石灰石-石膏濕法脫硫工藝的基本原理

石灰石——石膏濕法煙氣脫硫工藝的原理是采用石灰石粉製成漿液作為脫硫吸收劑，與經降溫後進入吸收塔的煙氣接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣，以及加入的氧化空氣進行化學反應，*後生成二水石膏。脫硫後的淨煙氣依次經過除霧器除去水滴、再經過煙氣換熱器加熱升溫後，經煙囪排入大氣。由於在吸收塔內吸收劑經漿液再循環泵反複循環與煙氣接觸，吸收劑利用率*高，鈣硫比較低（一般不*過1.1），脫硫效率不低於95%，適用於**煤種的煙氣脫硫。

石灰石——石膏濕法煙氣脫硫工藝的化學原理：

① 煙氣中的SO2溶解於水中生成亞硫酸並離解成氫離子和HSO 離子；

② 煙氣中的氧（由氧化風機送入的空氣）溶解在水中，將 HSO 氧化成SO  ；

③ 吸收劑中的碳酸鈣在一定條件下於水中生成Ca2+；

④ 在吸收塔內，溶解的二氧化硫、碳酸鈣及氧發生化學反應生成石膏（CaSO4·2H2O）。

由於吸收劑循環量大和氧化空氣的送入，吸收塔下部漿池中的HSO或亞硫酸鹽幾乎全部被氧化為硫酸根或硫酸鹽，*後在CaSO4達到一定過飽和度後**形成石膏—CaSO4·2H2O，石膏可根據需要進行綜合利用或拋棄處理。

二、工藝流程及係統

濕法脫硫工藝係統整套裝置一般布置在鍋爐引風機之後，主要的設備是吸收塔、煙氣換熱器、升壓風機和漿液循環泵

我公司采用**脫除SO2的川崎濕法石灰石－石膏工藝。該套煙氣脫硫係統（FGD）處理煙氣量為定洲發電廠＃1和＃2機組（2×600MW）100％的煙氣量，定洲電廠的FGD係統由以下子係統組成：

（1）吸收塔係統

（2）煙氣係統（包括煙氣再熱係統和增壓風機）

（3）石膏脫水係統（包括真空皮帶脫水係統和石膏儲倉係統）

（4）石灰石製備係統（包括石灰石接收和儲存係統、石灰石磨製係統、石灰石供漿係統）

（5）公用係統

（6）排放係統

（7）廢水處理係統

1、吸收塔係統

吸收塔采用川崎公司**的逆流噴霧塔，煙氣由側麵進氣口進入吸收塔，並在上升區與霧狀漿液逆流接觸，處理後的煙氣在吸收塔頂部翻轉向下，從與吸收塔煙氣入口同一水平位置的煙氣**排*煙氣再熱係統。

吸收塔塔體材料為內襯玻璃鱗片的碳鋼板。吸收塔煙氣入口為內襯耐熱玻璃鱗片的碳鋼板。

吸收塔內**區煙氣流速為4.2m/s，下流區煙氣流速為10m/s。在**區配有3組噴淋層，安裝的三重螺旋噴嘴使氣液效率接觸，並達到高的SO2吸收性能。每個吸收塔配置3台循環泵。另有1台葉輪作為倉庫備用。脫硫後的煙氣流向裝在吸收塔**處的除霧器。在這個過程中，煙氣與吸收塔噴嘴噴出的再循環漿液進行有效的接觸。

吸收了SO2的再循環漿液落入吸收塔反應池。吸收塔反應池裝有6台攪拌機。氧化風機用於將氧化空氣鼓入反應池中與漿液反應。氧化係統采用噴管式係統，氧化空氣被注入到攪拌機槳葉的壓力側。

一部分HSO3－在吸收塔噴淋區被煙氣中的氧氣氧化，剩餘部分的HSO3－在反應池中被氧化空氣**氧化。

吸收劑（石灰石）漿液被引入吸收塔內中和氫離子，使吸收液保持一定的pH值。中和後的漿液在吸收塔內循環。

吸收塔排放泵連續地把吸收劑漿液從吸收塔打到石膏脫水係統。循環漿液濃度大約25wt％。排漿流速由控製閥控製。

脫硫後的煙氣通過除霧器來減少攜帶的水滴，除霧器**的水滴攜帶量不大於75mg/Nm3。兩級除霧器安裝在吸收塔的**煙道上。除霧器由阻燃聚丙烯材料製作，型式為z型，兩級除霧器均用工藝水衝洗。

 吸收塔入口煙道側板和底板處裝有工藝水衝洗係統，衝洗自動定期進行。衝洗的目的是為了避免噴嘴噴出的石膏漿液帶入入口煙道後幹燥粘結。

在吸收塔入口煙道裝有事故冷卻係統，事故冷卻水由工藝水泵提供。

當吸收塔入口煙道由於吸收塔上遊設備意外事故而溫升過高或所有的吸收塔循環泵切除時本係統啟動。 

2、煙道係統 

增壓風機

增壓風機（BUF）布置在氣氣換熱器上遊、運行在幹工況下（A位）。其型式為軸流式，帶液壓動葉可調控製器。增壓風機包括電機、控製油係統、潤滑油係統和密封空氣裝置。可變的葉片間距控其製流量及壓力。

從主煙道引入的FGD係統入口煙道壓力為200Pa，FGD係統停運時仍為200Pa，在FGD係統運行時其入口煙道壓力為700Pa，因此增壓風機的壓頭考慮了FGD係統煙道的壓降和運行時進**500Pa的壓差的要求。

煙氣再熱係統

每台機組配置一台單立軸、回轉再生式氣氣換熱器（GGH）。在MCR工況下，GGH能夠將淨煙氣加熱*80°C以上（煙囪入口處），而不需要補充其他熱源。在MCR工況下，GGH*大泄漏量少於1%煙氣量。為了清潔和**GGH的煙氣壓降滿足要求,係統配備了壓縮空氣吹掃係統。GGH的在線衝洗水泵在GGH壓降高於正常值投運，GGH的離線衝洗水泵在FGD定期檢修時投運。  

3、石膏脫水係統

           石膏漿液由吸收塔排放泵從吸收塔輸送到石膏脫水係統。石膏漿液濃度大約為25wt％。

    石膏脫水係統為兩爐（2X600MW）公用，包括以下設備：

l        石膏旋流站

l        帶衝洗係統的真空皮帶機

l        濾水回收箱

l        真空泵

l        濾布衝洗水箱

l        濾布衝洗水泵

l        帶攪拌器的濾水箱

l        濾水泵

l        石膏餅衝洗水箱

l        石膏餅衝洗水泵

l        帶攪拌器的緩衝箱

l        廢水旋流站

l        廢水箱

l        廢水泵

l        石膏倉

      石膏倉卸料裝置 

3、石膏脫水係統

（1）石膏旋流站

石膏漿液輸送到安裝在石膏脫水車間頂部的石膏旋流站。

濃縮到濃度大約55％的底流漿液自流到真空皮帶脫水機，上溢漿液經緩衝箱自流到廢水旋流站。廢水旋流站的溢流通過廢水泵送*廢水處理係統，底流*濾水箱。

（2）真空皮帶脫水機

真空皮帶脫水機和真空係統為並列係統，每套係統的容量為兩台機組MCR工況下75％的容量。

石膏旋流站底流漿液自流輸送到真空皮帶脫水機，由真空係統脫水到大於含90％固形物和小於10％水份。當脫水時，石膏經衝洗降低其中的Cl－濃度。濾液經濾水回收箱進入濾水箱。通過皮帶脫水機的翻卸，脫水石膏落入石膏倉，然後由石膏卸料裝置卸*汽車運輸（螺旋卸料裝置排空平底倉）。

    工業水作為密封水供給真空泵，然後收集到濾布衝洗水箱，用於衝洗濾布。另外還供*石膏餅衝洗水箱，濾布衝洗後的水也收集在石膏餅衝洗水箱用於石膏餅的衝洗。

來自緩衝箱和濾布衝洗水箱的溢流以及廢水旋流站的底流自流到濾水箱，然後由濾水泵輸送到濕式球磨機係統和吸收塔。 

4、石灰石製備係統

石灰石製備係統為兩台爐（2×600MW）共用，由下列子係統組成：

（1）石灰石接收存儲係統：  石灰石接收存儲係統由下列設備組成：

·石灰石接收料鬥

·石灰石卸料振動給料機

·#1石灰石卸料皮帶輸送機

·石灰石鬥式提升機

·#2石灰石卸料皮帶輸送機

·石灰石布袋除塵器

·石灰石倉

·石灰石倉布袋除塵器

·石灰石稱重式皮帶給料機

·金屬分離器 

（2）石灰石研磨係統：    石灰石研磨係統由下列設備組成：

·濕式球磨機

·磨機漿液箱

·磨機漿液箱攪拌器

·磨機漿液泵

·石灰石漿液旋流站

4、石灰石製備係統

配置兩套並列的石灰石研磨製漿係統。每套的容量相當於兩台鍋爐（2×600MW）在BMCR運行工況時滿負荷石灰石耗量的75％。

    磨製後的石灰石粒度為90％通過250目篩。

石灰石在濕式球磨機內磨碎後自流到磨機漿液箱，然後由磨機漿液泵輸送到石灰石漿液旋流站。含有大顆粒物料的石灰石漿液從旋流站底流漿液再循環回到濕式球磨機入口，上溢漿液排到石灰石漿液箱，製成的漿液濃度約為30％。 

（3）石灰石漿液供給係統

提供一隻石灰石漿液箱和四台石灰石漿液泵。

每隻吸收塔配有一條石灰石漿液輸送管，石灰石漿液通過管道輸送到吸收塔。每條輸送管上分支出一條再循環管回到石灰石漿液箱，以防止漿液在管道內沉澱。   

5、公用係統

    公用係統包括工藝水係統、工業水係統、冷卻水係統和壓縮空氣係統。 

6、 排放係統

    排放係統設有1隻事故漿液箱、2個吸收塔排水坑（每台機組1個）、1個石灰石製備係統排水坑和1個石膏脫水係統排水坑。

    當需要排空吸收塔進行檢修時，塔內的漿液主要由吸收塔排放泵排*事故漿液箱直*泵入口低液位跳閘，其餘漿液依靠重力自流入吸收塔排水坑，再由吸收塔排水坑泵打入事故漿液箱。

    由每個箱體和泵內排出的疏水也通過溝道分別集中到吸收塔排水坑、石灰石製備係統排水坑和石膏脫水係統排水坑。

三、主要設備介紹

（一）、吸收塔

   濕法脫硫工藝的吸收塔結構型式經過近30年的**和**，已日趨成熟穩定，目前在**上應用比較廣泛和成熟的主要有以下三種：

① 噴淋塔：這是目前***應用業績*多的一種塔型，運行穩定可靠、負荷適應能力強。**已投運的德國**貸款的國華**熱電廠、重慶電廠、浙江半山電廠均采用的德國斯坦米勒公司的噴淋塔技術。**龍源環保公司借助這三個項目率先**了斯坦米勒公司的脫硫技術；**的其他脫硫工程公司相繼**了**其他脫硫公司的類似技術或與**公司合作開展投標工作。**各家公司的噴淋塔在外形上和內部結構上大同小異，無實質性差異，隻是在內部結構上考慮如何使煙氣均流、增加氣、液接觸麵積、提高脫硫效率上各有千秋。例如，美國巴威公司在塔內增加了一層合金托盤以使煙氣均流，增加氣、液接觸麵積，降低液氣比。德國比肖夫公司在吸收塔漿池內采用擾動泵攪拌強製氧化技術，有別於大多數公司采用葉輪式攪拌器。

① 噴淋塔：

以*常用的逆流式吸收塔為例，吸收塔內可大致分為四個工作區域：

（1）急速冷卻區。該工作區域位於吸收塔煙氣**區域，布置在**上方的急速冷卻噴嘴出的漿液使煙氣迅速冷卻並達到飽和狀態，為進一步的吸收反應創造條件。

（2）SO2吸收區。處於飽和狀態的煙氣，在吸收塔的上部空間區域，在吸收漿液的噴淋下發生SO2的吸收過程。為了獲得**的吸收效果，噴嘴通常**成交叉噴淋係統，布置成能使噴霧**覆蓋吸收塔的整個橫斷麵，噴淋區的**應使得煙氣分布和漿液分布**均勻，使流體處於高度湍流狀態，增強煙氣和漿液的均勻接觸，增大氣液傳質麵積。均勻的漿液噴淋可以通過噴嘴的合理**來達到，但由於入口處的煙氣流速不可能*均勻，而且，由於漿液噴淋造成的煙氣阻力，尚不足以使煙氣分布自動趨於均勻，所以，噴淋塔的**還應考慮在噴淋吸收區的下部增設合理的煙氣流動均布裝置，比如，多孔板或柵板等。

由於吸收漿液與煙氣是逆流，故存在較大的濃度梯度，即沿煙氣流動的方向，SO2的含量下降，而吸收漿液的有效吸收成分的濃度增加，從而可以得到*高的脫硫效率。 

（3）液滴分離區。煙氣向上穿過噴淋塔，不可避免地要攜帶液滴，為了防止攜帶的漿液在下遊沉積結垢和造成腐蝕，須設置液滴分離區，即脫硫後煙氣的除濕或除霧，一般是采用除霧器。

（4）再循環漿液存儲區（漿池）。脫硫吸收漿液在漿池內收集下來，經循環漿泵多次循環使用，脫硫後的反應生成物也均在漿池中生成。為了平衡整個脫硫係統內的Cl－離子的濃度和物質的平衡，**連續不斷地從漿池中排出多餘的石膏漿液。吸收塔內的脫硫負荷可以通過控製循環漿泵的運行數目來**調節。  

②液柱塔：*先由**三菱公司**，用於我國華能重慶珞璜電廠二期工程。目前重慶遠達環保工程公司**了**三菱公司的液柱塔技術。**同方公司自主**了液柱塔技術。

③填料塔：*先也由**三菱公司**，用於我國華能重慶珞璜電廠一期工程，同時建設的香港南丫島電廠也有同型裝置，運行管理較好。

噴淋塔、液柱塔兩種塔型又俗稱空塔。在目前**脫硫工程的招投標工作中，一般均要求采用空塔。

（二）氣-氣換熱器（簡稱為GGH）

經過吸收塔洗滌過的塔**淨煙氣被冷卻到水蒸汽的飽和溫度（約為45~55℃），是否需要再熱取決於各國的環保要求。在德國，**燃煤裝置煙囪**處的*低溫度規定為72℃，以**煙氣能充分擴散，並防止冷煙霧下沉。考慮到煙囪的溫降損失，FGD裝置的**煙溫一般應大於80℃。在我國，目前對於火力發電廠加裝FGD裝置以後煙囪的**煙溫尚無明確規定，因此，**已投運和在建的FGD裝置均借鑒了德國的規定即要求FGD裝置的**煙溫應加熱並不低於80℃。隻有福建漳州後石電廠FGD裝置的煙氣未經加熱直接排向大氣，但其煙囪為雙筒煙囪，內筒采用了鈦合金鋼板***，價格非常昂貴。

   氣－氣熱交換係統的主要設備為氣－氣換熱器，還有吹灰器、輔助加熱器等設備。氣－氣熱交換器負有雙重的功能，即煙氣冷卻功能和煙氣再加熱功能。通常，該係統降低進入国产探花在线播放的煙氣溫度，以有利於進行化學反應，同時放出熱量，這部分熱量用來在換熱器的另一側加熱淨化後的低溫煙氣，以提高FGD裝置的**煙氣溫度：這一放熱和吸熱過程是通過同一個熱交換器完成的。

（三）增壓風機

如上所述，**電廠加裝FGD裝置一般應新設置一台增壓風機以克服FGD裝置產生的額外壓損。增壓風機布置在“A”位與常規電廠的引風機並無實質區別，隻是在兩爐或多爐合用一座吸收塔時應考慮增壓風機在低負荷時的效率問題，此時可考慮采用效率較高的動葉或靜葉可調軸流風機。升壓風機布置在“D”位時則**采用耐低溫腐蝕的風機，造價相應較貴。總之，增壓風機的布置和選型應通過綜合技術**比較確定。  

（四）濕式球磨機

濕式球磨機是FGD裝置石灰石製備係統的核心設備，**目前尚無成熟的製造技術和運**績，已投運和在建的FGD裝置均采用了**設備。其主要功能是將磨機入口粒徑為15~20mm的石灰石研磨*90%通過250~325目篩網（即44~63μm）的石灰石漿液。

（五）真空皮帶脫水機

真空皮帶脫水機是FGD裝置石膏脫水係統的核心設備，**目前尚無成熟的製造技術和運**績，已投運和在建的FGD裝置均采用了**設備。其主要功能是將含固量為50~60%的石膏漿液利用真空脫水的原理脫除為表麵水分≤10%的二水石膏。  

四、主要****和考慮因素 

在石灰石-石膏濕法脫硫工藝的**中，需要考慮如下一些**的**和運行參數：

（一）、煙氣脫硫效率

（二）、鈣硫摩爾比（Ca/S） 

（三）、吸收塔內的煙氣流速 

（四）、液氣比（L/G） 

（五）、係統pH值 

（一）、煙氣脫硫效率

煙氣脫硫效率表示脫硫能力的大小，一般用百分比表示，是衡量脫硫係統技術**性的***的**。脫硫係統的**脫硫效率為在鍋爐正常運行中（包括各種負荷條件和*差鍋爐工況下），並注明在給定的鈣硫摩爾比的條件下，所能**的*低脫硫效率。脫硫效率除了取決於所采用的工藝和係統**外，還取決於排煙煙氣的性質等因素。

脫硫效率也是考核煙氣脫硫設備運行狀況的****，是計算SO2排放量的基本參數。對於連續運行的脫硫設備，入口SO2的濃度是隨時間變化的，而且變化幅度有時*大，因此，實時計算的脫硫效率也是隨時間變化的。因此，某一**時*內設備的脫硫效率，應取整個時*內脫硫效率的平均值。在計算脫硫效率時，隻計入SO2的脫除率，而通常不考慮SO3的脫除率。

（二）、鈣硫摩爾比（Ca/S）

從化學反應的角度，無論何種脫硫工藝，在理論上隻要有一個鈣基吸收劑分子就可以吸收一個SO2分子，或者說，脫除1mol的硫需要1mol的鈣。但在實際反應設備中，反應的條件並不處於**狀態，因此，一般需要增加脫硫劑的量來**吸收過程的進行。鈣硫摩爾比就是用來表示達到一定脫硫效率時所需要鈣基吸收劑的過量程度，也說明在用鈣基吸收劑脫硫時鈣的有效利用率。一般用鈣與硫的摩爾比值表示，即Ca/S比，所需的Ca/S*高，鈣的利用率則*低。

  以應用*為廣泛的石灰石脫硫吸收劑為例，CaCO3的分子量為100，S的分子量為32，理論上，每脫除1kg的硫需要3.125kg的CaCO3。鈣硫摩爾比由下式計算。

反過來，如果已知為達到一定脫硫效率所需的鈣硫摩爾比時，也可以由上式求出所需加入的石灰石量G。通常情況下，石灰石的消耗量占鍋爐燃煤量的百分比小於6％。

濕法脫硫工藝的反應是在氣相、液相和固相之間進行的，反應條件比較**，因此，在脫硫效率為90％以上時，其鈣硫摩爾比略大於1，目前**脫硫公司的**技術一般不*過1.05，*佳狀態可達1.01～1.02。

（三）、吸收塔內的煙氣流速

煙氣流速是指**處理煙氣量的空塔截麵流速，以m/s為**，因此，煙氣**流速決定了吸收塔的橫截麵麵積，也就確定了塔的直徑。煙氣**流速*高，吸收塔的直徑*小，可降低吸收塔的造價。但另一方麵，煙氣流速*高，煙氣與漿液的接觸和反應時間相應減少，煙氣攜帶液滴的能力也相應增大，升壓風機的電耗也加大。

  比較典型的逆流式吸收塔煙氣流速一般在2.5~5m/s的範圍內，大多數的FGD裝置吸收塔的煙氣**流速選取為3m/s，並趨向於*高的流速。**FGD裝置的運行****，在SO2脫除率恒定的情況下，液氣比L/G隨著吸收塔煙氣流速的升高而降低，帶來的直接利益是可以降低吸收塔和循環泵的初**，雖然升壓風機的電耗要增加，但可由循環泵降低的電耗衝減。

  因此，吸收塔煙氣**流速的選取是一個技術**的綜合比較，隨著吸收塔的**不斷**，煙氣和漿液的反應吸收過程不斷**，**和運行的煙氣流速也在趨於提高。

（四）、液氣比（L/G）

液氣比是指洗滌每立方米煙氣所用的洗滌液量，**是L/m3。液氣比是決定脫硫率的一個主要參數。液氣比增大，意味著在同樣的煙氣量下，噴淋的漿液量增多，煙氣與漿液的接觸條件將*好，有利於SO2的吸收；但另一方麵，循環的漿液量加大，漿液循環泵的功率消耗將**加大，增大運行費用。

通常，對於噴淋塔，液氣比的範圍一般在8~25 L/m3。

（五）、係統pH值

漿液的pH值FGD裝置運行中需要重點**和控製的化學參數之一，它是影響脫硫率、氧化率、吸收劑利用率及係統結垢的主要因素之一。漿液的pH值高，意味著堿度大，有利於堿性溶液與酸性氣體之間的化學反應，對脫除SO2有利，但會對副產物的氧化起抑製作用。降低pH值可以抑製H2SO3分解為SO32-，使反應生成物大多為易溶性的Ca(HSO3)2，從而減輕係統內的結垢傾向。漿液的pH值是靠補充**的石灰石漿液來維持的。通常，吸收塔漿池的pH值維持在5.4~5.8之間。