吸收塔讲课内容.docx

脱硫吸收塔系统
一、系统原理及组成
1、原理：SO2吸收系统（吸收塔系统）是脱硫装置的核心系统，待处理的烟气进入吸收塔与喷淋的石灰石和石膏浆液接触，去除烟气中的SO2，SO3，Cl-，F-以及粉尘等污染物。在吸收塔后设有除雾器，除去出口烟气中携带的雾珠；吸收塔浆液循环泵为吸收塔提供大流量的洗涤液，保证气液两相充分接触，提高SO2从烟气中脱除的效率。生成石膏的过程中采取强制氧化，设置氧化风机将浆液中未氧化的HSO3-和SO32-氧化成SO42-。在氧化浆池内设有搅拌装置，以保证混合均匀，防止浆液沉淀，并保证鼓入的氧化空气在浆池中均匀分布，扩大氧化空气于石膏浆液的接触面积，确保氧化效果。氧化后生成的石膏通过石膏浆液排出泵排出，进入后续的石膏脱水系统。
喷淋式吸收塔是目前大型火力发电机组烟气脱硫系统的主流配置。喷淋塔是在吸收塔内布置几层喷嘴，脱硫剂通过喷嘴喷出形成液雾，与烟气接触发生传质反应，净化烟气。而逆流喷淋塔是比较常用的湿法脱硫吸收塔，烟气从一侧进气口进入吸收塔的上升区，烟气在上升区与雾状浆液逆流接触，处理后的静烟气经除雾器除去烟气携带水滴后，从吸收塔顶部经静烟道排至烟囱。目前我厂采用的即为日本川崎公司的逆流喷淋空塔。
浆液循环泵将吸收塔浆液池内浆液泵至喷淋层，在喷淋层喷嘴的雾化效果下，浆液分散成气雾，与逆流向上的烟气在吸收区接触反应。石灰石浆液通过补浆管道送入吸收塔浆池内，在吸收塔搅拌器的作用下与石膏浆液混合均匀。氧化风机提供足够的氧化空气，加湿后喷入浆液中，参加氧化区的氧化反应。浆池内石膏晶体逐渐结晶形成一定浓度的过饱和溶液，由石膏浆液排出泵运送至石膏脱水系统进行脱水处理，形成成品石膏。
脱水系统浓淡分离的滤液水返回至吸收塔，进行回收利用。另外，尽管除雾器会截获大量烟气带水，但FGD系统处理的烟气量很大，总的蒸发量依然可观，仅滤液水还难以维持吸收塔水平衡，故定期补入工艺水或除雾器冲洗水。
2、组成：逆流喷淋式吸收塔系统设备组成是吸收塔本体、浆液循环泵、除雾器、氧化风机、搅拌器、石膏排出泵、事故冷却系统等。
二、吸收塔各组成部分介绍
1、吸收塔本体：吸收塔是整个FGD系统的核心装置。众多工质在此交汇，如烟气、石灰石浆液、石膏浆液、工艺水、滤液水。此外，二氧化硫的脱除、吸收剂的补入、石膏晶体的形成都发生在吸收塔内。吸收塔浆液池的尺寸保证提供足够的浆液停留时间、完成亚硫酸钙向硫酸钙的氧化和石膏的结晶。 吸收塔塔体材料为内衬玻璃鳞片的碳钢板。吸收塔烟气入口段采用APC杂化聚合结构防腐层。吸收塔内逆流区烟气流速为4m/s在上流区配有4组喷淋层，安装的90°空心锥喷嘴使浆液雾化与烟气高效接触，并达到高的SO2吸收性能。逆流喷淋式吸收塔如图1所示。
（1）吸收塔里面的化学反应
总反应式
SO2 + 2H2O +1/2O2+CaCO3——CaSO4.2H2O + CO2
化学过程（吸收反应、氧化反应、中和反应、结晶反应）
强制氧化系统的化学过程描述如下：
1）吸收反应
烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触,循环浆液吸收大部分SO2，反应如下：
SO2＋H2O→H2SO3
H2SO3→H＋＋HSO3－
2）氧化反应
一部分HSO3－ 在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO3－ 在反应池中被氧化空气完全氧化，反应如下：
HSO3－＋1/2O2→HSO4－
HSO4－→H＋＋SO42－
3）中和反应
吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的浆液在吸收塔内再循环。中和反应如下：
Ca2＋＋CO32－＋2H＋＋SO42－＋H2O→CaSO4·2H2O＋CO2↑
2H＋＋CO32－→H2O＋CO2↑
4）其它污染物
烟气中的其他污染物如SO3、Cl－、F－和尘都被循环浆液吸收和捕集。SO3、HCl和HF与悬浮液中的石灰石按以下反应式发生反应：
SO3＋H2O→2H＋＋SO42－
CaCO3 +2 HCl<==>CaCl2 +CO2 ­+H2O
CaCO3 +2 HF <==>CaF2 +CO2 ­+H2O
（2）液气比
液气比是指洗涤每立方米烟气所用的洗涤液量，单位是L/m3。比率为：循环浆液流量/处理烟气流量， 一般表示为：L/1000 Nm3 。
由液体流量 (运行循环泵台数) 及气体流量(锅炉负荷)决定
提高 L/G 提高脱硫效率
提高 L/G 增加洗涤塔内的除尘效果
在某些系统中, 提高 L/G 可增大晶体破坏，影响脱水特性（主要是指循环泵会破坏晶体）
（3）浆液的pH值
浆液的pH值是FGD装置运行中需要重点检测和控制的化学参数之一，它是影响脱硫率、氧化率、吸收剂利用率及系统结垢的主要因素之一。浆液的pH值高，意味着碱度大，有利于碱性溶液与酸性气体之间的化学反应，对脱除SO2有利，但会对副产物的氧化起抑制作用。降低pH值可以抑制H2SO3分解为SO32-，使反应生成物大多为易溶性的Ca(HSO3)2，从而减轻系统内的结垢倾向。浆液的pH值是靠补充新鲜的石灰石浆液来维持的。通常喷淋吸收塔浆池的pH值维持在5.0—5.8之间。一般运行中维持pH值比较低些，较低的pH值不但增强了石灰石的溶解和亚硫酸盐的氧化显著提高了石灰石的利用率，而且消除了除雾器中的结垢（pH值高有利于SO2的吸收但不利于石灰石的溶解，反之，pH值低有利于石灰石的溶解但不利于SO2的吸收）。
pH 由石灰石添加率控制；pH 降低，腐蚀率提高石灰石的溶解速率与PH值呈指数增加关系；当PH值大于某个值时，石灰石的利用率急剧下降；当PH值大于5.8时，脱硫效率不再增加，相反过剩的石灰石急剧增加。
（4）钙硫摩尔比
钙硫比为在额定运行状态下，所消耗的钙离子与硫酸根离子的摩尔数之比。
从化学反应的角度，无论何种脱硫工艺，在理论上只要有一个钙基吸收剂分子就可以吸收一个SO2分子。但在实际反应设备中，反应的条件并不处于理想状态，因此，一般需要增加脱硫剂的量来保证吸收过程的进行。钙硫摩尔比就是用来表示达到一定脱硫效率时所需要钙基吸收剂的过量程度，也说明在用钙基吸收剂脱硫时钙的有效利用率。一般用钙与硫的摩尔比值表示，即Ca/S比，所需的Ca/S越高，钙的利用率则越低（钙硫比的倒数即为石灰石粉的利用率）。
通常情况下，石灰石的消耗量占锅炉燃煤量的百分比小于6％。
目前国外脱硫公司的先进技术一般不超过1.05，最佳状态可达1.01～1.02。
（5）喷淋层
喷淋层布置在吸收塔顶部，由一系列输浆管道和喷嘴组成。一般布置多层，分别对接一台浆液循环泵出口管道。
喷嘴由碳化硅烧制而成，耐磨性好，抗腐蚀能力极强，使用寿命较长。其结构有空心式和螺旋式两种，如图3所示。喷嘴工作与一定压力下，其雾化效果既与工作压力有关，也受雾化颗粒的直径影响。我厂采用空心锥单向或双向喷嘴。喷淋管道用于把浆液均匀分布在各喷嘴，形成雾化效果。管材是FRP（纤维增强复合塑料），在吸收塔外与循环浆液管道法兰连接。
（6）吸收塔入口烟道事故喷淋装置
当锅炉燃烧调整不当或受热面积灰严重时，锅炉排烟温度会异常升高。如果高温烟气直接进入FGD系统，会对吸收塔内防腐材料、除雾器等造成不可逆的损伤。为此有必要在吸收塔入口烟道顶部装设事故喷淋装置，FGD入口烟气温度大于130℃时，进行喷水减温，达到保护的目的。当喷水减温无效时，应按FGD紧急停运处理。我厂事故喷淋装置设置一个事故冷却水箱（ Æ2500×2500 ），提供工艺水（除雾器冲洗水泵来）与消防水两路补水。
（7）吸收塔正常运行中需调节的量
1）FGD的水平衡：水平衡是指FGD系统正常运行时进入系统的水与系统耗散或外排的水达到动态平衡。水平衡是表征FGD系统正常运行的一项重要指标，也是FGD系统日常调节的主要工作之一。
2）吸收塔pH值调节：pH调节是通过改变吸收剂石灰石浆液补给流量来控制的。
3）石膏浆液浓度控制：石膏浓度主要受脱硫效率和进入FGD烟气中的二氧化硫总量影响。
水平衡：

2、浆液循环泵
浆液循环泵将吸收塔浆池中的浆液与补入的吸收剂石灰石浆液循环不断的送入吸收塔喷淋层，且提供给喷嘴一定的工作压力，使其达到良好的雾化效果。循环泵一般采用蜗壳离心式泵，其工艺要求有：
1）防腐蚀和磨损
浆液循环泵的工作环境极其恶劣，输送介质pH值为4～6的腐蚀性流体，且含固量大，对叶轮、护板及机械密封磨损性极强。因此，循环泵的叶轮采用合金不锈钢材料制作，机械密封通入冷却水，入、出口管道有防腐衬里。
2）低压头、大流量。
现在吸收塔高度一般在30m左右，循环泵的扬程低于0.3Mpa，但为了满足高液气比的要求，泵的流量一般设计在10000m3左右。
3）较高必需汽蚀余量：尽管循环泵的进口压力较高，但塔内浆液已经鼓入大量氧化风，这些空气或氧气会被引入到循环泵内，会降低泵的性能。且浆液温度一般在40～60℃，水的汽化压力降低，这也在一定程度上导致循环泵经常发生汽蚀现象。单位重量液体从泵吸入口流至叶轮叶片进口压力最低处的压力降落量，称为必须汽蚀余量，亦称泵的汽蚀余量。必须汽蚀余量越大，则表示压力降越大，泵抗汽蚀性能就越差。它与吸入侧管路装置系统无关，只与泵吸入室的结构，液体在叶轮进口处的流速等因素有关。
4）可靠性高：循环泵必须经久耐用，能在合适条件下连续运行，且适应工况的频繁变化。
5）入口设前置滤网：为防止异物进入循环浆液内，损坏泵的叶轮和堵塞喷淋层喷嘴，一般在循环泵的入口侧装设滤网，有效拦截大块石膏垢及异物。
3、氧化风机
氧化风机为吸收塔内氧化反应提供足够的氧气。参与氧化反应的一部分氧气由烟气中燃烧剩氧提供，但远远不能满足需要，因此强制氧化法中必须设置氧化风机。脱硫氧化风机因其低全压，大流量等特点，目前行业内大都采用罗茨风机，而离心式氧化风机国内脱硫行业相对较少，我厂氧化风机形式即为离心风机。
为了提高离心风机的出口压力，满足脱硫氧化风的需要，离心鼓风机采用多级形式（D型系列），可以形象地认为三台风机串联，该多级鼓风机与二级罗茨风机不同，二级罗茨风机实际上就是两台罗茨风机串联，而多级鼓风机是一台风机，其内部叶片是同轴多级叶片，和汽轮发电机的形式近似。各级叶轮对流道内气体做功，在离心力的作用下，产生压力和动能。为了保证风量和压力，其转速比一般离心风机转速要搞的多，被称为高速鼓风机，为了实现高速加设增速器，使其转速达到6-7000转，有的甚至达到10000转，变速器以固定的传动比满足鼓风机运行转速。鉴于上述原因，离心氧化风机轴承、变速器需要油站润滑。与一般油站不同的是该项目油站还设有高位油箱，若事故状态油站停运，高位油箱内润滑油在重力的作用下流出，可以维持供油几分钟，满足风机停运惰走期间的润滑供油，从而保证设备安全停运（其他风机之所以不如此设计，是因为转速较低惰走时间比较短）。由于依靠重力流动因此要保证高位油箱一定的高度和容积。这点对于设备安全具有宝贵的借鉴意义。
罗茨风机的入口没有阀门，起停过程要打开出口排空门，离心氧化风机稍有不同，其设有出口排空门外还有入口阀门。启动后再关出口排空门，逐步开入口调节门；停运时先打开排空门，停风机，关入口门。风机停运后油站再运行一段时间（一般要求不小于1小时）。 氧化风管路平行布置在吸收塔内部，每根管路上设置有多个排气孔，并延伸至浆液循环泵入口滤网上部。
氧化风机加湿水与氧化空气分布管相匹配，出口母管分成若干路，分别通至各氧化空气分布管上。因风机对流体有压缩作用，压缩后气体温度会升高，所以氧化风机出口风温都比较高。每路氧化风分支管道都装有加湿水喷嘴，喷入的加湿水降低氧化风温度，以防出口风管处浆液受热干燥堵塞管口。
4、石膏排出泵
石膏浆液排出泵主要作用是将一定过饱和度的石膏浆液排至脱水系统，维持吸收塔内浆液量和质的平衡。石膏排出泵一运一备，是单吸单排离心式浆液泵，机械密封通入冷却水。出口管系排至石膏脱水系统、至事故浆液箱，依靠阀门切换，实现吸收塔浆液脱水、排放的功能。
5、吸收塔搅拌器
吸收塔搅拌器通常安装在吸收塔浆池内壁，且水平高度一致，沿吸收塔圆周均匀分布。搅拌器叶片旋转，使浆池内浆液呈悬浮流动状态，防止固态物沉积，并使氧化空气及塔内补入的吸收剂混合均匀。
吸收塔搅拌器一般为侧进式，驱动方式为电机带动减速机，也有电机带动皮带方式。吸收塔搅拌器转速远低于驱动电机，其转速比可由减速机速比或皮带轮主从动轮的直径比确定。动静接触面配备机械密封装置，阻止浆液渗漏至外界。根据吸收塔直径和自身出力，可设计4～6台，我厂吸收塔设置有4台搅拌器，FGD系统正常运行中全部投入，保证石膏晶体在足够的剪切力下分散成容易脱水的颗粒。侧进式搅拌器叶轮如图所示
6、除雾器
设置除雾器是为了除去净烟气中所携带的液滴和水汽，以防止烟道腐蚀，除雾器出口的水滴携带量不大于75mg/Nm3。我厂除雾器的布置方式为屋脊式，除雾器设置为两级，且串联运行，两级除雾阵列之间有一定距离，保证较大液滴的分离效率。两级除雾器设计冲洗水，防止除雾元件粘结石膏而堵塞。
1）除雾元件
除雾元件由阻燃聚丙烯材料制作，设计工作温度为80℃。其形状为“Z”波纹板，如图所示。
2）除雾器工作原理
含有微小液滴的烟气经过除雾元件的“Z”型通道时，气流方向发生改变，在离心力作用下，远高于烟气分子质量和密度的少量气态水分子及大量液态浆液滴与烟气分离，并被除雾元件阻挡，烟气则正常流过元件通道。被除雾器元件截获的气态水分子冷凝为水滴，并同液态浆液滴，在重力作用下一起流入吸收塔。一定压力的冲洗水对除雾元件进行清洁，最终回到吸收塔。
除雾器的除雾效果由元件形状、尺寸、级间距离等内因，和烟气流速、烟气温度等外因共同决定。其中烟气流速对除雾效果起决定性影响，当烟气流速太高时，会出现明显烟气携带液滴现象。所以合适的烟气流场对整个除雾器工作效果很重要。（我厂设计值为4/5.46m/s）
3）除雾器冲洗
除雾器冲洗水系统由除雾器水泵、管道、冲洗水电动门、分支管道、喷嘴等组成。除雾器冲洗水可对两级除雾阵列共四个工作面所粘结的石膏垢进行冲洗，防止堵塞导致除雾器差压增大。
除雾器一般设计顺序控制功能以实现自动冲洗。即顺控自动开关冲洗水电动门，每个电动门冲洗延时时间及每两个电动门之间的开启时间，均可由自动控制系统根据冲洗需要设定。
7、事故冷却系统
在吸收塔入口烟道装有事故冷却系统，事故冷却水由吸收塔除雾器冲洗水泵和消防水两路提供。当吸收塔入口烟道由于吸收塔上游设备意外事故造成温度过高或所有的吸收塔浆液循环泵切除时本系统启动。

序号
设备名称
规格、型号
单位
数量
备注
一
吸收塔系统

1
吸收塔
喷淋塔：Æ13.2×H30.9m，浆池直径：15.8m，浆池高：9m，容积:1695m3
个
1×2

喷淋管组等
FRP
层
4×2
材料进口

喷嘴
中空喷嘴，SiC
个
456×2+20
进口

氧化空气喷枪
双相钢2205
个
4×2
材料进口

循环泵入口滤网
Æ1200，材料：1.4529
个
3×2
材料进口

吸收塔搅拌器
N=45kW
台
4×2
进口（含驱动头）

入口烟道事故冷却喷嘴
材质：C-276
个
20×2
材料进口

吸收塔入口事故浆液喷管、紧固件
材质：1.4529
套
1×2

事故喷淋水箱
规格：Æ2500×2500，材质：碳钢
个
1×2

2
氧化风机
离心风机，Q=12800Nm3/h; P=111.9kPa;N=630Kw;I=73.7A
台
（1+1）×2

3
除雾器
型式: Æ13.2；二级，屋脊式
套
1×2
进口(含清洗喷嘴)
4
浆液循环泵
Q=9050m3/h;H=25.2m/23.2m/21.2m/19.2m;
N=1000kW/900kW/800kW 115.2A/103.8A/92.4A
台
4×2

循环泵入口膨胀节
Æ900，非金属
个
3×2
以订货后泵厂家尺寸为准

循环泵出口膨胀节
Æ800，非金属
个
3×2
以订货后泵厂家尺寸为准

吸收塔喷淋层入口膨胀节
Æ800，非金属
个
6×2

5
石膏浆液排出泵
Q=153m3/h;H=60m;N=75kW
台
（1+1）×2