石灰石石膏脱硫

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石灰石石膏脱硫

123十月20222主要内容四三二一烟气脱硫现状简述以及工艺原理工艺流程影响脱硫效果因素主要设备五工业实例六烟气脱硫中的常见问题及解决方法

2一、烟气脱硫现状简述以及工艺原理1.1烟气脱硫现状简述烟气脱硫（FGD,FlueGasDesulfurization),即通过对烟气进行处理，如吸收、洗涤等方法降低烟气中的二氧化硫排放浓度的技术。烟气脱硫技术是当前应用最广泛，效率最高的脱硫技术，是控制二氧化硫排放、防止大气污染、保护环境的一个重要手段。工业发达国家从70年代相继颁布法令，强制火电厂安装烟气脱硫装置，促进了烟气脱硫技术的发展和完善。湿法FGD工艺有几十年的发展历史，技术上日趋成熟完善。其中，石灰石/石灰—石膏法脱硫工艺由于具有吸收剂来源丰富、成本低廉、脱硫效率较高等优点，成为应用最多的一种烟气脱硫工艺。

31.2烟气脱硫工艺的技术评价指标脱硫率钙硫比吸收剂利用率吸收剂的可获得性和易处理性脱硫副产品的处置和可利用性运行的稳定性对周围环境的影响占地面积大小流程的复杂程度动力消耗工艺的成熟程度

41.3石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺原理该工艺采用石灰石作为脱硫吸收剂，石灰石经破碎细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应吸收脱除二氧化硫，最终产物为石膏脱硫后的洁净烟气通过除雾器出去雾滴经烟囱排放脱硫渣石膏可以综合利用。

5石灰石—石膏法工艺的化学反应过程如下：

6二、工艺流程石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统原则上可由下列结构系统构成：由石灰石粉料仓和石灰石研磨及测量站构成的石灰石制备系统；由洗涤循环、除雾器和氧化工序组成的吸收塔；由回转式烟气-烟气换热器、清洁烟气冷却塔排放或湿烟囱排烟构成的烟气再热系统；脱硫风机；由水力旋流分离器和过滤皮带组成的石膏脱水装置；石膏贮存装置；废水处理系统。

782.1石灰石浆液制备系统吸收剂制备系统的选择应根据吸收剂来源、投资、运行成本及运输条件等进行综合技术经济比较后确定。当资源落实、价格合理时，应优先采用直接购买石灰石粉方案；当条件许可且方案合理时，可由电厂自建湿磨吸收剂制备系统。当必须新建石灰石加工粉厂时，应优先考虑区域性协作即集中建厂，且应根据投资及管理方式、加工方式、厂址位置、运输条件等因素进行综合技术经济论证。石灰石浆液制备系统主要由石灰石粉贮仓、石灰石粉计量和输送装置、带搅拌的浆液罐、浆液泵等组成，如图1-8所示。将石灰石粉由罐车运到料仓存储，然后通过给料机、计量器和输粉机将石灰石粉送入在浆配制罐。在罐中与来自工艺过程的循环水一起配制成石灰石质量分数为15%～20%浆液。用泵将该浆液经由一带流量测量装置的循环管道打入吸收塔底槽。

89图2-1石灰石储存和制浆系统

910石灰石/石膏法各系统－石灰石浆制备系统石灰石粉贮罐石灰石粉贮罐支架石灰石加料箱石灰石罐球磨机•石灰石浆制备系统核心设备：湿式球磨机橡胶内衬和硬化钢球

10112.2吸收塔吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，要求气液接触面积大，气体的吸收反应良好，压力损失小，并且适用于大容量烟气处理。吸收塔的数量应根据锅炉容量、吸收塔的容量和可靠性等确定。300MW及以上机组宜一炉配一塔。200MW及以下机组宜两炉配一塔。根据国外脱硫公司的经验，一般二炉一塔的脱硫装置投资比一炉一塔的装置低5%～10%，在200MW以下等级的机组上采用多炉一塔的配置有利于节省投资。吸收塔的设计在湿法FGD系统中是十分关键的。吸收塔最主要的塔型是喷淋吸收塔，在世界的湿法FGD系统中占有突出的地位，大多采用逆流喷淋塔。

1112烟气从喷淋区下部进入吸收塔与均匀喷出的吸收浆液流接触，烟气流速为3~4m/s左右，液气比与煤含硫量和脱硫率关系较大，一般在8~25L/m3之间。喷淋塔的优点是塔内部件少，故结垢可能性小，压力损失小。逆气流运行有利于烟气与吸收液充分接触，但阻力损失比顺流大。吸收区高度为5~15m，如按塔内流速3m/s计算，接触反应时间2~5s。区内设3~6个喷淋层，每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，交叉布置，覆盖率达200%~300%。喷嘴入口压力不能太高，在0.5×105~2×105Pa之间。喷嘴出口流速约为10m/s．雾滴直径约1320~2950μm，大液滴在塔内的滞留时间1~10s，小液滴在一定条件下呈悬浮状态。

1213图2-2逆流喷淋吸收塔

1314石灰石/石膏法各系统－吸收塔系统•吸收塔内的喷头喷头材料：炭化硅•吸收塔内的喷淋层喷淋层管材：PP或FRP

1415吸收塔中除了浆液洗涤系统外，还有除雾器（ME）和氧化系统。干净烟气出口设除雾器，通常为二级除雾器，装在塔的圆筒顶部（垂直布置）或塔出口弯道后的平直烟道上（水平布置）。后者允许烟气流速高于前者。并设置冲洗水，间歇冲洗除雾器。冷烟气中残余水分一般不能超过100mg/m3，现在大多要求不超过75mg/m3，否则会玷污热交换器、烟道和风机等。湿法烟气脱硫塔采用的除雾器主要为折流板除雾器、旋流板除雾器。

15162.3脱硫系统氧化方式在石灰石湿法烟气脱硫工艺中有强制氧化和自然氧化之分，其区别在于脱硫塔底部的持液槽中是否充入强制氧化空气。对于自然氧化工艺，吸收浆液中的HSO3－在吸收塔中被烟气中剩余的氧气（电厂烟气含氧量一般在6%左右）部分氧化成SO42－,其脱硫副产物主要是亚硫酸钙和亚硫酸氢钙。自然氧化因锅炉和脱硫系统运行参数不同而氧化程度各异，当氧化率在15~95%，钙的利用率低于80%范围内亚硫酸钙易结垢，因为氧化率较高时（＞15%），生成的硫酸钙不能与亚硫酸钙一起沉淀析出；氧化率达不到一定程度（＜95%），就不能产生足够的石膏晶种而使石膏晶体迅速增长，导致石膏在脱硫塔内结垢。

1617控制氧化就是采用抑制氧化或强制氧化方式将氧化率控制在＜15%或＞95%。抑制氧化通过在洗涤液中添加抑制性物质，控制氧化率低于15%，使浆液SO42-浓度远低于饱和浓度，生成的少量硫酸钙与亚硫酸钙一起沉淀。抑制氧化采用的抑制有：单质硫、EDTA以及其他的有机物。强制氧化通过向洗涤液中鼓入空气，并添加催化剂使氧化反应趋于完全，氧化率提高到高于95%，并保持足够的浆液含固量（12%），以提供石膏结晶所需的晶种，此时，石膏晶体生长占优势，产生沉淀性能优良的石膏，从而避免在塔内结垢

1718目前国际上石灰石湿法工艺主要以强制氧化为主，目前国际上强制氧化工艺的操作可靠性已达99%以上，已成为FGD中的主流。自然氧化的可靠性虽然已得到改善，但仍然只有95%～99%，主要问题仍是石膏结垢。目前，在自然氧化工艺的主要应用国——美国，也有改自然氧化为强制氧化的趋势。因为即使是作为土地回填，在质量上，石膏也要比亚硫酸钙渣泥好。

18192.4烟气再热系统烟气经过湿法FGD系统洗涤后，温度降至50～60℃，已低于露点，为了增加烟囱排出烟气的扩散能力，减少可见烟囱的出现，许多国家规定了烟囱出口的最低排烟温度。德国有关大型燃煤装置的法规中，要求对洗涤后的烟气进行再热。在燃用烟煤的情况下，再热温度为45～52℃；当燃料为褐煤时，温度为60，到烟囱顶部达到72℃。英国规定的排烟温度为80℃;日本要求把烟气加热到90～110℃，防止烟囱排出蒸汽白烟。美国一般不采用烟气再加热系统，而对烟囱采取防腐措施。从改善烟气污染扩散、减少可见的烟羽(白烟)、避免烟囱出口的酸雨以及消除烟道下游材料的腐蚀等多方面考虑，采用烟气再热是必要的。

19202.5脱硫风机安装烟气脱硫装置后，整个脱硫系统的烟气阻力约为2500~3000Pa，单靠原有锅炉引风机（IDF）不足以克服这些阻力，需增设推风机，或称脱硫风机（Boost-upFan，BUF），脱硫增压风机宜装设在脱硫装置进口处，在综合技术经济比较合理的情况下也可装设在脱硫装置的出口处。当条件允许时，也可与引风机结合设置。脱硫增压风机的布置位置可以有4种情况：A位：烟道接口与烟气换热器之间；B位：烟气换热器和吸收塔进口之间；C位：吸收塔出口和烟气换热器之间；D位：烟气换热器和烟囱之间。

2021A位布置的优点在于增压风机不需要防腐，并且用常规的风机就可用来做引风机，风机的造价低。缺点是能耗较大，气压造成气—气换热器漏风率升高。尽管如此，在WFGD中常常选用A位。B位和C位布置主要用于采用回转式烟气换热器时减少加热器净烟气和原烟气之间的压差，在要求很高的脱硫率时，减少烟气泄漏带来的影响，但是风机需要采用防腐材料，价格昂贵；C位风机容易发生腐蚀问题，它们是所谓的“湿风机”，它易于受到湿烟气中的SO3和Cl的腐蚀。可能的解决办法：一是选用高镍合金材料；二是通过连续或间歇性地喷水保持风机叶片表面的湿度，从而降低叶片表面沉积物和氯化物浓度。由于风机位于气—气热交换器的下游，水的使用量必须在一定限度范围内。D位布置的电耗较低，但是需要采取一些防腐措施和避免石膏结垢的冲洗设施。

21222.6石膏脱水系统石膏是强制氧化石灰石湿法烟气的副产物，脱硫石膏晶体的粒径为1～250μm,主要集中在30～60μm,在脱硫装置正常运行时产生的脱硫石膏颜色近白色,采用石灰石-石膏法脱硫石膏的纯度一般在90%～95%之间,采用白云石-石膏法,脱硫石膏的纯度可达96%以上,有害杂质较少,主要成分与天然石膏一样都是二水石膏晶体(CaSO4·2H2O)。脱硫石膏物理化学性质与天然石膏具有共同的特征,但作为一种工业副产品,它具有再生石膏的一些特点,和天然石膏相比又有一定的差异,其中二水石膏的含量较天然石膏还要高许多。

2223图2-4石膏脱水系统

2324湿石膏的存储方法取决于发电厂烟气脱硫系统石膏的产量、用户的需求量、运输手段以及石膏中间储仓的大小。对于容量为300~700m3的中间储仓，石膏在其中的存放时间不应超过1个月。因此，推荐采用带有底部卸料系统的一次型储仓，如图1-19所示。图1-19石膏仓应采取防腐措施和防堵措施。在寒冷地区，石膏仓应采取防冻措施。若脱硫副产物暂无综合利用条件时，可经一级旋流器浓缩输送至贮存场，也可经脱水后输送至贮存场，但宜与灰渣分别堆放，留有今后综合利用的可能性，并应采取防止副产物造成二次污染的措施。2.7石膏存储系统和石膏利用

2425图2-5一次通过型石膏储仓

25262.8脱硫废水处理产生废水是石灰石湿法脱硫的缺点。一些国家和地区政府对废水处理有严格的规定。例如德国对废水排放有严格的规定，限制微量金属和其他有害成分的排放浓度。在日本废水处理还要降低COD（主要形式是连二硫酸根S2O62-）。其处理过程为：通过加碱中和脱硫废水，并使废水中的大部分重金属形成沉淀物；加入絮凝剂使沉淀浓缩成为污泥，污泥被送至灰场堆放。废水的pH值和悬浮物达标后直接外排，图1-20是典型的废水处理系统。

2627图2-6脱硫废水处理

27三、主要设备3.1吸收剂制备系统3.2烟气系统3.3硫吸收系统

283.1吸收剂制备系统石灰石浆液制备系统

29湿式磨球机最终产品细度：<44微米颗粒在90%以上具有防磨、防腐性能

303.2烟气系统

31增压风机一般选用静叶可调轴流风机，适用于风机风量大，压升低。

32挡板门烟道挡板用于切断烟气或调节流量。布于脱硫塔进、出口烟道及旁路烟道。挡板使用的环境条件和功能不一样，对性能和材质的要求不一样：原烟气烟道挡板处，烟气温度高、二氧化硫浓度高、粉尘浓度高；净烟气烟道挡板处，温度低、二氧化硫和粉尘浓度低；旁路烟气，处于冷热交界处，容易出现热应力腐蚀，条件最为恶劣。

333.3硫吸收系统吸收塔示意图

34吸收塔本体碳钢结构，玻璃鳞片防腐。

35浆液喷淋浆液喷淋由雾化喷淋层和高效雾化喷嘴组成，喷淋液滴主要集中在200~500微米，比表面积大。喷嘴

36雾化喷淋层

37除雾器除雾系统由两层除雾器本体及冲洗系统组成。烟气以一定的速度流经除雾器，被快速、连续改变运动方向，通过除雾器的弯道通道，在惯性力及重力的作用下将气流中夹带的液滴分离出来。除雾器一般的设计要求是出口烟气中也低含量不超过75mg/m3。

38搅拌器吸收塔搅拌器一般布置在吸收塔浆池区，为使浆液在浆池内不致沉淀结垢，保证浆液在浆池内的亚硫酸钙充分氧化成硫酸钙，通常设置侧进式搅拌器。

39循环泵为实现吸收塔内脱硫浆液循环使用，保证最大限度地发挥脱硫剂的效能，采用耐腐蚀、耐磨损、流量大、压头稳定的脱硫专用循环泵。循环泵按每一层喷淋层对应一台泵的单元制配置，泵体采用碳钢内村高分子结构，叶轮采用防腐蚀耐磨材料制作，泵入口装设滤网等防止固体物吸入堵塞喷嘴。

40氧化风机未将脱硫副产物CaSO3转化为稳定的CaSO4，保证在浆液池内中和反应及氧化反应的完全进行，并使悬浮液均匀不产生沉淀，设置氧化风机不断向吸收塔内浆液池鼓入空气。氧化风机蚕蛹罗兹风机，入口设有过滤网，保证入塔的氧化空气无尘，风机外有隔音罩；氧化风量按投运风机的最大出力供给。

41四、影响脱硫性能的关键参数4.1烟气中SO2浓度的影响4.2PH值的影响4.3供浆位置的影响4.5烟气温度的影响

424.1烟气中SO2浓度的影响在其他条件不变的情况下，当CSO2脱硫效率较高浓度的二氧化硫会迅速耗尽液相碱度，导致吸收二氧化硫的液膜阻力增加。一般地，在石灰石脱硫工艺中，当二氧化硫浓度为(100~500)*10-6时，二氧化硫的吸收受气膜扩散影响。

434.2PH值的影响二氧化硫的吸收反应大部分在烟气与喷淋浆液接触的瞬间就完成，而石灰石的溶解和石膏结晶则需要一定的时间达到平衡。脱硫塔浆液中平衡态的PH值得大小取决于溶解的石灰石浓度和浆液的CO2平衡分压。当大部分石灰石在储浆池中溶解、脱硫浆液循环量越小或入口的SO2浓度越高，从储浆池排出的石膏浆液的PH就越低。循环浆液的PH值是指吸收完SO2的浆液与新鲜浆液混合后浆液的PH值。循环浆液的PH值直接影响到液膜增强因子ϕ，PH值越高，ϕ值越大，总传质系数K越大，吸收速率越高。提高循环浆液的PH值，一方面可提高循环浆液中溶解的碱性物质的浓度，一方面可以提高未溶解的碱性物质的浓度，当其中已经溶解的碱性物质耗尽时，为溶解的碱性物质及时溶解，从而保持循环浆液具有足够的碱度。

444.3供浆位置的影响1.直接供入塔底浆槽的液面处2.全部供入循环泵入口管道3.部分供入循环泵入口，部分供入塔底浆槽第一种所需的L/G最大、能耗最大。具体表现为：供浆量增加，脱硫浆液的PH值下降，脱硫效率下降。第二种所需的L/G最小，能耗最小，但是有可能PH值太高，导致对CO2的吸收，浪费脱硫剂。第三种综合以上两种方法，可以根据塔内浆液的PH值、烟气SO2浓度等参数确定所需要的脱硫剂总量，然后再根据循环泵后混合浆液的PH值，调节供给循环泵前入口管道供给的脱硫剂量。

454.4烟气温度的影响理论上，进入脱硫塔的烟气温度越低，越利于SO2气体溶于浆液，形成HSO3-，所以高温的原烟气先经过气-气加热器降温后再进入脱硫塔有利于SO2的吸收。实际运行结果也证实了这一点。例如某脱硫塔中，在处理进口烟气SO2浓度和氧量基本不变的工况下，当进入脱硫塔的烟气温度为96℃时，脱硫率为92.1%；当烟气温度升到103℃时，脱硫率已经下降至84.8%。

46五、案例分析华能珞璜电厂太仓港环保发电有限公司潍坊化工厂

47案例一：华能珞璜电厂石灰石-石膏法烟气脱硫工程华能珞璜电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫第一期工程是我国第一次引进国外先进的烟气脱硫技术和设备。其烟气脱硫工程占电厂总投资的11.15%。1992年华能珞璜电厂1#FGD系统首次试车成功并顺利完成性能考核。2#FGD系统于1993年通过考核，1995年通过国家验收。

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49工程案例二：太仓港环保发电有限公司FGD工程太仓港环保发电有限公司系中外合资企业，成立于2002年5月10日。规划投建8台机组，装机总容量2670MW，总投资约108亿元人民币。其一二期烟气脱硫项目建设中，采用的是苏源环保公司的烟气脱硫技术，设计脱硫效率97%，保证脱硫效率95%。两套装置均已成功运行。

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51案例三：简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫该装置是1995~1996年山东潍坊通润化工厂从日本引进的。该装置集吸收、氧化、石膏初浓缩和烟囱于一体，体积小，压损低，占地少，投资和运行费用较低；自动化程度高，电脑画面监控，运行简便；性能可靠，运行稳定，维修费用低；脱硫效率达到设计要求。运行中液气比较大，进一步降低耗电困难。

52六、烟气脱硫中的常见问题6.1吸收塔反应堵塞问题6.2石膏脱水6.3结垢问题6.4腐蚀问题

536.1吸收塔反应闭塞问题吸收塔反应闭塞现象就是指在石灰石-石膏脱硫系统中，石灰石的溶解受到阻碍，使得反应不能继续进行，进而影响脱硫效率。原因：（1）SO2浓度升高，而氧气空气量不够；（2）飞灰中Al2O3含量高，浆液中F-浓度大；（3）高飞灰；（4）石灰石粒度大或Al2O3含量高；（5）浆液PH长期过低；解决方法：停止供浆---降低PH---外排石膏---恢复供浆

546.2石膏脱水烟气脱硫后形成的产物叫脱硫石膏，脱硫石膏如不能加以利用，将会是固体废渣污染物。一般要求石膏含水率要低于10%。造成石膏脱水困难的原因有：（1）烟气飞灰含量高，粉煤灰粒径小；（2）吸收塔反应池体积小，结晶时间短解决方法：（1）降低入口烟气的粉尘浓度（2）加大废水排放量（3）用热蒸汽吹干石膏，降低石膏含水率

556.3结垢问题在湿法烟气脱硫中，设备常常发生结垢和堵塞现象。严重的结垢会造成压损增大，因此，结垢已成为一些吸收塔设备是否长期运行的关键问题。研究表明，当浆液中亚硫酸盐的氧化率在15%至80%~~90%范围时，脱硫系统易发生石膏结垢现象。解决方法：一是抑制氧化，就是通过在洗涤液中添加抑制化物质（硫乳剂），控制氧化率低于15%，使浆液中的SO42-浓度低于饱和浓度，这样生产的少量硫酸钙与亚硫酸该一起沉淀；二是强化氧化，主要是通过向洗涤液鼓入空气，使氧化反应趋于完全，是氧化率高于90%，保证液浆有足够的石膏用于晶体成长，这样硫酸钙将首先在其晶体上沉淀，从而避免设备表面上的结垢。

566.4腐蚀问题原因；SO2经过一系列反应，变成硫酸，亚硫酸，与管道接触，发生腐蚀作用。解决方法（1）内衬防腐技术（2）采用防腐蚀非金属材料制作，如花岗岩（3）防腐蚀合金材料制作，如镍基合金其他问题：磨损问题，密封问题等等

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