石灰石石灰法湿法烟气脱硫技术.ppt

石灰石/石灰法 湿法烟气脱硫技术 石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术（caco3/cao wet fgd），是目前世界上技术最成熟、实用业绩最多以及运行 状况最稳定的脱硫工艺是世界上最成熟,应用最广泛的烟气 脱硫技术。在基本原理上属于无机化学脱硫的范畴,是最基 本的酸碱中和法。采用石灰或石灰石乳浊液吸收烟气中so2 ，生成半水亚硫酸钙或石膏（caso42h2o） ,脱硫率在90 %以上。 1.反应原理 用石灰石或者石灰浆液吸收烟气中的so2，首先生成亚 硫酸钙： 石灰石：caco3+ so2+0.5h2ocaso30.5h2o+co 石灰：cao+ so2+0.5h2ocaso30.5h2o 然后亚硫酸钙再被氧化为硫酸钙。 石灰石石灰法湿法烟气脱硫反应机 理比较表格 石灰石系统和石灰系统的主要区别 n 石灰石系统中最关键的反应是ca2+的形成， 因为so2，正是通过ca2+与hso3-反应而得以从溶 液中出去的。 n 这一关键步骤也突出了石灰石系统和石灰系 统的一个极为重要的区别：石灰石系统中， ca2+ 的产生与h+浓度和caco3的存在有关；而在石灰 系统中， ca2+的产生仅与氧化钙的存在有关。因 此，为了保证液相有足够的ca2+浓度，石灰石系 统在运行时，其ph较石灰系统的低，石灰石系统 的最佳操作ph为5.86.2,石灰系统约为8。 2.工艺流程及设备 典型的石灰石/ 石膏湿法fgd 系统工 艺流程主要由石灰石浆液制备和供应、吸 收塔、脱硫产物处置、烟风道、电气和自 动控制6个部分组成。 吸收塔 吸收塔多采用逆流方式布置, 烟气从喷淋区下部进人吸收塔, 与均匀喷出的 吸收浆液逆流接触。烟气流速为3m/s左右, 液气比与煤含硫量和脱硫率关系较 大, 一般在825 l/m3之间。空塔优点是塔内部件少, 结垢可能性小, 运行可靠性 高。逆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515m, 如按塔内流速3m/s计算, 接触反应时间25s。区内设 36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%。喷嘴人口压力不能太高, 在0.51052105pa之间。喷嘴出口流 速约10m/s。雾滴直径约13202950m，大水滴在塔内的滞留时间110s, 小水 滴在一定条件下呈悬浮状态。喷嘴用碳硅制造, 耐磨性好, 使用寿命10年以上。 吸收塔试验器脱硫系统的核心装置，要求有持液量大、气液相间的相对速 度高、气液接触面积大、内部构件少、压力降小等特点。目前较常用的吸收塔 主要有喷淋塔、调料塔、配设鼓泡塔、道尔顿型塔4类。其中喷淋塔是湿法脱 硫工艺的主流塔形。一般so2去除率高的洗涤塔，往往是操作可靠性最差的。 3.湿法脱硫的影响因素 设备腐蚀：化石燃料燃烧的排烟中含有多种微量的 化学成分，如氯化物。在酸性环境中，它们对金属（包括 不锈钢）的腐蚀性相当强。目前广泛应用的吸收塔材料是 合金c-276，其价格是常规不锈钢的15倍，为延长设备的 使用寿命，溶液中氯离子的浓度不能太高。为保证氯离子 不发生浓缩，有效地方法是在脱硫系统中根据物料平衡排 出适量的废水，以清水补充。 结垢和堵塞：caso3或caso4从溶液中结晶析出是 导致脱硫塔发生结垢的主要原因，特别是硫酸钙结构坚硬 、板结，一旦结垢难以去除，影响到所有与脱硫液接触的 阀门、水泵、控制仪器和管道等。硫酸钙结垢的原因是 so42-和ca2+的离子积在局部达到过饱和。为此，在吸收塔 中要保持亚硫酸盐的氧化率在20%以下。亚硫酸盐的氧化 需要在脱硫液循环池中完成，可通过鼓氧或空气等方式进 行，形成的硫酸钙发生沉淀。从循环池返回吸收塔的脱硫 液中，还因为含有足量的硫酸钙晶体，起到了晶种的作用 ，因此在后续的吸收过程中，可防止固体直接沉积在吸收 塔设备表面。 除雾器堵塞：在吸收塔中，雾化喷嘴并不能产生尺 寸完全均一的雾滴，雾滴的大小存在尺寸分布。较小的雾 滴会被气流所夹带，如果不进行除雾，雾滴将进入烟道， 造成烟道腐蚀和堵塞。除雾器必须保持清洁，目前使用的 除雾器有多种形式（如折流板型等），通常用高速喷嘴每 小时数次喷清水进行冲洗。 脱硫剂的利用率：脱硫产物亚硫酸盐和硫酸盐可沉 积在脱硫剂颗粒表面，从而堵塞了这些颗粒的溶解通道。 这会造成石灰石或石灰脱硫剂来不及溶解和反应就随产物 排除，增加了脱硫剂和脱硫产物的处理费用。因此脱硫液 再循环池中的停留时间一般要达到510min。实际的停留 时间设计与石灰石的反应性能有关，反应性能越差，为使 之完全溶解，要求它在池内的停留时间越长。 脱硫产物及综合利用：半水亚硫酸钙通常是较细的 片状晶体，这种固体产物难以分离，也不符合填埋要求。 而二水硫酸钙是大的圆形晶体，易于析出和过滤。因此， 从分离的角度看，在循环池中鼓氧或空气将亚硫酸钙盐氧 化为硫酸盐是十分必要的，通常要保证95%的脱硫产物转 化为硫酸钙。 4.主要工艺参数 （1） 传质理论 在吸收塔内，so2的吸收可用双膜理论描述，吸收反应经历以下3 个过程 ： so2从气相透过气膜向气液界面传递、扩散； so2在液膜表面溶解； so2从气液界面透过液膜向液相传递并随即与钙基吸收剂发生化学反应。 吸收塔内的传质过程可用以下双膜模型公式表示： ntu = k(l/g)(k1v+k2)(k3ct+k4) ntu = （y1-y2）/(y1-y-y2)ln(y1-y)/y2) （%） = （y1-y2）/y1100 其中：n t u 传质单元数；传质单元数越大，吸收塔的脱硫效率越高。 k1, k2, k3, k4常量； k 喷淋层布置相关系数； (l/g)液气比（l/m3），与流经吸收塔单位体积烟气量相对应的浆液喷 淋量； v 烟气流速（m / s），烟气在吸收塔内的流速； c t吸收剂浓度（k g / m3 ）； 、常数，1 0； y1、y 2吸收塔入口、出口处so2浓度（mg/l）； y 吸收塔内so2平衡浓度（m g / l）； 吸收塔脱硫效率（% ）。 影响传质单元数的主要因素为：液气比、烟气流速、钙硫比 （吸收剂浓度）、吸收塔的结构等。 液气比的影响 液气比决定酸性气体吸收所需要的吸收表面。在其它参数 恒定的情况下，提高液气比相当于增大了吸收塔内的喷淋密度使 液气间的接触面积增大，传质单元数将随之增大，脱硫效率也将 增大。在实际工程中，提高液气比将使浆液循环泵的流量增大， 从而增加设备的投资和能耗。同时，高液气比还会使吸收塔内压 力损失增大，增加风机能耗。 烟气流速的影响 在其它参数恒定的情况下，提高烟气流速可提高气液两相 的湍动，降低烟气与液滴间的膜厚度，提高传质系数。另外，喷 淋液滴的下降速度将相对降低，使单位体积内持液量增大，增大 了传质面积，使传质单元数得以提高，增加了脱硫效率。烟气流 速对传质单元数有一定影响，但影响程度较液气比要小得多。在 实际工程中，烟气流速的增加无疑将会使吸收塔的塔径变小，减 小吸收塔的体积，对降低造价有益。然而，烟气流速的增加将对 吸收塔内除雾器的性能提出新的更高要求，同时还会使吸收塔内 的压力损失增大，能耗增加。目前，将吸收塔内烟气流速控制在 3.54.5 m/s 较合理。 钙硫比的影响：钙硫比（ca/s）是指注入吸收剂量与吸收so2 量的摩尔比，反应单位时间内吸收剂原料的供给量。通常以浆 液中吸收剂浓度c t作为衡量度量。在保持浆液量（液气比） 不变的情况下，钙硫比增大，注入吸收塔内吸收剂的量相应增 大，引起浆液ph 值上升，可增大中和反应的速率，增加反应 的表面积，so2吸收量的图中显示钙硫比与传质单元数呈单调 函数关系，传质单元数对钙硫比的变化相当敏感。另外，钙硫 比变化对传质系数的影响比烟气流速要大，但比液气比要小。 吸收剂浓度：在吸收塔浆液供给量一定的情况下，由于吸收剂 （caco3）的溶解度较低，其供给量的增加将导致浆液浓度 的提高，会引起吸收剂的过饱和凝聚，最终使反应的表面积减 少，影响脱硫效率。实践也证明了这点。一般认为吸收塔的浆 液浓度选择在20%30% 为宜。 浆液ph值：浆液池ph值是石灰石-石膏法脱硫的重要运行参 数，浆液池ph值不仅影响石灰石、caso2h2o 和 caso30.5h2o 的溶解度，而且影响so2的吸收。低ph值有 利于石灰石的溶解和caso30.5h2o 的氧化，而高ph值则有 利于so2的吸收。因此，选择合适的ph值，是保证系统良好 运行的关键因素之一。一般认为吸收塔的浆液ph 值选择在5.5 6.0 为宜。 浆液停留时间：浆液在浆液池内停留时间长将有助于浆 液中石灰石颗粒与s o2完全反应，并能使反应生成物caso3有 足够的时间完全氧化成caso4，形成粒度均匀、纯度高的优质 脱硫石膏。但浆液在浆液池内停留时间长会使浆液池的容积增 大，氧化空气量和搅拌机的容量增大，将增加土建和设备费用 。 吸收剂原料：脱硫系统对吸收剂（ caso3 ）原料有一 定的要求，首先是吸收剂的纯度，高纯度的吸收剂将有利于产 生优质脱硫石膏；其次是吸收剂的粒度，粒度越小，单位体积 的表面积越大，利用率相对较高，有利于脱硫。通常要求的吸 收剂纯度在90% 以上，粒度在250 目以上。然而过高的吸收剂 纯度和过细的粒度会导致吸收剂制备价格的上升，使系统运行 成本增加。 石膏过饱和度：脱硫系统的运行状况还受浆液池中石膏 过饱和度的影响，石膏结晶速度依赖于石膏的过饱和度，当超 过某一相对饱和度值后，石膏晶体就会在悬浊液内已经存在的 石膏晶体上生长。当相对饱和度达到某一更高值时，就会形成 晶核，同时石膏晶体会在其它物质表面上生长，导致吸收塔浆 液池表面结垢。此外，晶体还会覆盖那些还未反应的石灰石颗 粒表面，造成反应剂使用效率下降。实验证明：正常运行的脱 硫系统过饱和度应控制在110%130%。 石灰石/石灰法湿法烟气从脱硫技术的特点 优点 ： 1、脱硫效率高，一般可达95%以上，钙的利用率高，可达90% 以上； 2、单机处理烟气量大，可与大型锅炉单元匹配； 3、对煤种适应性好，烟气脱硫的过程在锅炉尾