火电厂石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术工艺设计及应用

火电厂石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术工艺设计及应用

作者：张斌

来源：《科学与财富》2015年第25期

摘 要：介绍了火电厂石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统的技术特点、工艺原理及在具体工程的实例应用，本文介绍了火电厂石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统的技术存在的主要问题和处理方法。

关键词：石灰石—石膏湿法烟气脱硫

目前随着国家对环保要求的日趋严格，国内大部分电站锅炉已建设烟气脱硫设施，这些脱硫装置大部分采用石灰石—石膏湿法脱硫系统。本文介绍了湿法烟气脱硫系统的技术特点、工艺原理以及华电长沙电厂2×600MW机组石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统工艺设计的工程实际应用。

1. 石灰石—石膏湿法脱硫系统技术特点及原理 1.1. FGD系统及工艺描述 1）工艺简介及技术特点

石灰石-石膏湿法脱硫工艺是目前世界上应用最为广泛和可靠的工艺。该工艺以石灰石浆液作为吸收剂，通过石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行洗涤，发生反应，以去除烟气中的SO2，反应产生的亚硫酸钙通过强制氧化生成含两个结晶水的硫酸钙（石膏）。

该工艺类型是：圆柱形空塔、吸收剂与烟气在塔内逆向流动、吸收和氧化在同一个塔内进行、塔内设置喷淋层、氧化方式采用强制氧化，其主要特点为： · 脱硫效率高，可达99.3%以上；

· 除尘效率高，综合除尘效率可达85%以上； · 吸收剂化学剂量比低；

· 液/气比（L/G）低，使脱硫系统的能耗降低；

· 可得到纯度很高的脱硫副产品-石膏，为脱硫副产品的综合利用创造了有利条件；

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· 采用价廉易得的石灰石作为吸收剂；

· 系统具有较高的可靠性，系统可用率可达100%以上； · 对锅炉燃煤煤质变化适应性较好； · 对锅炉负荷变化有良好的适应性。 2）工艺流程及其构成

FGD装置运行时，烟气通过位于吸收塔中部的入口烟道进入塔内。烟气进入塔内后向上流过喷淋段，以逆流方式与喷淋下来的石灰石浆液接触。烟气中的SO2被石灰石浆液吸收并发生化学反应，在吸收塔下部反应池内被鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏晶体。在吸收塔上部，脱硫后的烟气通过除雾器除去夹带的液滴后，从顶部离开吸收塔，最后进入烟囱。 FGD装置所需石灰石吸收剂浆液由石灰石磨制系统制浆，由泵送至吸收塔后进行吸收反应。脱硫反应后所产生的石膏浆液由泵送至石膏浆液旋流站进行初步脱水，再经真空皮带脱水机二次脱水后成为副产物石膏，产品送至石膏仓储存。整个FGD工艺流程包括的主要工艺子系统有：

（1）烟气系统 （2）吸收塔系统 （3）吸收剂制备系统 （4）工艺水系统 （5）石膏脱水系统 （6）浆液排空及回收系统 （7）压缩空气系统

1.2. 吸收塔中SO2、SO3、HF和HCl的溶解

由于吸收塔内充分的气/液接触，在气-液界面上发生了传质过程，烟气中气态的SO2、SO3等溶解并转变为相应的酸性化合物：

烟气中的一些其他酸性化合物如HF和HCl等，在烟气与喷淋下来的浆液相接触时也溶于浆液中形成氢氟酸和盐酸。

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1.3. 酸的离解

SO2溶解后形成的亚硫酸迅速根据pH值按下式进行离解： （较低pH值） （较高pH值）

H2SO4以及溶解的HCl和HF也进行了相应的离解，由于离解反应中产生了H+，因而造成pH的下降。离解反应中产生的H+必须被移除，以使浆液能重新吸收SO2。H+通过与石灰石发生中和反应被移除。 1.4. 与石灰石反应

为了实现中和反应，在浆液中加入了石灰石吸收剂。石灰石溶解后，可以同上述提及的离子发生如下反应：

CaCO3除与可溶酸反应生成CaSO4、CaF2、CaCl2及Ca（HSO3）2外，反应中生成的Ca2+还可以按下式生成可溶的亚硫酸钙：

该反应易于在喷淋吸收区上部发生。由于烟气中SO2较少，因此该部分的浆液pH较高。这能显著降低HSO3-浓度，进而提高脱硫效率并减少喷淋吸收区的结垢问题。

然而在喷淋吸收区下部，如同氧化区一样，较低的pH值导致SO32-浓度显著降低。在该区域，吸收浆液含有少量的亚硫酸钙，而可溶的亚硫酸氢钙则较多。

脱硫效率除部分依赖于pH值以及气/液接触外，还依赖于上述提到的中和反应的速度和石灰石的溶解速度。石灰石的溶解量依赖于H+浓度，随pH下降而上升。钙离子、氯离子和硫酸根离子不利于石灰石的溶解。氯离子通过烟气和回流水进入吸收塔系统，钙离子由吸收剂带入系统，而硫酸根离子则由亚硫酸氧化而来，浆液中氯离子含量由废水排放量加以控制。 1.5. 氧化反应和结晶过程

有些生成的亚硫酸氢根，在喷淋吸收区内被浆液中的氧所氧化。

剩余的亚硫酸氢根在氧化区内可以通过向反应池内充分鼓气而得以氧化。该工艺易于在pH为4和4.5的情况下反应最佳，同时由上式可以看出会产生较多的H+。

这些离子与浆液中含有的过量CaCO3发生中和反应，结果产生了微溶的CaSO4：

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CaSO4的连续生成导致溶液的过饱和，进而产生了石膏晶体：

通过使浆液固含量保持在一定范围内，结晶过程可以得到优化，新生成的石膏可以在已有的石膏晶体晶核上成长。最终产物石膏从系统中排出。 2. 脱硫装置设计条件、脱硫性能要求及设备选型

华电长沙电厂2×600MW机组脱硫装置设计入口烟气参数（设计煤种） 1）设计条件

脱硫装置入口烟气量： 2926620 m3/h，实际氧，湿基 2154261 Nm3/h 标态，湿基，6%O2 1968051 Nm3/h 标态，干基，6%O2 脱硫装置入口烟气温度： 设计值117.5 ℃ 最大值160℃

FGD旁路烟气温度160℃

脱硫装置入口烟气压力： 0Pa 额定工况

烟气中污染物成分（标准状态，干基，6%O2）： SO2 ：2138.7 mg/Nm3 SO3： 31.7 mg/Nm3 Cl（HCl） ：12.9mg/Nm3 NOx ：325mg/Nm3

烟尘浓度（引风机出口）：小于120 mg/Nm3

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2）脱硫装置性能要求 SO2脱除率 ≥95%

FGD出口SO2浓度 设计值107mg/Nm3 FGD出口烟尘浓度小于50mg/Nm3 3）脱硫装置系统设计及主要设备选型

FGD增压风机：流量3301722 m3/h、扬 程3060 Pa 吸收塔：液/气比（L/G） 13 l/Nm3、直径15.4m、高度34m 除雾器：2级、平板式、pp

氧化风机：扬 程128000 Pa、轴功率360 kW

吸收塔循环泵：流量9231 m3/h、扬 程20.5/22.4/24.3m 湿式球磨机：卧式、出力7.6 t/h

真空皮带脱水机：出力19 t/h、脱水面积22 m2 真空泵：水环式、流量6000 Nm3/h、扬 程-40000 Pa 工艺水箱：230 m3

事故浆液箱或池：14×26×6m（深） 3. 脱硫装置实际运行情况

本项目按照项目执行计划顺利完成168小时试验，并经过独立第三方进行了性能试验测试，测试结果显示各项性能指标符合国家环保及合同约定。但是湿法脱硫装置中常见的问题：如废水排放、结垢、堵塞以及腐蚀及磨损等在本项目中均有体现，尽管采取了相应的措施如：对于易腐蚀和磨损的部位或部件应尽量采用防腐、耐磨的材料或采用衬胶的方法，以减少腐蚀和磨损以及减少吸收塔内部的部件等。 4. 结束语

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湿式石灰石石膏法是目前采用最广泛的一种烟气脱硫方法，它具有脱硫效率高，运行稳定，适用范围广等特点，但是在运行中也存在着设备腐蚀、磨损及系统结垢等问题，需要我们在工程实际应用中制定合理的工艺设计方案和操作规范并逐步改善。 参考文献

[1] 舒惠芬.燃煤电厂的SO2控制[J].电力设备，2003，（8）：4～ 8. [2] 吴怀兆.火力发电厂环境保护[M].中国电力出版社，1996. 作者简介：

张斌，男（1978-05），河南周口，本科，研究方向：烟气脱硫技术。