脱硫系统工艺说明

脱硫系统工艺说明

工程概况

本工程建设2×300MW亚临界抽凝供热机组，编号为1号机(炉)、2号机(炉)，烟气脱硫工程FGD按2台机组统一规划。采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺（以下简称FGD）、采用1炉1塔脱硫装置，脱硫系统不设置旁路烟道和增压风机，不带GGH，烟气脱硫后排入烟塔排至大气，即采用“烟塔合一”排烟方案，两炉合用一座烟塔用于排烟。FGD装置由上海龙净环保科技有限公司设计，采用湿式强制氧化、石灰石-石膏回收工艺，吸收塔的类型是目前广泛采用的逆流喷淋空塔，吸收塔反应罐的设计采取了富有特色的射流泵浆液搅拌装置。整个FGD工艺系统分为：烟气系统、吸收塔系统、石膏脱水系统、回流水和废水处理系统、石灰石粉储运系统、制浆和供浆系统、工艺水和压缩空气系统。脱硫效率不小于97％。事故浆液系统、石膏脱水系统、废水处理系统和石灰石粉制浆系统公用。

2.2工艺过程简述

（1）工艺描述

图1 石灰石－石膏湿法脱硫工艺流程图

石灰石－石膏湿法脱硫工艺流程图如图1所示。该工艺类型是：圆柱形空塔、吸收剂与烟气在塔内逆向流动、吸收和氧化在同一个塔内进行、塔内设置喷淋层、氧化方式采用强制氧化。

石灰石－石膏湿法脱硫工艺为当今世界先进的脱硫工艺，与其他脱硫工艺相比，其主要特点为：

·具有较高的脱硫效率，脱硫效率可达97％以上；

·具有较低的吸收剂化学剂量比，可低至1.03；

·较大幅度降低了液/气比（L/G），使脱硫系统的能耗降低；

·可得到纯度很高的脱硫副产品－石膏，为脱硫副产品的综合利用创造了有利条件；

·采用空塔型式，使得烟气流速有较大幅度的提高，吸收塔内径有大幅度的减小，同时减少了占地面积；

·采用价廉易得的石灰石作为吸收剂，能够有效地控制运行成本；

·系统具有较高的可靠性，系统可用率可达97％以上。

（2）反应吸收过程

在石灰石－石膏湿法脱硫工艺中，采用石灰石脱除SO2以及其他的一些污染物的基本原理可以用化学反应表示为：

1）SO2在液相中的溶解

由于喷淋吸收区内充分的气/液接触，在气－液界面上发生了传质过程，气态的SO2溶解并转变为亚硫酸：

烟气中除SO2外的一些其他酸性物质如HCl和HF等，在烟气与喷淋下来的浆液相接触时也被浆液吸收下来。

2）酸的离解

SO2溶解后形成的亚硫酸迅速根据pH值按下式进行离解：

（较低pH值）

（较高pH值）

吸收下来的HCl和HF也进行了离解。离解反应中产生了H+必须被移除，以使浆液能重新吸收SO2。H+通过中和反应被移除。

3）中间产物的中和反应

为了实现中和反应，在浆液中加入了石灰石。石灰石溶解后，可以同上述提及的离子发生如下反应：

CaCO3除可与可溶酸反应生成CaF2、CaCl2及Ca(HSO3)2外，反应中生成的Ca2+还可以按下式生成可溶的亚硫酸钙：

该反应易于在喷淋吸收区上部发生。由于烟气中SO2较少，因此该部分的浆液pH较高。这能显著降低HSO3-浓度，进而提高脱硫效率并减少喷淋吸收区的结垢问题。

然而在喷淋吸收区下部，如同氧化区一样，较低的pH值导致SO32-浓度显著降低。在该区域，吸收浆液含有少量的亚硫酸钙，而可溶的亚硫酸氢钙则较多。

脱硫效率除部分依赖于pH值以及气/液接触外，还依赖于上述提到的中和反应的速度和石灰石的溶解速度。石灰石的溶解量依赖于H+浓度，随pH下降而上升。钙离子、氯离子和硫酸根离子不利于石灰石的溶解。氯离子通过烟气和回流水进入吸收塔系统，钙离子由吸收剂带入系统，而硫酸根离子则由亚硫酸氧化而来，浆液中氯离子含量由废水排放量加以控制。

4）亚硫酸氢根的氧化

有些生成的亚硫酸氢根，在喷淋吸收区内被浆液中的氧所氧化。

剩余的亚硫酸氢根在氧化区内可以通过反应池充分的鼓气而得以氧化。该工艺易于在pH为4和4.5的情况下实现，同时由上式可以看出会产生较多的H+。

这些离子与浆液中含有的过量CaCO3发生中和反应，结果产生了可溶的CaSO4：

5）产品的结晶

CaSO4的连续生成导致溶液的过饱和，进而产生了石膏晶体：

通过使浆液固含量保持在一定范围内，结晶过程可以得到优化，新生成的石膏可以在已有的石膏晶体晶核上成长。最终产物石膏从系统中成批移走。

（3）工艺流程

在电厂的FGD装置正常运行的情况下，烟气通过位于吸收塔中部的入口烟道进入塔内。烟气进入塔内后向上流过喷淋段，以逆流方式与喷淋下来的石灰石循环浆液接触。烟气中的SO2将被脱除。石灰石吸收剂参与的化学反应主要在吸收塔反应池中发生。在吸收塔上部，烟气通过除雾器除去其中的液滴后，从顶部离开吸收塔。

1）吸收塔系统

吸收塔系统示意图如图2所示。

图2 吸收塔系统示意图

在吸收塔喷淋吸收区（如图3所示）内，烟气与喷淋浆液进行充分接触。在该区域内一些对环境有害的气体，如SO2、HCl和HF被吸收掉。烟气中的部分粉尘也同时得以脱除。

图3 吸收塔喷淋吸收区

吸收浆液由几层喷淋层带入喷淋吸收区，喷淋层相互叠加并错开一定角度。喷淋层喷嘴的数量应取最大化，以改进吸收塔截面上的液滴分布。低负荷时可以停掉某个或几个喷淋层。

为了达到预期的脱硫效率，液滴直径必须保持在适当范围内，既不可过大也不可过小。如果液滴过大，吸收塔内的传质面积过小，无法有效脱除SO2；如果液滴直径过小，液滴会迅速被烟气带走，在吸收塔内停留时间过短，同样无法有效脱除SO2。

图4所示的切向空心锥型喷嘴其特点为：

·在喷嘴流量较低时，仍能保持适当的液滴直径；

·在低流速下，在喷嘴最小断面上也不会发生堵塞的风险；

·可以同时向上及向下喷射浆液（双向喷嘴）。如果进行优化布置，喷淋浆液形成的锥体会在相对的两个喷淋层中部进行重叠，这样可以提高SO2脱除效率；

·由于喷嘴采用碳化硅制成，所以适用于所有腐蚀性和磨蚀性介质，进而提高了装置的可靠性。

图4 切向空锥型喷嘴

从喷淋吸收区落下的浆液在吸收塔反应池内加以收集，经鼓气和加入新鲜石灰石浆液后，重新回到喷淋吸收区。吸收塔反应池的特点是采用了池分离器和射流搅拌系统。

反应池结构如图5所示，整个反应池可以分为氧化区和结晶区两部分。氧化区位于反应池上部，巨大的池分离器将其与下部反应池分开。位于池分离器间隔