石灰石-石膏法烟气脱硫系统

石灰石-石膏法烟气脱硫系统

孙威赖志强徐丹许文斐赵磊

中国重型机械研究院股份公司陕西西安710000

摘要：石灰石-石膏烟气脱硫系统是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。它的工作原理是：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的SO2与浆液中的CaCO3及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成CaSO4，CaSO4达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。石灰石-石膏烟气脱硫系统由烟气系统、吸收塔及氧化空气系统、石灰石上料及浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统等组成。

关键词：石灰石-石膏；脱硫；工艺系统

Abstract:Limestone-gypsumfluegasdesulfurizationsystemisthemostwidelyuseddesulfurizationtechnologyintheworld.About90%ofthefluegasdesulfurizationdevicesusedinthermalpowerplantsinJapan,GermanyandtheUnitedStatesadoptthistechnology.Itsworkingprincipleisthattheslurrymadeoflimestonepowderwithwaterispumpedintotheabsorptiontowerasanabsorbenttofullycontactandmixwiththefluegas.TheSO2inthefluegasreactswithCaCO3intheslurryandtheairfromthelowerpartofthetowertoproduceCaSO4.AftertheCaSO4reachesacertainsaturation,thedihydrategypsumiscrystallized.Thelimestone-gypsumfluegasdesulfurizationsystemiscomposedoffluegassystem,absorptiontowerandoxidationairsystem,limestonefeedingandslurrypreparationsystem,gypsumdehydrationsystemanddischargesystem.

Keywords:limestone-gypsumdesulfurizationprocesssystem

石灰石-石膏湿法烟气脱硫是当前最广泛使用的脱硫技术。尤其近年来，随着对工艺不断优化、改进，其在环保、成本、使用操作方面优势愈发明显：

（1）高达95%以上的脱硫效率，很好的满足了环境保护的要求；（2）吸收塔处理量大，满足现在大容量锅炉大烟气量的处理；（3）满足各种煤种的烟气处理，适用范围广范；（4）脱硫吸收剂为石灰石，成本低，易获取；（5）技术较为成熟，设备简单，易操作，运行可靠性高；（6）脱硫形成的副产物石膏可以进行利用，提高了经济效益。

虽然石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术一直在不断的发展，但其遵循的理论基础并没有改变。通过对其化学反应机理及工艺流程的深入了解，不仅有助于生产中的调节控制及异常现象的分析处理、措施制定，更是系统优化改造的理论基础。

石灰石/石膏湿法脱硫工艺是以石灰石溶解后制成的碱性溶液作为吸收剂对烟气中含有的酸性气体污染物（SO2）进行吸收处理的一种工艺。

石灰石（石灰）/石膏湿法脱硫工艺系统主要有：烟气系统、吸收氧化系统、浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统组成。其基本工艺流程如下：

锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、GGH(可选)降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3、HCL和HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏（CaSO42H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石。

1.1烟气系统

烟气系统主要包括烟道及各膨胀节、如设有增压风机还有风机挡板等，如设有GGH烟气换热器还包括有GGH换热器及其辅助系统。另外现在的脱硫系统已取消旁路挡板，当系统发生故障时为了保证脱硫系统的安全，在脱硫烟道入口还设有事故喷淋降温系统。锅炉烟气进入吸收塔系统。烟气经过风机加压进入吸收塔反应后从烟囱排入大气;当脱硫系统发生故障或系统无法继续运行时，在锅炉正常停运前，烟道上的事故喷淋系统启动，确保脱硫设备的安全。

1.2.吸收塔及氧化空气系统

吸收塔系统是整个脱硫系统的核心。主要包括设备浆液循环泵、氧化风机，扰动系统(搅拌器或扰动本)、石膏浆液排出泵。吸收塔由吸收区、氧化区和结晶区组成。在吸收塔的吸收区，浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。烟气与浆液接触发生反应烟气中的SO2和其他有害气体和粉尘被除去。在吸收塔浆液池中，亚硫酸钙被鼓入的氧化空气氧化生成CaSO4。同时氧化生成CaSO4结晶生成石膏，通过石膏浆液输送泵排出吸收塔送去石膏脱水系统，同时新鲜的石灰石浆液加入浆池，补充系统反应消耗掉的石灰石。

脱硫过程主反应：

1）SO2+H2O→H2SO3吸收；2）CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O中和；3）CaSO3+1/2O2→CaSO4氧化；4）CaSO3+1/2H2O→CaSO3•1/2H2O结晶；5）CaSO4+2H2O→CaSO4•2H2O结晶；6）CaSO3+H2SO3→Ca(HSO3)2pH控制

吸收塔系统的启停程序

启动:晶种准备吸收塔搅拌器循环泵依次启动除雾器冲洗石膏排出泵石灰石供浆氧化风机自动调节系统投入

关闭:自动调节系统退出氧化风机关闭石灰石供浆停止除雾器冲洗停止石膏排出泵停止循环泵依次停止

运行过程中需重点注意一下几方面的控制：

吸收塔系统主要运行参数的控制、吸收塔液位控制、石灰石供浆流量控制、石膏排出量控制。

1.3.石灰石上料及浆液制备系统

石灰石上料及浆液制备系统主要是向吸收系统提供合格的石灰石浆液。球磨机分干式磨和湿式磨两种，干式磨能耗大，运行噪声大，所以一般采用湿式磨。主要设备有湿式球磨机、振动给料机、斗式提升机、仓顶皮带机、石灰石浆液箱、石灰石浆液输送泵。石灰石原料要求直径不大于20mm，由振动给料机→斗式提升机（气力输送管）→仓顶皮带输送机送入石灰石贮仓，再由称重给料机送入湿式球磨机，磨制好的石灰石浆液通过磨机浆液再循环泵送入旋流器，合格的浆液送至石灰石浆液箱（如原料为石灰石粉可调整简化以上各设备）。石灰石浆液由石灰石浆液输送泵从浆液箱送至吸收塔，补充因与SO2反应而消耗了的吸收剂。

1.4.石膏脱水系统

石膏脱水系统是处理脱硫副产物的系统。主要设备包括真空皮带脱水机、石膏浆液输送泵及相应的浆液箱。从吸收塔中抽出的浆液将被送至石膏旋流器。一定量的石膏浆液则被连续地从浆池中抽出，并送入石膏旋流器进行一级脱水处理，通过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），含有这些细小固体颗粒的浆液大部分返回吸收塔继续进行吸收、氧化和结晶反应，少部分则作为脱硫废水排放，以防止那些不需要的杂质，如氯化物和一些不溶性组分如氧化铁、氧化铝和硅酸盐等在吸收塔中的积累浓度过高；浓缩的石膏浆液（含固量为45%~60%）主要含有粗石膏颗粒，从石膏旋流器的底流口排出，送入真空皮带机二级脱水单元进一步处理，产生含水率小于10%（重量比）的成品石膏作为副产品最终排出。

1.5工艺水系统

工艺水系统主要由工艺水箱、工艺水泵、急冷水泵和除雾器冲洗水泵等组成。工艺水泵主要提供吸收塔补水、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、所有浆液输送泵、输送管路、浆液箱的冲洗水及浆液泵的机封冷却水；急冷水泵可在突发事故状态烟气温度过高的情况下提供应急冷却水；除雾器冲洗水泵主要提供除雾器冲洗水。

1.6排放系统

经过净化处理的烟气流经除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按设定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。

在吸收塔出口，烟气一般被冷却到46—55℃左右，且为水蒸气所饱和。通过GGH的热烟气（130～150℃）将烟气加热到80℃以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。由于热端烟气含硫最高、温度高，而冷端烟气温度低、含水率大，故气—气换热器的烟气进出口均需用耐腐蚀材料，如搪玻璃、柯登钢等，传热区一般用搪瓷钢。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。

通过以上对石灰石-石膏湿法烟气脱硫化学反应机理、工艺流程及操作过程注意问题的阐述可对环保设计人员提供一个基本思路及对环保设备现场操作人员运行过程中对设备进行更好的操作。

参考文献

[1]曾庭华,杨华,廖永进,郭斌.湿法烟气脱硫系统的调试、试验及运行2008;

[2]周林伟.电力设备.2017（20）;

[3]邱丽霞.热力发电厂.中国电力出版社，2008;

[4]曾庭华，廖永进.连州电厂石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺流程分析.电力科技与环保,2001