[石灰石石膏湿法脱硫技术创新]石灰石石膏湿法脱硫

题 目：学 院：专 业：姓 名：学 号：指导老师：完成时间：

科技创新

石灰石/石膏湿法脱硫技术创新

市政与环境工程工程学院 环境工程

焦桂枝 冯兴华 张霞

2013/11/27

石灰石/石膏湿法脱硫工艺研究与优化

【摘要】研究了石灰石/石灰-石膏湿法脱硫的基本原理与关键性问题的解决方法，提出了以双回路塔替换传统的吸收塔，此法解决了结垢问题而且提高了吸收剂的利用率与脱硫率，降低了成本费用。石灰石/石灰-石膏湿法脱硫是火电厂二氧化硫减排最有效、最成熟的方法，其具有脱硫效率较高、脱硫成本低、操作简单可靠等特点，因而在低浓度二氧化硫烟气治理领域得到广泛应用。 【关键词】 烟气脱硫 湿法脱硫 石灰石 脱硫效率

【 abstract 】 limestone/lime/gypsum wet desulfuration was studied the basic principle and key method to resolve the problem, put forward to replace traditional double tower absorber, the method to solve the problem of scale formation and improve the utilization rate of the absorbent and desulfurization efficiency, reduces the cost. Limestone/lime/gypsum wet desulphurization is the most mature of sulfur dioxide emission reduction is the most effective thermal power plants, the method, it has higher desulfurization efficiency, desulfurization characteristics such as low cost, simple operation and reliable, and is widely used in the field of low concentration sulfur dioxide flue gas.

【 key words 】 wet desulphurization limestone flue gas desulfurization desulfurization efficiency

引言

自从上世纪70年代日本和美国率先实施SO 2控制排放战略以来，许多国家相继制定了SO 2控制排放的中长期战略，加速了SO 2减排的步伐，大大促进了SO 2减排技术的发展，使SO 2排放总量在较短的时间内得到了大幅度的削减。

随着我国社会主义市场经济的高速发展，对能源的需求越来越旺盛。由于我国一次能源以煤炭为主，燃煤的含硫量较高，伴随能源消耗快速增长，SO 2污染日益严重，实施SO 2减排技术并进行SO 2排放总量控制已成为我国经济可持续发展的迫切要求。1990年，国务院环境保护委员会通过了《关于控制酸雨发展的若干意见》，提出包括征收工业燃煤SO 2排污费在内的四项决定，标志着酸雨控制提上了国家的议事日程。

能源工业是国民经济的基础，对经济的发展和人民生活水平的提高具有极其重要的作用。近年来，我国能源消费量持续增加，虽然由于能源结构的调整，煤炭占我国一次能源消费量的比例有所下降，但是消耗总量增加较快，所占比例依旧很高。联合国环境规划署资助项目“Incorporation of Environment Consideration in Energy Planning”的研究结果表明，按照中国目前的能源政策，到2020年，中国一次能源供应结构中煤炭所占的比例将下降至63.1%。即便如此，煤炭仍然是我国能源消费的最主要来源，而且消费量在持续增加，据估计这一现状在未来20～40年内不会有根本性的改变。

相比于石油和天然气等高品位的能源，煤炭是一种低品味的化石能源。中国煤炭中灰分和硫分的含量较高。大部分煤炭的灰分在25%～28%左右；硫分含量变化范围较大，从0.1%到10%不等，1995年全国商品煤的平均含硫量为1.13%。图1-1给出了我国商品煤、发电用煤及终端用煤的硫分分布。我国煤炭大多是直接燃烧，造成烟尘和SO 2等污染物大量排放到环境中。因此，煤炭型SO 2污染是我国SO 2污染的最主要特征，其中电力工业是造成SO 2污染和酸雨的主要行业，据2005年的环境监测结果表明，监测的440个城市中，142个城市达到国家环境空气质量二级标准，占41.7%，空气质量达三级的城市有107个，占51.5%，低于三级标准的城市有91个，占26.8%。

目录

引言............................................................................................................. 3 1 二氧化硫(Sulfur dioxide) 简述 .......................................................... 5 1.1性质 . ................................................................................................ 5 1.2 相关标准 ....................................................................................... 6 1.3 副产品脱硫石膏用途 ................................................................... 7 2 石灰石-石膏双循环湿式脱硫工艺研究 . .............................................. 8 2.1 化学过程 ....................................................................................... 9 2.2副反应对脱硫反应的影响及注意事项： .................................. 11 2.3 系统描述 ..................................................................................... 12 2.3.1 FGD系统构成 .................................................................... 12 2.3.2 SO2吸收系统 ...................................................................... 13 2.3.3 烟气系统 ............................................................................ 14 2.3.4石灰石浆液制备与供给系统 ............................................. 15 2.3.5 石膏脱水系统 .................................................................... 15 2.3.6供水和排放系统 ................................................................. 16 2.3.7 压缩空气系统 .................................................................... 17 2.4 FGD系统设计条件的确认 ......................................................... 21 2.5 湿法烟气脱硫的主要影响因素与关键性问题分析 ................. 25 3 结束语 .................................................................................................. 26 参考文献 .................................................................................................. 27

1 二氧化硫(Sulfur dioxide) 简述

1.1性质

二氧化硫在常温下是无色气体，具有强烈的刺激性气味，化学式：SO 2，分子量：64.06。

二氧化硫的主要物理性质如下：

冷凝温度，℃ -10.02 结晶温度，℃ -75.48 标准状况下的气体密度，g/L 2.9265 标准状况下摩尔体积，L/mol 21.891 气体的平均比热容(0-100℃) ，J/（g ·K ） 0.6615 液面上的蒸气压(20℃) ，kPa 330.26 蒸发潜热(20℃) ，J/g 362.54

在20℃的温度下，1体积的水可溶解40体积的二氧化硫气体并放出34.4kJ/mol的热量。随着温度的升高，二氧化硫气体在水中的溶解度降低。在硫酸溶液中，随着硫酸浓度的提高，二氧化硫的溶解度降低。

二氧化硫气体容易液化。为了使二氧化硫气体充分液化，可将干燥的SO 2压缩到0.405MPa ，并进行冷却。也可以使用在常压下进行低温冷冻的办法使二氧化硫气体液化。液体二氧化硫对于许多无机化合物和有机化合物都具有良好的溶解能力。

二氧化硫在化学反应中既可作氧化剂，也可以作还原剂。在催化剂存在下二氧化硫与氧反应，生成三氧化硫，此反应是接触法生产硫酸的基础。

二氧化硫具有酸性氧化物的通性，很容易发生以下反应： SO 2 + H 2O = H 2SO 3 SO 2 + CaO = CaSO 3 SO 2 + NaOH = NaHSO 3 SO 2 + 2NaOH = Na 2SO 3

SO 2 + Ca （OH ）2 = CaSO 3 ↓ + H 2O SO 2 + H 2O + NH3 = NH 4HSO 3 SO 2 + H 2O + 2NH3 = （NH 4）2SO 3

上述反应是传统氨法、钠法及钙法二氧化硫烟气处理工艺的理论基础。

1.2 相关标准

由于二氧化硫是一种有毒有害气体，也是大气主要污染源之一，因此国家严格规定了生产企业二氧化硫废气排放限值，并制定了相关标准。表1-1为1997年1月1日前设立的污染源应当执行的标准，表1-2为1997年1月1日后设立的污染源应当执行的标准。

另外，国家还专门针对工业炉窑制定了二氧化硫气体排放标准，见表1-3。

1.3 副产品脱硫石膏用途

国内对脱硫石膏的综合处理和应用已经起步，脱硫石膏的应用蕴藏着巨大的市场机遇，对于江苏、浙江、广东等天然石膏匮乏的地区，脱硫石膏的大量出现为以石膏为原材料的企业带来了商业机会。脱硫石膏可以用做制造石膏砌块、腻子石膏、模具石膏、纸面石膏板以及水泥等建材产品，但是目前能大量使用的限于制造纸面石膏板和作水泥缓凝剂。

1．用于制造石膏砌块。我国虽在外墙建设中大力推荐以石膏砌块代替实心粘土砖，但目前最大的石膏砌块生产线仅30万平方米，每年约可利用脱硫石膏2万吨（湿基），大部分生产线都是10万平方米以下的小生产线，用量不大，市场未推开。

2．用于制造腻子石膏和粉刷石膏。全国目前腻子石膏的使用量仅10万吨左右，粉刷石膏的用量与此相当，用量太小，推广价值不大。

3．用于制造模具石膏。我国模具石膏市场较大，但是目前用脱硫石膏制造模具石膏还存在技术工艺和脱硫石膏白度的问题，工艺不成熟，有待进一步开发新技术。

4．用于作水泥缓凝剂。目前脱硫石膏作水泥缓凝剂是先把脱硫石膏制成球状，增加了制造成本，降低了经济效益。更为经济的途径是开发直接利用工艺技术，开发该项技术首先要解决湿基脱硫石膏粘球磨机的问题。对水泥行业来说，作水泥缓凝剂是脱硫石膏最主要的应用方式。我国的脱硫石膏主要集中在东部沿海地区，2006年我国水泥产量约13亿吨，仅东部地区就有8亿吨。按照4％的添加量计算，如果全部用脱硫石膏代替天然石膏作为缓凝剂，一年可消化脱硫石膏3200万吨，完全可以解决目前脱硫石膏的利用问题。

5．用于制造纸面石膏板。制造纸面石膏板是脱硫石膏另一个大量使用的途径，国外脱硫石膏一般也是用于制造纸面石膏板。预计今年我国纸面石膏板总产销量能够达到7.5亿平方米，按照每平方米使用10公斤湿基脱硫石膏计算，一年可消化脱硫石膏750万吨。我国纸面石膏板需求量还在以年20％左右的速度增长，脱硫石膏利用潜力很大。我国建设的纸面石膏板生产线已有使用脱硫石膏代替天然石膏的成功先例。山东泰和集团从1999年开始研究利用工业副产石膏制造纸面石膏板工艺技术，在江苏江阴的两条年产3000万平方米的纸面石膏板生产线年可利用脱硫石膏60万吨，制造纸面石膏板6000万平方米。泰和还先后与多家电厂合作投资建设四条年产2500-3000万平方米的生产线利用电厂脱硫石膏。一些外国公司也准备在中国建设生产基地大量利用脱硫石膏。

6．用作土壤改良剂。上海等地有用做海滩盐碱地改良的报道，但未见真正实施的报道。这一方法虽具理论可行性，实践上还有很多问题有待解决。

2 石灰石-石膏双循环湿式脱硫工艺研究

1) 石灰石-石膏双循环湿式脱硫系统

传统石灰石烟气装置面临着主要的问题是腐蚀问题与材料选择，洗涤系统内部环境十分复杂，固体、液体和气体相互掺杂，临界温度起伏波动，化学反应交错进行，在煤的含硫量、温度、PH 、氯化物、露点腐蚀、气速和沉积腐蚀等因

素的影响下，系统各个部件会严重腐蚀。在使用大型锅炉时，相比之下，石灰石-石膏双循环湿式洗涤系统更具优势，如图2-1，石灰石吸收剂与烟气中的SO 2反应，经历吸收和氧化反应，生产副产品石膏。

图2-1 双循环脱硫工艺流程图

2) 吸收原理

吸收液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。这些液滴与塔内烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，烟气中的SO 2、SO 3及HCl 、HF 被吸收。SO 2吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终形成石膏。

为了维持吸收液恒定的pH 值并减少石灰石耗量，石灰石被连续加入吸收塔，同时吸收塔内的吸收剂浆液被搅拌机、氧化空气和吸收塔循环泵不停地搅动，以加快石灰石在浆液中的均布和溶解。

2.1 化学过程

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SO 2，反应如下：

SO 2＋H 2O →H 2SO 3（溶解） H 2SO 3→H ＋＋HSO 3－（电离） 吸收反应的机理：

吸收反应是传质和吸收的的过程，水吸收SO 2属于中等溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受气相传质阻力和液相传质阻力的控制，

吸收速率＝吸收推动力/吸收系数（传质阻力为吸收系数的倒数）

强化吸收反应的措施：

a) 提高SO 2在气相中的分压力（浓度），提高气相传质动力。 b) 采用逆流传质，增加吸收区平均传质动力。

c) 增加气相与液相的流速，高的Re 数改变了气膜和液膜的界面，从而引起强烈的传质。

d) 强化氧化，加快已溶解SO 2的电离和氧化，当亚硫酸被氧化以后, 它的浓度就会降低, 会促进了SO 2的吸收。

e) 提高PH 值，减少电离的逆向过程，增加液相吸收推动力。

f) 在总的吸收系数一定的情况下，增加气液接触面积，延长接触时间，如：增大液气比，减小液滴粒径，调整喷淋层间距等。

g) 保持均匀的流场分布和喷淋密度，提高气液接触的有效性。 （2）氧化反应

一部分HSO 3－在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO 3－在反应池中被氧化空气完全氧化，反应如下：

HSO 3－＋1/2O2→HSO 4－ HSO 4－⇋H ＋＋SO 42－ 氧化反应的机理：

氧化反应的机理基本同吸收反应，不同的是氧化反应是液相连续，气相离散。水吸收O 2属于难溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受液膜传质阻力的控制。

强化氧化反应的措施：

a) 降低PH 值，增加氧气的溶解度 b) 增加氧化空气的过量系数，增加氧浓度

c) 改善氧气的分布均匀性，减小气泡平均粒径，增加气液接触面积。

（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：

Ca 2＋＋CO 32－＋2H ＋＋SO 42－＋H 2O →CaSO 4·2H 2O ＋CO 2↑ 2H ＋＋CO 32－→H 2O ＋CO 2↑ 中和反应的机理：

中和反应伴随着石灰石的溶解和中和反应及结晶，由于石灰石较为难溶，因此本环节的关键是，如何增加石灰石的溶解度，反应生成的石膏如何尽快结晶，以降低石膏过饱和度。中和反应本身并不困难。

强化中和反应的措施：

a) 提高石灰石的活性，选用纯度高的石灰石，减少杂质。 b) 细化石灰石粒径，提高溶解速率。

c) 降低PH 值，增加石灰石溶解度，提高石灰石的利用率。 d) 增加石灰石在浆池中的停留时间。

e) 增加石膏浆液的固体浓度，增加结晶附着面，控制石膏的相对饱和度。 f) 提高氧气在浆液中的溶解度，排挤溶解在液相中的CO 2，强化中和反应。 （4）其他副反应

烟气中的其他污染物如SO 3、Cl 、F 和烟尘都被循环浆液吸收和捕集。SO 3、HCl 和HF 与悬浮液中的石灰石按以下反应式发生反应：

SO 3＋H 2O →2H ＋＋SO 42－

CaCO 3 +2 HCl→CaCl 2 +CO2 ↑+H2O CaCO 3 +2 HF→ CaF 2 +CO2 ↑+H2O

2.2副反应对脱硫反应的影响及注意事项：

脱硫反应是一个比较复杂的反应过程，其中一些副反应，有些有利于反应的进程，有些会阻碍反应的发生，下列反应应当在设计中予以重视： a)Mg 的反应

浆池中的Mg 元素，主要来自于石灰石中的杂质，当石灰石中可溶性Mg 含量较高时（以MgCO 3形式存在），由于MgCO 3活性高于CaCO 3会优先参与反应，对反应的进行是有利的，

但过多时，会导致浆液中生成大量的可溶性的MgSO 3，它过多的存在，使的溶液里SO 32-浓度增加, 导致SO 2吸收化学反应推动力的减小，而导致SO 2吸收的恶化。

另一方面，吸收塔浆液中Mg ＋浓度增加，会导致浆液中的MgSO 4(L)的含量

增加，既浆液中的SO 42-增加，会对导致吸收塔中的悬浮液的氧化困难，从而需要大幅度增加氧化空气量，氧化反应原理如下：

HSO 3－＋1/2O2→HSO 4－ （1） HSO 4－⇋H ＋＋SO 42－ （2）

因为（2）式的反应为可逆反应，从化学反应动力学的角度来看，如果SO 42-的浓度太高的话，不利于反应向右进行。

因此喷淋塔一般会控制Mg ＋离子的浓度，当高于5000ppm 时，需要通过排出更多的废水，此时控制准则不再是CL －小于20000ppm b)AL 的反应

AL 主要来源于烟气中的飞灰，可溶解的AL 在F 离子浓度达到一定条件下，会形成氟化铝络合物（胶状絮凝物），包裹在石灰石颗粒表面，形成石灰石溶解闭塞，严重时会导致反应严重恶化的重大事故。 c)Cl 的反应

在一个封闭系统或接近封闭系统的状态下，FGD 工艺的运行会把吸收液从烟气中吸收溶解的氯化物增加到非常高的浓度。这些溶解的氯化物会产生高浓度的溶解钙，主要是氯化钙, 如果高浓度的溶解的钙离子存在FGD 系统中，就会使溶解的石灰石减少，这是由于“共同离子作用”而造成的，在“共同离子作用”下，来自氯化钙的溶解钙就会妨碍石灰石中碳酸钙的溶解。控制CL 离子的浓度在12000－20000ppm 是保证反应正常进行的重要因素。

2.3 系统描述

2.3.1 FGD系统构成

烟气脱硫（FGD ）装置采用高效的石灰石/石膏湿法工艺，整套系统由以下子系统组成：

（1）SO 2吸收系统 （2）烟气系统

（3）石灰石浆液制备系统 （4）石膏脱水系统 （5）供水和排放系统 （6）废水处理系统 （7）压缩空气系统

2.3.2 SO2吸收系统

烟气由进气口进入吸收塔的吸收区，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。

吸收塔塔体材料为碳钢内衬玻璃鳞片。吸收塔烟气入口段为耐腐蚀、耐高温合金。

吸收塔内烟气上升流速为3.2-4m/s。塔内配有喷淋层，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。喷淋组件及喷嘴的布置设计成均匀覆盖吸收塔上流区的横截面。喷淋系统采用单元制设计，每个喷淋层配一台与之相连接的吸收塔浆液循环泵。

每台吸收塔配多台浆液循环泵。运行的浆液循环泵数量根据锅炉负荷的变化和对吸收浆液流量的要求来确定，在达到要求的吸收效率的前提下，可选择最经济的泵运行模式以节省能耗。

吸收了SO 2的再循环浆液落入吸收塔反应池。吸收塔反应池装有多台搅拌机。氧化风机将氧化空气鼓入反应池。氧化空气分布系统采用喷管式，氧化空气被分布管注入到搅拌机桨叶的压力侧，被搅拌机产生的压力和剪切力分散为细小的气泡并均布于浆液中。一部分HSO 3－在吸收塔喷淋区被烟气中的氧气氧化，其余部分的HSO 3－在反应池中被氧化空气完全氧化。

吸收剂（石灰石）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循环。

吸收塔排放泵连续地把吸收浆液从吸收塔送到石膏脱水系统。通过排浆控制阀控制排出浆液流量，维持循环浆液浓度在大约8－25wt ％。

脱硫后的烟气通过除雾器来减少携带的水滴，除雾器出口的水滴携带量不大于75mg/Nm3。两级除雾器采用传统的顶置式布置在吸收塔顶部或塔外部，除雾器由聚丙烯材料制作，型式为z 型，两级除雾器均用工艺水冲洗。冲洗过程通过程序控制自动完成。

吸收塔入口烟道侧板和底板装有工艺水冲洗系统，冲洗自动周期进行。冲洗的目的是为了避免喷嘴喷出的石膏浆液带入入口烟道后干燥粘结。

在吸收塔入口烟道装有事故冷却系统，事故冷却水由工艺水泵提供。 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而旁路挡板未及时打开或所有的吸收塔循环泵切除时本系统启动。

2.3.3 烟气系统

从锅炉来的热烟气经增压风机增压后进入烟气换热器(GGH)降温侧，经GGH 冷却后，烟气进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度，烟气中的SO 2被石灰石浆液吸收。除去SO X 及其它污染物的烟气经GGH 加热至80℃以上，通过烟囱排放。

GGH 是利用热烟气所带的热量加热吸收塔出来的冷的净烟气。在设计条件下且没有补充热源时，GGH 可将净烟气的温度提高到80℃以上。

烟气通过GGH 的压损由一在线清洗系统维持。正常运行时清洗系统每天需使用蒸汽吹灰3次。此外，系统还配有一套在线高压水洗装置(约1月用1次) 。在热烟气的进口与GGH 相连的烟道出口安置一套可伸缩的清洗设备，用来进行常规吹灰和在线水冲洗。清洗装置都有单独的、可伸缩的矛状管和带有单独的辅助蒸汽和水喷嘴的驱动机械。GGH 配一台在线的冲洗水泵 ，该泵为在线清洗提供高压冲洗水。自动吹灰系统可保证GGH 的受热面不受堵塞，保持承诺的净烟气出口温度。吹灰器自动控制。

当GGH 停机后，换热元件可用一低压水清洗装置进行清洗。此低压水清洗装置每年使用两次。每台GGH 上的两个固定的水冲洗装置用来进行离线冲洗。每一个固定的水清洗装置配有带喷嘴的直管，从有一定间隔的喷嘴中均匀地向换热面喷冲洗水。

设置一套密封系统保证GGH 漏风率小于1%。

烟道上设有挡板系统，以便于FGD 系统正常运行和事故时旁路运行。每套FGD 装置的挡板系统包括一台FGD 进口原烟气挡板，一台FGD 出口净烟气挡板和一台旁路烟气挡板，挡板为双百叶式。在正常运行时，FGD 进出口挡板开启，旁路挡板关闭。在故障情况下，开启烟气旁路挡板门，关闭FGD 进出口挡板，烟气通过旁路烟道绕过FGD 系统直接排到烟囱。所有挡板都配有密封系统，以保证“零”泄露。密封空气设两台100%容量的密封空气风机（一台备用）和二级电加热器，加热温度不低于70℃。

烟道包括必要的烟气通道、冲洗和排放漏斗、膨胀节、法兰、导流板、垫片/螺栓材料以及附件。

在BMCR 工况下，烟道内任意位置的烟气流速不大于15m/s。烟道留有适当的取样接口、试验接口和人孔。

对于每台锅炉的FGD 系统，配置1台100％BMCR 烟气量的增压风机（BUF ），布置于吸收塔上游的干烟区。增压风机为动叶可调轴流风机。包括电动机、密封空气系统等。

2.3.4石灰石浆液制备与供给系统

由汽车运来的石灰石卸至石灰石浆液制备区域的地斗，通过斗提机送入石灰石贮仓（贮仓的容量按需要的石灰石耗量设计），石灰石贮仓出口由皮带称重给料机送入石灰石湿式磨机，研磨后的石灰石进入磨机浆液循环箱，经磨机浆液循环泵送入石灰石旋流器，合格的石灰石浆液自旋流器溢流口流入石灰石浆液箱，不合格的从旋流器底流再送入磨机入口再次研磨。

系统设置一个石灰石浆液箱，每塔设置2台石灰石浆液供浆泵。吸收塔配有一条石灰石浆液输送管，石灰石浆液通过管道输送到吸收塔。每条输送管上分支出一条再循环管回到石灰石浆液箱，以防止浆液在管道内沉淀。

脱硫所需要的石灰石浆液量由锅炉负荷，烟气的SO 2浓度和Ca/S来联合控制，而需要制备的石灰石浆液量由石灰石浆液箱的液位来控制，浆液的浓度由浆液的密度计控制测量量作前馈控制旋流器个数。

2.3.5 石膏脱水系统

机组FGD 所产生的25wt ％浓度的石膏浆液由吸收塔下部布置的石膏浆液排放泵（每塔两台石膏浆液排放泵，一运一备）送至石膏浆液旋流器。系统设置2套石膏旋流站，2套石膏旋流站底流自流进入2台真空皮带脱水机。每台真空皮带脱水机的设计过滤能力为2台机组脱硫系统石膏总量的75％。

石膏脱水系统包括以下设备：

—石膏旋流站 —真空皮带过滤机 —滤布冲洗水箱 —滤布冲洗水泵 —滤液水箱及搅拌器 —滤液水泵 —石膏饼冲洗水泵 —废水旋流站给料箱 —废水旋流站给料泵 —废水旋流站 —石膏输送机 —石膏库

（1）石膏旋流站和废水旋流站

浓缩到浓度大约55％的旋流站的底流浆液自流到真空皮带脱水机，旋流站的溢流自流到废水旋流站给料箱，一部分通过废水旋流站给料泵送到废水旋流站，其余部分溢流到滤液水箱。废水旋流站溢流到废水箱，通过废水输送泵送到废水处理系统，底流进入滤液箱。 （2）真空皮带脱水机

设置2套容量为2台机组脱硫系统石膏总产量75％的脱水系统。真空皮带脱水机和真空系统按此容量设计。

石膏旋流站底流浆液由真空皮带脱水机脱水到含90％固形物和10％水分，脱水石膏经冲洗降低其中的Cl －浓度。滤液进入滤液水回收箱。脱水后的石膏经由石膏输送皮带送入石膏库房堆放。

石膏库房通过优化设计，使石膏运输车辆装料便于进行，不会对厂区环境造成污染。

工业水作为密封水供给真空泵，然后收集到滤布冲洗水箱，用于冲洗滤布，滤布冲洗水被收集到滤饼冲洗水箱，用于石膏滤饼的冲洗。

滤液水箱收集的滤液、冲洗水等由滤液水泵输送到石灰石浆液制备系统和吸收塔。

2.3.6供水和排放系统

3.6.1供水系统

从电厂供水系统引接至脱硫岛的水源，提供脱硫岛工业和工艺水的需要。 工业水主要用户为：除雾器冲洗水及真空泵密封水。冷却水冷却设备后排至吸收塔排水坑回收利用。

工艺水主要用户为（不限于此）： ·石灰石浆液制备用水； ·烟气换热器的冲洗水；

·所有浆液输送设备、输送管路、贮存箱的冲洗水。

工艺水/工业水进入岛内工艺水/工业水箱，通过工艺水/工业水泵、除雾器冲洗水泵分别送至FGD 区域的每个用水点。

系统内的配套管道及其测量和控制仪表。 3.6.2 排放系统

FGD 岛内设置一个公用的事故浆液箱，事故浆液箱的容量应该满足单个吸收塔检修排空时和其他浆液排空的要求，并作为吸收塔重新启动时的石膏晶种。

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。

事故浆液箱设浆液返回泵（将浆液送回吸收塔）1台。

FGD 装置的浆液管道和浆液泵等，在停运时需要进行冲洗，其冲洗水就近收集在各个区域设置的集水坑内，然后用泵送至事故浆液箱或吸收塔浆池。

2.3.7 压缩空气系统

脱硫岛仪表用气和杂用气由岛内设置的压缩空气系统提供，压力为0.85Mpa 左右。

按需要应设置足够容量的储气罐，仪用稳压罐和杂用储气罐应分开设置。贮气罐的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 。 2.3.8 脱硫废水处理系统 2.3.8.1 脱硫废水的水质和水量 1. 脱硫废水的水质

脱硫废水的水质与脱硫工艺、烟气成分、灰及吸附剂等多种因素有关。脱硫废水的主要超标项目为悬浮物、PH 值、汞、铜、铅、镍、锌、砷、氟、钙、镁、铝、铁以及氯根、硫酸根、亚硫酸根、碳酸根等。 ·脱硫废水处理系统进水水质

废水处理系统进水水质（脱硫系统排出的未经处理的废水示例）

·脱硫废水处理系统处理后水质

根据招标文件的要求，脱硫废水处理系统处理后的排水出水水质要达到《国家污水综合排放标准》（GB8978-1996）中第二类污染物最高允许排放浓度中的一级标准。

主要的控制数据如下：

废水排放标准

《国家污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级标准

2. 脱硫废水的处理水量

脱硫废水处理系统出水按两台机组废水排放量的125%设计。

2.3.8.2脱硫废水处理工艺

脱硫废水处理系统包括以下三个子系统：脱硫装置废水处理系统、化学加药系统、污泥脱水系统。

1. 脱硫装置废水处理系统工艺流程：

脱硫废水→中和箱(加入石灰乳) →沉降箱(加入FeClSO 4和有机硫) →絮凝箱(加入助凝剂) →澄清池→清水pH 调整箱→达标排放

上述工艺流程反应机理为：

首先，脱硫废水流入中和箱，在中和箱加入石灰乳，水中的氟离子变成不溶解的氟化钙沉淀，使废水中大部分重金属离子以微溶氢氧化物的形式析出；

随后，废水流入沉降箱中，在沉降箱中加入FeClSO 4和有机硫使分散于水中的重金属形成微细絮凝体；

第三步，微细絮凝体在缓慢和平滑的混合作用下在絮凝箱中形成稍大的絮凝体，在絮凝箱出口加入助凝剂，在下流过程中助凝剂与絮凝体形成更大的絮凝体；

既而在澄清池中絮凝体和水分离，絮凝体在重力浓缩作用下形成浓缩污泥，澄清池出水（清水）流入清水箱内加酸调节pH 值到6~9后排至后续的除氯处理系统。 2. 化学加药系统

脱硫废水处理加药系统包括：石灰乳加药系统；FeClSO 4加药系统；助凝剂加药系统；有机硫化物加药系统；盐酸加药系统等。

为方便维护和检修，每个箱体均设置放空管和放空阀门，各类水泵均按100%容量1用1备。

所有泵出口均装有逆止阀, 在排出和吸入侧设置隔离阀, 并装有抽空保护装置. 计量泵采用隔膜计量泵,, 带有变频调节和人工手动调节冲程两种方式. 在每套加药系统中均装有流量计和压力缓冲器. ·石灰乳加药系统 石灰乳加药系统流程如下：

石灰粉→石灰粉仓→制备箱→输送泵→计量箱→计量泵→加药点

石灰粉由自卸密封罐车装入石灰粉仓，在石灰粉仓下设有旋转锁气器，通过螺旋给料机输送至石灰乳制备箱制成20%的Ca(OH)2浓液，再在计量箱内调制成5%的Ca(OH)2溶液，经石灰乳计量泵（1用1备）加入中和箱。 ·FeClSO 4加药系统

FeClSO 4加药系统流程如下：

FeClSO 4→FeClSO 4搅拌溶液箱→FeClSO 4计量箱→FeClSO 4计量泵→加药点

FeClSO 4制备箱和加药计量泵以及管道、阀门组合在一小单元成套装置内。为防止污染，溶液箱地面敷设耐腐蚀地砖，周围设有围堰。FeClSO 4在制备箱配成溶液后进入计量箱，FeClSO 4溶液由隔膜计量泵（1用1备）加入絮凝箱。 ·助凝剂加药系统 助凝剂加药系统流程如下：

助凝剂→助凝剂制备箱→助凝剂计量箱→助凝剂计量泵→加药点

助凝剂制备箱和加药计量泵以及管道、阀门组合在一小单元成套装置内。为防止污染，溶液箱地面敷设耐腐蚀地砖，周围设有围堰。助凝剂溶液由隔膜计量泵（1用1备）加入絮凝箱。 ·有机硫化物加药系统 有机硫化物加药系统流程如下：

有机硫化物→有机硫制备箱→有机硫计量箱→ 有机硫计量泵→加药点 有机硫制备箱和加药计量泵以及管道、阀门组合在一小单元成套装置内。为防止污染，溶液箱地面敷设耐腐蚀地砖，周围设有围堰。有机硫在制备箱配成溶液后进入计量箱，有机硫溶液由隔膜计量泵（1用1备）加入沉降箱。 ·盐酸加药系统 盐酸加药系统流程如下：

盐酸计量箱→盐酸计量泵→加药点

盐酸计量箱和加药计量泵以及管道、阀门组合在一小单元成套装置内。为防止污染，溶液箱地面敷设耐腐蚀地砖，周围设有围堰。盐酸溶液由隔膜计量泵（1用1备）加入出水箱。根据实际情况确定加药量。 3. 污泥脱水系统

污泥处理系统流程如下：

浓缩污泥污泥贮池滤饼 堆场

滤液平衡箱 中和箱 澄清池底的浓缩污泥中的污泥一部分作为接触污泥经污泥回流泵送到中和箱参与反应，另一部分污泥由污泥输送泵送到污泥脱水装置，污泥脱水装置由板框式压滤机和滤液平衡箱组成，污泥经压滤机脱水制成泥饼外运倒入灰厂，滤液

收集在滤液平衡箱内，由泵送往第一沉降阶段的中和槽内。

2.4 FGD系统设计条件的确认

2.4.1 项目设计条件(XX电厂烟气脱硫项目) 举例 2.4.1.1 FGD装置条件

1) 规模 2×300MW 2) 燃料 煤

3) 脱硫工艺 石灰石石膏湿法 4) 吸收剂 石灰石 5) 副产品 石膏

6) 脱水系统 真空皮带脱水机 7) 再热方式: 回转式GGH

8) 烟气量 1256682Nm 3/h(湿基) ×2(100%BMCR) 9)FGD 入口温度 131℃（设计），141℃（最大） 10）FGD 入口SO2浓度 1761PPM （干基）

11）FGD 入口粉尘浓度 ≤200mg/Nm3（干基，6％O2） 12）FGD 出口温度（进烟囱） ≥80℃

13）除雾器出口含水量 ≤75mg/ Nm3(干基) 14) 吸收剂耗量 ≤21.8t/h(2×300MW) 15) 工艺水消耗量 ≤116t/h 16) 蒸汽耗量 ≤2.5t/h 17）副产品石膏含水量 ≤10％

18）电力消耗 ≤12700kWh/h(2×300MW) 19) 脱硫效率 ≥95％ 20）系统可用率 ≥95％ 2.5.1.2 设计条件 1）煤质分析

资料确认注意事项:

1) 需采用设计煤质计算物料平衡, 进行设备选型(按规程要求乘取裕量) 2) 再用校核煤种核定设备选型(不乘取裕量), 两者取较大的设备选型. 3) 如:设计煤种与校核煤种含硫量差别过大(1.5倍以上), 应当以校核煤种不乘取裕量作为设备选型依据. 2) 烟气设计条件

资料确认注意事项:

1) 由于烟气设计资料, 常常会以不同的基准重复出现多次,(如:干基\湿基, 标态\实际态，6%O2\实际O 2等) ，开始计算前一定要核算统一，如出现矛盾，必须找出正确的一组数据，避免原始数据代错。

常用折算公式如下：

烟气量（dry ）＝烟气量（wet ）×(1-烟气含水量%) 实际态烟气量＝标态烟气量×气压修正系数×温度修正系数 烟气量（6%O2）＝（21－烟气含氧量）/（21－6％） SO 2浓度（6%O2）＝（21－6％）/（21－烟气含氧量） SO 2浓度（mg/Nm3）=SO2浓度（ppm ）×2.857 „„

2) 用燃煤中的Sar 含量复核计算烟气中SO 2浓度，注意要乘以转化率SO 2，规程要求为0.85-0.9%（推荐按0.9%）

计算公式如下：

M SO2=2⨯K ⨯Bg ⨯(1-

式中： M SO 2 B g η

SO 2

η so

2

100

) ⨯(1-

q 4S ar

) （1） 100100

－ 脱硫前烟气中的SO 2含量， t/h； － 锅炉BMCR 负荷时的燃煤量，t/h；

K － 燃煤中的含硫量燃烧后氧化成SO 2的份额；

－ 除尘器的脱硫效率，见下表；

q 4 －

锅炉机械未完全燃烧的热损失，％； S ar － 燃料煤的收到基硫分，％。 3) 烟气资料中常常会没有HCL 和HF 的资料，但HCL 资料非常重要，他决定了废水系统的出水，因此建议尽可能落实，如落实困难，可暂按照HCL ≤50ppm 考虑。

4）FGD 虽然有一定的除尘能力（除尘效率约75－90％），但并不意味着能

替代除尘器，从而降低对除尘器的要求，由于飞灰可能会带来一些影响反应的物质，因此一般要求飞灰不大于200mg/Nm3。 3)FGD 出口烟温

≥80℃

资料确认注意事项:

1）GGH 选型时要按照82℃考虑（考虑2℃的净烟道温降） 2）要请GGH 厂家核算低负荷时，GGH 出口烟温。 4)FGD 出口SO 2浓度

≤88ppm （dry ）(脱硫效率≥95％) 资料确认注意事项:

1）当燃用高硫煤时，除了核算脱硫效率≥95％外，还应核算FGD 出口SO 2

浓度满足国家排放标准，以较高要求为准。 5）吸收剂

资料确认注意事项:

1) 在有条件选矿时，建议尽可能选用高品质石灰石，以提高工程成功的可能性。

2）如：石灰石中CaCO 3纯度小于90％，建议作活性分析。 石灰石中CaO 和CaCO 3的含量换算公式为CaCO 3％＝CaO ％×100／56 3）石灰石中MgO 不宜太高，对Sar ＝1％左右的工程，MgO 含量最好≤2％。 4）在验看石灰石品质时，不得使用白云石作为吸收剂。 5) 副产品石膏的成分

纯度 ≥90％ 含水量 ≤10％

资料确认注意事项:

1) 在不考虑副产品石膏综合利用的工程，可以对纯度不做要求，但对水分含量不能降低要求，因为石膏水分越大，粘附力越强，容易堵塞石膏输送系统。

2）石膏纯度与石灰石纯度及烟气飞灰含量有直接关系，如石膏纯度要求较高，烟气中飞灰含量一定要控制。 6) 工艺水成分（略） 7) 工业水成分（略） 8）压缩空气条件（略） 9）蒸汽条件（略） 10）电源（略）

11）气象资料、地质资料等（略）

资料确认注意事项:

1) 工艺水补水水质要求不高，但尽量不要采用高CL 离子的补水，否则会造成废水排放量的增加。

2）工业水最好选用悬浮物较低，无腐蚀，含盐量低，水温不高的水源。 3）GGH 吹灰气源最好选用蒸汽，参数在8－10bar ，温度有50－100℃过热度的过热蒸汽，如选用压缩空气，也应采用8－10bar 的压缩气源。

4）电源应注意验证项目是否要求高压柜采用50kA 的遮断容量。

2.5 湿法烟气脱硫的主要影响因素与关键性问题分析

2.5.1 吸收塔洗涤浆液的PH

就石灰石溶解、亚硫酸盐氧化为硫酸盐以及石膏的生成而言，最佳的PH 值大约为4.0，因此，冷却池的运行状态有利于提高石灰石的利用率，并使亚硫酸盐几乎全部就地氧化。冷却池回路可以是一个封闭的回路，它可使用来自石膏脱水设备的回用水，回用水也可排到废水处理厂。为达到较高的脱硫效率，最佳的PH 值约为6左右，在上部的吸收段可保持这一PH 值。在上回路中，烟气流与石灰石循环浆液逆流接触。石灰石浆喷淋层保证了SO 2的吸收。 2.5.2 结垢与堵塞

在同一塔中将两个区域分开，使各个过程都保持最佳的化学条件，这种设计具有很大的优势。由于双循环工艺使得上循环浆液中含有过量的石灰石成为可能，系统缓冲容量大，通过缓冲作用，系统被自动控制在一个稳定的最佳PH 值范围内，不随气流及SO 2负荷的变化而波动。由于PH 值稳定，避免了硫酸钙过饱和波动引起的结垢与堵塞。另外，由于卤化物集中在下循环，因此塔的上下两

部分可选用不同材质的材料，从而使造价降低。 5-3 吸收塔内的液气比

在吸收塔内，除了PH 值，对于吸收效率影响较大的另一操作参数是液气比。对于吸收操作，液气比越大吸收越完全，而且液气比越大，氧化槽不易结垢，但是液气比太大，液体停留时间有所减少；而且循环泵流量增大，塔内气体流动阻力增大使风机耗能增大，投资和运行费用相应增加。石灰石喷淋塔的液气比一般在15～25L/m3，只有采用这种液气比才能保证不小于95%的高脱硫效率，这正是湿法烟气所在。脱硫工艺的关键 5-4 烟速和烟气温度

烟速提高可增大吸收系数。烟速增大，气液两相界面湍动加强，液滴的内循环更加显著，气液相传质数都提高；另外烟速增大可减缓液滴下降速度，使液滴分布变小，传质面积增加，气相分布也越均匀。但另一方面，烟速提高造成雾沫夹带严重，影响除雾效果。

研究表面，低洗涤温度有利于SO 2的吸收。所以要求整个浆液洗涤过程中的烟气温度都在100℃以下。100℃左右的原烟气进入吸收塔后，经过多级喷淋层的洗涤降温，到吸收塔出口时温度一般为45～70℃。 5-5石灰石浆液颗粒细度

一般说来，石灰石浆液颗粒细度越小，在浆液体系中与液相接触的比表面积越大，它在液相中的溶解及反应将更快、更充分，从而降低液气比，提高烟气流速和石膏纯度，使吸收剂利用率和脱硫率进一步提高。但是，要求更小或超细的石灰石浆液固体颗粒，将会大大造成研磨系统功耗和设备投资增加，所以，湿法脱硫工艺一般要求其颗粒90%以上不大于60μm 。 5-6防止白烟发生

湿式洗涤法烟气脱硫装置的共同问题，是处理后的烟气被增湿冷却，就此放入大气后，在一定的气象条件下将发生白烟，由于烟气温度较低，扩散能力亦相应降低，特别是在处理大烟气量的情况下，会引起二次公害。防止的措施是使处理后的烟气与另一未经处理的或高温气体混合，以降低排放烟气的湿度并提高其温度。

3 结束语

二氧化硫是主要大气污染物之一，严重影响环境，威胁人们的生活健康。削减二氧化硫的排放量，保护大气环境质量，是目前及未来相当长时间内我国环境保护的重要课题之一。经过双循环湿法脱硫系统处理后的烟气完全达到国家排放标准，副产商用石膏为企业在治理污染的同时创造了经济价值，这样既解决了烟

气排放问题，又综合回收了资源，获得了良好的社会效益和经济效益。

随着国家环保标准的提高，超标排放电厂数量的扩大，将有效扩大和加速烟气脱硫的市场需求，针对上诉情况，在湿法烟气脱硫技术吸收、消化及工程的应用过程中，我们应注意并加快湿法烟气脱硫工艺设计核心技术和配套设备的国产化和产业化，及时总结设计和运行经验，进一步优化系统设计和降低设备投资，以加快推动国内污染物治理和环保产业的发展。

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