一脱硫石灰石湿法

一绪论

1.1.1设计背景及意义

我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一。燃煤造成的大气污染十分突出，大气污染物浓度在许多城市居高不下。燃煤设施烟尘控制一直是大气污染控制的主要任务。我国长江以南广大地区已经发展成为世界第三大酸雨区，其形成和燃煤引起大气污染关系十分明显。为了控制酸雨和二氧化硫污染，国家制定了双控区行动计划，重点是控制二氧化硫的排放中国是燃煤大国，煤炭约占一次能源消费总量的75％。

世界燃煤电厂控制SO2排放最有效、应用最广的技术为燃烧后脱硫即烟气脱硫(Flue gas desulfurization，缩写FGD)。该法可达到很高的脱硫率，技术比较成熟，是目前世界上已经完成大规模商业化应用的主要脱硫技术之一。烟气脱硫技术可分为湿法、半干法和干法三类工艺。湿法脱硫技术以其脱硫效率高，运行稳定可靠及没有二次污染独占鳌头。在发达国家，90%以上的烟气脱硫采用湿法脱硫技术，湿法脱硫技术已成为我国燃煤电厂烟气脱硫的首选工艺。湿式石灰石－石膏法烟气脱硫工艺是目前世界上燃煤电厂应用最广泛、技术最成熟的湿法脱硫技术。该技术采用石灰石(CaCO3)浆液作洗涤剂，在反应塔(吸收塔)中对烟气进行洗涤，从而除去烟气中的SO2。

目前，控制二氧化硫排放的工艺除了采用洗煤、型煤、循环流化床燃烧等技术措施外，烟气脱硫技术是最为广泛采用的一种技术，其他方法还不能在技术成熟程度和经济的承受能力等方面与之竞争。烟气脱硫工艺技术颇多，湿式脱硫除尘技术是其中的一种工艺，它是在传统的湿式除尘技术的基础上发展起来的一种符合中国国情的实用技术，特别适用于大、中型工业锅炉烟气的除尘和脱硫。

的烟气，通过吸收去湿法脱硫技术是采用液体吸收剂如水或碱溶液洗涤含SO

2

的技术。该技术具有所用设备简单，操作容易，脱硫效率高，运行除烟气中SO

2

可靠，应用广泛等优点，是目前国内外研究最多，应用最广的脱硫技术。但它也存在脱硫后烟气温度较低，于烟囱排烟扩散不利，以及设备腐蚀、堵塞、结垢和废水后处理等问题。

1.1.2发展现状

第一套湿式洗涤烟气脱硫装置出现在70年代。在发展初期，湿式石灰/石

灰石法主要采用石灰作脱硫剂。CaO或经消化后的PH大于6.0，因而对于SO2

有很强的吸收能力，脱硫率高，脱硫生成的主要产物是CaSO

3.CaSO

3

在高PH时较

难氧化可排入堆场，如有堆放场地，该工艺就可得到推广和哟应用。日本和德国

因缺少堆放场地。70年代初就开始研究将CaSO

3氧化成CaSO

4

的方法。最初是将

脱硫塔排出的含CaSO

3的浆液引入一个专门的压力氧化槽中，并添加H

2

SO

4

，将

PH值降到3-4后鼓风氧化。若控制不好，易出现石膏的过饱和，系统中时常发生结垢和堵塞问题。70年代的商用湿式烟气脱硫装置就是采用这种体外强制氧化工艺。

此外，工艺进一步发展，将氧化系统组合在吸收塔底部的浆池内，利用大容量浆池完成石膏的结晶过程。因亚硫酸盐（SO32-）在PH=5.0条件下氧化，此外的

亚硫酸盐基本以酸化的（HSO

3-）的形式存在，即Ca（HSO

3

）

2

被氧化成CaSO

4

，故

不需添加H

2SO

4

。这就演变成现在普通采用的吸收，氧化在同一吸收塔内进行的

工艺。

吸收塔能在PH=4.5—5.5范围内工作，为利用廉价但反应速度慢的石灰石开辟了新途径。延长脱硫剂在浆池内的停留时间，提高石灰石研磨细度和就地强制氧化是将石灰石利用率提高到95%-99%的前提条件。向浆池鼓风使石灰石溶解时释放的CO

2

从浆池中驱出，保证石灰石溶解反应不断进行。

早期的脱硫装置中设置独立的预冷却洗涤塔，采用水洗涤去除烟气中的HCI，

HF，H

2SO

4

和飞灰，即可提高石膏质量，也能满足工艺要求。因为烟气中的HCl

会使脱硫系统中生成CaCl

2

（特别是当然用氯含量高的煤时），从而影响石灰石的

溶解速度，降低脱硫剂的碱度。现在预洗涤塔仅在个别场合小采用。当前的脱硫吸收塔已成为集与洗涤，冷却，吸收，氧化于一体的装置，从而减少了系统投资，运行费用和占地面积，增强了适应机组负荷变动的能力，大大提高了可靠性。

1.1.3发展趋势

在目前和今后相当长的一段时期内,中国的能源结构是以煤为主,煤炭在中

国能源结构中的比重高70%,而且中高硫煤也较多。据统计,中国SO

2

年排放量已

超过1600万吨,燃煤产生的SO

2占绝大部分,其中燃煤电厂锅炉排放的SO

2

约占总

排放量的1/4,中小型燃煤锅炉排放的SO

2

占总排放量的近40%。中国的大气污染特征也是由于大量燃煤而形成的煤烟型污染。

大气环境中的SO

2

及其形成的酸沉降,是当代人类面临的重大环境问题之一。监测和研究表明,中国华南、西南地区的降水酸度上升较快,酸雨频率也在增加,

酸雨区面积仍在扩大。酸雨不仅严重腐蚀建筑物和工交设施,而且毁坏大面积的森林和农作物,对生态环境产生严重的影响,每年给中国造成的经济损失超过150亿元。

为了控制酸雨污染,中国对燃煤锅炉排放的SO

2

规定了最高允许排放浓度,并开

始征收工业燃煤SO2排污费。对于我国煤炭含硫量和SO

2排放量的地理分布、SO

2

污染的控制战略等方面进行了深入研究[2-4],为开发和推行燃煤烟气脱硫技术,提供了强有力的推动作用。湿法石灰石脱硫工艺采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆。在吸收塔内,吸收浆液与烟气接触混合,烟气中的SO

2

与浆液中的碳酸钙进行化学反应,再通过鼓入空气氧化,最终产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴,经换热器加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。由于吸收浆液循环利用,脱硫吸收剂的利用率很高。

目前,湿法烟气脱硫装置还占多数,但湿法也有不少缺点,除投资高(如石灰石—石膏法一次性投资高达20%～30%)外,还产生设备堵塞、结垢、腐蚀、泄漏以及淤泥的后处理等问题。自从丹麦Niro公司开发喷雾干燥法以来,该方法由于克服了湿法脱硫的许多缺点,因而得到了迅速推广应用。

国内认为对于燃煤含硫量小于3.5%容量小于300MW的电厂,喷雾干燥法是烟气脱硫的优先选用技术和发展方向。但该工艺设备的单机容量还不够大,因为目前大量建设的电厂,其单机容量大部分已在300MW以上。对于大容量和燃烧高硫煤电站锅炉,目前仍需选用石灰石-石膏法。

1.2 课程设计任务及采用技术

1.2.1 设计任务及目的

任务：完成烟气脱硫工艺系统的设计。

烟气整体情况：烟气量80万/h；含硫量：1200mg/h；效率＞95%

目的：通过该设计，使学生能够综合运用课堂上学过的理论知识和专业知识。以巩固和深化课程内容；熟悉使用规范、设计手册和查阅参考资料，培养学生分析问题、解决问题和独立工作的能力；进一步提高学生计算、绘图和编写说明书的基本技能。

二脱硫工艺

2.1.1该工艺采用的是湿式石灰石石膏脱硫法。

锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、喷淋增湿降温后进入吸收塔。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SO2、SO3、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），并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。

在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器和真空皮带脱水机。

经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。

在吸收塔出口，烟气一般被冷却到46~55℃左右，且为水蒸气所饱和。通过GGH将烟气加热到80℃以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。

2.1.2脱硫过程主反应

1）SO2 + H2O → H2SO3 吸收

2）CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CO2 + H2O 中和

3）CaSO3 + 1/2 O2 → CaSO4 氧化

4）CaSO3 + 1/2 H2O → CaSO3?1/2H2O 结晶

5）CaSO4 + 2H2O → CaSO4 ?2H2O 结晶

6）CaSO3 + H2SO3 → Ca(HSO3)2 pH 控制

同时烟气中的HCL、HF与CaCO3的反应，生成CaCl2或CaF2。吸收塔中的pH 值通过注入石灰石浆液进行调节与控制，一般pH值在5.5—6.2之间。

2.1.2主要工艺系统设备及功能

1）烟气系统

烟气系统包括烟道、烟气挡板、密封风机和气—气加热器（GGH）等关键设备。吸收塔入口烟道及出口至挡板的烟道，烟气温度较低，烟气含湿量较大，容易对烟道产生腐蚀，需进行防腐处理。

烟气挡板是脱硫装置进入和退出运行的重要设备，分为FGD主烟道烟气挡板和旁路烟气挡板。前者安装在FGD系统的进出口，它是由双层烟气挡板组成，当关闭主烟道时，双层烟气挡板之间连接密封空气，以保证FGD系统内的防腐衬胶等不受破坏。旁路挡板安装在原锅炉烟道的进出口。当FGD系统运行时，旁路烟道关闭，这时烟道内连接密封空气。旁路烟气挡板设有快开机构，保证在FGD系统故障时迅速打开旁路烟道，以确保锅炉的正常运行。

经湿法脱硫后的烟气从吸收塔出来一般在46—55℃左右，含有饱和水汽、残余的SO2、SO3、HCl、HF、NOX，其携带的SO42-、SO32-盐等会结露，如不经过处理直接排放，易形成酸雾，且将影响烟气的抬升高度和扩散。为此湿法FGD 系统通常配有一套气—气换热器（GGH）烟气再热装置。气—气换热器是蓄热加热工艺的一种，即常说的GGH。它用未脱硫的热烟气（一般130～150℃）去加热已脱硫的烟气，一般加热到80℃左右，然后排放，以避免低温湿烟气腐蚀烟道、烟囱内壁，并可提高烟气抬升高度。烟气再热器是湿法脱硫工艺的一项重要设备，由于热端烟气含硫最高、温度高，而冷端烟气温度低、含水率大，故气—气换热器的烟气进出口均需用耐腐蚀材料，如搪玻璃、柯登钢等，传热区一般用搪瓷钢。

另外，从电除尘器出来的烟气温度高达130～150℃，因此进入FGD前要经过GGH降温器降温，避免烟气温度过高，损坏吸收塔的防腐材料和除雾器。

2）吸收系统

吸收系统的主要设备是吸收塔，它是FGD设备的核心装置，系统在塔中完成对SO2、SO3等有害气体的吸收。湿法脱硫吸收塔有许多种结构，如填料塔、湍球塔、喷射鼓泡塔、喷淋塔等等，其中喷淋塔因为具有脱硫效率高、阻力小、适应性、可用率高等优点而得到较广泛的应用，因而目前喷淋塔是石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺中的主导塔型。

喷淋层设在吸收塔的中上部，吸收塔浆液循环泵对应各自的喷淋层。每个