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1、石灰石-石膏湿法脱硫工艺流程,提 纲,一、石灰石-石膏湿法脱硫工艺的基本原理二、石灰石浆液制备系统三、烟气系统及设备四、吸收系统五、石膏脱水系统六、脱硫废水系统,一、石灰石-石膏湿法脱硫工艺的基本原理,石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的原理是采用石灰石(块)粉制成浆液作为脱硫吸收剂，与经降温后进入吸收塔的烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙，以及加入的氧化空气进行化学反应，最后生成二水石膏。脱硫后的净烟气依次经过除雾器除去水滴、再经过烟气换热器加热升温后，经烟囱排入大气。由于在吸收塔内吸收剂经浆液再循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低（一般不超过1.03），脱硫效率不低
2、于95%，适用于任何煤种的烟气脱硫。,SO2+CaCO3+1/2 02+2H2OCaSO42H2O+CO2,GGH,吸收塔,锅炉,脱硝装置,烟囱,空预机,除尘器,引风机,增压风机,烟气换热器,吸收塔,BUF,石灰石供给设备,石膏脱水设备,石膏脱水设备,脱硫反应式,石灰石供给设备,SO2 吸收:氧化:,石灰石溶解:沉淀:,湿式石灰石-石膏法脱硫 该方法是目前应用最广泛、技术最为成熟的烟气SO2排放控制技术。其特点：SO2脱除率高，脱硫效率可达95%以上；能适应大容量机组、高浓度SO2含量的烟气脱硫；吸收剂石灰石价廉易得；而且可生产出副产品石膏，高质量石膏具有综合利用的商业价值。随着石灰石/石膏法
3、FGD系统的不断简化和完善，不仅运行、维修更加方便，而且设备造价也有所降低。据统计，目前世界上已经投运或正在计划建设的脱硫系统中，WFGD工艺占80%左右。从近年国内脱硫实践看，脱硫投资已有大幅度的降低。综合各方面的情况，WFGD最适合大机组脱硫的需要。,10,脱硫工艺过程化学原理 在湿式石灰石石膏法脱硫工艺中作为液相化学反应的结果使气态物质和液态悬浮液之间发生物质的转化而吸收SO2，这是一个气液传质过程，该过程大致分为如下几个阶段：气态反应物质从气相主体向气-液界面的传递；气态反应物穿过气-液界面进入液相，并发生反应；液相中的反应物由液相主体向相界面附近的反应区迁移；反应生成物从反应区向液相
4、主体的迁移。用水吸收SO2一般被认为是物理吸收过程，吸收过程的机理可用双膜理论来分析。,11,12,刘易斯（Lewis，WK）和惠特曼（WGWhitman）在20世纪20年代提出的双膜理论在吸收研究领域一直占有重要地位，前面关于单相内传质机理的分析和处理，都是按照双膜理论的基本论点进行的。双膜理论的基本要点如下：相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的有效滞流膜层，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层。在相界面处，气、液两相达到平衡。在膜层以外的中心区，由于流体充分湍动，吸收质浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度皆为零，全部浓度变化集中在两个有效膜层内。,13,通过以上假
5、设，就把整个相际传质过程简化为经由气、液两膜的分子扩散过程。双膜理论认为，相界面上处于平衡状态，即图中的pi与ci符合平衡关系。这样，整个相际传质过程的阻力便决定了传质速率的大小，因此双膜理论也可以称为双阻力理论。,双膜理论示意图,根据双膜理论，SO2分子由气相主体传递到液相主体的过程中，其传递阻力为气膜阻力与液膜阻力之和。研究发现，SO2在气相中的扩散常数远远大于液相扩散常数，所以SO2迁移的主要阻力集中在液膜。为了克服液膜阻力，使SO2的吸收过程能在较大推动力下以较快的速度进行，工程上采用了两项措施：一是增加液气比，并使之高度湍动，同时使液滴的颗粒尽可能的小，以增大气-液传质面积；二是在吸
6、收液中加入化学活性物质，比如加入CaCO3。,14,15,由Henry定律可知，由于活性反应物的加入，使得SO2的自由分子在液相中的浓度比用纯水吸收时大为降低，从而使SO2的平衡分压大大降低。这样，在总压P一定的情况下，会大大提高溶解的推动力，使吸收速率加快。SO2的吸收 SO2进入液相，首先发生如下一系列反应：,SO2+H2O,H2SO3,2H+SO32-,H+HSO3-,上式表示的溶液成分与溶液的pH值有关。,16,在本工艺中，吸收液的pH值基本上在56之间，所以进入水中的SO2主要以亚硫酸氢根离子HSO3的形式存在。,SO2在水中的溶解,注：2线以上的区域为SO32-离子存在区域 2线以
7、下1线以上的区域为HSO3-离子存在区域 1线以下的区域为SO2+H2O与H2SO3平衡区域,17,硫酸盐的形成根据Miller等人对SO2在水溶液中氧化动力学的研究，如右图所示，亚硫酸氢根离子HSO3-在pH值为4.5时氧化速率最大。但实际运行中，浆液的pH值在5.45.8之间，在此条件下，HSO3-离子很不容易被氧化，为此，,HSO3-+1/2O2 HSO4 SO42+H+,工艺上采取向循环槽中鼓入空气的方法，使HSO3-强制氧化成SO42-，以保证反应按下式进行,氧化反应的结果，使大量的HSO3转化成SO42-，使反应得以向右进行。加之生成的SO42-会与Ca2+发生反应，生成溶解度相对
8、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。,18,亚硫酸盐的氧化除受pH值的影响外，还受到诸如锰、铁、镁这些具有催化作用的金属离子的影响，这些离子的存在，加速了HSO3-的氧化速率。这些微量浓度的金属离子主要是通过吸收剂引入的，烟气也会将这些离子带入到洗涤悬浮液中。形成硫酸盐之后，俘获SO2的反应进入最终阶段，即生成固态盐类结晶，并从溶液中析出成为石膏CaSO42H2O。,Ca2+SO42+2H2O CaSO42H2O,19,石膏的结晶 石膏结晶对整个工艺过程是非常重要的。所以控制石膏结晶，使其生成大量易于分离和脱水的石膏颗粒，是很重
9、要的。在可能的条件下，石膏晶体最好形成为粗颗粒，因为层状尤其是针状晶体有结成毡状的趋势，也可能形成非常细的颗粒，这样一方面非常难脱水，另一方面也可能引起系统结垢。因此工艺上必须控制石膏溶液的相对过饱和度，以保证生成大颗粒的石膏。溶液的过饱和度是析出结晶的推动力，是决定结晶成核及成长速率的关键因素。工艺控制上，要在浆液中保证石膏的晶种密度，并保证石膏分子在这些晶种上继续长大，以形成大颗粒的石膏晶种。,20,可以采用相对饱和度RS来表示石膏的饱和程度，RS=C/C*，式中 C溶液中石膏的实际浓度，C=Ca2+SO42-；C*工艺条件下石膏的饱和浓度，即石膏的溶度积常数Ksp。当处于平衡状态时，RS
10、=1；当RS1时，固体趋于溶解；RS1时，固体趋于结晶。下式表示石膏相对过饱和度与溶液中石膏浓度的关系：=（C-C*）/C*在0的情况下，即C C*时，溶液中将首先出现晶束（小分子团），进而形成晶种，并逐渐形成结晶(晶体）。与此同时也会有单个分子离开晶体而再度进入溶液。,21,根据相对过饱和度的不同，溶液中晶种的密度会不同。同时随着相对过饱和度的增加，会出现一些新的晶种，这时会出现晶种生成和晶体增长两种过程。图1-6表示了晶体增长速率和晶种生成速率与相对过饱和度之间的定性界限关系。在饱和的情况下（=0），分子的聚集和分散处于平衡状态，因此晶体的增长和晶种生成的速度均为0。当达到一定的相对过饱和
11、度时，生成的晶种具有一定的密度，这时晶体会呈现指数增长，在此情况下，现有的晶体可进一步增长而生成大的石膏颗粒。当达到较大的过饱和度时，晶种的生成速率会突然迅速加快而产生许多新颗粒（均匀晶种），此种情况下将趋向于生成针状或层状晶体，这在工艺上是不希望出现的。,22,图1-6 晶种生成速率和晶体增长速率与相对过饱和度的关系,23,根据以上分析，保持亚稳平衡区域中相对过饱和度为适当值时，可使浆液中生成较大的晶体。为保持脱硫装置的正常运行，维持这些条件非常重要。工艺上一般控制相对过饱和度=0.10.3（或相对饱和度RS为1.11.3），以保证生成的石膏易于脱水，同时防止系统结垢。若有足够的时间，能形成
12、大小为100m及其以上的石膏晶体，这种石膏将非常容易脱水。通过pH值的变化来改变氧化速率有可能直接影响浆液中石膏的相对过饱和度。在pH值为4.5时，亚硫酸氢盐的氧化作用最强。而在pH值偏离时，HSO3-的氧化率将减少。事实上，当pH值降到足够低时，溶液中存在的只是水化了的SO2分子，这对氧化相当不利。因此，用控制浆液pH值的手段来影响石膏的过饱和度也是一个重要手段。,24,石灰石的溶解 通过加入吸收剂一方面可以消耗溶液中的氢离子，另一方面得到了作为最终的固态物石膏所需的钙离子。为此目的，可以加入石灰石CaCO3。,CaCO3+H+Ca2+HCO3,这是以CaCO3作为吸收剂进行脱硫时的关键步骤
13、，这已是被大量实验研究和工程实际所证明。新产生的HCO3-离子与碳酸建立平衡：,HCO3+H+H2CO3 H2O+CO2,这个基本反应的结果消耗了额外的氢离子。一般在实际工程运行的pH值下，还会生成一小部分的半水硫酸钙沉淀，这也是造成设备结垢的原因这样之一。,25,石灰石的溶解，由化学过程（反应动力学过程）和物理过程（反应物从石灰石粒子中迁移出的扩散过程）两个因素决定。当pH值在56之间时，这两种过程一样重要。在pH值较低时，扩散速度限制着整个过程；而在碱性范围内，颗粒表面的化学动力学过程起主要作用。低pH值有利于CaCO3的溶解。当pH值在46之间时，若其他参数大部分保持恒定，则石灰石的溶解
14、速率按近似线性的规律加快，直至pH=6为止。为提高SO2的俘获量，需要尽可能保持较高的pH值。因此，在给定的石灰石规格和不变的工艺条件下，只能提高石灰石浆液的浓度，以加快动力学过程，从而加快氢离子的消耗和钙离子的生成速度。但这要有一个上限，若悬浮液中CaCO3含量过高，在最终产物和废水中的CaCO3含量也都会增高。这一方面增加了吸收剂的消耗，另一方面降低了石膏的质量。,26,脱硫影响因素分析 吸收剂 石灰石浆液的实际供给量取决于CaCO3的理论供给量和石灰石的品质。最终影响到石灰石浆液实际供给量的是石灰石的浓度和石灰石的品质，其中影响石灰石品质的主要因素是石灰石的纯度，石灰石是天然矿石，在其形
15、成和开采的过程中难免会含有杂质，石灰石矿中CaCO3的含量从5090分布不均。送入同量的石灰石浆液，纯度低的石灰石浆液难以维持吸收塔罐中的pH值，使脱硫效率降低，为了维持pH值必须送入较多的石灰石浆液，此时会增加罐中的杂质含量，容易造成石膏晶体的沉积结垢，影响到系统的安全性。,28,运行中应尽量采用纯度高的石灰石，易于控制灰浆的pH值，保证系统的脱硫效率和运行安全稳定性。石灰石中Mg、Al等杂质对提高脱硫效率虽有有利的一面，但是更不利的是，当吸收塔pH值降至5.1时，烟气中的氟离子与铝离子化合成氟铝复合体，形成包膜覆盖在石灰石颗粒表面。镁离子的存在对包膜的形成有很强的促进作用。这种包膜的包裹引
16、起石灰石的活性降低，也就降低了石灰石的利用率。,29,另一方面，杂质碳酸镁、氧化铁、氧化铝进入浆液体系后均能生成易溶的镁、铁、铝盐类。由于浆液的循环，这些盐类将会富集起来，浆液中大量增加的非钙离子，将弱化碳酸钙在溶解体系中的溶解和电离。所以，石灰石这些杂质含量较高，会影响脱硫效果。,此外，石灰石中的杂质氧化硅难以研磨，若含量高则会导致磨机系统功率消耗大，系统磨损严重。石灰石中的杂质含量高，必然导致脱硫副产品石膏品质的下降。由于石灰石纯度越高价格也越高，因此采用纯度高的石灰石做脱硫剂将使运行成本增加，但这可以通过出售高品质石膏以弥补，对于石灰石湿法烟气脱硫，石灰石纯度至少控制在90%以上。石灰石
17、颗粒粒度越小，质量比表面积就越大。由于石灰石的消溶反应是固液两相反应，其反应速率与石灰石颗粒比表面积成正比关系，因此石灰石颗粒性能好各种反应速率也高，脱硫效率和石灰石的利用率就高，同时石膏中的石灰石含量低，有利于提高石膏的品质。但石灰石的粒度越小，破碎能耗越高。,30,31,通过提高吸收剂的反应能力和使用有机缓冲剂来提高脱硫效率。湿法脱硫中使用了多种添加剂，主要分为有机缓冲剂和氧化抑制剂。有机缓冲剂用来提高脱硫性能和运行灵活性；氧化抑制剂用来抑制自然氧化，使得石膏不结垢。在系统的运行过程中，缓冲剂会有两个方面的损耗：一是非溶解损耗，如化学降解，共沉淀，蒸发作用；另一种是溶解损耗，即固体中携带液
18、体。甲酸和乙酸缓冲剂的挥发性比二元酸（DBA，由古氨酸、丁二酸、已二酸组成）高，蒸发损耗也高。,32,33,液气比 液气比（L/G）是一个重要的WFGD操作参数。是指洗涤每立方米烟气所用的洗涤液量，单位是L/m3。脱硫效率随L/G的增加而增加，特别是在L/G较低的时候，其影响更显著。增大L/G比，气相和液相的传质系数提高，从而有利于SO2的吸收，但是停留时间随L/G比的增大而减小，削减了传质速率提高对SO2吸收有利的强度。在实际应用中，对于反应活性较弱的石灰石，可适当提高L/G比来克服其不利的影响。一般适当的L/G比操作范围为1525。,34,液气比直接影响设备设备尺寸和操作费用。液气比决定酸
19、性气体吸收所需要的吸收表面，在其他参数值一定的情况下，提高液气比相当于增大了吸收塔内的喷淋密度，使液气间接触面积增大，脱硫效率也将增大。增加了浆液循环泵的流量，从而增加设备的投资和能耗。同时，高液气比还会使吸收塔内压力损失增大，增加风机能耗，因此应寻找降低液气比的途径，例如加入镁盐、钠碱、已二酸的CaCO3浆液，可以克服其活性较弱的缺点，可以适当降低液气比，同时还可以提高脱硫率。,35,pH值 浆液的pH值WFGD装置运行中需要重点检测和控制的化学参数之一，它是影响脱硫率、氧化率、吸收剂利用率及系统结垢的主要因素之一。脱硫效率随pH值的升高而提高。低pH值有利于石灰石的溶解、HSO3-的氧化和
20、石膏的结晶，但是高pH值有利于SO2的吸收。pH对WFGD的影响是非常复杂和重要的。吸收塔罐中的反应若要生成较多的石膏晶体，经发达国家的运行经验证明必须维持吸收塔罐中的pH值在5.7左右，而罐中pH值的维持是依靠石灰石浆液量来控制的。石灰石浆液量的调整会影响到吸收塔罐内的pH值，随着反应的进行石灰石浆液减少导致pH值的降低，此时必须增加石灰石浆液的供给量。,36,一方面pH值影响SO2的吸收过程，pH值越高，传质系数增加，SO2的吸收速度就快，但系统设备结垢严重。当pH值下降到4时，几乎就不能吸收SO2；另一方面pH值还影响石灰石、CaSO42H2O和CaSO31/2H2O的溶解度，随着pH值
21、的升高，CaSO3溶解度明显下降，而CaSO4的溶解度则变化不大。因此随着SO2的吸收，溶液的pH值降低，溶液中CaSO3的量增加，并在石灰石粒子表面形成一层液膜，而液膜内部CaCO3的溶解又使pH值上升，溶解度的变化使液膜中CaSO3析出并沉积在石灰石粒子表面，形成一层外壳，使粒子表面钝化，钝化的外壳阻碍了CaCO3的继续溶解，抑制了吸收反应的进行。这就是所谓的石灰石闭塞。,37,钙硫比 钙硫比(Ca/S)摩尔比反映了进入吸收塔的吸收剂所含钙量与烟气中所含硫量的摩尔比。根据国外湿式石灰石石膏法脱硫法的运行经验Ca/S比的值必须大于l.0，当Ca/S=1.021.05时，脱硫效率最高，吸收剂具
22、有最佳的利用率；当Ca/S低于1.02或高于1.05以后，吸收剂的利用率(吸收剂利用率等于钙硫比的倒数)均明显下降，而且当钙硫比大于1.05以后，脱硫率开始趋于稳定。如果CaS增加过多，还会影响到浆液的pH值，使浆液的pH值偏大，不利于脱硫反应的进行，脱硫效率降低。,38,Ca/S与脱硫效率,39,烟气流速 烟气流速是指设计处理烟气量的空塔截面流速，以m/s为单位，因此，烟气设计流速决定了吸收塔的横截面面积，也就确定了塔的直径。烟气设计流速越高，吸收塔的直径越小，可降低吸收塔的造价。但另一方面，烟气流速越高，烟气与浆液的接触和反应时间相应减少，烟气携带液滴的能力也相应增大，升压风机的电耗也加大
23、。比较典型的逆流式吸收塔烟气流速一般在2.55m/s的范围内，大多数的FGD装置吸收塔的烟气设计流速选取为34m/s，并趋向于更高的流速。国外FGD装置的运行经验表明，在SO2脱除率恒定的情况下，液气比L/G随着吸收塔烟气流速的升高而降低，带来的直接利益是可以降低吸收塔和循环泵的初投资，虽然增压风机的电耗要增加，但可由循环泵降低的电耗冲减。,40,41,浆液停留时间的影响 浆液在吸收塔内循环一次在反应池中的平均停留时间，也叫浆液循环停留时间（c），可通过反应池浆液体积（m3）除以循环浆液总流量（m3/min）来计算。浆液在反应池内停留时间长有助于浆液中石灰石与SO2完全反应，并能使反应生成Ca
24、SO3有足够的时间完全氧化成CaSO4，形成粒度均匀、纯度高的优质脱水石膏。但是，延长浆液在反应池内停留时间会导致反应池的容积增大，氧化空气量和搅拌机的容量增大，土建和设备费用以及运行成本增加。典型湿式石灰石石膏法的浆液停留时间c为3.5-8min。,42,吸收液过饱和度的影响 石灰石浆液吸收SO2后生成CaSO3和CaSO4。石膏结晶速度依赖于石膏的过饱和度，在循环操作中，当超过某一相对饱和度值后，石膏晶体就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，同时石膏晶体会在其他物质表面上生长，导致吸收塔浆液池表面结垢。此外，晶体还会覆盖那些还未及反应的石灰石颗
25、粒表面，造成石灰石利用率和脱硫效率下降。一般控制相对饱和度低于。,43,二、石灰石浆液制备系统,45,石灰石浆液制备系统 吸收剂制备系统的选择应根据吸收剂来源、投资、运行成本及运输条件等进行综合技术经济比较后确定。当资源落实、价格合理时，应优先采用直接购买石灰石粉方案；当条件许可且方案合理时，可由电厂自建湿磨吸收剂制备系统。当必须新建石灰石加工粉厂时，应优先考虑区域性协作即集中建厂，且应根据投资及管理方式、加工方式、厂址位置、运输条件等因素进行综合技术经济论证。石灰石浆液制备系统主要由石灰石粉贮仓、石灰石粉计量和输送装置、带搅拌的浆液罐、浆液泵等组成。将石灰石粉由罐车运到料仓存储，然后通过给料
26、机、计量器和输粉机将石灰石粉送入在浆配制罐。在罐中与来自工艺过程的循环水一起配制成石灰石质量分数为30%浆液。,石灰石供应系统石灰石块由卡车运到脱硫岛，直接倒入卸料斗,，上部设钢格栅防止大块的石灰石进入设备。卸料斗的石灰石经振动给料机稳流后送入斗式提升机垂直提升至石灰石仓的仓顶，经斗式提升机出口的落料管，物料进入石灰石仓储存，同时，仓顶装有一台袋式除尘器及真空压力释放阀、,设2个出料口，石灰石仓储存可满足机组燃用设计煤种3天石灰石用量。石灰石仓底部成锥形。振动给料机为非封闭式，上方配有用于分离大金属的永磁除铁器。石灰石仓仓顶设有雷达连续测量料位计，料位指示器可防止石灰石筒仓加料过满和/或完全排
27、空。,石灰石制备系统由下列子系统组成：（1）石灰石接收存储系统：石灰石接收存储系统由下列设备组成：石灰石接收料斗石灰石卸料振动给料机石灰石卸料皮带输送机石灰石斗式提升机石灰石卸料间布袋除尘器石灰石仓石灰石仓布袋除尘器石灰石称重式皮带给料机金属分离器（2）石灰石研磨系统：石灰石研磨系统由下列设备组成：湿式球磨机磨机浆液循环箱磨机浆液循环箱搅拌器磨机浆液循环泵石灰石浆液旋流站,配置两套并列的石灰石研磨制浆系统。每套的容量相当于两台锅炉在BMCR运行工况时满负荷石灰石耗量的75。磨制后的石灰石粒度为90通过250目筛（63m）或90通过325目筛（44m）。石灰石在湿式球磨机内磨碎后自流到磨机浆液循
28、环箱，然后由磨机浆液循环泵输送到石灰石浆液旋流站。含有大颗粒物料的石灰石浆液从旋流站底流浆液再循环回到湿式球磨机入口，上溢浆液排到石灰石浆液箱，制成的浆液浓度约为30。（3）石灰石浆液供给系统 包括石灰石浆液箱和石灰石浆液泵。每只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。,50,石灰石储存和制浆系统,石灰石浆制备系统,石灰石粉贮罐,石灰石粉贮罐支架,石灰石加料箱,石灰石罐,球磨机,三、烟气系统及设备,1.烟气系统的作用：为脱硫运行提供烟气通道，进行烟气脱硫装置的投入和切除，降低吸收塔入口的烟温和提升净化烟气的排烟温度。2.系统组成：旁路挡板门、入口挡板门、出口挡板门、增压
29、风机、挡板密封风机、补偿器、换热器等。,3.工艺流程：正常运行时，FGD进、出口挡板门打开，旁路挡板门关闭。原烟气经增压风机进入吸收塔，在吸收塔中脱除SO2后，通过烟囱排放。吸收塔检修时或事故处理，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。4.系统设计工作概况当锅炉从35%MCR到BMCR工况条件下，FGD装置的烟气系统都能正常运行，并且在BMCR工况下进烟温度加10裕量条件下仍能安全连续运行。当烟气温度超过限定的温度时，烟气旁路系统启运。,这是烟气系统哦!,57,烟气再热系统 烟气经过湿法FGD系统洗涤后，温度降至5060，已低于露点，为了增加烟囱排出烟气的扩散能力，
30、许多国家规定了烟囱出口的最低排烟温度。德国有关大型燃煤装置的法规中，要求对洗涤后的烟气进行再热。到烟囱顶部达到72。英国规定的排烟温度为80;日本要求把烟气加热到90110，防止烟囱排出蒸汽白烟。美国一般不采用烟气再加热系统，而对烟囱采取防腐措施。从改善烟气污染扩散、减少可见的烟羽(白烟)、避免烟囱出口的酸雨以及消除烟道下游材料的腐蚀等多方面考虑，采用烟气再热是必要的。,58,烟气再热系统的作用是向低温烟气传递热量，总的加热量是烟气抬升和扩散的热量、消除(或减少)可见烟羽的热量、蒸发液滴的热量以及防止在烟道和烟囱凝结的热量之和。最常用的再热形式是循环再热。循环再热是把吸收塔之前的未处理烟气的热
31、量传递给处理过的烟气。在德国和日本的大多数燃煤机组都采用循环再热。自从20世纪80年代开始，上百套脱硫装置都采用了旋转再生式换热器，也叫回旋式气气换热器（GGH）。虽然循环再热系统具有较低的运行费用，但是其初始投资却较高，设备庞大(要处理所有烟气)，而且材料必须耐腐蚀。,59,回旋式气气加热器,60,回旋式GGH的总体机构包括GGH的本体及外围配套件。GGH的本体由上连接板、上部中间梁、外壳、下连接板、下部中间梁、转子、中心筒、传热元件、导向轴承、支承轴承等主要机构件组成。GGH的外围配套件由轴承润滑装置、转子测速装置、高压水泵、吹灰器、传动装置、密封风机系统、净化/加压风机系统等组成。这些结
32、构件和外围的配套件组成一个具有完整功能的GGH系统。GGH是在原烟气和净烟气之间通过受热面回转进行热交换，原烟气和净烟气间采用逆流布置来强化换热。传热元件平行于流动方向布置在转子中，转子以衡定速度转动。当传热元件转到原烟气侧时，元件吸收原烟气的热量；转到净烟气侧时，传热元件将吸收到的热量散发给净烟气，达到加热净烟气的目的。,61,为防止原烟气与净烟气间的泄漏GGH采用增压和置换密封系统。由于密封片两侧存在着压差，当原烟气侧的压力高于净烟气侧时，就产生了原烟气向净烟气的直接泄漏。为改变这种状况，通过布置一套加压密封系统，从热端扇形板的中心线上向转子喷出具有比原烟气压力高的净烟气流，形成一道局部高
33、压区，将原烟气与净烟气进行隔离。当转子部件转到此处时，高压净烟气流将阻止原烟气向净烟气泄漏，起到密封隔离作用。,增压密封系统,62,转子的连续旋转，会将留在仓格内的烟气从一侧携带到另一侧。而原烟气被携带至净烟气中去，产生携带泄漏。为减小携带泄漏，根据转子转向，在上游密封区可布置一套净化系统，从GGH净烟气侧的出口处抽取一定量的净烟气，喷入密封区的转子内来置换转子内的原烟气从而达到减少携带原烟气的目的。要求GGH的烟气泄漏率低于1%。,63,烟风系统烟气换热器（GGH）较低的烟气阻力 低漏风率（一般要求小于1）高的传热效率和性能（传热元件：UNFo低碳钢镀高质量的搪瓷）外壳材质:Q235+玻璃鳞
34、片 转子材质：考登钢板,烟风系统,64,65,从冷却塔排放烟气，可避免成本高、耗能集中的再热段，在欧洲使用较多。在塔内，烟气从配水装置上方均匀排放，与冷却水不接触。由于烟气温度约50，高于塔内湿空气温度，发生混合现象，混合的结果改变了塔内气体的流动工况。塔内气体向上流动的原动力是湿空气（或湿空气与烟气的混合物）产生的热浮力，热浮力克服流动阻力而使气体流动。热浮力Z为：Z=hcpg 式中 hc冷却塔有效高度；p塔外空气密度与塔内气体密度之差。,烟气通过冷却塔排放,优点:充分利用冷却塔的热交换能力烟气在大气中的扩散较低的投资和运行费用,69,脱硫风机 安装烟气脱硫装置后，整个脱硫系统的烟气阻力约为
35、25003000Pa，单靠原有锅炉引风机（IDF）不足以克服这些阻力，需增设推风机，或称脱硫风机（Boost-up Fan，BUF），脱硫增压风机宜装设在脱硫装置进口处，在综合技术经济比较合理的情况下也可装设在脱硫装置的出口处。当条件允许时，也可与引风机结合设置。脱硫增压风机的布置位置可以有4种情况：A位：烟道接口与烟气换热器之间；B位：烟气换热器和吸收塔进口之间；C位：吸收塔出口和烟气换热器之间；D位：烟气换热器和烟囱之间。,70,A位布置的优点在于增压风机不需要防腐，并且用常规的风机就可用来做引风机，风机的造价低。缺点是能耗较大，气压造成气气换热器漏风率升高。尽管如此，在WFGD中常常选用
36、A位。B位和C位布置主要用于采用回转式烟气换热器时减少加热器净烟气和原烟气之间的压差，在要求很高的脱硫率时，减少烟气泄漏带来的影响，但是风机需要采用防腐材料，价格昂贵；C位风机容易发生腐蚀问题，它们是所谓的“湿风机”，它易于受到湿烟气中的SO3和Cl的腐蚀。可能的解决办法：一是选用高镍合金材料；二是通过连续或间歇性地喷水保持风机叶片表面的湿度，从而降低叶片表面沉积物和氯化物浓度。由于风机位于气气热交换器的下游，水的使用量必须在一定限度范围内。D位布置的电耗较低，但是需要采取一些防腐措施和避免石膏结垢的冲洗设施。,71,目前A位布置采用的比较多，国内仅珞璜电厂采用了D位布置的风机。脱硫风机不同布
37、置方案的比较见表1-4。,脱硫风机不同布置方案比较,72,烟风系统,烟风系统增压风机 通常为采用静叶可调轴流风机或动叶可调轴流风机 外壳材质：Q235 叶片材质：16MnR 轴材质：35,常用大型电站烟气脱硫 增压风机外形图,烟气从增压风机入口进入,马达带动风机动叶片高速转动，提升烟气压力,升压后的烟气通过风机出口扩压段出口排出,马达motor,增压风机,烟气挡板门,四、吸收系统,1吸收系统组成SO2吸收系统浆液循环系统石膏氧化系统除雾器,2工艺流程 石灰石浆液通过循环泵从吸收塔浆池送至塔内喷嘴系统，与烟气接触发生化学反应吸收烟气中的SO2，在吸收塔循环浆池中利用氧化空气将亚硫酸钙氧化成硫酸钙
38、。石膏排出泵将石膏浆液从吸收塔送到石膏脱水系统。,78,吸收塔 吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，要求气液接触面积大，气体的吸收反应良好，压力损失小，并且适用于大容量烟气处理。吸收塔的数量应根据锅炉容量、吸收塔的容量和可靠性等确定。300MW及以上机组宜一炉配一塔。200MW及以下机组宜两炉配一塔。根据国外脱硫公司的经验，一般二炉一塔的脱硫装置投资比一炉一塔的装置低5%10%，在200MW以下等级的机组上采用多炉一塔的配置有利于节省投资。吸收塔的设计在湿法FGD系统中是十分关键的。吸收塔最主要的塔型是喷淋吸收塔，在世界的湿法FGD系统中占有突出的地位，大多采用逆流喷淋塔。,79,烟气从喷淋区下部
39、进入吸收塔与均匀喷出的吸收浆液流接触，烟气流速为34m/s左右，液气比与煤含硫量和脱硫率关系较大。喷淋塔的优点是塔内部件少，故结垢可能性小，压力损失小。逆气流运行有利于烟气与吸收液充分接触，但阻力损失比顺流大。吸收区高度为515m，如按塔内流速3m/s计算，接触反应时间25s。区内设36个喷淋层，每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，交叉布置，覆盖率达180%300%。喷嘴入口压力不能太高，在0.51050.9105Pa之间。喷嘴出口流速约为10m/s雾滴直径约13202950m，大液滴在塔内的滞留时间110s，小液滴在一定条件下呈悬浮状态。,80,逆流喷淋吸收塔,81,吸收塔系统,吸收塔内的喷头 喷
40、头材料：炭化硅 吸收塔内的喷淋层 喷淋层管材：PP或FRP,喷嘴,喷嘴是喷淋塔的关键设备之一，脱硫喷嘴的作用是将浆液喷射为细小的液滴，增加吸收塔内浆液与烟气的接触面积。,螺旋喷嘴 偏心喷嘴,喷嘴雾化效果图,在吸收塔内，每两个相邻喷嘴喷射的浆液都要互相重叠部分，整个吸收塔断面每层喷淋层喷嘴喷射浆液的重叠，也就是我们常说的覆盖率达到180%300%。目的是为保证烟气在吸收塔断面上能均匀流动，不致形成烟气走廊。,84,吸收塔系统,吸收塔内的喷淋层,85,吸收塔中除了浆液洗涤系统外，还有除雾器（ME）和氧化系统。干净烟气出口设除雾器，通常为二级除雾器，装在塔的圆筒顶部（垂直布置）或塔出口弯道后的平直烟
41、道上（水平布置）。后者允许烟气流速高于前者。并设置冲洗水，间歇冲洗除雾器。冷烟气中残余水分一般不能超过100mg/m3，现在大多要求不超过75mg/m3，否则会玷污热交换器、烟道和风机等。湿法烟气脱硫塔采用的除雾器主要为折流板除雾器、旋流板除雾器。,86,通常，折流板除雾器中两板之间的距离为2030mm，对于垂直安置的折流板气体的平均流速为23m/s；对于水平放置的折流板，气体的流速可以高些，一般为610m/s。气速过高会引起二次夹带。折流板除雾器结构与除雾原理见下图。,折流板除雾器结构与除雾原理,87,气流在穿过板片间隙时变成旋转气流，其中的液滴在惯性作用下以一定的仰角射出作螺旋运动而被甩向
42、外侧，汇集留到溢流槽内，达到除雾目的，除雾效率可达到9099。,旋流板除雾器示意图,88,吸收塔内的除雾器 通常为二级除雾器、安装在塔的顶部。处理后的烟气残余水分不能超过100mg/m3 脱硫中主要采用折流板，其次是旋流板式。,89,吸收塔内的除雾器 通常为二级除雾器、安装在塔的顶部。处理后的烟气残余水分不能超过100mg/m3 脱硫中主要采用折流板，其次是旋流板式。,90,脱硫系统氧化方式 在石灰石湿法烟气脱硫工艺中有强制氧化和自然氧化之分，其区别在于脱硫塔底部的持液槽中是否充入强制氧化空气。对于自然氧化工艺，吸收浆液中的HSO3在吸收塔中被烟气中剩余的氧气（电厂烟气含氧量一般在6%左右）部
43、分氧化成SO42,其脱硫副产物主要是亚硫酸钙和亚硫酸氢钙。自然氧化因锅炉和脱硫系统运行参数不同而氧化程度各异，当氧化率在1595%，钙的利用率低于80%范围内亚硫酸钙易结垢，因为氧化率较高时（15%），生成的硫酸钙不能与亚硫酸钙一起沉淀析出；氧化率达不到一定程度（95%），就不能产生足够的石膏晶种而使石膏晶体迅速增长，导致石膏在脱硫塔内结垢。,91,控制氧化就是采用抑制氧化或强制氧化方式将氧化率控制在15%或95%。抑制氧化通过在洗涤液中添加抑制性物质，控制氧化率低于15%，使浆液SO42-浓度远低于饱和浓度，生成的少量硫酸钙与亚硫酸钙一起沉淀。抑制氧化采用的抑制有：单质硫、EDTA以及其他的
44、有机物。强制氧化通过向洗涤液中鼓入空气，并添加催化剂使氧化反应趋于完全，氧化率提高到高于95%，并保持足够的浆液含固量（12%），以提供石膏结晶所需的晶种，此时，石膏晶体生长占优势，产生沉淀性能优良的石膏，从而避免在塔内结垢,单回路石灰石石膏法脱硫工艺脱硫技术就是目前火电厂常用的石灰石-石膏湿法脱硫工艺，即脱硫反应中SO2的吸收溶解、碳酸钙的溶解中和、亚硫酸盐的氧化等在一个反应罐（吸收塔）内进行，吸收塔循环浆液采用单回路，浆池维持衡定的PH值运行。单回路石灰石石膏法应用于大中型机组，目前采用该工艺的脱硫装置单塔可处理1000MW等级机组的锅炉烟气，技术成熟可靠，其脱硫率可达到95%以上。双回路
45、石灰石石膏法脱硫工艺与单回路的工艺原理类似，仅吸收塔循环浆液是有两个回路和两个独立的反应罐，两个循环回路在不同的PH值下运行,以获得高脱硫率,其脱硫率可达到95%以上。,吸收塔是烟气脱硫的核心装置，要求气液接触面积大、气体的吸收反应良好，压力损失小。并且适用于大容量烟气处理。吸收塔主要有喷淋塔、双回路塔等类型。喷淋塔 是湿法脱硫的主流塔型，多采用逆流方式布置，烟气流速为3.8m/s左右。优点是:内部部件少，故结垢的可能性小，压力损失也小。逆流运行有利于烟气与吸收液充分接触，但阻力损失比顺流大。,双相整流喷淋塔,SO2 吸收:氧化:,石灰石溶解:沉淀:,双回路塔 最早由美国Reserch-Con
46、ttrell公司开发，又称Noell-KRC工艺，在美国和德国有应用业绩。双回路塔被一个集液斗分成两个回路：下段作为预冷却区，并进行一级脱硫，pH控制在4.05.0，有利于氧化和石灰石的溶解，防止结垢和提高石灰石的利用率；上段为吸收区，其排水经集液斗引入另设的加料槽，在此加入新鲜的石灰石，维持较高的pH（6.0左右），以获得较高的脱硫率。,双回路吸收塔,双回路吸收区反应,双回路氧化和结晶区反应,从反应方程来看,较高的pH值意味着浆液中石灰石的浓度很高,有利于SO2 的吸收。为了保证较高的SO2吸收速率,必须保证较高的pH 值,吸收塔中的pH值通过不断加石灰石进行补充控制,但并非pH值越高越好。
47、高pH值的浆液有利于SO2 的吸收,而低的pH值则有助于Ca2+的析出,二者相互对立。在一定范围内,随着吸收塔浆液pH值的升高,脱硫效率呈上升趋势,因为高的pH值意味着浆液中有较多的CaCO3存在,对脱硫当然有益。但pH5.8后脱硫效率不会继续升高,反而降低,原因是随着H+浓度的降低,Ca2+的析出越来越困难。,当pH=5.9 时,浆液中的CaCO3含量达到2.98%,而CaSO42H2O 的含量也低于90%,显然此时SO2 与脱硫剂的反应不彻底,既浪费了石灰石,又降低了石膏的品质。pH值再下降时,CaSO42H2O 的含量又回升,CaCO3 则降低。因此浆液pH 值既不能太高又不能太低,一般
48、情况下,控制吸收塔浆液的pH 值在5.4 5.5,能使脱硫反应的Ca/S(物质的量)保持在1.02左右,获得较为理想的脱硫效率。,pH 值较高时,CaSO3溶解度较小,而CaSO4溶解度则变化不大,随着对SO2 的吸收,石灰石浆液的pH 值降低吸收剂中溶有较多的CaSO3,并在石灰石表面形成一层液膜。而CaSO3 的溶解度又使液膜的pH 值上升,溶解度的变小使液膜中的CaSO3 析出并沉积在石灰石粒子的表面,形成一个保护壳,钝化脱硫剂。钝化的外壳阻碍了CaSO3 继续溶解,抑制了吸收反应的进行。,由于pH 值导致的结垢原因主要有：(1)在较高的pH 值(石灰系统pH8.0,石灰石系统pH6.2
49、)下,按前述有关反应生成CaSO31/2H2O软垢;(2)在石灰系统中,较高pH值烟气中CO2的再碳酸化,生成CaCO3沉积物。一般烟气中,CO2的浓度达10%以上,是SO2浓度的50100倍。美国EpA和TVA 的实验证明,当进口浆液的pH9时,CO2的再碳酸化的作用是显著的。所以无论从生成软垢的角度还是从CO2的再碳酸化作用讲,石灰石浆液的进口pH9时,一定会结垢。总之,一方面,pH 值越高,二氧化硫的吸收速度就越快,但是浆液容易结垢,堵塞泵和管道,这是烟气脱硫过程中最容易出现也是最难解决的问题。,pH/利用率/脱硫效率 关系,pH,利用率,脱硫率,(低),(高),五、石膏脱水系统,108
50、,石膏脱水系统 石膏是强制氧化石灰石湿法烟气的副产物，脱硫石膏晶体的粒径为1250m,主要集中在3060m,在脱硫装置正常运行时产生的脱硫石膏颜色近白色,采用石灰石-石膏法脱硫石膏的纯度一般在90%95%之间,采用白云石-石膏法,脱硫石膏的纯度可达96%以上,有害杂质较少,主要成分与天然石膏一样都是二水石膏晶体(CaSO42H2O)。脱硫石膏物理化学性质与天然石膏具有共同的特征,但作为一种工业副产品,它具有再生石膏的一些特点,和天然石膏相比又有一定的差异,其中二水石膏的含量较天然石膏还要高许多。,109,石膏脱水系统的主要设备是水力旋流器和真空皮带过滤机。水力旋流器为石膏脱水的主设备，也叫石膏
