石灰石－石膏湿式脱硫工艺、设备及参数

 石灰石－石膏湿式脱硫工艺、设备及参数
一.脱硫方法分类
脱硫是减少化石燃料（主要指煤）生成的SO₂排放到大气中的所有技术手段的通称，常见脱硫方法按照燃烧过程可以分为三类：
⑴燃烧前清洁技术：煤炭洗选、煤气化、液化和水煤浆技术；
⑵燃烧中清洁技术：循环流化床燃烧、煤气联合循环发电、型煤；
⑶燃烧后清洁技术：烟气脱硫技术。
在上述方法中，烟气脱硫技术是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式 ，世界各国研究开发和商业应用的烟气脱硫技术已达200种之上。烟气脱硫技术按照反应物的状态可以分为：⑴湿法烟气脱硫；⑵干法烟气脱硫。
湿法烟气脱硫技术主要有石灰石/石灰洗涤法，双碱法、韦尔曼洛德法、氧化镁法和氨法。据国际能源机构煤炭研究组织调查表明，湿式脱硫占世界安装烟气脱硫的机组总容量的85%，美、德、日等发达国家更达到90%以上。湿发烟气脱硫技术特点主要有：①脱硫效率高，适用于各种煤种；②脱硫剂利用率高；③占用场地大，一次性投资大；④反应物显液态，需进行水处理；⑤设备易腐蚀，结垢及堵塞。可以看出，在资金和场地许可的情况下，采用湿法烟气脱硫是较稳妥的方法。
干式烟气脱硫技术主要有喷雾干燥法、炉内喷钙法和循环流化床排烟脱硫法。其特点主要有：①投资费用较低；②脱硫产物呈干态，并与飞灰相混；③无需装设除雾器及烟气再热器；④设备不易腐蚀，不易发生结垢及堵塞；⑤吸收剂利用率相对较低，不适用于高硫煤（含硫量＞2%）脱硫；⑥飞灰与脱硫产物相混可能影响综合利用；⑦对干燥过程控制要求很高。干式烟气脱硫技术适用于硫含量低于2%，场地及资金受限制的情况，通常老厂改造适用此方式。
目前循环流化床排烟脱硫法（CFB）在国内电厂的应用较广，仅次于石灰石湿法的应用，已投入使用的*大机组为20万KW，且效果不理想。
二.石灰石－石膏湿式脱硫装置构成
   该法原则上可分为下列结构单元：
⑴浆液系统。由粉仓、磨机、漩流分离站、浆液箱组成。
⑵吸收系统。由洗涤循环系统、除雾器、氧化系统组成。
⑶烟气系统。由烟道、GGH、密封系统组成。
⑷增压风机。
⑸石膏脱水及储存系统。由水力漩流站、真空皮带过滤机、石膏仓组成。
⑹废水处理系统。由加药系统、中和絮凝系统、浓缩系统组成。
⑺紧急事故系统。由事故浆液箱、地坑系统组成。
三.主要技术参数
  ⑴脱硫率。
⑵液气比。（L/G）
  是指吸收塔内单位时间内吸收溶液的量（升）与烟气量（立方米）的比值（l/m³）。经验值：8－25
  根据含硫量的不同，选取不同的值：
          含硫量 <1.0%       L/G=10-13
          含硫量 1.0-3.0%    L/G=13-20
          含硫量 >3.0%       L/G=20以上
⑶钙硫比。（ca/s）
  是指一个较长的时段内，参与反应的ca与s的摩尔数之比。它反映了吸收剂（石灰石浆液）的利用率。目前湿法的钙硫比通常在1.01-1.03之间。
⑷水滴直径。
  吸收剂（石灰石浆液）经喷嘴喷出后呈水雾状，其水滴直径多在2.0-2.5mm之间。水滴的直径与吸收效率成反相关，但提高水滴细度必然要求提高喷嘴前压力从而增加能耗。
⑸吸收区高度。
  一般指烟气入口管中心线到喷淋层中心线的距离。吸收区高度一方面决定了烟气与脱硫剂的接触时间，另一方面也决定了接触反应区内水滴的停留时间。这两个时间均与脱硫效率有直接关系。
  吸收区高度一般在5－15m之间。
⑹塔内烟气流速。
  烟气在塔内的流速一般为2.5-3.8m/s（逆流式脱硫塔），目前许多公司都提高到3.7-4.0m/s，顺流塔可达4m/s。提高流速有利于提高脱硫率，因为一方面通过湍流过程可加强传质，另一方面在逆流塔上可将更多的水滴保持在悬浮状态（流化床效应）。其不利之处是烟气阻力损失会增加，从而使能耗增加。
⑺浆液PH值。
  美国国家环保局实验表明，*佳PH值为5.8-6.2，有利于ca²⁺的析出。
⑻浆液在池循环周期。
  指浆液经喷淋系统循环一周的时间。等于：浆池容积/吸收塔循环泵排量，一般按4－5分钟设计。在液气比确定后可推算出浆池的设计容量。
⑼浆液在池停留时间。
  是指与浆池等容量的浆液完全反应的时间。等于：浆池容积/石灰石浆液泵排量。一般在15－25小时之间，时间越长，石灰石利用率越高，石膏纯度越好。缺点是浆池要做大。
⑽吸收塔入口温度。
  由锅炉来的原烟气温度在160℃左右，经GGH降温后在120℃左右。该温度越低对吸收越好，另外温度过高会损坏塔内的非金属设备和防腐层。
⑾烟囱排放温度。
  目前要求在80℃以上。这样可以避免Hcl、HF、Hclo凝结腐蚀烟囱，同时也有利于烟气的扩散。
⑿新鲜石灰石浆液补充量。
  由浆池内浆液的PH值来决定。当PH值过低时，增加补充量；PH值过高时，减少补充量。
⒀浆池内石膏的外排量。
⒁氧化风机的风量。
⒂氯离子的含量。
  氯离子对提高提高脱硫效率有利，但对石膏的品质有影响。
四.主要设备的分类及特点
㈠吸收塔
  按照浆液扩散的形式分为：
1.喷淋塔
     ⑴德国斯坦米勒（国内合作者：北京龙源）
特点：塔内喷淋层与浆液之间（吸收区）没有其它设备
     ⑵德国比肖夫（国内合作者：福建龙净、山东三融、国化荏原、东方锅炉）
      特点：塔内浆液由挠动系统驱动，无搅拌器
     ⑶美国巴威（国内合作者：武汉凯迪、浙江天地）
      特点：塔内设有托盘，以增加液气接触面积
     ⑷日本川崎（国内合作者：博奇科技）
      特点：塔内设有一隔板，烟气侧进侧出
     ⑸其它：美国MET（广州常净、康瑞健生、山大华特）、美国AE（重庆远达）、日本杜康（浙江菲达）
2.液柱塔
     ⑴日本三菱（重庆远达、华电环保）
     特点：石灰石浆液从下往上喷，增加与烟气接触反应的时间
     ⑵清华同方
3.鼓泡塔
⑴日本千代田
特点：烟气由上千根支管导入吸收液中，反应速度快；没有浆液循环系统和喷淋层，整套设备占地小，投资低。
缺点：烟气阻力大，增压风机能耗高；支管有结垢的可能，且不易维护。
4.填料塔
⑴三菱
特点：在浆液与喷淋层之间设有填料层，可增加液气接触面积
缺点：填料层易结垢、腐蚀（珞璜电厂二期FGD装置的经验）
喷淋塔按照烟气出入的方式分为：
  1.逆流喷淋塔
2.顺流喷淋塔
3.顺流/逆流喷淋塔
 ㈡气气换热器GGH

1. 蓄热式GGH

利用原烟气的热量，优点是不需要其它能耗，缺点是占地面积大，投资大。分为：
⑴回转式GGH
  优点：换热面积大，效率高
  缺点：有泄漏
⑵板式GGH
  优点：无泄漏
  缺点：换热面积小
⑶管式GGH
  优点：无泄漏
  缺点：需增加循环水系统

2. 非蓄热式

通过燃烧器直接加热或通过蒸汽间接加热，一次性投入少，但运行能耗大。
 ㈢增压风机的位置
    
四种方案比较如下：

风机位置	A	B	C	D
烟气温度（℃）	100-150	70-110	45-55	70-100
磨损	少	少	无	无
腐蚀	无	有	有	少
沾污	少	少	有	无
漏风率/％	3.0	0.3	0.3	3.0
能耗/％	100	90	82	95