大气污染控制及设备运行-7-2

大气污染控制及设备运行,第七章第2讲,7.2 烟气脱硫,烟气脱硫（FGD)是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法。目前，全世界投入使用且成熟的烟气脱硫技术不下几十种，主要分为： 湿法：利用碱性吸收液或含触媒粒子的溶液洗涤烟气中的SO2 如：石灰石-石膏法、双碱法、氨吸收法等。 干法：利用粉状或粒状吸附剂或催化剂来脱除烟气中的SO2 如：荷电干吸收剂喷射法、活性炭吸附法等。 半干法：利用烟气显热蒸发吸收液中的水分，最后脱硫产物呈干态。 烟气循环流化床法 如： 炉内喷钙加炉后增湿活化法 活化以及喷雾干燥法,由于技术和经济上的原因，一些烟气脱硫工艺已被淘汰，而一些主流工艺，却得到了进一步的发展，并趋于成熟。在脱硫市场中占有较高的份额。 本节选取以下五种脱硫工艺进行介绍： 石灰石-石膏法 钠钙双碱法 FGD工艺 烟气循环流化床法 炉内喷钙加炉后增湿活化法 喷雾干燥法,7.2.1 石灰石-石膏法烟气脱硫工艺,一、脱硫原理 利用石灰石（CaCO3）细粉和水按比例制成的混合浆液作为吸收剂，与吸收塔内含硫烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，生成亚硫酸钙，然后氧化成石膏。主要分为吸收和氧化两个步骤。 1.吸收反应 S02首先被浆液中的水吸收，形成亚硫酸，并部分电离产生H与CaCO3细颗粒反应生成CaSO31/2H2O细颗粒 。 SO2H2O H2SO3（溶解） H2SO3 HHSO3（电离） 化学过程 HSO3 HSO32（电离） CaCO32H Ca2+ H2O CO2 Ca2+ SO32- CaSO3 1/2H2O H,2.氧化反应,CaSO31/2H2O细颗粒被鼓入空气中的氧气氧化，最终生成石膏。 化学过程：HSO31/2 O2 H+ SO42- Ca2+ SO42- 2H2O CaSO42H2O 二、典型工艺系统构成 石灰石石膏湿法脱硫系统（即脱硫岛或FGD系统）是一个完整的工艺系统。 烟气系统 吸收塔系统 一般分成 石灰石浆液制备系统 等几个子系统 石膏脱水与储存系统 供水及排放系统 压缩空气系统 典型的石灰石/石灰石膏湿法烟气脱硫工艺流程如图7-2-1所示，实际运用的脱硫装置的范围根据工程具体情况有所差异。,图7-2-1 典型的石灰石-石膏法脱硫工艺流程,典型工艺系统构成烟气系统,（一）烟气系统 烟气系统主要设备包括增压风机、烟气烟气换热器、烟道及其附件。 1.增压风机 用于烟气提压，以克服FGD系统烟气阻力。 AN静叶可调轴流风机 1前导叶 2叶轮 3扩压器 4集流器 5进气室,典型工艺系统构成烟气系统,AN风机是一种子午加速风机，它由进气室、前导叶、集流器、叶轮、后导叶和扩压器组成。AN风机工作时，烟气由除尘器出来后进入AN风机进气室，经过前导叶的导向，在集流器中收敛加速，再通过叶轮的作功产生静压能和动压能；后导叶又将烟气的螺旋运动转化为轴向运动而进入扩压器，并在扩压器内将烟气的大部分动能转化成静压能，从而完成风机的工作过程；最后烟气由烟囱排入大气。 注意： （1）由于增压风机设置在热烟气侧，避免了低温烟气的腐蚀，从而 减轻了风机制造和材料选型的难度。 （2）风机叶片材质主要考虑防止叶片磨损，以保证长寿命运行； （3）在结构上考虑叶轮和叶片的检修和更换的方便性,典型工艺系统构成烟气系统,2.烟气烟气换热器 GGH利用锅炉出来的原烟气来加热经脱硫之后的净烟气，使净烟气在烟囱进口的最低温度达到80以上, 大于酸露点温度后排放至烟囱。 常用的气-气换热器有以下三种形式： 再生式气-气换热器（即旋转式换热器） 在脱硫系统中用的最多，但有泄露； 密闭热媒水循环换热器（又称无泄露换热器） 特点是无泄露，但是造价要比再生式气-气换热器高许多； 管式换热器 特点是通过中间载体水将热烟气的热量传给冷烟气，无烟气泄露 问题，用于年满负荷运行在40006000小时的脱硫装置,典型工艺系统构成烟气系统,3.烟道及其附件 （1）烟道要求 一般所有不可能接触到低温饱和烟气冷凝液或从吸收塔带来的雾气和液滴的烟道，用碳钢制作。 所有可能接触到低温饱和烟气冷凝液或从吸收塔带来的雾气和液滴的烟道，采用可靠的内衬（鳞片树脂）进行防腐保护。 旁路烟道（从旁路挡板到烟囱）也要采取防腐措施，防腐材料能够耐受160高温烟气(不超过20分钟)。 在BMCR工况下，烟道内任意位置的烟气流速不大于15 m/s, 烟道留有适当的取样接口、试验接口和人孔。 （2）烟道附件 烟道包括必要的烟气通道、挡板、冲洗和排放漏斗、膨胀节、法兰、导流板、垫片、螺栓材料以及其它附件。,典型工艺系统构成烟气系统,一台进口原烟气挡板 每套FGD装置的挡板系统包括 一台出口净烟气挡板 一台旁路烟气挡板 正常运行时，FGD进出口挡板开启，旁路挡板关闭。在故障情况下，关闭FGD进出口挡板，开启旁路挡板门，烟气通过旁路烟道绕过FGD系统通过烟囱直接排入大气。所有挡板都配有密封系统，以保证“零”泄露。 用于电厂烟气脱硫装置中烟道系统的挡板主要有： 百叶窗式挡板门 双百叶窗式挡板门 前后式百叶窗挡板门 快开式旁路挡板门,双百叶窗式挡板门可以保证脱硫烟道的零渗透率,可以实现锅炉正常运行时对脱硫设备的检修。它有两排叶片组成，在一个共用的框架上一排放置在另一排的后面。当挡板门关闭时叶片间形成了一个密封空间，大于烟道气压的密封空气经过加热和过滤后进入这个空间，这样可以保证密封效果达到99.5以上。,典型工艺系统构成烟气系统,典型工艺系统构成吸收塔系统,（二）吸收塔系统 该系统由吸收塔、浆液循环泵、氧化风机、喷淋系统、除雾器、扰拌器等设备组成。 1.吸收塔 吸收塔是整个脱硫系统的核心装置。湿法脱硫工艺的吸收塔结构型式经过近30年的发展和改进，已日趋成熟稳定，目前在世界上应用比较广泛和成熟的主要有以下三种： 喷淋塔：国内应用业绩最多的一种塔 液柱塔：最先由日本三菱公司开发，用于重庆珞璜电厂二期工程。 填料塔：最先由日本三菱公司开发，用于重庆珞璜电厂一期工程。,典型工艺系统构成吸收塔系统,另外还有双回路塔喷射鼓泡塔等形式的吸收塔。各种型式的吸收塔优缺点比较如下： 喷淋塔： 气、液接触面积大，不易结垢 但喷嘴有压损，喷嘴易堵，且需耐磨； 填料塔： 吸收液喷淋要求低 但易结垢，需配复杂的控制系统垢； 液柱塔： 吸收液不需太高的雾化要求，喷头孔径大，不易堵塞； 双回路塔： 脱硫率高，氧化效率高，吸收剂利用律高 但结构复杂，阻力大； 喷射鼓泡塔 无循环泵和喷嘴，低pH值运行（3.5-4.5） 占地面积大，阻力大。,典型工艺系统构成吸收塔系统,典型工艺系统构成吸收塔系统,典型工艺系统构成吸收塔系统,烟气由进气口进入吸收塔的吸收区，以3.2-4m/s的流速上升，在上升过程中与石灰石浆液逆流接触。 烟气中所含的污染气体绝大部分因此被清洗入浆液，与浆液中的悬浮石灰石微粒发生化学反应而被脱除，处理后的净烟气经过除雾器除去水滴后进入烟道。 吸收塔是整个脱硫系统的核心设备，要求气液接触面积大，气体的吸收反应良好，压力损失小，并且适用于处理大容量烟气。 吸收塔塔体材料为碳钢内衬玻璃鳞片，烟气入口段为耐腐蚀、耐高温合金。,典型工艺系统构成吸收塔系统,2.浆液循环泵 作用：为吸收剂喷淋系统喷嘴提供动力，保证喷嘴雾化压力。 （1）每台吸收塔配多台浆液循环泵，安装在吸收塔旁，用于吸收塔内石膏浆液的再循环。 （2）浆液再循环系统采用单元制，每组喷淋层配一台浆液循环泵。 （3）运行的浆液循环泵数量根据锅炉负荷的变化和对吸收塔浆液流量的要求来确定，以获得达到要求的吸收效率。,典型工艺系统构成吸收塔系统,3.氧化风机 作用：为氧化槽中HSO3-离子向SO42-离子转化提供氧化环境。 常用的罗茨风机是一种定排量回转式风机，如下图所示，机壳内有两个渐开摆线形的转子，两转子的旋转方向相反，可使气体从机壳一侧吸，从另一侧排出。转子与转子、转子与机壳之间的缝隙很小，使转子能自由运动而无过多泄漏。,典型工艺系统构成吸收塔系统,4.喷淋系统 作用：喷淋系统能使浆液在吸收塔内均匀分布 设备：分配母管、喷嘴 每台吸收塔再循环泵均对应一组喷淋层，每组喷淋层由带连接支管的母管制浆液分布管道和喷嘴组成，流经每个喷淋层的浆液流量相等。 脱硫系统的喷嘴选择至关重要，耐磨耐酸和防堵是主要指标。喷嘴一般炭化硅材料制作。,典型工艺系统构成吸收塔系统,典型工艺系统构成吸收塔系统,喷嘴要求： （1）雾化压力低、雾化效果好。可以利用普通水泵或泥浆泵在较低压力下将脱硫剂以充分雾化的形式喷进脱硫通道。 （2）喷雾流量可调节范围宽。 （3）喷雾角度适中。这可以增加雾滴在通道中的停留时间，并保证雾滴能尽量均匀地分布在整个吸收通道的断面上。,典型工艺系统构成吸收塔系统,5.除雾器 作用：防止烟气大量带水影响后续设备运行。 吸收塔设两级除雾器，由聚丙烯材料制作，型式为z型，布置在吸收塔顶部或外部，均用工艺水冲洗。 烟气流经两层Z字形除雾器时，含有固态物质（主要是石膏）的液滴由于惯性作用，留在挡板上会存在结垢的危险，需定期进行在线清洗。 在一级除雾器的上面和下面各布置一层清洗喷嘴。清洗水从喷嘴强力喷向除雾器元件，带走除雾器顺流面和逆流面上的固体颗粒；二级除雾器下面也布置一层清洗喷淋层；除雾器清洗系统采用自动控制，间断运行。清洗水由除雾器冲洗水泵提供，冲洗水还用于补充吸收塔中的水分损失。烟气通过两级除雾后，携带水滴含量低于75mg/Nm3。,典型工艺系统构成吸收塔系统,6.搅拌器 作用：防止氧化槽中的结晶物沉淀、反应物分层。 设备：搅动泵或机械搅拌器 在吸收塔浆液池的下部，沿塔径向布置侧进式搅拌器，其作用是使浆液的固体维持在悬浮状态，同时分散氧化空气。吸收塔搅拌器的搅拌叶片和主轴的材质为合金钢。在运行时严禁触摸传动部件及拆下保护罩。向吸收塔加注浆液时，搅拌器必须不停地运行。,典型工艺系统构成石灰石浆液制备系统,（三）石灰石浆液制备系统 湿法脱硫工艺中要求将石灰石磨制成石灰石粉，粒度要求为90%通过325目（45）或250目（71）。 浆液制备有两种方式： a）干法 用干式磨机将石灰石磨成要求细度的干粉，石灰石粉被送到制浆池中加水，搅拌形成要求浓度的石灰石浆液。 b）湿法 用湿式磨机将石灰石磨成粉末的同时加水，形成石灰石浆液，然后再加水稀释至要求浓度的石灰石浆液。,典型工艺系统构成石灰石浆液制备系统,脱硫岛常采用湿式磨机制浆，系统由原料斗、称重式给料机、湿式球磨机、磨机浆液箱、磨机浆液泵、石灰石旋流站、石灰石浆液箱等设备组成。 石灰石原料经称重式给料机送入湿式球磨机的进料口，与工艺水（或过滤水）混合后一同进行磨制，然后从磨出口排入磨机浆液箱，再经过磨机浆液泵打到石灰石旋流站对浆液进行分离，含有大颗粒物料的石灰石浆液从旋流站底流浆液再循环回到湿式球磨机入口，上溢浆液排到石灰石浆液箱，制成的浆液浓度约为30。 分离出的粗颗粒送回到湿式球磨机的进料口重新磨制。为防止浆液沉淀，在磨机浆液箱上装有机械搅拌器。 该系统中系统主要控制项目是磨机浆液箱液位，调节目的：保证磨机浆液泵正常运行。控制方法：调整磨机浆液箱补充水流量调整门开度。,典型工艺系统构成石膏脱水与储存系统,（四）石膏脱水与储存系统 脱硫过程产生的石膏浆液由吸收塔下部的石膏浆液排放泵送至石膏浆液旋流器进行一级脱水，然后进入真空皮带脱水机进行二级脱水。 1.石膏旋流站 一级脱水系统 2.真空皮带脱水机 二级脱水系统 3.石膏储存,典型工艺系统构成供水及排放系统,（五）供水及排放系统 系统主要有除雾器冲洗用水、真空泵密封用水、石灰石浆液制备用用水、烟气换热器的冲洗用水及所有浆液输送设备、输送管路、贮存槽的冲洗用水等，直接由厂区的供水系统通过供水水泵、除雾器冲洗水泵分别送至FGD区域的每个用水点。 整个FGD装置还要设置一个公用的事故浆液槽，其容量满足单个吸收塔检修排空和其他浆液排空的要求，当吸收塔浆池检修需要排空时，吸收塔的石膏浆液输送至事故浆液箱最终可作为下次FGD启动时的晶种。,典型工艺系统构成压缩空气系统,(六）压缩空气系统 仪表用气和杂用气由压缩空气机系统提供，压力为0.85Mpa左右。 FGD系统按需要应设置足够容量的储气罐，其供气能力应满足当全部空气压缩机停运时，依靠贮气罐的贮备，能维持整个脱硫控制设备继续工作不小于15分钟的耗气量。气动保护设备和远离空气压缩机房的用气点，宜设置专用稳压贮气罐。贮气罐工作压力按0.8MPa考虑，最低压力不应低于0.6MPa。,三、烟气脱硫装置防腐蚀技术,主要考虑静态设备防腐蚀 吸收塔、除雾器、再热器的客体及内支撑，是静态设备防腐蚀的主体部分。对该部分的防腐蚀设计主要从两个方面考虑： 一是炭钢本体内衬有机材料防腐层（简称内衬防腐）； 二是利用耐腐蚀的金属材料制造。 从科学性、适用性、经济性综合考虑，玻璃鳞片树脂内衬技术（简称鳞片衬里）和橡胶衬里是烟气脱硫装置可行有效的内衬防腐技术。,四、运行控制关键参数,1入口烟气的含尘量 烟气的含尘量过高，将导致系统操作恶化，表现为吸收效率低下、皮带机脱水困难等。还需注意的是，由此造成的系统操作恶化，需较长时间纠正。2吸收塔内浆液的pH值 pH值过低会导致浆液失去吸收能力； pH值过高则会产生结垢堵塞的严重后果。 PH值主要通过石灰石给料量，进行在线动态