泵供上来的浆液雾化成细小的液滴，在烟气反应区形成雾柱，以提高气液传质面积，最大限度捕捉SO2 ；吸收塔入口烟道干湿界面通常装有冲洗喷嘴，用来清除该处出现的沉积物；除雾器冲洗喷嘴用来冲洗除雾器板片；石膏冲洗喷嘴用来冲洗石膏滤饼中可溶性物（主要是
40、氯化物）；有时也在吸收塔入口烟道安装喷嘴来冷却进入吸收塔的烟气。喷嘴的型式和材料的选择取决于其在脱硫系统中的位置和流体特性。吸收塔喷嘴是塔内的关键设备之一，喷嘴是有一个方向朝下或上下两个方向的喷淋锥体，由炭化硅（SiC）脆性材料烧制而成，耐磨性好，抗化学性极佳，使用寿命2025年。目前常用的脱硫喷嘴有螺旋喷嘴和偏心喷嘴两种，四平采用的是偏心喷嘴。如图2-39 所示。图2-39 螺旋和偏心喷嘴 氧化风机在湿法石灰石-石膏脱硫工艺中有强制氧化和自然氧化之分，被浆液吸收的SO2有少部分在吸收区内被烟气中的氧气氧化，这种氧化称自然氧化。强制氧化是向罐体的氧化区内喷入空气，促使可溶性亚硫酸盐氧化成硫酸盐
41、，控制结垢，最终生成石膏。脱硫氧化风机大都用罗茨风机，罗茨风机是一种旋转活塞容积式气体压缩机，机壳与两墙板围成一整体气缸，气缸机壳上有进气口和出气口，一对彼此以一定间隙相互啮合的叶轮通过同步齿轮转动作等速反向旋转，借助两叶轮的啮合，使进气口与出气口隔开，在旋转中将气缸容积的气体从进气口推移到出气口。 搅拌器搅拌器是用来搅拌浆液、防止浆液沉淀的搅拌设备。吸收塔浆池搅拌的目的除了悬浮浆液中的固体颗粒外，还有以下作用：使新加入的吸收剂浆液尽快分布均匀（如果吸收剂浆液直接加入罐体中），加速石灰石的溶解；避免局部脱硫反应产物的浓度过高，防止石膏垢的形成；提高氧化效果和越来越多石膏结晶的形成。脱硫搅拌器根
42、据安装位置不同分为侧进式搅拌器和顶进式搅拌器。两种搅拌器都是由轴、叶片、机械密封、变速箱、电机等组成。顶进式搅拌器采用浆罐、地坑顶部安装方式，脱硫系统中多数罐池（如石灰石浆罐、过滤水地坑等）采用顶进式搅拌器。吸收塔浆池中的搅拌器可以采用顶进式或者侧进式，如图2-44a、b所示。其主要取决于吸收塔和吸收塔浆池的结构。图2-44(a) 顶进式搅拌器 图2-44(b) 侧进式搅拌器 除雾器除雾器是用来将脱硫后湿烟气中细小液滴去除，保护下游设备免遭腐蚀和结垢。除雾器性能直接影响湿法FGD装置能否连续可靠运行。除雾器布置在吸收塔出口处，一般两级组成，模块结构，能方便从吸收塔顶部吊出。除雾器通常包括：除雾
43、器本体及冲洗系统。除雾器本体由除雾器叶片、卡具、夹具、支架等按一定的结构形式组装而成，其作用是捕集烟气中的液滴及少量的粉尘，减少烟气带水。除雾器冲洗系统由冲洗喷嘴、冲洗水泵、管路、冲洗水自动开关阀、压力仪表、冲洗水流量计和电气控制部分等组成。其作用是定期冲洗由除雾器板片捕集小液滴、固体沉积物，保持板片表面清洁、湿润，防止板片结垢和堵塞流道。另外，除雾器冲洗水还是吸收塔的主要补加水，可以起到保持吸收塔液位、调节系统水平衡的作用。除雾器（ME）的基本工作原理折流板除雾器是利用离心力、惯性力和水膜分离的原理实现气水分离。当带有液滴的烟气进入人字形板片构成的狭窄、曲折的通道时，由于流线的偏折产生离心力
44、，将液滴分离出来，液滴撞击板片，部分黏附在板片上形成水膜，缓慢下流，汇集成较大的液滴落下，从而实现气水分离，如图2-43所示。四、石膏脱水系统石膏脱水系统包括水力旋流器、真空皮带脱水机、真空泵、滤液箱、废水给料箱和石膏仓等。吸收塔内的石膏浆液经吸收塔排液泵送至石膏水力旋流器。石膏水力旋流器按照石膏颗粒的粒度对石膏浆液分选。浓石膏浆液被送至脱水机，稀浆液被返回吸收塔或被送至废水给料箱。为了得到高品质石膏，还要冲洗石膏饼以减少脱水时夹杂的杂质（Cl，F等）。脱水后的石膏饼通过皮带输送机送至石膏仓内或经脱水后的石膏直接卸料落入石膏仓内。脱水机的过滤物被送至滤液箱被送至吸收塔回收再利用。图2-49为典
45、型的石膏脱水系统图，经过石膏旋流器后的一级脱水后的石膏浆液进入脱水机的进料箱，浆液被均匀分布到移动的脱水机滤布上，真空皮带脱水机利用真空力把水和其他液体从浆液中分离出来，固体石膏颗粒留在滤布上形成滤饼。图2-49 真空皮带脱水机的二级脱水系统示意图 水力旋流器水力旋流器的结构原理如图2-50所示，石膏旋流器是依靠水力旋流分离。一定压力的浆液切向进入旋流器，在分离器中产生一个旋转涡流，即主涡流。由于离心力的作用将较大的固体颗粒靠附在分离器的内壁上，然后这些大的固体颗粒被主涡旋流送至分离器圆锥体的下部，这样固体颗粒就被分离出来了。而在主涡旋流内部因较轻的细小颗粒会产生一个旋转向上的次涡旋流，使大部
46、分液体带着细小颗粒从分离器顶部溢出，这就使分离器通过底流和溢流实现了浆液的粗细分离。旋流器借助比重分离、分层的结果，高比重物料集中在外壁，并沿螺旋线向下运动经底流口排出，低比重不能穿透重介质悬浮层而集中在中心部位，由溢流口排出，从而实现了高效、精确分选。图2-50水力旋流器的原理示意图圆柱体溢流口外旋流内旋流底流口切向进料流锥体溢流管图2-51 石膏水力旋流站脱硫系统石膏旋流站一般由几个完全相同的旋流器（旋流子）组成，通过调整旋流器的运行数量使旋流站达到最佳运行性能。各旋流器的入口连接到一个公用的圆柱体分配器上，其上安装有压力表，可以通过压力表读数调整工作状态及判断运行参数。分配器把石膏浆液平均分配到每个旋流器，使之具有相同的压力和流量。每个旋流器入口安装一个隔离阀，以便在不影响其他旋流器正常运行的情况下切断某个旋流器进行维修。所有旋流器的底流汇集在一个底流箱中，根据需要去脱水或返回吸收塔；所有旋流器的溢流也汇集在上部的一个溢流箱中，溢流根据需要去往废水处理或返回吸收塔。图2-51是某石膏水力旋流站现场图片。 真空皮带脱水机
