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吸收塔系统及设备1、吸收塔系统组成及原理1.1系统组成吸收塔系统包括吸收塔本体、循环浆泵、喷淋层、除雾器、氧化风机、搅拌器、石膏排出泵等。1.2系统原理烟气从吸收塔下侧进人，与吸收浆液逆流接触，洗涤烟气中的SO2、SO3、HCl和HF等，在塔内进行吸收反应，对落入吸收塔浆池的反应物再进行氧化反应，得到脱硫副产品二水石膏。在添加石灰石浆液的情况下，石灰石、副产物和水等混合物形成的浆液从吸形成雾柱。在液滴落回吸收塔浆池的过程中，实现了对烟气中的二氧化硫、三氧化硫、氯化氢和氟化氢等酸性组分的吸收过程。烟气从吸收塔下部进人，逐渐上升，而浆液雾化的液滴从上而下落下，整个吸收过程称为逆流吸收。经吸收剂洗涤脱硫后的清洁烟气，通过除雾器除去雾滴后进人烟气换热器升温侧。被吸收的二氧化硫与浆液中的石灰石反应生成亚硫酸盐，进人塔底部的氧化池，浆液池中设有空气分配管和搅拌器。浆液中的CaS03在外加空气的强烈氧化和搅拌作用下，由氧化空气氧化生成硫酸盐，转化成CaSO42H2O（石膏），便是石膏过饱和溶液的结晶。为了有利于CaSO3的转化，氧化池内浆液的pH值保持在5左右。为充分、迅速氧化吸收塔浆池内的亚硫酸钙，设置氧化空气系统，向吸收塔供应适量的空气。氧化风机运行方式为一运一备。在吸收塔去除二氧化硫期间，利用来自循环浆液的水将烟气冷却至饱和温度。消耗的水量由工艺水补偿。为优化吸收塔的水利用，这部分补充水被用来清洗吸收塔顶部的除雾器。吸收塔浆池中浆液的停留时间应能保证可形成优良的石膏晶体，从吸收塔中抽出的浆液被送至石膏旋流器。吸收塔浆液循环系统一般由三台或四台循环浆泵和对应的喷淋系统组成，按单元制设计。循环浆泵入口设有排空管路，当循环浆泵停运时，排空门自动打开，排空管路中的浆液，防止沉淀结垢。在吸收塔顶部设排空阀门。当FGD停运时，排空阀门打开，使塔内外压力相同。当FGD投运时，排空阀门关闭，保证系统在设计压力下运行。该排空门的作用如下：（1）在调试及FGD系统检修时打开，可排除漏进的烟气，有通气、通风、通光的作用。（2）FGD停运时，避免烟气在系统内冷凝而产生腐蚀。1.2.1石膏浆液排出系统吸收塔排出浆液由石膏（CaSO42H2O）、盐类混合物（MgSO4，CaC12）、石灰石(CaCO3）、氟化钙（CaF2）和灰粒组成。石膏浆液由石膏浆排出泵送人石膏旋流器，旋流器溢流分离出浆液中较细的固体颗粒（细石膏颗粒、未溶解的石灰石和飞灰等）浆液返回吸收塔。浓缩的大石膏颗粒浆液（浓度为50%）从旋流器的下流口排出。当吸收塔浆液含固量低于一定密度时，石膏排出泵出口返回调节阀开大，使石膏浆液流人石膏溢流浆液箱，再泵回到吸收塔浆池。当吸收塔浆液含固量高于一定密度时，石膏排出泵出口返回调节阀关闭，石膏浆液进人石膏旋流器，底流排放至真空皮带机进一步脱水，溢流部分进入石膏溢流浆液箱。石膏浆排出泵出口管路上设有密度计，在线检测石膏浆液的石膏结晶程度。设pH计在线检测塔内石灰石供浆量与烟气含硫量是否匹配。在吸收塔需要排空检修时，浆池内的浆液通过石膏浆排出泵及切换阀排人事故浆罐。1.2.2氧化系统该系统由罗茨氧化风机、管路、喷水减温器、温度、压力测量仪表、冲洗水等组成。氧化风先由1根碳钢管引至塔前最高液位以上3m标高处，根据底层搅拌器的数量，分成对应路数，由玻璃钢管或防腐管下引，在搅拌器高度处，平行进人吸收塔，塔内玻璃钢管与氧化喷枪相连，空气进人浆液，随即被搅拌器搅拌成细小的气沫，与氧化池浆液充分接触。每套FGD设两台氧化风机，一运一备。2、吸收塔组控 吸收塔组控是系统的重要顺控之一，启动吸收塔组控可以启动各个子组和顺控，把吸收塔放在就绪位置，准备接受原烟气。通过启动吸收塔控制程序可以启动各个子组，如工艺水泵、石灰石浆液泵、吸收塔搅拌器、循环泵、除雾器、氧化风机、吸收塔液位CLC等控制子系统。吸收塔液位控制。通过对FGD系统提供充足的工艺水，补充吸收塔热烟气所带走的水分。FGD运行时，工艺水由除雾器的冲洗水提供，在需要时还可以从石灰石制备系统供应。吸收塔液位控制由除雾器冲洗水量进行调节，冲洗水量通过改变冲洗程序的中断时间来控制，冲洗程序的中断时间是烟气负荷的函数。在最大烟气量时，对应最小的中断时间。根据烟气流量和一个函数计算出除雾器冲洗系统的要求等待时间，这个时间乘以一个因数，这个因数是根据正常液位和测得的实际液位之间的比率确定的，计算得出等待时间。预计时间与实际等待时间对比，如果实际等待时间达到设定值（预期等待时间），被激活的除雾器一侧的一个阀将被打开（相应的顺序组控制起动），同时积分器上的等待时间复位为。一个循环冲洗完毕后，该除雾器一侧的阀门又开始了一个新等待时间。3、脱硫塔的几种典型形式 吸收塔是FGD的核心装置，是脱硫反应的场所，在其中完成对有害气体的吸收过程。通常把它分为3个区：气体区域、气体液体混合区域和液体区域。湿法脱硫吸收塔有许多种结构，根据不同气液接触方式，脱硫塔可以分为喷淋塔、填料塔、鼓泡塔和液柱吸收塔等，其中喷淋塔具有效率高、阻力小、可用率高等优点。火电厂烟气中SO2浓度较低，适合选用喷淋塔。目前，喷淋塔是湿式石灰石FGD工艺中的主导塔型。研究吸收塔内吸收二氧化硫的理论，是根据气液接触方式的不同，研究小区域内气液相的传质过程及化学吸收过程。主要包括薄膜理论、渗透理论和表面更新理论。 3.1喷淋脱硫塔喷淋塔是气液反应工程中的常用设备用于脱硫工程的喷淋吸收塔如图所示，石灰石浆液通过循环泵送至塔中不同高度布置的喷淋层喷嘴。喷嘴是用耐磨材料制成的。浆液从喷嘴向下喷出形成分散的小液滴并往下掉落，同时，烟气逆流向上流动，在此期间，气液充分接触并对二氧化硫进行洗涤。工艺上要求喷嘴在满足雾化细度的条件下尽量降低压损，同时喷出的雾能覆盖整个吸收塔截面，以达到吸收的稳定性和均匀性。在塔底一般布置氧化池，用专门的氧化风机往里面鼓空气，而除雾器则布置在烟气出口之前的位置。在烟气脱硫技术的发展过程中，喷淋塔是最早采用的脱硫反应装置。它的优点是能够形成较大的气液接触面积，系统的液气比较小。但是，为了保证良好的雾化效果，浆液喷射形成均匀微小的液滴，循环泵必须提供足够的压力，浆液中脱硫剂颗粒的尺寸也不能太大，否则喷头容易被堵塞。这就要求脱硫剂在磨制过程中必须达到一定的颗粒度（250目左右）。因此，该装置对脱硫剂的磨制过程以及循环泵的性能要求都比较高。目前，世界上运行的脱硫装置中相当大的一部分为此种喷淋塔，从近10年的实际运行情况看，该工艺技术最成熟，定期维护即能保证装置的运行稳定。国内引进的大型电站脱硫装置中也有不少采用该种反应塔型，如德国Steinmuller公司在北京第一热电厂、半山电厂和重庆电厂，以及日本川崎重工在南宁化工有限公司采用的都是喷淋塔技术。而日本三菱公司在太原第一热电厂采用了平流式简易湿法，该种技术脱硫浆液依然以喷淋形式与烟气接触，只是烟气横向通过垂直向的喷淋区域。由于气液接触形式不同，脱硫率只能达到80左右。3.2格栅脱硫塔脱硫塔最初的填料塔形式为TBC(turbulentbedcontactor)，使用聚乙烯球或泡沫球作为填料，环杂堆放，由于磨损腐蚀以及耐热性的原因，填料常常被破坏并堵塞浆液输运管道，系统无法长期稳定运行。近年来，湿法脱硫填料塔采用特殊的格栅作为填料，因此这种塔也称为格栅塔(gridtower)，将规则的填料整齐地排放。下图为典型的顺流式格栅吸收塔，塔顶喷淋装置将脱硫浆液均匀地喷洒在格栅顶部，然后自塔顶淋在格栅表面上并逐渐下流，这样能够形成比较稳定的液膜。气体通过各填料之间的空隙下降与液体作连续的顺流接触，二氧化硫不断地被溶解吸收，处理过的烟气从塔底氧化池上经过，然后进人除雾器。格栅塔要求脱硫浆液能够比较均匀地分布于填料之上，在格栅表面上的降膜过程要求连续均匀。格栅必须具有较大的表面积，较高的空隙率，较强的耐腐蚀性，较好的强度，以及良好的可湿润性，价格不能太昂贵。和喷淋塔一样，格栅塔也要求脱硫剂具有一定的颗粒度（250目左右）。在目前的应用中，填料中的结垢堵塞问题还未彻底解决，该系统需要较高的自控能力，保证整个反应在合适的状态下运行，以尽量降低结垢的风险。日本三菱公司在重庆珞璜电厂一期的石灰石石膏湿法工艺中采用填料塔，同时配套了复杂的自控系统来防止结垢。3.3鼓泡脱硫塔喷射鼓泡脱硫塔JBR(jetbubbtreactor）属于鼓泡反应器，反应器的核心区为射流沸腾反应器，如图36所示。反应器常常布置在锅炉除尘器之后，烟气经过特殊的气体分配设备，垂直鼓入脱硫剂浆液面以下，形成两相射流后产生沸腾状气泡并浮出浆液。在此过程中烟气中的SO2与浆液充分接触反应生成亚硫酸钙，氧化空气从鼓泡反应器的底部进入，经分配管均匀分配到浆液中，使亚硫酸钙氧化为硫酸钙。该工艺对烟气含尘量的要求较低，在高粉尘浓度条件下，也能够较好地运行并获得较高的脱硫效率。该装置比以上各种脱硫塔省略了再循环泵、喷嘴，将氧化区和脱硫反应区整合在一起，整个设计较为简洁，降低了投资成本。同时，气相高度分散在液相当中，具有较大的液体持有量和接触面，传质和传热效率高。但是，液相内部有较大的返混，而且该工艺的系统阻力相对较大，反应器的占地面积也比其它方法大。日本千代田公司在重庆长寿化工总厂的脱硫工程中采用了该种装置。3.4液柱脱硫塔液柱塔的结构如图所示。烟气从脱硫反应塔的下部径向进人反应塔，烟气在上升的过程中与脱硫剂循环液相接触，其中的SO2与脱硫剂发生反应而除去。脱硫后的烟气经过高效除雾器，除去其中的液滴和细小浆滴，然后从脱硫反应塔排出，进人气一气交换器或烟囱。脱硫剂循环液由布置在烟气人口下面的喷嘴向上喷射，液柱在达到最高点后散开并下落。在浆液喷上落下的过程中，能够形成高效率的气液接触，和鼓泡塔一样，该方法对烟气含尘浓度要求不高，而且方法本身还具有比较高的粉尘脱除率。当用户要求保证石膏副产物的纯度时，则需要和高效除尘器相搭配。由于液柱塔采用了空塔液柱喷射方式，喷头孔径大，不易堵塞，而且系统能够在比较大的范围内调节，因此对控制水平和脱硫剂粒度要求不高。日本三菱公司在山东潍坊化工厂和重庆珞璜电厂二期中采用了液柱塔。而清华同方能源环境公司在沈阳化肥总厂及南宁冶炼厂也采用了液柱塔。3.5吸收塔选择原则（1）从用户角度来说，要求在低成本的基础上，达到尽可能的高效率，并且操作简单。（2）反应塔的设计符合脱硫反应传质要求，有利于抑制副反应（吸收二氧化碳），有利于降低泵、搅拌器等的能量消耗，有利于系统的控制（包括pH值、液气比、钙硫比调节），保证达到设计值（脱硫效率，钙利用率，氧化率）。（3）喷淋塔和格栅塔技术都比较成熟，但是分别对喷嘴和填料有较高的要求，否则系统就容易结垢堵塞。相对而言，新兴的JBR反应塔和液柱塔在设计上就避免了类似情况的发生，系统的控制水平以及对脱硫剂颗粒的要求也相对降低。而且，液柱塔自身还具有同时除尘的功效，特别适用于较高粉尘浓度烟气的脱硫，在实际工程应用中已显现出效率高、防结垢、易控制的优势。（4）气液反应以及反应器理论的进步对脱硫反应器的发展提供了指导方向。脱硫反应塔发展至今，从喷淋塔到格栅塔、射流沸腾塔和液柱塔，充分体现了气液传质反应理论和各种相应工程技术的进步。4、喷淋吸收塔的布置及工艺要求石灰石一石膏湿法脱硫适用于200MW以上机组，所以，在中小机组上采用该工艺时，可采取一炉一塔、两炉一塔或三炉一塔方式，各机组之间通过烟气挡板门实现切换。吸收塔本体为钢制，是脱硫装置的核心设备，包括预埋件、底部支承梁、底板、壁板、中间支撑和塔顶。它的作用有两个：一个是对烟气二氧化硫进行脱除，一个是使脱硫生成物变成合格石膏晶体。由于塔体内部直接接触弱酸浆液，必须采取防腐措施。一般采用橡胶、玻璃鳞片或耐腐钢壁纸进行内衬防腐处理（后续章节祥述）。在烟气温度高于175度情况下，可能损坏吸收塔防腐及设备，FGD装置切人旁路运行，以保护吸收塔等设备，确保锅炉机组安全运行。目前，吸收塔制造技术规范除参考国家规定的相近标准外，执行核心技术企业标准。4.1循环泵4.1.1循环泵的作用及特点循环浆泵用来将吸收塔浆池的浆液和加入的石灰石浆液循环不断的送到吸收塔喷淋层，在一定压力下通过喷嘴充分雾化，与烟气反应。下图所示为循环浆泵外观图。根据防腐工艺不同，循环浆泵分为衬胶泵和防腐金属泵两种。该泵具有如下特点：（1）泵头防腐耐磨。由于泵送的浆体含有10%20%（重量浓度）石灰石、石膏和灰粒，pH值为46的腐蚀性介质，所以对泵的要求非常苛刻，选用的材料要求耐磨耐腐蚀，并且至少适应高达20000ppm的Cl浓度。理论上，氯化物的含量可能达到80000ppm，在某些情况下会更高些。如此高含量的氯化物在pH值较低的介质环境中会导致金属合金的严重腐蚀和点蚀。当要求取消（若可能的话）或极少量引人填料水时，这种情况会进一步恶化。当要求减少或取消填料水时，必须采用可靠的机械密封，这又要求泵厂家必须为这种密封提供相应的安装使用条件，比如稳定的压力、流动条件、最小的轴偏差和振动。（2）低压头、大流量。目前制造能力下，循环浆泵的流量已达到I0000m3/h、扬程1630m，还要适应停机及非高峰供电情况下的非正常运行的要求。泵的水力性能必须充分有效，其“流量一扬程特性”必须适应并联运行。尽管泵的进口压力较高，通常为1015mH2O，可以充分地满足泵必需汽蚀余量的要求，但是，为保证石灰石浆液完全被氧化成硫酸盐，还必须考虑到部分空气或氧气可能引入到循环泵内，当夹杂在浆体中的空气超过3%（体积百分比）时，