石膏湿法脱硫技术

石灰石—石膏湿法脱硫技术在云冈热电的应用

摘要：本文主要介绍了云冈热电一期烟气脱硫工程的实施，着重分析了石灰石—石膏湿法脱硫技术的原理以及脱硫各系统组成和功能，为云冈热电二期烟气脱硫工程的实施奠定一个良好的理论基础。

关键词：脱硫石灰石—石膏火电厂环保

1 问题提出

目前全国火电厂二氧化硫排放量占全国二氧化硫排放量的37%，预计2010年将达到60%。对二氧化硫如不加以控制，将造成城市大气污染加剧，二氧化硫超标城市增加，酸雨面积加速蔓延，对人民生命和财产造成严重损害。因此，控制二氧化硫排放已成为社会和经济可持续发展的迫切要求，执在必行。1996年我国颁布的新《大气污染防治法》针对我国酸雨和SO2污染日趋加重的情况，规定对已经产生和可能产生酸雨的地区和其他SO2污染严重地区划定酸雨控制区或者SO2控制区，控制区内新建的不能燃用低硫煤的火电厂和其他大中型企业必须配套建设脱硫和除尘装置，或者采用相应控制SO2的措施；已建成的不能燃用低硫煤的企业应采取控制SO2排放和除尘措施。国家环保局要求在两控区内，要把治理措施作为当地规划的重点内容。而且，按照国家发展计划委员会、财政部、环保总局和国家经贸委联合发布的《排污费征收标准管理办法》中二氧化硫排污费的计算方法计算，山西大唐国际云冈热电有限责任公司（以下简称云冈热电）每年要缴纳大额排污费。因此，不论是从改善当地的环境质量出发，还是从企业的经济利益出发，改造除尘设备，上脱硫设备已迫在眉睫。为此，云冈热电决定进行烟气脱硫改造工程，确保烟气合格排放，减少对环境污染，提高企业经济效益。

2 解决方案

云冈热电通过对脱硫效果、工程造价、能源节约等多方面考虑，决定采用石灰石—石膏湿法脱硫技术，并与有先进技术经验的北京国电清新环保技术工程有限公司（以下简称国电清新）签订了烟气脱硫工程湿法烟气脱硫装置（FGD）技术协议。

3 方案实施

3.1 工程简介

云冈热电一期（2＊200MW）机组烟气脱硫工程为1号机组和2号机组，每台机组配备最大出力为670t/h燃煤锅炉一台，燃煤烟气经静电除尘器除尘后送入烟囱排放，一期工程处理1号和2号机组的燃煤烟气，进行湿法脱硫，脱硫后的烟气在经过烟囱排放。脱硫采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺。每台机组一套湿法烟气脱硫装置（FGD），一炉一塔，石灰石浆液制备、石膏脱水处理、脱硫废水排放等公用系统2台机组公用一套设施，并能满足二期（2＊300MW）脱硫工程的处理能力需要。本期工程计划于2006年5月开工，2006年6月开始安装，2006年11月底完成安装，2006年12月首次接入烟气试运，2006年12底整套系统投运。

3.2 工艺原理

锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、气—气加热器（GGH）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。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。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。再通过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。

3.3 脱硫过程主反应

吸收塔中的SO2的脱除原理如下：

烟气中的SO2与浆液中碳酸钙发生反应，生成亚硫酸钙：

CaCO3+SO2+H2O--->CaSO3·?H2O+?H2O+CO2（1）

通过烟气中的氧和亚硫酸氢根的中间过渡反应，部分的亚硫酸钙转化成石膏，化学上称作二水硫酸钙：CaSO3·?H2O + SO2 + H2O ---> Ca(HSO3)2 + ?H2O (2)

Ca(HSO3) 2 +?O2 +2H2O ---> CaSO4· 2 H2O + SO2 + H2O（3）

吸收塔浆液池中剩余的亚硫酸钙通过由氧化风机鼓入的空气发生氧化反应，生成硫酸钙。在该反应过程中直接的氧化是次要的，而主要是通过亚硫酸氢根与氧气的反应完成：

Ca(HSO3) 2 +?O2 +2H2O ---> CaSO4· 2 H2O + SO2 + H2O（3）

当然，也有其他的反应，如：三氧化硫，氯化氢和氢氟酸与碳酸钙的反应，反应生成石膏和氯化钙和/或氟化钙化合物：

CaCO3 + SO3 + 2 H2O---> CaSO4·2 H2O+CO2 (5)

CaCO3 + 2HCl ---> CaCl2 + H2O + CO2 (6)

CaCO3 + 2HF ---> CaF2+H2O+CO2 (7)

吸收塔浆液池中的pH值通过加入石灰石浆液来控制，在吸收塔浆液池中的反应需足够长的时间以使石膏能产生良好的石膏结晶（CaSO4·2H2O）。

3.4 主要工艺系统及功能

脱硫装置由烟气系统和SO2吸收系统两个主系统，以及石灰石浆液供应系统、事故浆液贮存及石膏排放系统、石膏脱水及贮备系统、工艺水系统、废水处理系统五个辅助系统组成。

3.4.1 烟气系统

烟气系统按一套机组配备一套脱硫装置设计。1号、2号机组烟气引入总烟道，在总烟道上装设旁路挡板，并从总烟道侧引出烟气，烟气通过脱硫装置进口挡板经升压风机后，进入吸收塔。烟气在吸收塔内经湍流器洗涤后，通过除雾器出吸收塔，自吸收塔出来的烟气95%的SO2已被脱除，经脱硫装置出口挡板回到总烟道，并通过烟囱排放。通过控制旁路挡板和脱硫装置进、出口挡板，实现“脱硫装置的运行”和“脱硫装置的旁路运行”。烟气系统流程如下：

电除尘器→吸风机→原烟气总烟道→旁路烟道→增压风机→气—气换热器→吸收塔→洗涤区→喷淋区→除雾器→气—气换热器→旁路烟道→烟气总烟道→烟囱。

3.4.2 SO2吸收系统

SO2吸收系统是整个FGD的核心部分，所有脱除SO2的化学反应都在吸收塔内进行并完成。SO2吸收系统按1、2号机组各配备一套。

SO2吸收系统由吸收塔（包括壳体、湍流器、除雾器）、浆液循环泵及管线等组成。

吸收塔为逆流接触型洗涤反应塔，在吸收塔内将同时完成SO2的溶解、与石灰石浆液的反应、亚硫酸钙的氧化、石膏的结晶等过程。塔的上部为洗涤、溶解、吸收区，该区域布置有湍流层、喷淋层，浆液循环泵将循环浆液（由石灰石浆液、亚硫酸钙和石膏浆液组成）送入喷嘴喷淋，浆液自上而下与自下而上的烟气接触后，汇集在湍流层，进吸收塔烟气与循环浆液运动形成湍流，二者充分接触，洗涤烟气中的尘杂、溶解烟气中的SO2，并与CaCO3发生化学反应而被吸收，生成的CaCO3向下汇集至吸收塔的下部浆池。浆池分为氧化区和结晶区。在氧化区，由氧化风机向浆池鼓送压缩空气，将CaSO3氧化成CaSO4.石膏浆液由结晶区排出经石膏浆液排出泵送至石膏旋流站。在吸收塔上部装有两层除雾器，以除去脱硫净化后烟气夹带的液滴，烟气由塔顶引出，经出口挡板进入总烟道，从烟囱排放。

烟气中的SO2的脱除效率取决于送入吸收塔吸收剂的浆液量和结晶区浆液的PH值。根据烟气中SO2量的变化自动调节吸收剂的加入量和循环浆液的PH值，获得大于95％的脱硫效率。

吸收塔设3层喷淋层并配有足够的喷嘴，同时设有6台浆液循环泵（每层喷淋层一台浆液循环泵，其中备用一台），每个吸收塔3台，满足脱硫装置满负荷运行。吸收塔浆池设置6台搅拌器，每个吸收塔3台，防止浆池沉淀和使CaSO3被氧化空气充分氧化。

SO2吸收系统流程如下：

石灰石浆液输送泵→吸收塔循环泵→喷淋层→吸收塔循环池→石膏浆液输送泵。

3.4.3 石灰石浆液供应系统

石灰石浆液供应系统包括石灰石粉贮藏、石灰石粉制浆、石灰石浆液贮存及输送。石灰石粉制浆为1、2号机组共用。石灰石浆液贮为1、2号机组共用。

FGD系统直接采用的脱硫剂是石灰石粉，它的粒径的90%<63μm。石灰石原料在两台磨机磨制成符合要求的石灰石粉后，送至FGD区域的石灰石粉仓贮存备用。石灰石粉仓顶部配有布袋式除尘器，底部配有流化装置和两台流化风机。

脱硫剂石灰石粉通过制浆装置制成浓度25%的石灰石浆液，将浆液贮存在石灰石浆槽中。

贮存在石灰石浆槽中的石灰石浆液通过3台石灰石浆液泵送入吸收塔，作为脱硫之用。流量是根据FGD运行的综合负荷而自动控制的。

石灰石浆液供应系统流程如下：

石灰石卸料斗→预破碎机→斗式提升机→石灰石料仓→称重皮带给料机→球磨机→石灰石浆液一级循环箱→一级循环泵→一级漩流分离器→二级浆液循环箱→二级循环泵→二级漩流分离器

→石灰石浆液贮箱→浆液输送泵。

3.4.4事故浆液贮存及石膏排放系统

为了满足吸收塔检修排空的需要，FGD系统设置了一个容量与吸收塔浆池容量相当的浆液贮存槽，称作为事故浆槽。该事故浆槽有三台搅拌器，两台石膏浆液外排泵兼作塔池的排空泵，可将吸收塔内的浆液排至事故浆槽。为将事故浆槽的浆液打回至吸收塔，还专门配置一台事故浆液返回泵。

为了收集整个FGD系统包括在吸收塔及事故浆槽的停运或检修时疏排浆液及水冲洗浆液，FGD系统在吸收塔区域和事故浆槽区域分别设置了两个混凝土浆液池坑，浆液地坑排空泵可将池中浆液打入吸收塔。

3.4.5 石膏脱水及贮备系统

吸收塔池内的石膏浆液由3台石膏浆液泵送到磨机循环浆液箱。在磨机循环浆液箱由磨机循环浆液泵将石膏浆液磨为浆液中固体含量为50%至60%的石膏浆液。50%至60%固体含量的石膏浆液自流到石膏浆液箱，然后再通过石膏浆液泵送到真空皮带机进行脱水。磨机循环浆液箱溢流出来的石膏浆液，粒径较小，其大部分返回吸收塔，一小部分通过浆液泵打到废水箱，经旋流浓缩的石膏还返回吸收塔，溢流部分将被收集到废水箱，通过废水泵打到处理系统处理。

3.4.6 工艺水系统

FGD设有专门的工艺水系统，为FGD供水。FGD工艺水主要用于：除雾器冲洗水、石膏冲洗水、FGD系统容器及管道停运时的冲洗水、GGH的高压冲洗水、石灰及石灰石制浆用水。工艺水系统设工艺水箱一个，容积为100m3 ；设除雾器冲洗水泵3台，用于定期冲洗沉积在吸收塔除雾器上的污垢；设工艺水泵3台，为石灰石粉制浆提供性能稳定的水源以及补充吸收塔、冷却流化风机、氧化风机以及设备管道的冲洗水等。

3.4.7 废水处理系统

由于系统会产生一部分废水，其中有些重金属浓度较高，如Cr、Zn、Cu、Hg等，废水pH值在5.6左右。为此该工艺配有一套废水处理系统，使这部分废水达到环境排放要求。

3.5 脱硫装置运行方式

脱硫装置采用计算机集中控制系统，能够自动控制、指示、记录整个过程，使脱硫装置正常运行。并且，无论脱硫装置处于何种状态，都不会对机组及其它机组产生影响。但会通过信息资源共享，将其运行状态告知机组。

脱硫装置由DCS控制系统实现自动控制，通过石灰石浆液流量的控制回路、吸收塔液位控制回路、石膏浆液排除控制回路实现正常稳定运行。另外，脱硫装置设有紧急处理系统和就地控制系统，以应对突发情况。

4 结束语

该脱硫装置的投运，总体除尘效率可达99.65%，接近“零污染排放”，对改善周边大气质量、减轻酸雨污染具有重要意义。同时为云冈热电迈向绿色无污染环保型企业更进一步！

参考文献：

[1] 中国劳动保护科学技术学会，《工业防尘手册》，劳动人事出版社，1989 10

[2] 胡将军，燃煤电厂烟气脱硫技术

[3] 李振中，湿式除尘脱硫一体化技术及应用