发布时间 : 星期三 文章烟气脱硫工艺过程控制系统设计 - 图文更新完毕开始阅读cfe1164e2e3f5727a5e962dc
扬州职业大学2011届专科生毕业设计 2 系统分析 2.1 工作原理 2.1.1 工艺流程 石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺系统主要有：烟气系统、吸收氧化系统、浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统组成。其基本工艺流程如下： 锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、GGH(气体-气体换热器)降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3、HCl和HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏（CaSO4?2H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。 在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器和真空皮带脱水机。 经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。 烟气脱硫技术属于燃烧后的脱硫。在吸收塔出口，烟气一般被冷却到46~55℃左右，且为水蒸气所饱和。通过气-气换热器将烟气加热到80℃以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。 最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。 脱硫过程主要反应有吸收反应、中和反应和氧化反应： 1. SO2 + H2O → H2SO3 (2-1) 2. CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CO2 + H2O (2-2) 3. CaSO3 + 1/2 O2 → CaSO4 (2-3) 4. CaSO3 + 1/2 H2O → CaSO3?1/2 H2O 结晶 (2-4) 5. CaSO4 + 2H2O → CaSO4?2H2O 结晶 (2-5) 6. CaSO3 + H2SO3 → Ca (HSO3)2 (2-6) 石灰/石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的化学原理如下， 1.烟气中二氧化硫溶解于水中生成亚硫酸并离解成Hˉ氢离子和HSOˉ离子； 2.烟气中的氧(由氧化风机送入的空气)溶解在水中，将HSO3ˉ氧化成SO4 2-； 3. 吸收剂中的碳酸钙在一定条件下于水中生成Ca2+离子。在吸收塔内，溶解的二氧化硫、碳酸钙及氧发生化学反应生成石膏(CaSO4*2H2O)。 由于吸收剂循环量大和氧化空气的送入，吸收塔下部浆池中的邢化一或亚硫酸盐几乎全 3 扬州职业大学2011届专科生毕业设计 部被氧化为硫酸根或者硫酸盐，最后在CaSO4达到一定过饱和度后结晶形成石膏——CaSO4*2H2O，石膏可根据需要进行综合利用或者抛弃处理。 同时烟气中的HCl、HF与CaCO3的反应，生成CaCl2或CaF2。吸收塔中的pH值通过注入石灰石浆液进行调节与控制，一般pH值在5.5~6.2之间。 图2-1脱硫效率与烟气进口温度图 脱硫效率随吸收塔进口烟气温度降低而增加。这是因为脱硫反应是放热反应。进口温度的升高不利于脱除二氧化硫的化学反应的进行。 实际上，石灰石湿法烟气脱硫系统中，常采用GGH（气体-气体换热器）或在吸收塔前布置喷水装置，降低吸收塔进口的烟气温度，以提高脱硫效率。 图2-2脱硫效率与进口烟气质量浓度关系图 一般认为，当烟气中二氧化硫浓度升高时，有利于二氧化硫通过液浆表面向液浆内部扩散。加快反应速度，脱硫效率随之升高。事实上，烟气中二氧化硫浓度的升高对脱硫效率的影响在不同浓度范围内是不同的。在湿式烟气脱硫装置和Ca / S一定的情况下，随二氧化硫 4 扬州职业大学2011届专科生毕业设计 浓度升高，脱硫效率存在一个峰值。 3锅炉烟气经过高效静电除尘器后，烟气中飞灰浓度仍然较高，一般在100~300㎎/ m（标准状态）。经过吸收塔洗涤后，烟气中绝大部分飞灰留在了浆液中。浆液中的飞灰在一定程度上阻碍了石灰石的消溶，降低了石灰石的消溶速率，导致浆液ph降低，脱硫效率下降。同时，飞灰中溶出的一些重金属如汞、镁、锌等离子会抑制钙离子与HSO3ˉ的反应，进而影响脱硫效果。 2.2 系统方案的比较 图2-3工艺流程图 上图是一种应用较广泛的石灰石湿法烟气脱硫工艺流程。工艺流程特点是，用在吸收塔前面布置的预洗漂塔。一方面，降低主吸收塔的进口烟气温度，以利于石灰石浆液吸收二氧化硫；另一方面，用以除去飞灰、HCl和HF。以确保石灰石的消溶速率和脱硫效率，同时可以保证石膏的质量良好和稳定。烟气在预洗漂塔中冷却到50摄氏度左右，并被水蒸气饱和，然后进入吸收塔脱除二氧化硫。净烟气以烟囱排出。脱硫风机布置在系统进口，系统为正压运行。这流程在美国广为采用[4]。 图2-4工艺流程图 上图是另一种石灰石湿法烟气脱硫工艺。图中脱硫风机布置在系统进口，湿式烟气脱硫(FGD)装置正压运行。系统中设置换热器，由除尘器来的烟气经脱硫风机增压后，进入换热器与来自吸收塔的净烟气进行热交换，一方面将含有较高二氧化硫浓度的高温烟气降温，以 5 扬州职业大学2011届专科生毕业设计 利于石灰石浆液吸收二氧化硫；另一方面，将来自吸收塔的净烟气加热，以利于烟气抬升和污染物的运输及扩散。降温后的烟气进入吸收塔。由制浆系统制成满足工艺需要的石灰石浆液，由石灰石浆液泵输送至吸收塔。在吸收塔内石灰石浆液与烟气中的二氧化硫发生一系列复杂的物理化学反应，生成亚硫酸钙和硫酸钙。净化后的烟气再经换热器排出脱硫装置。由于亚硫酸钙不稳定，需进一步经氧化系统氧化成稳定的硫酸钙。硫酸钙结晶生成石膏。石膏浆液经石膏脱水系统制成石膏产品。 这工艺流程应用最为广泛。目前，在我国燃煤电站石灰石湿法脱硫（FGD）装置中均采用[4]。 本设计就是采用第二个模型设计的。 2.3 系统组成 2.3.1 湿式烟气脱硫主要系统功能及设备 1.石灰石浆液制备系统 制备并提供满足吸收塔要求的石灰石浆液。 石灰石浆液制备系统的主要设备包括石灰石储仓、球磨机、石灰石浆液罐和浆液泵。 2.烟气系统 为脱硫运行提供烟气通道，进行烟气脱硫装置的投入和切除，降低吸收塔入口的烟气温度和提升净化烟气的排烟温度。烟气系统主要设备包括烟道、烟气挡板、脱硫增压风机和气-气加热器（GGH，即烟气换热器）等关键设备。吸收塔入口烟道及出口至挡板的烟道，烟气温度较低，烟气含湿量较大，容易对烟道产生腐蚀，需进行防腐处理。 烟气挡板是脱硫装置进入和退出运行的重要设备，分为湿式烟气脱硫主烟道烟气挡板和旁路烟气挡板。前者安装在湿式烟气脱硫系统的进出口，它是由双层烟气挡板组成，当关闭主烟道时，双层烟气挡板之间连接密封空气，以保证湿式烟气脱硫系统内的防腐衬胶等不受破坏。旁路挡板安装在原锅炉烟道的进出口。当湿式烟气脱硫系统运行时，旁路烟道关闭，这时烟道内连接密封空气。旁路烟气挡板设有快开机构，保证在湿式烟气脱硫系统故障时迅速打开旁路烟道，以确保锅炉的正常运行。 经湿法脱硫后的烟气从吸收塔出来一般在46~55℃左右，含有饱和水汽、残余的SO2、SO3、HCl、HF、NOx，其携带的SO42-> SO32-盐等会结露，如不经过处理直接排放，易形成酸雾，且将影响烟气的抬升高度和扩散。为此湿法湿式烟气脱硫系统通常配有一套气-气换热器（GGH）烟气换热装置。气-气换热器是蓄热加热工艺的一种，即常说的GGH。它用未脱硫的热烟气（一般130~150℃）去加热已脱硫的烟气，一般加热到80℃左右，然后排放，以避免低温湿烟气腐蚀烟道、烟囱内壁，并可提高烟气抬升高度。另外，从电除尘器出来的烟气温度高达130~150℃，因此进入湿式烟气脱硫(FGD)前要经过GGH降温器降温，避免烟气温度过高，损坏吸收塔的防腐材料和除雾器。 3.二氧化硫吸收系统 6