烟气车间技术了解

烟气脱硫工艺简介烟气脱硫按吸收剂种类的不同，可分为钙基、镁基、氨基脱硫等大类脱硫工艺；按脱硫剂的形态有干法、半干法和湿法；按反应产物的处理方法分为抛弃法和回收法；按脱硫剂是否可再生分为再生法和不可再生法；按气体净化原理分为吸收法、吸附法和催化转化法等。

列举几个典型技术如下：1 湿法烟气脱硫工艺（1）石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术；（2）NADS-氨肥法技术；（3）海水脱硫技术；（4）双碱法烟气脱硫技术；2 半干法烟气脱硫工艺（1）LIFAC 烟气脱硫工艺(炉内喷石灰石与烟道增湿的组合技术)；（2）喷雾干燥法烟气脱硫技术；3 干法烟气脱硫工艺（1）WULFF 回流式循环流化床；（2）ABB(ALSTOM)的NID 技术(喷雾干燥法烟气脱硫技术的改进) 典型石灰石—石膏湿法脱硫技术分析1、石灰石一石膏湿法脱硫系统简介石灰石一石膏湿法脱硫技术是当今世界最成熟、对高硫煤脱硫效率可达90%以上；对低硫煤脱硫效率可达95%以上,使用最为广泛的烟气脱硫技术其典型工艺流程图如下：除尘后的锅炉烟气经增压风机增压,通过气一气热交换器交换热量降温后从底部进入脱硫塔(有的脱硫系统无气一气热交换器),与石灰石浆液发生反应,除去烟气中的S02。

净化后的烟气经除雾器除去烟气中携带的液滴,通过气一气热交换器升温后从烟囱排出。

反应生成物CaCO3进入脱硫塔底部的浆液池,被通过增氧风机鼓入的空气强制氧化生成CaSO4,继而生成石膏。

为了使生成的石膏不断排出,新鲜的石灰石/石灰浆液需连续补充,才能得到纯度较高的石膏。

石灰石一石膏湿法脱硫技术的主要工艺参数有:吸收塔浆液pH、液气比脱硫塔进口烟气温度、石灰石粒度、浆液池中石膏的过饱和度、入口S02浓度。

脱硫塔进口烟气温度控制在150℃左右为宜；脱硫剂颗粒的粒径在200一300目；浆液池中的过饱和度控制在1.05一1.50;液气比与煤的含硫量关系较大并对脱硫效率有很大影响，一般控制在8一25L/m3；脱硫塔内烟气流速一般在3m/s左右，接触反应时间2—5s；塔底浆液池的pH控制在5—6为宜。

2、石灰石一石膏湿法脱硫技术工艺原理石灰石一石膏烟气脱硫过程属于化工通用的单元操作过程,此过程的理论基础即为“双膜理论”模型，包括流体输运、热量传递和质量传递。

其中质量传递主要有S02气体扩散、吸收、吸附和亚硫酸根离子被催化氧化为硫酸根离子等过程。

因此各操作过程原理对脱硫性能都会产生显著的影响，湿法脱硫吸收传质过程如图所示。

吸收质从气相主体←→气膜表面←→相界面←→液膜表面←→液相主体根据双膜理论,二氧化硫的吸收主要经历以下3个过程:(1)二氧化硫从气相透过气膜向气液界面传递、扩散;(2)二氧化硫在液膜表面溶解;(3)二氧化硫从气液界面透过液膜向液相传递并随即与石灰石浆液发生化学反应;二氧化硫的吸收过程包括以下6个步骤（1）二氧化硫从气相主体穿过气液界面的扩散与溶解SO2(g)→SO2(aq)（2）二氧化硫溶解后的水合过程SO2(g)+H2O H2SO3（3）水合二氧化硫的电离H2SO3→++HSO3-HSO3→ H++SO32-（4）碳酸钙在液相主体中的溶解和电离CaCO3(s) CaCO3(aq)CaCO32++CO32-(aq)（5）亚硫酸盐的形成Ca2++SO32-+1/2H2O→CaSO3。

1/2H2O(s)（6）在与氧气接触的条件下亚硫酸钙发生氧化反应Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4。

2H2O(s)石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺的反应机理为:吸收:SO2(g)→SO2(l)+H2O→H++HSO3-→H++SO32-溶解:CaCO3(s)+H+→Ca2++HCO3-中和:HCO3-+H+→CO2+H2O氧化:HSO3-+1/2O2→SO32-+H+SO32-+1/202→S042-结晶:Ca2++SO32-+1/2H2O→CaSO3。

1/2H2O(s)Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4。

2H2O(s)总反应方程式是：CaCO3 + 2H2O + SO2 + O2→CaSO4·2H2O +CO2↑此技术的优点为；技术成熟，是世界上最成熟的脱硫技术之一，己广泛应用于世界各地；钙硫摩尔比较低，一般在 1.05—1.10;脱硫效率高，一般可达95%以上；脱硫剂利用率高，一般大于90%；烟气处理量大，特别适合大机组；煤种适应性强，低、中、高硫煤均可，对高硫煤优势突出；脱硫产物石膏可作为建筑等材料。

此技术的缺点为：投资费用高，脱硫装置占电厂总投资的10%~13%；运行费用较高；占地面积大；电耗比较高，一般占总发电量的1.5%—2.0%；脱硫塔内构件易发生腐蚀；塔底部的持液槽易结垢、堵塞及腐蚀；耗水量相对较大；排出废水需要处理；对石灰石/石灰颗粒的粒径要求比较严格；净化后的烟气会对尾部烟道及烟囱产生腐蚀；脱硫成本相对较高；系统管理操作复杂。

石灰石—石膏湿法脱硫系统运行中的几个重要参数（1）吸收塔浆液的pH值从二氧化硫的吸收来讲，高的pH值有利于二氧化硫的吸收，pH=6时二氧化硫吸收效果最佳，但此时亚硫酸钙的氧化和石灰石的溶解受到严重抑制，产品中出现大量难以脱水的亚硫酸钙、石灰石颗粒、石灰石的利用率下降，运行成本提高，石膏综合利用难以实现，并且易发生结垢，堵塞现象。

而低的pH值有利于亚硫酸钙的氧化，石灰石溶解度增加，按一定比例鼓入空气，亚硫酸钙几乎可以全部得到就地氧化，石灰石的利用率也有提高，原料成本降低，石膏的品质得到保证。

但低的pH值使二氧化硫的吸收受到抑制，脱硫效率大大降低，当pH=4时，二氧化硫的吸收几乎无法进行，且吸收液呈酸性，对设备也有腐蚀，一般PH在5.4一5.5为合适。

（2）液气比(L/G)液气比也是设计中的一个重要参数，它在数字上就是石灰石—石膏法脱硫系统操作线的斜率。

它决定了石灰石的耗量,由于石灰石—石膏法中二氧化硫的吸收过程是气膜控制过程，相应的，液气比的增大代表了气液接触的机率增加，脱硫率相应增大。

但二氧化硫与吸收液有一个气液平衡，液气比超过一定值后，脱硫率将不在增加。

此时，由于液气比的提高而带来的问题却显得突出，出口烟气的雾沫夹带增加，给后续设备和烟道带来站污和腐蚀；循环液量的增大带来的系统设计功率及运行电耗的增加，运行成本提高较快，所以在保证一定的脱硫率的前提下，可以尽量采用较小的液气比。

（3）烟速及烟气与脱硫剂接触时间随着烟速的增加,脱硫效率升高。

原因可归结为虽然烟速的增加导致烟气与液滴的接触时间减少，但气液相对速度的增大可以促进传质，同时烟气速度的增大也同时增大的塔内的持液量，促进了二氧化硫的吸收。

随着烟速的提高，塔内的涡旋逐渐消失，即烟气对冲进口对面塔壁现象没有了，塔中间的烟气流动变得较均匀。

在相同的液气比的条件下，喷淋量随之加大，浆液的喷淋对烟气流场具有整流作用；而且随着烟气速度的提高，塔内的持液量及液滴在塔内的停留时间随之增大，从而在整体上增强了气液两相之间的传质。

烟气自气—气加热器进入吸收塔后，自下而上流动，与喷淋而下的石灰石浆液雾滴接触反应，接触时间越长，反应进行得越完全。

因此长期投运对应高位喷淋盘的循环泵，有利于烟气和脱硫剂充分反应，相应的脱硫率也高。

（4）石灰石粒度及纯度参与反应的石灰石颗粒越细，其表面积越大，反应越充分，吸收速率越快，石灰石的利用率越高。

一般要求为：90%通过325目筛或250目筛，石灰石纯度一般要求为大于90%。

（5）CI—含量氯离子含量虽然很小，但对脱硫系统有着重大的影响。

首先，氯离子能抑制吸收塔内的化学反应，改变pH值，降低SO2去除率；消耗石灰石等吸收剂；氯化物又抑制吸收剂的溶解；由于抑制了石灰石的溶解，使石膏中的石灰石含量增加，而工业要求较高品质的石膏中石灰石含量不超过2%。

其次CI—含量增加引起石膏脱水困难，使其含水量大于10%。

CI—含量增加严重降低石膏品质，因为工业上对石膏中的CI—含量有严格的要求，CI—超标使石膏板不能成型，综合利用困难。

氯化物的增加，使吸收液中不参加反应的惰性物质增加，浆液的利用率下降，要达到预想的脱硫率，就得增加溶液和溶质，这就使得循环系统电耗增加。

(6)烟尘含量原烟气中的飞灰在一定程度上阻碍了S02；与脱硫剂的接触,降低了石灰石中Ca2+的溶解速率,同时飞灰中不断溶出的一些重金属会抑制Ca2+与HSO3一的反应。

烟气中粉尘含量持续超过设计允许量，将使脱硫率大为下降，喷头堵塞。

（7）氧化风量及其利用率的影响氧化空气提供将S02氧化成硫酸盐所必须的氧气。

氧化风量必须能够满足系统要求，分布均匀并达到一定的利用率。

否则石膏浆液中亚硫酸盐会超标，无法形成合格的石膏晶体。

（8）入口烟气S02浓度一般认为当烟气中S02浓度增加时，有利于S02通过液浆表面向液滴内部扩散，加速反应速度，脱硫效率随之提高。

实际中，烟气中S02浓度的增加对脱硫效率的影响在不同浓度范围内是不同的。

在钙硫摩尔比一定的条件下,当烟气中S02浓度很低时,由于吸收塔出口S02浓度不会低于平衡浓度,因此不可能获得很高的脱硫效率。

当烟中S02浓度适当增加，有利于通过浆液表明向内部扩散，加快反应速率，提高脱硫效率；但随着S02浓度进一步增加，受浆液吸收能力的限制，脱硫效率将会下降。

由于当入口二氧化硫浓度增大时，二氧化硫分压也随之增大，因此浆液液滴中亚硫酸氢根浓度增大，阻碍了二氧化硫的吸收。

（9）喷嘴数量对脱硫效率的影响保持一定的进口烟速及进口二氧化硫浓度不变的情况下，喷嘴越多脱硫效率越好。

（10）二水硫酸钙结晶的影响根据晶体生长动力学理论，诱导期是结晶过程的诱发和起始阶段。

根据形成的时间顺序，可把诱导期划分为三步骤：(1)已饱和溶液中拟稳态晶胚的产生；(2)壁面上稳定晶核的形成；(3)晶核的生长。

上述步骤是一个连续的过程，其中任何一个环节受到阻滞都会引起结晶过程的延缓。

1）塔内结晶的形成当溶液中离子(Ca2+、C032一、S042+等)浓度高于溶解平衡时的浓度后,形成的晶核就可能继续生长并从溶液中析出,物理过程如图：首先是由于溶液中阴、阳离子之间的电荷相互作用，形成离子对。

在一定的饱和度下，大量的离子对构成较大的分子，并彼此聚集，在较高的过饱和度下，离子对浓度增加形成固体晶格，并聚集形成较大的粒子。

这种聚集过程与溶液处于动力学平衡。

当聚集体长到某临界尺寸(由溶液过饱和度决定)，开始出现固体粒子成核，这些较大的成核粒子不易再溶解。

在溶液主体中粒子的成核属均相成核。

而在某表面上则属非均相成核；图(d)当相对饱和度达到一定值时，就会形成晶核，当饱和度达到更高值时，石膏晶体将在悬浮液中已有的石膏晶体表面进行生长，同时也会在其它各种物体表面上生长。

2）结晶的控制由于石灰工艺脱硫系统是利用溶解的亚硫酸盐作为液相碱性物质来中和二氧化硫，大多数石灰一石灰石脱硫工艺系统可以根据氧化比不同，可分为3大类：“抑制氧化”模式、“自然氧化”和“强制氧化”模式“强制氧化”模式是通过向反应池内浆液中加入空气来实现的,加入空气中所含的氧促使浆液池内的亚硫酸根和亚硫酸氢根向硫酸根转变，氧化的程度依赖于反应池的深度和加入的空气量。