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石灰石——石膏湿法烟气脱硫技术
点击次数:428 发布时间:2016-01-22

石灰石——石膏湿法烟气脱硫技术

 

石灰石——石膏湿法烟气脱硫技术是已经开发和推广的烟气脱硫技术中的主流技术,占国内外安装烟气脱硫装置总容量的85%以上。特点是商业应用时间长,工艺技术成熟,配套设备完善,工作稳定,操作简单,脱硫效率可达到95%以上,可靠性高达95%以上。吸收剂为石灰石粉,资源丰富,价格低廉,使用安全;副产品为脱硫石膏,可用作水泥添加剂、农业土壤调节剂,或进一步清洗、均化、除杂后,生产建筑用石膏板等。

石灰石——石膏湿法烟气脱硫技术广泛应用于火电厂、冶金、各种工业锅炉、窑炉、水泥工业、玻璃工业、化工工业、有色冶炼等行业大型燃烧设备烟气中SO2的排放控制。

一、工艺流程

石灰石——石膏湿法烟气脱硫装置主要由烟气系统、石灰石浆液制备系统、烟气吸收及氧化系统、石膏脱水系统、烟气排放连续监测系统(CEMS)以及自动控制系统和公用工程系统等组成。工艺流程如图示。

一定浓度的石灰石浆液连续从吸收塔顶部喷入,与经过增加风机增压后进入吸收塔的烟气发生接触。在烟气被冷却洗涤的过程中,烟气中的SO2被浆液中的碳酸钙吸收生成亚硫酸钙而成为净化烟气,净化后的烟气经除雾器除去烟气中的小雾滴,从吸收塔上部排出,进入大气。向吸收塔底部的溶液中鼓入空气,溶液中的亚硫酸钙被氧化成为硫酸钙结晶物——石膏。吸收塔底部的溶液是石灰石、石膏组成的浆状混合物,其部分被强制在塔内循环,部分作为产物排出而成为脱水石膏。

二、工艺原理

石灰石——石膏湿法烟气脱硫系统中主要的化学反应包括:

1. SO2的吸收

2.与石灰石的反应

3.氧化反应

4.CaSO4晶体生成

总的反应方程式为:

SO2(g)+ CaCO3s+2H2O(l)+1/2O2g)→CaSO4·2H2O(s)+CO2(g)

三、脱硫系统的主要设备

1.烟气系统

烟气系统由进口烟气挡板门、旁路烟气挡板门、钢制烟道、脱硫增压风机等组成。

原烟气经烟道、烟气进口挡板门进入增压风机,经增压风机升压后进入吸收塔。增压风机为烟气提供压头,使烟气能克服吸收塔入口至吸收塔出口之间的阻力。

通过切换旁路烟气挡板和进口烟气挡板的开关,实现脱硫装置运行和脱硫装置旁路运行,保证在任何工况条件下均不影响燃烧设备的安全运行。

2.石灰石浆液制备系统

石灰石浆液制备系统主要由石灰石粉仓、振动料斗、石灰石粉称重设备、螺旋给料机、浆液制备机、浆液输出泵组成。

石灰石粉由振动料斗从贮仓中排入称重斗计量后,由螺旋给料机输送给浆液制备机,按比例加水搅拌均匀后,用浆液泵输送到中储池。石灰石浆液制备系统间歇运行,根据中储池液位高度确定制备系统的投入。

3.烟气吸收及氧化系统

烟气吸收及氧化系统是烟气脱硫系统的核心,主要包括吸收塔、浆液循环泵、氧化风机和除雾器等设备。

吸收塔为逆流喷淋式,塔体为钢结构圆柱体,内衬不锈钢薄板。按功能划分,自下而上依次为底部循环池、喷淋洗涤区、除雾区。

在底部循环池中布置有氧化空气分布系统,氧化空气由塔外的罗茨风机提供,其主要作用是将池中的亚硫酸钙就地氧化成石膏。

底部循环池外安装离心浆液循环泵,向喷淋区的喷嘴连续输送浆液。喷淋区设置三层喷嘴,每台泵对应一层喷嘴。

除雾区布置两级除雾器,可以分离烟气中绝大多数浆液雾滴。每级除雾器都安装了喷淋水管,通过控制程序进行脉冲冲洗,用以去除除雾器表面上的结垢和补充因烟气饱和而带走的水分,以维持吸收塔内要求的液位。

4.石膏脱水系统

石膏脱水系统主要包括石膏排出泵、石膏旋流器、真空皮带脱水机、废水旋流器、石膏旋流器溢流池、废水旋流器底流池、废水沉淀池等。

循环池底部的浆液通过石膏排出泵送至石膏旋流器进行脱水,使石膏旋流器底流石膏固体含量达到50%左右,底流直接送真空皮带脱水机进一步脱水至含水率达10%左右后,落入石膏贮存间。石膏旋流器溢流进入石膏旋流器溢流池,由离心泵送至废水旋流器再脱水,废水旋流器底流进入废水旋流器底流池,由泵送回吸收塔。废水旋流器溢流流入废水沉淀池,沉淀后排入废水管网。

5. 公用工程系统

公用工程系统包括工艺水系统、低压配电系统及压缩空气系统。

工艺水系统设有工艺水箱,配2台工艺水泵,主要用于制浆加水,同时也用作清洗除雾器、输送管道的冲洗水。

低压配电系统向脱硫系统提供380/220V动力和照明合一的中性点直接接地电源。

压缩空气系统设置仪用空气储气罐,仪表气送到脱硫装置内的各个气动阀,并用作烟气测量装置和分析装置的冲洗气。

6.烟气排放连续监测系统(CEMS

烟气排放连续监测系统用于实时测量脱硫装置烟气参数,为调整脱硫装置运行参数提供数据,确保脱硫装置正常运行,并为脱硫装置性能考核提供数据,其检测点分别设在烟气脱硫装置进口和出口,其中进口检测项目至少包括烟尘、SO2O2、流量、温度、压力,出口检测项目为SO2O2,并与烟气脱硫装置的控制系统连网。

烟气连续排放监测系统包括烟尘监测子系统;SO2O2监测子系统;烟气排放参数(压力、流量、温度)监测子系统;系统控制和数据采集处理子系统及远程监测子系统。其中SO2O2监测子系统包括取样、过滤、压力调节、温度调节、流量调节、有害或干扰成分处理等主体部分以及旁路系统、多点转换、管线吹扫、气体混合,化学反应或转化、管线伴热、排气、排液等辅助部分。

7.自动控制系统

烟气脱硫装置采用分散控制系统。在装置正常运行工况下,对脱硫装置的运行参数和设备的运行状态进行实时监控,并能自动维持SO2等污染物的排放浓度在正常范围内,以达到设计的脱硫效率等主要技术指标;能完成整套系统的启动和停止控制;在出现事故的情况下,能自动进行系统的联锁保护,停止相应的设备甚至整套脱硫装置的运行。

脱硫装置主要设置以下控制系统;

1)增压风机压力、流量控制

在脱硫系统投入(旁路烟气挡板门关闭、进口烟气挡板打开)和撤出(旁路烟气挡板打开、进口烟气挡板关闭)及燃烧设备负荷发生超范围波动时,增压风机压力、流量控制系统可保持增压风机入口的压力、流量在设定范围内,以保证燃烧设备的安全、稳定运行。

2)吸收塔PH值控制

吸收塔浆液的PH值是脱硫装置运行中需要重点控制的参数,它是影响脱硫效率、氧化率、钙利用率的主要因素之一。浆液的PH值高,有利于脱除SO2,但会对脱硫产物的氧化起抑制作用,造成结垢、堵塞,因此,通常控制PH值在5—6之间。

测量吸收塔前原烟气的烟气量、SO2浓度和净化烟气中SO2浓度,计算进入吸收塔中的SO2总量和脱硫效率,据此控制浆液循环泵流量和加入到吸收塔中的石灰石浆液流量。

吸收塔浆液的PH值作为SO2吸收过程的校正值参与调节。

3)吸收塔液位控制

吸收塔石灰石浆液供应量、石膏排出量及烟气进入量等因素的变化造成吸收塔的液位波动。根据测量的液位值,调节除雾器冲洗时间间隔,实现液位的稳定。

4)石膏浆液浓度、流量控制

在石膏浆液排出泵出口管道装设浆液浓度计,根据检测值与设定值的差值控制石膏浆液排出泵的运行与流量调节。

5)石灰石浆液浓度控制

根据单位时间SO2脱除量计算制浆机中石灰石粉的加入量,并按要求的浓度加入工艺水。

除上述主要控制系统外,还设置石灰石粉仓料位、石灰石制浆机液位、中储池液位、石膏旋流器溢流池液位计、废水旋流器底流池液位控制及吸收塔浆液中氯离子浓度检测。

四、技术特点

秦皇岛开发区华耀机电开发有限公司自主研发的烟气脱硫装置具有以下特点;

  1. 逆流喷淋双循环吸收塔

吸收塔被安装在其中部的集液斗分成上、下两个循环回路。双循环吸收塔具有以下特点:

1)液气比小。在吸收塔的上部循环回路中,由于新鲜的石灰石浆液不断加入,可维持较高的PH值,在满足同样脱硫效率的条件下,可以采用较小的液气比。

2)钙硫比小。在吸收塔下部回路中,较低的PH值有利于石灰石的溶解和亚硫酸钙的氧化,提高了石灰石的利用率,可以采用较小的钙硫比。

3PH值稳定,运行可靠。由于上循环回路的浆液有过量的石灰石,系统缓冲量大,系统被自动控制在高PH值范围内,不会随原烟气SO2含量的变化而超范围波动,因此系统不需要频繁调整石灰石浆液流量及浓度。

4)上循环集液斗导流板的设计使得塔内气流分布均化,气液接触良好,减少了死角和涡流现象,提高了塔的空间利用率。

5)由于氯化物集中在塔下部,使得塔的上、下部可使用不同的防腐材料,从而降低造价。

2、喷淋层喷嘴成对反向安装

喷嘴成对反向安装后,浆液在垂直方向上向两个方向喷射,其中向上的浆液喷射后散开回落,与单纯向下喷射的喷嘴比较,气液传质路程增加了2倍,烟气与浆液能够充分接触,从而提高了脱硫效率。

3、合金多孔托盘

在上、下回路喷淋层下部各设置一个合金多孔托盘,托盘开孔率为50%左右,孔径为25—40mm,相当于一块筛板,可使烟气、浆液重新分布,运动速度改变,气液接触面积增大,消除烟气附壁现象,在脱硫效率一定的情况下,可降低液气比,减少电力消耗。

4、氧化空气悬浮与池分离

将吸收塔浆液中的氧化空气分布管道设置两个方向——水平方向管道和与塔横断面成倾角方向的管道。水平方向管道吹出的氧化空气形成“水平风幕”,“水平风幕”上方为氧化区,提高了氧化率;“水平风幕”下方为结晶区,石膏浓度zui高而石灰石浓度zui低,提高了钙利用率。与塔横断面成倾角方向的管道吹出的氧化空气使浆液悬浮,与机械搅拌方式比,消除了死角,防沉积范围大,安装、维护、检修也比较方便。

5DCS控制系统特点

五、主要技术指标

1.脱硫效率              参照相关行业二氧化硫排放标准

2.主体设备设计寿命           25—30

3.可靠性                     大于或等于95%

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