石灰石石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺介绍.docx

石 灰 石 石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺介绍 李娜( 南京龙源环保有限公司，江苏南京 210012)摘 要: 主要介绍了石灰石 石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺原理、流程、主要设备以及工业应用情况。该新工艺是在典型石灰石 石膏法脱硫工艺基础上改进而来，克服了典型工艺的缺点与不足，能在满足脱硫3效率的同时，降低系统能耗，节约投资和占地面积，达到国家最新的排放要求 ( so2 ) 低于 50 mg / m 。关键词: 石灰石 石膏法 烟气脱硫 工艺 应用中图分类号: x781文献标识码: b文章编号: 1002 1507( 2014) 06 0045 04technology of flue gas desulphurization utilizing single desulphurization towerand double cycling of desulphurizing solution by limestone-gypsum methodli na( nanjing longyuan environmental protection co ，ltd ，nanjing，jiangsu，210012，china)abstract: the process principle，procedure，main equipment and industrial application of utilizing single desulfurization tower anddouble cycling of desulphurizing solution by limestone-gypsum method are mainly introduced based on the improvement of the typical limestone-gypsum desulphurization process，the new technology overcomes the shortcomings and deficiencies of typical process，reducing the energy consumption of the system，saving investment and land area，meeting the national standards of so2 concentration less than 50 mg / m3 ，and meanwhile guaranteeing desulphurization efficiencykey words: limestone-gypsum method; flue gas desulphurization; technology; application为脱硫吸收剂，90% 过 325 目筛的石灰石 粉 与 水 混由国务院印发的201337 号大气污染防治行动计划第一条明确指出: 加快重点行业脱硫、脱 硝、除尘改 造 工 程 建 设。所 有 燃 煤 电 厂、钢 铁 企 业的烧结机和球团生产设备、石油炼制企业的催化裂 化装置、有色金属冶炼企业都要安装脱硫设施。根据环保部 2013 年发布的第 14 号关于执行大 气污染物特别排放限值的公告，位于“三区十群”内的火 力 发 电 机 组 在“十 三 五 ”期 间，都 必 须 达 到合配制成质量分数为 25% 30%石灰石浆液。在吸收塔 ( 喷 淋 空 塔 ) 内，石灰石浆液与烟气逆向 接触，烟气中的 二 氧 化硫被石灰石浆液吸收后，浆 液 落入塔底 浆 液 池。向浆池中鼓入空气进行强制氧 化生成石膏，外排脱水处理后，得到 w( h2 o) 10%的石膏副 产 物。脱 硫后的洁净烟气通过除雾器除 去雾滴经烟 囱 排 放。典 型 的 石 灰 石 石 膏 法 脱 硫 工艺吸收塔系统流程见图 1。1. 2 工艺原理石灰石 石膏法烟气脱硫工艺的化学反应过程 如下:吸收过程:( so2 ) 50 mg / m 的排放限值。“三 区 十 群”共 涉 及京津冀、长三角、珠三角等 19 个省( 区、市) 47 个地级3及以上城市，仅五大电力集团公司所属的不同规模火电厂就有约 300 个。根据我国有关高硫煤主要用于 火电厂发电的政策，今后火电厂的烟气脱硫任务越来 越重，对烟气脱硫效率的提高也越来越紧迫。+so2 ( g)+ h2 o h+ hso3典型石灰石 石膏法烟气脱硫工艺1 21收稿日期: 2014 07 12。著者简介: 李娜，女，南京龙源环保有限公司高级工程师，从 事烟气脱硫工程设计工作。电话: e-mail: linnlec. com. cn。1. 1流程简述典型石灰 石 石膏法烟气脱硫采用石灰石作 图1 传统石灰石 石膏法工艺吸收塔系统流程46硫 酸 工 业2014 年第 6 期ph 值的关系见图 2。较高的 ph 值容易造成设备的堵塞和结垢，同时使得脱硫剂的利用率降低，脱硫产物的 品质下降。而 ph 值太低，则影响了脱硫效率。hso h + + so2 33图 2 氧化速率与 ph 值的关系1. 4石灰石 石膏法烟气脱硫新工艺湿法烟气脱硫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。目前典型 石 灰 石 石膏法脱硫效率可稳定在 97% 左右。但随着大气排放标准的不断提高，多 地h + + caco ca2 + + hco 33ca2 + + hso + 2h o caso 2h o + h +3232ca2 + + so2 + 2h o caso 2h o3232h + +hco h co323h2 co3 co2 +氧化过程:h2 o+2 +caso32h2 o + h ca+ hso3 + 2h2 ohso + 1 /2o so2 + h +50 mg / m3已要求 so2 排放限值达到。若达到此排放324ca2 + + so2 + 2h o caso 2h o限值，按脱硫效 率 97% 计 算 可 知，未处理烟气中二 氧化硫浓度不宜超过 1 700 mg / m3 。显然典型石灰 石 石膏烟气脱硫工艺已不能满足市场需求。而目前针对高硫煤烟气脱硫，应用较多的是基 于石灰石 / 石灰 石膏法的双塔串联工艺和单塔多 层喷淋工艺。双塔串联工艺是指烟气依次经过两级逆流喷 淋塔，对前塔 出 口 的净烟气再次进行喷淋脱硫，以达到出口 so2 浓度达到标准的目的。2 级喷淋塔同 时运行，分别控制，浆液分别循环。单塔多层喷淋工艺是指在普通的逆流喷淋塔 的基础上，通 过 增 加喷淋层数的方式增加液气比， 以提高脱硫效率。一般喷淋层总数达到 5 6 层，甚 至达到 7 层。相应的需要增大浆池容积，同时氧化 风机所需的压头也相应提高。双塔串联系统主要缺点在于占地面积大、系统 阻力大、投资 高，这 些问题随着机组容量的增大表 现得越来 越 明 显。单塔多层喷淋虽然节约了占地 面积，但存在 着 脱 硫剂利用率降低、亚 硫 酸 钙 的 氧 化率不稳定等缺点。因此 2 种工艺的推广都受到了 限制。石灰石 石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺克 服了以上典型工艺的缺点与不足，能在满足脱硫效42421. 3影响烟气脱硫系统性能的几个关键参数烟气脱硫性能取决于多种因素，在原料方面: 工艺水品质、石灰石粉的纯度和粒径等都直接影响着脱硫物的活性。在工艺控制方面: 石灰石浆液的浓度、废水排出量的控制等与脱硫率有关。机组的烟气参 数也不同程度影响脱硫反应进程。液气比( l / g)1. 3. 1液气比是循环浆液流量和标态下的烟气流量之比。在相同的条件下，液气比越大，脱硫效率越高，但 随之动力的消耗就越大，烟气出口的温度就越低。当 液气比增加到一定程度后，脱硫效率不再提高。1. 3. 2钙硫比钙硫比是 指 注 入 吸收剂量与吸收 so2 的 摩 尔比。提高钙硫比可提高脱硫效率，但脱硫剂利用率 下降，同时脱硫塔内极易发生结垢现象。一般典型 石灰石 石膏脱硫工艺控制钙硫比在 1. 03 1. 05。1. 3. 3 循环浆液 ph 值循环浆液 ph 值是指吸收完 so2 的浆液与新鲜石灰石浆液混合后浆液的 ph 值。ph 值取决于石灰石的 过剩系数，即与钙硫比的选择有关。提高 ph 值，增加 液相吸收推动力，有利于 so2 的吸收; 降低 ph 值，增加 氧气的溶解度，有利于亚硫酸钙的氧化。氧化速率与图3 石灰石 石膏法单塔双循环工艺吸收塔系统流程示意工艺2石 灰 石 石膏法单塔双循环烟气 脱 硫47李 娜 .石灰石 石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺介绍率的同时，降低系统能耗，节约投资和占地，达到国家最新的排放要求。浆液收集托盘是指位于一级吸收段上方、二级吸收段下方的碟、环型托盘装置。主要是将来自 aft 浆 池的二级循环喷淋浆液收集后并输送回 aft 浆池。 由于系统运行 中，该 托 盘 装 置 上 面 承 接 较 高 ph 值 浆液而易于结 垢，下 面 受 到 携 带 较 低 ph 值 浆 液 的 烟气冲刷易于腐蚀，故设计中的材质选择和防腐施 工十分重要。另外，该托盘在吸收塔内的固定方式 也是设计的难点。2. 1基本原理石灰石 石膏法单塔双循环工艺是由典型的石灰石 石膏法脱硫工艺发展而来的，是对双塔串联工艺流程的进一步优化。单塔双循环工艺充分利用了循环 浆液 ph 值这个重要参数对吸收过 程、氧 化 过 程 的 影响。2. 2 流程简述该工艺流程中烟气通过 1 台吸收塔实现 2 次 so2脱除过程、经过了 2 级浆液循环。一级循环的主要功 能是保证优异的亚硫酸钙氧化效果和石灰石的充分溶 解，以及保证充足的石膏结晶时间; 二级循环保证 so2 最终的脱除效率，而不用追求亚硫酸钙的氧化和石灰 石溶解的彻底性，同时也不用考虑石膏结晶大小问题。2 级循环分别设有独立的循环浆池、喷淋层。根据不同 的功能，每级循环具有不同的运行参数。so2 吸收系统是脱硫装置的核心系统，通 常 按1 座吸收塔配置 1 座塔外浆池( aft 浆池) 设计。原 烟气进入吸收塔，首先与吸收塔内喷淋的一级循环 浆液( ph 值低为 4. 5 5. 0 ) 逆 向 接 触，吸 收 烟 气 中 的部分 so2 ; 烟气接着上升继续与来自塔外浆池的 二级喷淋浆液( ph 值高，可达 5. 5 6. 0) 接触，吸收 烟气中剩余部分的 so2 。石灰石 石膏法单塔双循 环工艺吸收塔系统流程见图 3。2. 4技术特点在石灰石 石膏法烟气脱硫中，单塔双循环工艺与双塔串联工艺、单塔多层喷淋工艺相比具有以下技术特点:1)相互独立的两级浆液循环过程，可以满足氧化、吸收不同阶段对不同浆液性质的要求，分步控制了工艺反应过程; 同时避免了影响运行的各工艺参数 之间的相互制约，可以使反应过程更加优化，能快速 适应煤种变化和负荷变化。对于高含硫量烟气或者对脱硫效率要求特别高的项目是非常适用的。2)一级循环在较低 ph 值条件下运行，可以保证吸收剂的完全溶解和石膏的充分氧化，为石膏脱水系统的运行提供了良好条件，能得到优质的石膏 副产物，并降低了氧化风机电耗。3)二级循环在较高 ph 值、较低的液气比、较低电耗条件下运行，可以保证很高的脱硫效率，即便是高硫煤总脱硫效率也可以稳定达到 98. 0% 以上。4) 对烟气 so2 含量的小变化和短时大幅变化 敏感性不大。5) 烟气中的杂质，如灰尘、hcl、hf 均可大部分 在一级循环中被去除，大大降低了其对二级循环反应的影响，进一步提高二级循环的吸收效率。6) 延长了石灰石的停留时间，特别是在一级循 环中 ph 值很低，实现了颗粒的快速溶解，降低了对于石灰石品质的要求; 并且可以较大幅度地提高石灰石颗粒度，降 低 磨 制 系 统 电 耗，或者提高了石灰 石的利用率，钙硫比可降低至 1. 02。3工程实例广州恒运热电厂责任公司 8# 、9# 烟气脱硫改造工程是国内第一台投运的采用石灰石 石膏法单塔双循 环工艺的项目。该工程于 2012 年 6 月开始施工，2013 年 5 月 15 日顺利完成 8# 机组烟气脱硫系统168 h 试运 行。试运期间脱硫塔入口 so2 质量浓度在 1 800 4 2002. 3核心设备吸收塔是单塔双循环工艺技术的核心设备，主 要特点是 在 吸 收 塔内设有浆液收集托盘。吸 收 塔48硫 酸 工 业2014 年第 6 期mg / m3 ，出口 so 质量浓度始终保持在 50 mg / m3 以下，表 2 脱硫装置出口烟气参数( 设计煤种)2出口烟气中尘质量浓度在 20 mg / m3 以下。广东环境保护工程职业 学 院 在 2013 年 8、9 月 期间分别对脱硫系统在 75% 及 100% 负荷 ( 指烟气 流量) 的情况下进行了全套烟气脱硫装置的性能试 验。试验证 明 脱 硫 性能完全满足总承包合同的要 求，脱硫效率达到 99. 3% 。项 目参数烟气 so2 质量浓度标态、干基、( o2 ) 6%/( mgm 3 )烟气粉尘质量浓度( 标态、干基、实际氧量 ) /( mgm 3 )烟气水分质量浓度( 标态、干基 ) / ( mgm 3 ) 烟气温度 / 50 20 50503. 1主要技术指标脱硫装置进口烟气参数( 设计煤种) 见表 1。 脱硫装置出口烟气参数( 设计煤种) 见表 2。 脱硫装置其他技术指标( 设计煤种) 见表 3。 脱硫装置物耗( 设计煤种) 见表 4。 吸收系统主要设备配置情况 吸收系统主要设备配置情况见表 5。表 1 脱硫装置进口烟气参数( 设计煤种)表 3 脱硫装置其他技术指标( 设计煤种)项 目参数烟气脱硫系统利用率( 相对于锅炉年运行时间) ，%烟气脱硫装置服务寿命 / 年 脱硫效率( 设计煤种) ，% 钙硫比( 摩尔比)983098. 71. 033. 2表 4脱硫装置物耗( 设计煤种)项 目参数项 目参数3 1烟气量标态，湿基，( o2 ) 6%/ ( m h)1 140 958石灰石耗量 / ( th 1 )脱 硫 装 置 电 耗 / ( kwhh 1 ) 2 7. 465 653( 所有连续运转设备轴功率) 2 75 ( 平均耗量)2 15120( 仪表气)烟气 so2 质量浓度标态，干基，( o2 ) 6%/( mgm 3 )烟气粉尘质量浓度( 标态、干基、实际氧量 ) /( mgm 3 )3 846 1工艺水量 / ( th) 50废水量 / ( th 1 )压缩空气耗量 / ( m3h 1 )约 140( 最高 180)烟气温度 / 表 5 吸收系统主要设备配置情况名