石灰石_石膏湿法烟气脱硫技术的工程应用.pdf

石灰石 石膏湿法烟气脱硫技术的工程应用臧洪泉，杨良仲，王媛媛，刘鸣寰，李娜(中国市政工程华北设计研究总院，天津 300074)摘要:对石灰石 石膏湿法烟气脱硫的主要工艺参数进行了分析。结合工程实例，对采用气动脱硫(AFGD)技术的石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺流程进行了探讨，烟气排放指标符合标准要求。关键词:石灰石 石膏;湿法烟气脱硫;脱硫效率;气动脱硫中图分类号:TU995文献标识码:B文章编号:1000 4416(2012)08 0A06 04Engineering Applications of Limestone Gypsum Wet FlueGas Desulphurization TechnologyZANG Hongquan，YANG Liangzhong，WANG Yuanyuan，LIU Minghuan，LI NaAbstract:The main process parameters of limestone-gypsum wet flue gas desulphurization are ana-lyzed The process flow of limestone-gypsum wet flue gas desulphurization using pneumatic desulphuriza-tion technology is discussed with engineering examples The flue gas emission targets meet the standardrequirementKey words:limestone-gypsum;wet flue gas desulphurization;desulphurization efficiency;pneumatic desulphurization1概述我国的大气污染属煤烟型污染，SO2、CO2排放量的 85%、烟尘的 70%均来自于燃煤。据统计，大气污染造成的经济损失占 GDP 的3%7%，若不能得到有效控制，到 2020 年，仅燃煤污染导致的疾病需付出的经济代价将达 3 900 108美元1。锅炉烟气的脱硫处理是实现节能减排的必要措施之一2 10，在烟气脱硫方法中，石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺具有脱硫剂价格低廉、脱硫剂蕴藏丰富、脱硫效率高的特点，在我国得到了广泛应用。本文对石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺在工程中的应用进行探讨。2脱硫塔性能描述及工艺主要参数2 1脱硫塔性能描述描述气体吸收过程的机理有多种理论，通常采用双膜理论来解释 SO2吸收过程的机理。根据双膜理论，脱硫塔传质单元数 INTU的表达式为11:INTU=lnxinxout=CAqm(1)式中INTU 传质单元数xin 入口烟气 SO2摩尔分数xout 出口烟气 SO2摩尔分数C 总传质系数，kg/(sm2)A 总传质面积，m2qm 烟气质量流量，kg/s传质单元数综合表征烟气中 SO2在吸收塔内被吸收反应的剧烈程度，传质单元数越大，吸收塔的脱硫效率越高。2 2主要工艺参数石灰石 石膏湿法烟气脱硫主要工艺参数有:烟气流量、液气比、循环浆液(石灰浆液)pH 值、钙硫比、循环浆液固体物(CaSO42H2O)质量分数、60A第 32 卷第 8 期2012 年 8 月煤 气 与 热 力GAS HEATVol 32 No 8Aug 2012固体物停留时间。烟气流量对于脱硫塔，在其他条件不变的情况下，增加烟气流量，由式(1)可知，INTU将减小，脱硫效率将下降。反之，随着烟气流量的降低，INTU将增大，脱硫效率将提高。通常，喷淋式脱硫塔的设计烟气流速范围为 3 5 m/s，从而确定合适的烟气流量。液气比在石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺中，液气比指吸收塔洗涤单位体积烟气需要循环浆液的体积。液气比与脱硫效率密切相关，二者的关系见图 1。由图 1 可知，脱硫效率随着液气比的增大而增大。在喷淋式脱硫塔设计中，循环浆液量决定了吸收SO2的可利用传质面积，在其他条件不变的情况下，增加循环浆液流量即增大液气比，脱硫效率则随之提高，并可防止结垢。图 1脱硫效率与液气比的关系循环浆液 pH 值与钙硫摩尔比循环浆液的 pH 值也是石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺中的一个主要工艺参数，pH 值与脱硫效率的关系见图 2。由图 2 可知，当循环浆液的 pH 值增大时，脱硫效率也随之增大。石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺循环浆液的 pH 值一般维持在 6 5 7 0。理论上，石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺的钙硫物质的量比为 1，但在实际运行中，钙硫物质的量比的典型范围是 1 01 1 10，先进的脱硫塔可达到1 01 1 05。循环浆液固体物质量分数与停留时间对于设计合理的工艺过程，吸收 SO2最终形成的产物(CaSO4)应在循环浆液中的固体物(作为晶种)表面上不断地沉淀析出。当固体物在循环浆液中的溶解量超过其溶解饱和度时，将发生沉淀，当固体物在溶液中的过饱和度高于某一定值时，甚至在脱硫塔内部构件表面结垢。保持循环浆液中有足够的固体物和充裕的反应时间是防止形成过饱和状态图 2循环浆液 pH值与脱硫效率的关系的措施之一。a 循环浆液固体物质量分数通常情况下，就提供适当质量分数的固体物防止结垢而言，循环浆液中固体物的最低质量分数不应低于 5%。在实际运行中，保持循环浆液固体物质量分数稳定，对于稳定脱硫效率、石膏质量、防止结垢是有利的。b 固体物停留时间循环浆液固体物在反应罐(脱硫塔下部)中的停留时间用固体物停留时间来表示，等于反应罐中存有的固体物总量除以脱硫固体物平均产出率，其实质是循环浆液固体物在反应罐的平均停留时间，反映反应罐有效循环浆液的体积。适当延长固体物停留时间会提高脱硫效率，石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺中典型的固体物停留时间为 15 24 h，通常不应低于15 h。适当的固体物停留时间有利于提高循环浆液的利用率和石膏纯度，有利于石膏结晶和脱水。但固体物停留时间过长，一方面导致反应罐体积增加，系统造价提高;另一方面，由于循环泵、搅拌器对石膏晶体有破碎作用，不利于石膏脱水处理。3气动脱硫技术在工程中的应用3 1工程概况我院负责对某电厂锅炉烟气脱硫系统进行设计，锅炉烟气设计流量为 338 858 m3/h，烟气中 SO2的计算质量浓度为 2 904 mg/m3。该项目采用已获得国家专利的气动脱硫(Air Flue Gas Desulfuriza-tion，AFGD)技术12。气动脱硫塔不同于喷淋脱硫塔、液柱脱硫塔、旋流板脱硫塔、填料脱硫塔等，它充分利用了空气动力学原理:烟气进入气动脱硫塔后，经旋流器旋转上升，使得脱硫单元内形成一层悬浮的循环浆液，烟气与循环浆液接触，脱除 SO2。气动脱硫塔的气液接触比表面积大，能以很少的循环浆液量实现较高的脱硫效率。气动脱硫塔主70Awww watergasheat com臧洪泉，等:石灰石 石膏湿法烟气脱硫技术的工程应用第 32 卷第 8 期要由烟气入口段、烟气稳定室、储浆段、气动脱硫段、缓冲段、气水分离器、排烟导流段、烟气出口段等组成。具有以下特点:与一般型式吸收塔相比，大大降低了结垢和堵塞的可能，且没有运动部件，避免了由此产生的机械故障，从而提高了运行可靠性。循环浆液悬浮在塔内，与 SO2接触时间长，且循环浆液被破碎为极细微粒，气液接触比表面积大，脱硫效率高于通常的湿法脱硫工艺，因此所需循环浆液量很少。由于循环浆液量少，因此水处理设备规模小，系统造价、运行成本低。气动脱硫塔占地面积小，不仅适用于新建项目，也适用于既有项目的改造。气动脱硫系统的设计参数为:液气比为 4 L/m3，钙硫物质的量比为 1 03，脱硫塔出口烟气中SO2质量浓度为 200 mg/m3，脱硫塔出口烟气中烟尘质量浓度为 50 mg/m3。3 2气动脱硫系统流程气动脱硫系统的工艺流程见图 3。气动脱硫系统分为 7 个子系统:烟气系统、制浆系统、吸收系统、曝气系统、工艺水系统、后处理系统、排放系统。图 3气动脱硫塔系统的工艺流程烟气系统:烟气经电除尘器除尘，由引风机送入吸收系统(气动脱硫塔)进行脱硫、脱水除雾后进入烟囱排放。制浆系统:经过搅拌使 CaO 和稀释液(工艺水、滤液)充分混合、溶解、反应，得到设计质量分数的新鲜循环浆液，由供浆泵将其送至吸收系统中进行循环，新鲜浆液的供应量由烟气中 SO2质量浓度控制。吸收系统:主要由循环泵和喷淋装置构成，循环泵为喷淋装置提供喷淋动力，抽取气动脱硫塔底循环池中的浆液送至喷淋装置，喷淋液和旋流烟气充分接触实现脱硫。曝气系统:脱硫产物(CaSO3)溶解性较高，不易沉淀析出，根据化学反应的平衡原理，随着 CaSO3浓度的增大，SO2的吸收效率会逐渐降低。因此，及时将 CaSO3排出系统是非常必要的，为此引入了曝气系统。曝气系统关键设备为罗茨风机，罗茨风机将高压空气注入气动脱硫塔底循环池，循环池的浆液在搅拌器的强制搅拌作用下与由罗茨风机注入的高压空气充分混合，达到强制氧化的效果，最终生成CaSO4。工艺水系统:为系统中各用水点提供一定压力的工艺水。后处理系统:主要任务是将循环浆液中多余的CaSO42H2O 浓缩、排出循环系统，主要由排浆泵、旋流器、真空皮带脱水机组成。排浆泵将循环浆液送至旋流器实现一级脱水，经旋流器旋流后，将循环浆液分为溢流液、旋流底流。溢流液固体物浓度较小，从旋流器上部排出，并送回吸收系统继续循环。旋流底流的固体物浓度较大，从旋流器底部排出后送至真空皮带脱水机进行二级脱水，实现固液分离，固体为石膏，排至石膏仓，液体为滤液，送至制浆系统，作为制浆系统的稀释液。排放系统:负责系统的外排。为了控制循环浆液的氯离子含量，必须定期外排少量浆液(未经处理的浆液不准排入市政排水系统)。设计中，将外排浆液排至锅炉冲灰水循环系统，实现酸碱中和(排放浆液呈酸性，冲灰水呈碱性)，可达到排放标准，从而省去了水处理系统，在一定程度上降低了系统造价和运行成本。3 3脱硫效果脱硫系统建成以后，我院对项目进行了 3 年的跟踪调查，入口烟气中 SO2平均质量浓度为 3 105mg/m3，出口烟气中 SO2平均质量浓度为 137 7 mg/m3，脱硫效率为 95 6%。GB 132232011火电厂大气污染物排放标准 规定现有锅炉排放烟气中SO2质量浓度应小于 200 mg/m3，由此可知采用气动脱硫系统处理后的烟气中 SO2质量浓度远低于GB 132232011 规定的上限。参考文献:1 钱学辉 最新火电厂烟气脱硫脱硝技术标准应用手80A第 32 卷第 8 期煤 气 与 热 力www watergasheat com册 第一卷M 北京:中国环境科学技术出版社，2007:12 杨海平 燃煤锅炉烟气脱硫除尘系统改造 J 煤气与热力，2008，28(9):A01 A033 庄壁平 锅炉烟气脱硫除尘系统改造与存在问题分析 J 煤气与热力，2007，27(7):59 614 于建国，徐军杰，杨颖，等 燃煤锅炉房烟气脱硫除尘装置的工程应用 J 煤气与热力，2011，31(2):A04 A055 窦飞，陈兵兵 氧化镁湿法烟气脱硫工艺及副产品再生 J 煤气与热力，2010，30(10):A01 A036 彭铁成 双循环烟气脱硫除尘装置的工业应用J 煤气与热力，2010，30(8):A01 A037 彭铁成 双液位喷射鼓泡烟气脱硫除尘装置 J 煤气与热力，2010，30(7):A01 A048 樊梦芳，李云 SSG 型湿法脱硫除尘器在中小型锅炉房的应用 J 煤气与热力，2010，30(3):A01 A039 杨建，李卫民，张成禹，等 电石渣在锅炉烟气脱硫的应用 J 煤气与热力，2008，28(11):A01 A02 10 王峥，王建国，邴守启，等 石灰石 石膏湿法烟气脱硫效率影响因素 J 煤气与热力，2011，31(9):A01 A04 11 周至祥，段建中，薛建明 火电厂湿法烟气脱硫技术手册 M 北京:中国电力出版社，2006:1 12朱鹏程，齐峰，汪建明，等 气动脱硫塔:中国，ZL200720173601 8 P 2008 09 17作者简介:臧洪泉(1978)，男，河南鹤壁人，工程师，硕士，从事供热工程的设计、咨询工作。收稿日期:2012 02 13;修回日期:櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵2012 02 27工程信息中国石化新疆煤制天然气外输管道工程(新粤浙管道)简介建设单位:中国石化新疆煤制天然气外输管道有限责任公司。工程内容:建设内容包括1 条干线、5 条支线，线路全长7 927 km，输气能力300 108m3/a。干线起点是新疆伊宁首站，终点为广东省韶关末站。支线包括准东支线、南疆支线、豫鲁支线、赣闽浙支线和广西支线。共设 57 座工艺厂站，其中包括 23 座压气站。管道途经新疆维吾尔自治区、甘肃省、宁夏回族自治区、陕西省、河南省、山东省、湖北省、湖南省、江西省、浙江省、福建省、广东省、广西壮族自治区等 13 个省(自治区)。进展阶段:编写可研。西气东输三线天然气管道中段(宁夏中卫江西吉安)工程简介建设单位:中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司。工程内容:西气东输三线天然气管道中段(宁夏中卫江西吉安)工程包括 1 条干线和 7 条支线，干线起自宁夏中卫的中卫联络站，经中卫市、固原市、庆阳市、平凉市、咸阳市、西安市、商洛市、南阳市、襄樊市、随州市、荆门市、天门市、仙桃市、荆州市、岳阳市、长沙市、株洲市、萍乡市，止于江西吉安的吉安联络压气站，线路长约 1 958 km，设计压力 10 MPa，管道直径为 1 219 mm，设计输气能力为 280 108m3/a。支线包括中卫靖边支干线、闽粤支干线、福州宁德支干线、邓州支线、新野支线、平潭支线(含 4 5 km 海底管道)等。进展阶段:编写可研。(本刊通讯员供稿)90Awww watergasheat com臧洪泉，等:石灰石 石膏湿法烟气脱硫技术的工程应用第 32 卷第 8 期