脱硫工艺过程介绍及控制方法

石灰石-石膏湿法烟气脱硫

脱硫工艺过程介绍及控制方法

摘要：从煤燃烧中降低SO2的排放的方法包括流化床燃烧（CＦB)和整体气化燃烧循环(IG ＣＣ)发电。常规的火力电厂主要通过加装烟气脱硫装置(FGD)进行烟气脱硫。基于对烟气脱硫工艺过程和自动化控制的认识变得迫切，本文重点介绍几种常用电厂脱硫工艺原理和控制方法。

1.常用烟气脱硫工艺原理:

目前，几种常用成功的电厂烟气脱硫工艺原理介绍如下。

1.１石灰／石灰石洗涤脱硫工艺：（后面详细介绍）

石灰/石灰石洗涤器一般用于大型的燃煤电厂,包括现有电厂的改造。湿法石灰／石灰石是最广泛使用的FGＤ系统,当前流行的石灰/石灰石ＦＧD系统的典型流程如图所示。石灰石的FGD几乎总能达到与石灰一样的脱硫效率,但成本比石灰低得多。

从除尘器出来的烟气进入FＧD吸收塔，在吸收塔里S０２直接和磨细的石灰石悬浮液接触并被吸收去除。新鲜的石灰石浆液不断地喷人到吸收塔中，被洗涤后的烟气通过除雾器，然后通过烟囱或冷却塔释放到大气中。反应产物从塔中取出，然后被送去脱水或进一步进行处理。

湿法石灰石根据其氧化方式不同一般可以分为强制氧化方式和自然氧化方式。氧化方式由化学反应,吸收浆液的PH值和副产品决定。其中强制氧化方式(PH值在5—6之间)在湿法石灰石洗涤器中较为普遍,化学反应方程式如下:

CaCO３+SＯ２+1/2O２+２H2O=ＣａSＯ４·２H2O+ＣO2

图示是石灰石洗涤器中最简单的布置，目前已成为FGD的主流。所有的化学反应都是在一个一体化的单塔中进行的。这种布置可以降低投资和能耗,单塔结构占地少,非常适用于现有电厂的改造。因其投资低，脱硫效率高，十分普及。

１．2 海水洗涤脱硫工艺：

由于海水中含有碳酸氢盐，因而是碱性的，这说明在洗涤器中有很高的SO2脱除效率。被吸收的SＯ2形成硫酸根离子，而硫酸根离子是海水中的一种自然组分，因而可以直接排放到海水中。此工艺设备简单，不需要大量的化学药剂,基建投资和运行费用低。脱硫率高,可连续保持99%的二氧化硫除去率，能够满足严格的环保要求。

图示烟气首先在除尘器里过滤，通常为织布式过滤器或静电除尘器。随后，烟气进入二氧化硫吸收塔，塔内烟气流向与从上晚往下流的海水方向相反。二氧化硫吸收塔式有隔板的塔式设计，在海水和烟气之间提供较大的接触面积。这样可以获得较高的二氧化硫去除率。由于海水和烟气直接接触,使得离开吸收塔的处理过的烟气得到冷却，因此，该烟气在烟囱排出之前需再热。

烟气海水脱硫工艺利用电厂冷凝器排出的冷却海水。一小部分海水泵到吸收塔顶部,流向塔内的接触床层,在塔内二氧化硫被海水吸收。酸化的海水收集在吸收池里,靠重力流向海水处理厂(ＳWTＰ)。酸化的海水在SＷTP混合室里与其它冷却海水混合，然后流向下一步骤得到氧化。通过大功率的工业风扇,空气被引人海水里。此时，二氧化硫转化为流酸根,水接近被氧气饱和，在海水排回海洋前，海水PH值又恢复中性。

１．３双碱法洗涤脱硫工艺：

双碱法在７0年代和80年代早期主要用于美国，早期,湿法石灰石洗涤器有时会遇到结垢的问题,而双碱法则可以避免这些问题。

随着对洗涤过程更深入的理解,采用简单的湿法吸收塔解决了结垢问题，使得双碱法逐渐失去了其普遍性。在第一阶段中SO2被碱性物质，如亚硫酸钠和硫酸铝吸收，然后在第二阶段中则加入石灰或石灰石来沉淀亚硫酸钙或硫酸钙。亚硫酸钠和石灰石系统的工艺可以描述如下:

Na２SO3+SO2+Ｈ２O=2NaHＳO3

2ＮａHＳO3+CaCO３=Ｎa２ＳO3+CaSO3·１／2H2O+１/2Ｈ2Ｏ＋CO２

亚硫酸氢钠通过在排出液中加入石灰石后进行再生。采用石灰石代替石灰降低了反应剂的费用。自从湿法石灰石洗涤工艺能无结垢问题而成功运行以来，在新的电厂中很少采用双碱法了。

1.４碳酸钠湿法脱硫工艺：

采用钠基吸收剂的湿法洗涤器主要在美国使用，尤其是在较小的电厂和工业锅炉上。这种工艺的吸引人之处在于他们的低投资。由于所需要的吸收剂的量较少,因而所需的吸收剂和脱硫产物的处理设备也较少，但是这些工艺只能用在有钠基吸收剂供应，并且价格合理的地方。钠基洗涤器主要安装在工业锅炉和城市垃圾焚烧炉上。副产品是可以出售给造纸厂的亚硫酸钠,可以出售给玻璃厂的硫酸钠和废硫酸钠盐。

1．５镁洗涤脱硫工艺:

在镁洗涤法中的吸收剂是在消石灰中加入氢氧化镁，然后再加到海水中以提高其碱度。从1

９８0年代早期开始该工艺代替了钠洗涤法，因为氢氧化镁要比氢氧化钠或碳酸钠作为吸收剂要便宜得多。产生的副产品是硫酸盐废液。大约有１０0个机组已采用了本工艺，主要是工业燃煤锅炉。本工艺的特点是硫酸镁可以直接排放到海中,因为硫酸镁本身就是海中的一种组份。脱硫效率大于95%。

１.6 氨湿法洗涤脱硫工艺：

在Waltheｒ工艺中SO2是被液态氨吸收的,结果生成硫酸铵,这是一种肥料。但是在工业化国家中，从其他方面来的这种肥料已经过剩了。因而，一般很少采用。

1.7 喷雾干燥脱硫工艺:（干式脱硫技术、后面有介绍）

喷雾干燥脱硫是一种相对较新的FＧD 技术，初期投资较低，但脱硫剂用量较大,因而常常被用于燃用中低硫煤(<1.５％)的中小型锅炉。该工艺尤其适用于电厂改造和调峰电站的应用。喷雾干燥脱硫的副产品是亚硫酸钙、硫酸钙、飞灰和未反应的氧化钙的混合物。由于有CａＯ的存在原先只能用于填埋，而现在也逐渐有了新的建材方面用途。喷雾干燥脱硫工艺见流程简图,系统主要有喷雾干燥吸收塔,电除尘器或布袋除尘器粉尘控制设备,物料循环/处置设备。吸收SO2的吸收剂是典型的石灰(CaO)。

用过量的水混合石灰,或消化成石灰浆，石灰浆在喷雾干燥吸收塔内被雾化成细液滴以除去SO２。水被烟气所蒸发，烟气在吸收塔内有足够的停留时间使SO2和其它酸性气体如SＯ3、ＨCl等同时和氢氧化钙反应，生成亚硫酸钙/硫酸钙和氯化钙。由于水分在喷雾干燥塔内被完全蒸发,所以本工艺不需要从烟气中脱除SＯ2相关的化学过程是一个简单的酸／碱吸收反应，S02和消石灰之间的反应如下:

Ca(ＯH)2+SO2=ＣaS０3+H２O

CaSＯ3＋１/2O2＋2H2O=CaＳＯ4·2Ｈ２O

影响上述化学吸收反应的主要因素是：烟气温度、烟气湿度、SＯ２浓度以及石灰浆雾化液滴的大小。值得注意的是在干燥喷雾脱硫工艺中SO2和HCｌ的脱除率为９５%，远远大于湿法脱硫工艺中ＳO2和HCl的脱除率。

1．8烟气脱硫方法简表

２．烟气脱硫过程自动控制系统：

这里以湿法石灰浆烟气脱硫工艺为背景介绍控制系统的任务,自动控制要完成对烟气系统、浆液系统、工艺水系统的流程参数进行监控保护，与传统的电厂ＤＣＳ对发电工艺过程进行自动化控制一样，设有过程自动控制系统和上位监控系统，自动控制系统通过测量模件检测生产过程热工参数，在控制器中进行修正、补偿、开环、闭环运算，同时在操作员监控终端