湿式石灰石石膏法脱硫装置在大同第二发电厂的应用.docx
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湿式石灰石石膏法脱硫装置在大同第二发电厂的应用
北京市工业技师学院
机电工程系 系 机电一体化 专业 G1001 级
毕业设计（论文）
题 目:
湿式石灰石/石膏法脱硫装置在大同第二发电厂的应用
姓名 王映翔 学号
指导教师（签名）
二○一三年二月二十二日
湿式石灰石/石膏法脱硫装置
在大同第二发电厂的应用
摘要
我国是燃煤大国，煤炭占一次能源消费总量的75%，这种能耗格局，致使我国二氧化硫好氮氧化物的大气污染日趋严重。
燃煤排放的SO2现居各国首位，NOX排放总量快速增长且难以逆转。
火电行业是我国最主要的燃煤行业，经济快速发展对电力的旺盛需求，现役火电机组的容量、参数结构，日益巨大的环保压力，治理资金的匮乏，这些因素在今后若干年内将是困扰电力工业发展的主要难题。
目前火电厂减排SO2的主要途径有煤炭洗选、洁净煤燃烧技术、燃用低硫煤好烟气脱硫。
受技术经济的综合制约，在未来较长的时间内，控制火电厂SO2排放的主流和根本、有效的手段仍将是烟气脱硫。
当前国际上燃煤电站所采用的烟气脱硫工艺达数百种之多，而投入工业应用较为广泛的不外乎七八种，对此我国已先后建成或在建、拟建了一批烟气脱硫试验项目和示范项目。
目前火电厂NOX排放的措施可分为两类。
一类是燃烧技术措施，即通过运行方式的改进或对燃烧过程进行特殊控制，，抑制燃烧过程中NOX的生成反应；另一类是烟气净化技术，即把已经生成的NOX通过某种手段还原为N2，从而降低NOX的排放量。
山西是电力输出大省，燃煤火力发电机组在电力生产中占绝对优势，引进、消化、吸收国外先进工艺，研究并实现技术和设备的国产化，是火电厂烟气净化技术的主攻方向，也是符合国情、省情的可靠途径。
学习借鉴近年来国内外火电厂烟气脱硫、脱硝方面的技术，有助于治理我省火电厂烟气SO2、NOX的排放，促进脱硫、脱硝技术的创新，不断提高我省电厂清洁生产的工艺水平。
【关键词】:
脱硫吸收塔脱硫率钙硫比PH值
Summary
Ourcoal,coalaccountedfor75%ofthetotalprimaryenergyconsumption,thisenergyconsumptionpattern,resultinginthegoodsulfurdioxide,nitrogenoxideairpollutionisgettingworse.CoalemissionsofSO2arenowfirstinthehighestofanycountry,NOxtotalemissionoffast-growinganddifficulttoreverse.ThermalpowerindustryisChina'smajorcoalindustry,therapideconomicdevelopmentofthestrongdemandforelectricity,thecapacityofexistingthermalpower,theparameterstructure,theincreasinglyhugeenvironmentalpressures,governance,lackoffunding,thesefactorsinthenextfewyearswillbetroubledbypowerthemainchallengesofindustrialdevelopment.
Atpresent,thermalpowerplantemissionsofSO2mainwaysofcleancoalcombustiontechnologyofcoalwashing,burninglowsulfurcoalofgoodfluegasdesulfurization.Bythetechnicalandeconomicconstraints,andcontrolthemainstreamofthermalpowerplantSO2emissionsinthefuturealongtime,andfundamental,effectivemeanswillcontinuetofluegasdesulfurization.Currentlyusedbycoal-firedpowerstationfluegasdesulfurizationprocessforhundredsofspecies,andputintoarelativelywiderangeofindustrialapplications,nomorethanseventy-eightkinds,whichChinahasbuiltorunderconstruction,proposedanumberofsmokegasdesulfurizationpilotprojectsanddemonstrationprojects.
MeasuresofthethermalpowerplantNOXemissionscanbedividedintotwocategories.Oneisthecombustionoftechnicalmeasuresthroughtheimprovementoftheoperatingmodeorspecialcontrolofthecombustionprocess,inhibitionofNOXformationreactioninthecombustionprocess;andtheotheristhefluegaspurificationtechnology,thatofNOXhasbeengeneratedbysomemeansreducedtoN2,thusreducingtheamountofNOXemissions.
Shanxiisthelargestprovinceofthepoweroutput,thedominantcoal-firedthermalpowergeneratingunitsinelectricityproduction,theintroduction,digestion,absorptionofforeignadvancedtechnology,researchandtechnologyandequipmentinChinaisthemaindirectionofthefluegaspurificationtechnology,isalsoinlinewithnationalconditions,thesituationintheprovinceareliableway.Learningtolearnfromathomeandabroadinrecentyearsfluegasdesulfurization,denitrificationtechnology,helpstocontroltheprovincethermalpowerplantfluegasofSO2,NOXemissions,promotedesulfurizationandde-NOxtechnologyinnovation,andconstantlyimprovetheprovincepowerplantcleanproductionleveloftechnology.
【Keywords】:
Desulfurization；absorption；tower；Desulfurization；rate；Calciumsulfurratio；PHvalue
目录
引言1
一、SO2的危害1
二、湿法脱硫技术发展简述2
第一章、石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统简介2
第一节石灰石/石膏湿法烟气脱硫主要特点2
1、石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术特点：
2
2、石灰石/石膏湿法烟气脱硫运行特点：
3
第二节石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统工艺流程4
1、系统基本工艺流程4
第三节吸收塔内部的工艺过程8
1、吸收塔内部的工艺过程8
2、吸收塔内部的主要化学反应8
3、吸收塔内部的工艺设计9
4.技术优点12
第四节湿法烟气脱硫的结垢和堵塞13
第二章大同第二发电厂烟气脱硫工程概述13
第一节概述13
1、脱硫系统概述13
第二节工艺方案特点15
第三节工艺描述15
1、烟气系统15
2、二氧化硫吸收系统16
3、吸收塔系统17
4、浆液再循环系统18
5、氧化空气系统19
6、石膏脱水系统19
7、石膏储运系统20
8、事故浆液系统20
9、真空皮带机脱水原理20
10、真空皮带机设备描述21
11、石灰石浆液制备系统22
12、工艺水系统22
13、压缩空气系统23
14、废水处理系统23
15、控制系统27
第四节脱硫装置的设计参数28
第三章湿法脱硫装置存在的问题30
第一节入炉煤对脱硫装置的影响30
1、存在的问题与影响机理30
2、应对策略30
第二节FGD系统的运行现状和对锅炉的影响31
1、增压风机对锅炉的影响和对策分析31
2、传统增压风机控制系统的不足32
3、降低BUF对锅炉影响的对策33
第三节影响脱硫率的主要因素分析34
1、温度对脱硫率的影响34
2、PH值对脱硫率的影响35
3、钙硫比对脱硫率的影响36
总结37
结束语38
参考文献39
引言
一、SO2的危害
二氧化硫（SO2）又名亚硫酸酐，是一种无色不燃的气体，具有强烈的辛辣、窒息性气味，遇水会形成具有一定腐蚀作用的亚硫酸。
二氧化硫是当今人类面临的主要大气污染物之一，其污染源分为两大类：
天然污染源和人为污染源。
天然污染源由于总量较少、面积较广、容易稀释和净化，对环境危害不太大；而人为污染绝对量大、比较集中、浓度较高，对环境造成的危害比较严重。
SO2主要通过呼吸系统进入人体，与呼吸器官发生生物化学作用，引起或加重呼吸器官的疾病，如鼻炎、咽喉炎、支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、肺癌等，危害人体健康，见表1
表1空气中不同体积SO2分数对人体的危害
体积分数
X10-6
对人体的影响
体积分数
X10-6
对人体的影响
0.01~0.1
由于光化学反应生成分散性颗粒，引起视野距离缩小
10.0~100.0
对动物进行实验时出现种种症状
0.1~1.0
植物及建筑物结构材料遭受损害
20.0
人因受到刺激而引起咳嗽、流泪
1.0~10.0
对人体有刺激作用
100.0
人仅能忍受短时间的操作，咽喉有异常感，喷嚏、疼痛、哑嗓、咳痰、胸痛。
并且呼吸困难
1.0~5.0
感受到SO2气体
5.0~10.0
人在此环境下进行较长时间的操作尚能忍受
400~500
立刻引起人严重中毒，呼吸道闭塞而窒息死亡
二、湿法脱硫技术发展简述
为了控制火电厂SO2排放和污染，自60年代起，世界主要发达国家开始进行大规模火电厂烟气脱硫。
到80年代末，发达国家常规火电厂基本上已实现烟气脱硫技术的普及化，环保效益非常明显。
目前，应用最广的烟气脱硫技术是以石灰/石灰石——石膏湿法脱硫技术，约占总脱硫机组容量的85%以上，其次是旋转喷雾法和炉内喷钙法等半干法和干法脱硫技术。
前者主要应用于大中型火电机组，后者主要应用于中小型调峰和供热机组。
自80年代末起，烟气脱硫技术开始进入新的发展阶段。
研究和开发的重点是水平更高、综合投资和运行费用更低、经济效果更好、适应性和针对性更强的技术，并已取得突破性进展。
这些技术的开发成功，必将对21世纪上半叶的脱硫市场格局产生重大的影响。
第一章、石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统简介
第一节石灰石/石膏湿法烟气脱硫主要特点
1、石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术特点：
1）．高速气流设计增强了物质传递能力，降低了系统的成本，标准设计烟气流速达到4.0m/s。
2）．技术成熟可靠，多于55,000MWe的湿法脱硫安装业绩。
3）．最优的塔体尺寸，系统采用最优尺寸，平衡了SO2去除与压降的关系，使得资金投入和运行成本最低。
4）．吸收塔液体再分配装置，有效避免烟气爬壁现象的产生，提高经济性，降低能耗。
从而达到：
•脱硫效率高达95%以上，有利于地区和电厂实行总量控制；
•技术成熟，设备运行可靠性高（系统可利用率达98%以上）；
•单塔处理烟气量大，SO2脱除量大；
•适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫；
•对锅炉负荷变化的适应性强（30%—100%BMCR）；
•设备布置紧凑减少了场地需求；
•处理后的烟气含尘量大大减少；
•吸收剂（石灰石）资源丰富，价廉易得；
•脱硫副产物（石膏）便于综合利用，经济效益显著。
2、石灰石/石膏湿法烟气脱硫运行特点：
（1）、脱硫效率高。
石灰石（石灰）—石膏湿法脱硫工艺脱硫率高达95以上，脱硫后的烟气不但二氧化硫浓度很低，而且烟气含尘量也大大减少。
大机组采用湿法脱硫工艺，二氧化硫脱除量大，有利于地区和电厂实行总量控制。
（2）、技术成熟，运行可靠性好。
国外火电厂石灰石（石灰）一石膏湿法脱硫装置投运率一般可达98以上，由于其发展历史长，技术成熟，运行经验多，因此不会因脱硫设备而影响锅炉的正常运行。
特别是新建的大机组采用湿法脱硫工艺，使用寿命长，可取得良好的投资效益。
（3）、对煤种变化的适应性强。
该工艺适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫，无论是含硫量大于3的高硫煤，还是含硫量低于1的低硫煤，石灰石（石灰）一石膏湿法脱硫工艺都能适应。
（4）、占地面积大，一次性建设投资相对较大。
石灰石（石灰）一石膏湿法脱硫工艺比其它工艺的占地面积要大，所以现有电厂在没有预留脱硫场地的情况下采用该工艺有一定的难度，其一次性建设投资比其它工艺也要高一些。
（5）、吸收剂资源丰富，价格便宜。
作为石灰石（石灰）一石膏湿法脱硫工艺吸收剂的石灰石，在我国分布很广，资源丰富，许多地区石灰石品位也很好，碳酸钙含量在90以上，优者可达95以上。
在脱硫工艺的各种吸收剂中，石灰石价格最便宜，破碎磨细较简单，钙利用率较高。
（6）、脱硫副产物便于综合利用。
石灰石（石灰）一石膏湿法脱硫工艺的脱硫副产物为二水石膏。
在日本、德国脱硫石膏年产量分别为250万吨和350万吨左右，基本上都能综合利用，主要用途是用于生产建材产品和水泥缓凝剂。
脱硫副产物综合利用，不仅可以增加电厂效益、降低运行费用，而且可以减少脱硫副产物处置费用，延长灰场使用年限。
（7）、技术进步快。
近年来国外对石灰石（石灰）一石膏湿法工艺进行了深入的研究与不断的改进，如吸收装置由原来的冷却、吸收、氧化三塔合为一塔，塔内流速大幅度提高，喷嘴性能进一步改善等。
通过技术进步和创新，可望使该工艺占地面积较大、造价较高的问题逐步得到妥善解决。
第二节石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统工艺流程
1、系统基本工艺流程
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（CaSO4•2H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石。
循环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。
在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。
脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器和真空皮带脱水机。
经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。
同时按特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将烟气加热到80℃以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。
最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。
2、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
同时烟气中的HCL、HF与CaCO3的反应，生成CaCl2或CaF2。
吸收塔中的pH值通过注入石灰石浆液进行调节与控制，一般pH值在5.5—6.2之间。
3、主要工艺系统设备及功能
1）烟气系统
烟气系统包括烟道、烟气挡板、密封风机和气—气加热器（GGH）等关键设备。
吸收塔入口烟道及出口至挡板的烟道，烟气温度较低，烟气含湿量较大，容易对烟道产生腐蚀，需进行防腐处理。
烟气挡板是脱硫装置进入和退出运行的重要设备，分为FGD主烟道烟气挡板和旁路烟气挡板。
前者安装在FGD系统的进出口，它是由双层烟气挡板组成，当关闭主烟道时，双层烟气挡板之间连接密封空气，以保证FGD系统内的防腐衬胶等不受破坏。
旁路挡板安装在原锅炉烟道的进出口。
当FGD系统运行时，旁路烟道关闭，这时烟道内连接密封空气。
旁路烟气挡板设有快开机构，保证在FGD系统故障时迅速打开旁路烟道，以确保锅炉的正常运行。
经湿法脱硫后的烟气从吸收塔出来一般在46—55℃左右，含有饱和水汽、残余的SO2、SO3、HCl、HF、NOX，其携带的SO42-、SO32-盐等会结露，如不经过处理直接排放，易形成酸雾，且将影响烟气的抬升高度和扩散。
为此湿法FGD系统通常配有一套气—气换热器（GGH）烟气再热装置。
气—气换热器是蓄热加热工艺的一种，即常说的GGH。
它用未脱硫的热烟气（一般130～150℃）去加热已脱硫的烟气，一般加热到80℃左右，然后排放，以避免低温湿烟气腐蚀烟道、烟囱内壁，并可提高烟气抬升高度。
烟气再热器是湿法脱硫工艺的一项重要设备，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。
另外，从电除尘器出来的烟气温度高达130～150℃，因此进入FGD前要经过GGH降温器降温，避免烟气温度过高，损坏吸收塔的防腐材料和除雾器。
2）吸收系统
吸收系统的主要设备是吸收塔，它是FGD设备的核心装置，系统在塔中完成对SO2、SO3等有害气体的吸收。
湿法脱硫吸收塔有许多种结构，如填料塔、湍球塔、喷射鼓泡塔、喷淋塔等等，其中喷淋塔因为具有脱硫效率高、阻力小、适应性、可用率高等优点而得到较广泛的应用，因而目前喷淋塔是石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺中的主导塔型。
喷淋层设在吸收塔的中上部，吸收塔浆液循环泵对应各自的喷淋层。
每个喷淋层都是由一系列喷嘴组成，其作用是将循环浆液进行细化喷雾。
一个喷淋层包括母管和支管，母管的侧向支管成对排列，喷嘴就布置在其中。
喷嘴的这种布置安排可使吸收塔断面上实现均匀的喷淋效果。
吸收塔循环泵将塔内的浆液循环打入喷淋层，为防止塔内沉淀物吸入泵体造成泵的堵塞或损坏及喷嘴的堵塞，循环泵前都装有网格状不锈钢滤网（塔内）。
单台循环泵故障时，FGD系统可正常进行，若全部循环泵均停运，FGD系统将保护停运，烟气走旁路。
氧化空气系统是吸收系统内的一个重要部分，氧化空气的功能是保证吸收塔反应池内生成石膏。
氧化空气注入不充分将会引起石膏结晶的不完善，还可能导致吸收塔内壁的结垢，因此，对该部分的优化设置对提高系统的脱硫效率和石膏的品质显得尤为重要。
吸收系统还包括除雾器及其冲洗设备，吸收塔内最上面的喷淋层上部设有二级除雾器，它主要用于分离由烟气携带的液滴，采用阻燃聚丙烯材料制成。
3）浆液制备系统
浆液制备通常分湿磨制浆与干粉制浆两种方式
不同的制浆方式所对应的设备也各不相同。
至少包括以下主要设备：
磨机（湿磨时用）、粉仓（干粉制浆时用）、浆液箱、搅拌器、浆液输送泵。
浆液制备系统的任务是向吸收系统提供合格的石灰石浆液。
通常要求粒度为90％小于325目。
4）石膏脱水系统
石膏脱水系统包括水力旋流器和真空皮带脱水机等关键设备。
水力旋流器作为石膏浆液的一级脱水设备，其利用了离心力加速沉淀分离的原理，浆液流切进入水力旋流器的入口，使其产生环形运动。
粗大颗粒富集在水力旋流器的周边，而细小颗粒则富集在中心。
已澄清的液体从上部区域溢出（溢流）；而增稠浆液则在底部流出（底流）。
真空皮脱水机将已经水力旋流器一级脱水后的石膏浆液进一步脱水至含固率达到90%以上。
5）排放系统
排放系统主要由事故浆池、区域浆池及排放管路组成。
6）热工自控系统
为了保证烟气脱硫效果和烟气脱硫设备的安全经济运行，系统装备了完整的热工测量、自动调节、控制、保护及热工信号报警装置。
其自动化水平将使运行人员无需现场人员配合，在控制室内即可实现对烟气脱硫设备及其附属系统的启、停及正常运行工况的监视、控制和调节，系统同时具备异常与事故工况时的报警、连锁和保护功能。
大同第二发电厂二期吸收塔：
大同第二发电厂二期吸收塔分为除雾区、吸收区、浆池区三部分，吸收塔内部结构见附图。
吸收塔内部结构的工艺设计与吸收塔内部的工艺过程密切相关。
第三节吸收塔内部的工艺过程
1、吸收塔内部的工艺过程
含有污染物的原烟气进入吸收塔内的吸收区，烟气向上流动，加入吸收塔的吸收剂－石灰石浆液通过浆液循环泵由吸收塔的下部抽出送入吸收塔喷淋层，喷淋层喷嘴喷出的雾状浆液向下流动以逆流方式洗涤烟气。
烟气中的污染物SO2、SO3、HCL和HF与浆液中的石灰石反应，烟气中的灰尘随洗涤浆液进入吸收塔浆池。
净化处理后的烟气流经两级除雾器，将清洁烟气所携带的液滴去除。
同时按特定程序用工艺水对除雾器进行冲洗，进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器结垢堵塞，二是冲
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