IMA煙氣脫硫技術(shù)介紹
瀏覽： 發(fā)布日期：2023-03-24
一、脫硫技術(shù)現(xiàn)狀為了控制大氣中二氧化硫，早在19世紀(jì)人類就開始進(jìn)行有關(guān)的研究，但大規(guī)模開展脫硫技術(shù)的研究和應(yīng)用是從二十世紀(jì)50年代開始的。經(jīng)過多年研究目前已開發(fā)出的200余種SO2控制技術(shù)。這些技術(shù)按脫硫工藝與燃燒的結(jié)合點(diǎn)可分為：①燃燒前脫硫(如洗煤，微生物脫硫)；②燃燒中脫硫(工業(yè)型煤固硫、爐內(nèi)噴鈣)；③燃燒后脫硫，即煙氣脫硫(Flue Gas Desulfurization，簡(jiǎn)稱FGD)。FGD是目前世界上大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式，是控制酸雨和二氧化硫污染的主要技術(shù)手段。
煙氣脫硫技術(shù)主要利用各種堿性的吸收劑或吸附劑捕集煙氣中的二氧化硫，將之轉(zhuǎn)化為較為穩(wěn)定且易機(jī)械分離的硫化合物或單質(zhì)硫，從而達(dá)到脫硫的目的。FGD的方法按脫硫劑和脫硫產(chǎn)物含水量的多少可分為兩類：①濕法，即采用液體吸收劑如水或堿性溶液(或漿液)等洗滌以除去二氧化硫。②干法，用粉狀或粒狀吸收劑、吸附劑或催化劑以除去二氧化硫。按脫硫產(chǎn)物是否回用可分為回收法和拋棄法。按照吸收二氧化硫后吸收劑的處理方式可分為再生法和非再生法（拋棄法）。
1、國(guó)外煙氣脫硫現(xiàn)狀
國(guó)外煙氣脫硫研究始于1850年，經(jīng)過多年的發(fā)展，至今為止，世界上已有2500多套FGD裝置，總能力已達(dá)200，000MW（以電廠的發(fā)電能力計(jì)），處理煙氣量700Mm3/h，一年可脫二氧化硫近10Mt，這些裝置的90%在美國(guó)、日本和德國(guó)。
盡管各國(guó)開發(fā)的FGD方法很多，但真正進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用的方法僅是有限的十幾種。其中濕式洗滌法(含拋棄法及石膏法)占總裝置數(shù)的73.4%，噴霧干燥法占總裝置數(shù)的17.7%，其它方法占9.3%。美國(guó)的FGD系統(tǒng)中，拋棄法占大多數(shù)。在濕法中，石灰/石灰石法占90%以上?？梢?，濕式石灰/石灰石法在當(dāng)今FGD系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位。
盡管各國(guó)在FGD方面都取得了很大的進(jìn)步，但運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)驚人，而且各種方法均有其局限性，因此，至今許多研究者仍在不斷研究開發(fā)更先進(jìn)、更經(jīng)濟(jì)的FGD技術(shù)。
目前工業(yè)化的主要技術(shù)有：
①濕式石灰/石灰石—石膏法 該法用石灰或石灰石的漿液吸收煙氣中的SO2，生成半水亞硫酸鈣或再氧化成石膏。其技術(shù)成熟程度高，脫硫效率穩(wěn)定，達(dá)90%以上，是目前國(guó)內(nèi)外的主要方法。
②噴霧干燥法 該法是采用石灰乳作為吸收劑噴入脫硫塔內(nèi)，經(jīng)脫硫及干燥后為粉狀脫硫渣排出，屬半干法脫硫，脫硫效率85%左右，投資比濕式石灰石-石膏法低。目前主要應(yīng)用在美國(guó)。
③吸收再生法 主要有氨法、氧化鎂法、雙堿法、W-L法。脫硫效率可達(dá)95%左右，技術(shù)較成熟。
④爐內(nèi)噴鈣—增濕活化脫硫法 該法是一種將粉狀鈣質(zhì)脫硫劑(石灰石)直接噴入燃燒鍋爐爐膛的脫硫技術(shù)，適用于中、低硫煤鍋爐，脫硫效率約85%。
2、國(guó)內(nèi)煙氣脫硫現(xiàn)狀
我國(guó)廢氣脫硫技術(shù)早在1950年就在硫酸工業(yè)和有色冶金工業(yè)中進(jìn)行，對(duì)電廠鍋爐燃燒產(chǎn)生煙氣二氧化硫的脫除技術(shù)在二十世紀(jì)70年代開始起步并在國(guó)家“六五”至“九五”期間有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。先后有60多個(gè)高校、科研和生產(chǎn)單位對(duì)多種脫硫工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
盡管我國(guó)對(duì)FGD系統(tǒng)的研究開始得很早，涉及的面也很寬，但大部分技術(shù)只停留在小試或中試階段，遠(yuǎn)未達(dá)到大面積工業(yè)化應(yīng)用的程度。而投入巨資引進(jìn)的示范工程雖然設(shè)備先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn)定，但投資巨大，運(yùn)行費(fèi)用也相當(dāng)高。因此加快對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的消化吸收，使其國(guó)產(chǎn)化、低成本化，是當(dāng)前重要而艱巨的任務(wù)。下表列出了我國(guó)引進(jìn)的部分FGD裝置情況。最近十幾年來，我國(guó)加大了FGD技術(shù)研究的投入，“八五”、“九五”期間不斷有大課題立項(xiàng)支持這方面的研究，取得了可喜的成績(jī)，其中，旋流板塔脫硫技術(shù)就是在這段時(shí)間研究、開發(fā)、發(fā)展起來的。
鈉鈣雙堿法是較為常用的脫硫方法之一，該法在國(guó)外（如日本、美國(guó)）已有大型化成功應(yīng)用，在日本和美國(guó)至少有50套雙堿法脫硫裝置，成功應(yīng)用于電站和工業(yè)鍋爐，較大規(guī)模的有美國(guó) Central Illinois Public Service, Newtow 1#, 575MW。
二、工藝選擇
目前國(guó)內(nèi)外脫硫技術(shù)應(yīng)用廣泛的是濕式石灰石—石膏法，但該技術(shù)工程投資大、運(yùn)行成本高，設(shè)備和管路系統(tǒng)易磨損和堵塞。
雙堿法是先用可溶性的堿性清液作為吸收劑吸收SO2，然后再用石灰乳或石灰對(duì)吸收液進(jìn)行再生，由于在吸收和吸收液處理中，使用了不同類型的堿，故稱為雙堿法。鈉鈣雙堿法是以碳酸鈉或氫氧化鈉溶液為第一堿吸收煙氣中的SO2，然后再用石灰或熟石灰作為第二堿，處理吸收液，再生后的吸收液送回吸收塔循環(huán)使用。由于采用鈉堿液作為吸收液，不存在結(jié)垢和漿料堵塞問題，且鈉鹽吸收速率比鈣鹽速率快，所需要的液氣比低很多，可以節(jié)省動(dòng)力消耗。
因此，本工程采用鈉鈣雙堿法脫硫工藝。
1、 鈉鈣雙堿法工藝反應(yīng)原理
雙堿法煙氣脫硫工藝同石灰石/石灰等其他濕法脫硫反應(yīng)機(jī)理類似，主要反應(yīng)為煙氣中的SO2先溶解于吸收液中，然后離解成H+和HSO3—；
SO2(g)= = = SO2
SO2(aq)+H2O(l) = = =H++HSO3— = = = 2H++SO32-；
式（1）為慢反應(yīng)，是速度控制過程之一。
然后H+與溶液中的OH—中和反應(yīng)，生成鹽和水，促進(jìn)SO2不斷被吸收溶解。具體反應(yīng)方程式如下：
2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
Na2SO3 + SO2 + H2O → 2NaHSO3
脫硫后的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入再生池內(nèi)用另一種堿，一般是Ca(OH)2進(jìn)行再生，再生反應(yīng)過程如下：
Ca(OH)2 + Na2SO3 → 2 NaOH + CaSO3$ U-
Ca(OH)2 + 2NaHSO3 → Na2SO3 + CaSO3·1/2H2O +1/2H2O
( F存在氧氣的條件下，還會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：
Ca(OH)2 + Na2SO3 + 1/2O2 + 2 H2O → 2 NaOH + CaSO4·H2O
脫下的硫以亞硫酸鈣、硫酸鈣的形式析出，然后將其用泵打入石膏脫水處理系統(tǒng)或直接堆放、拋棄。再生的NaOH可以循環(huán)使用。
本工程選擇鈉鈣雙堿法為脫硫工藝，以石灰作為主脫硫劑，鈉堿為助脫硫劑。由于在吸收過程中以鈉堿為吸收液，脫硫系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢等問題，運(yùn)行安全可靠。且由于鈉堿吸收液和二氧化硫反應(yīng)的速率比鈣堿快很多，能在較小的液氣比條件下，達(dá)到較高的二氧化硫脫除率。
2、低阻高效噴霧脫硫工藝
噴淋塔也成為噴霧塔，是在吸收塔內(nèi)上部布置幾層噴嘴，脫硫劑通過噴嘴噴出形成液霧，通過液滴與煙氣的充分接觸，來完成傳質(zhì)過程?？账娏芪账黧w為矩形塔體，塔體內(nèi)配置有多個(gè)高效噴嘴及高效除霧裝置，漿液在吸收塔內(nèi)通過高效霧化噴嘴霧化，霧化覆蓋面積可達(dá)200%，形成良好的氣液接觸反應(yīng)界面，煙氣進(jìn)入塔內(nèi)之后，在塔內(nèi)勻速上升，與霧狀噴液進(jìn)行全面高效混合接觸，脫除SO2等酸性氣體。根據(jù)燃煤含硫量、脫硫效率等，一般在脫硫塔內(nèi)布置幾層噴嘴。噴嘴形式和噴淋壓力對(duì)液滴直徑有明顯的影響。減少液滴直徑，可以增加傳質(zhì)表面積，延長(zhǎng)液滴在塔內(nèi)的停留時(shí)間，兩者對(duì)脫硫效率均起到積極的作用。液滴在塔內(nèi)的停留時(shí)間與液滴直徑、噴嘴出口速度和煙氣流動(dòng)方向有關(guān)。帶霧點(diǎn)的煙氣上升至高效除霧裝置時(shí)，通過除霧裝置的作用，氣液進(jìn)行接觸二次吸收并同時(shí)得到有效分離，從而避免煙氣夾帶霧沫，減少煙氣帶水現(xiàn)象。
空塔噴淋煙氣洗滌技術(shù)是現(xiàn)在國(guó)際國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟，使用空塔噴淋技術(shù)。
1、空塔噴淋是經(jīng)過大型石灰石－石膏法演變而來的噴淋塔，具有很高的脫硫效率，可達(dá)95％;
2、可操作彈性大，對(duì)煤種變化適應(yīng)性強(qiáng)，含硫率在4％以下可確保二氧化硫排放濃度，在鍋爐工況110％以下均能正常等等;
3、系統(tǒng)阻力小，運(yùn)行費(fèi)用低，權(quán)為大型濕法的十分之一;
4、采用進(jìn)口的除霧技術(shù)，煙氣含濕量確保符合要求;
5、不存在堵塞問題;
6、設(shè)備利用率高，與鍋爐同步運(yùn)行;
7、空塔投資與其它塔形相差無幾;
8、運(yùn)行操作簡(jiǎn)便，維護(hù)方便，穩(wěn)定性是其它塔形的三到五倍。
除霧器可安裝在吸收塔上部，用以分離凈煙氣夾帶的霧滴。除霧器出口煙氣濕度不大于75mg/Nm3，分為兩級(jí)布置在脫硫塔上部，設(shè)置兩級(jí)四通道平板式除霧器，一層粗除霧，一層精除霧。
除霧器型式能夠保證其具有較高的可利用性和良好的去除液滴效果，且保證脫硫后的煙氣以一定流速均勻通過除霧器，防止發(fā)生二次攜帶，堵塞除霧器。
除霧器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮了FGD裝置入口的飛灰濃度的影響。該系統(tǒng)還包括去除除霧器沉積物的沖洗和排水系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)根據(jù)給定或可變化的程序，既可進(jìn)行自動(dòng)沖洗，也可進(jìn)行人工沖洗。設(shè)計(jì)了合理的沖洗時(shí)間和沖洗水量，既能沖洗干凈除霧器，又防止生成二次攜帶。
位于下面的第一級(jí)除霧器是一個(gè)大液滴分離器，葉片間隙稍大，用來分離上升煙氣所攜帶的較大液滴。上方的第二級(jí)除霧器是一個(gè)細(xì)液滴分離器，葉片距離較小，用來分離上升煙氣中的微小漿液液滴和除霧器沖洗水滴。煙氣流經(jīng)除霧器時(shí)，液滴由于慣性作用，留在擋板上。由于被滯留的液滴也含有固態(tài)物，因此存在擋板上結(jié)垢的危險(xiǎn)，同時(shí)為保證煙氣通過除霧器時(shí)產(chǎn)生的壓降不超過設(shè)定值，需定期進(jìn)行在線清洗。為此，設(shè)置了定期運(yùn)行的清潔設(shè)備，包括噴嘴系統(tǒng)。沖洗介質(zhì)為工業(yè)水。
一級(jí)除霧器的上下面和二級(jí)除霧器的下面設(shè)有沖洗噴嘴，正常運(yùn)行時(shí)下層除霧器的底面和頂面，上層除霧器的底面自動(dòng)按程序輪流清洗各區(qū)域。除霧器每層沖洗可根據(jù)煙氣負(fù)荷、除霧器兩端的壓差自動(dòng)調(diào)節(jié)沖洗的頻率。
沖洗水由除霧器沖洗水泵提供，沖洗水還用于補(bǔ)充吸收塔中的水分蒸發(fā)損失。
三、脫硫系統(tǒng)組成
脫硫系統(tǒng)的工藝流程圖和平面布置圖見附圖1和附圖2。
整個(gè)工藝由五大部分組成：
1、脫硫劑制備系統(tǒng)
由成品石灰（粒徑小于10mm（100％）的粉狀石灰）運(yùn)至廠里后手工加入石灰消化池進(jìn)行消化，消化后的石灰漿液自流至再生池中進(jìn)行脫硫液再生反應(yīng)。
鈉堿由運(yùn)輸車給料至鈉堿池，在池中與工藝水進(jìn)行混合直至達(dá)到所需的濃度，自流到再生池。
2、煙氣系統(tǒng)
熱煙氣自鍋爐出來后進(jìn)入吸收塔，向上流動(dòng)穿過噴淋層，在此煙氣被冷卻到飽和溫度，煙氣中的SO2等污染物被脫硫液吸收。經(jīng)過噴淋洗滌后的飽和煙氣，經(jīng)除霧器除去水霧后，通過煙道經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排空。
從鍋爐出口至脫硫塔進(jìn)口段的連接煙道采用A3鋼制作，并根據(jù)需要設(shè)置膨脹節(jié)。連接煙道上設(shè)有擋板系統(tǒng)，以便于煙氣脫硫系統(tǒng)事故時(shí)旁路運(yùn)行。擋板采用手動(dòng)抽板閥門，包括1個(gè)入口擋板、1個(gè)旁路擋板和1個(gè)脫硫裝置出口擋板。在正常運(yùn)行時(shí)，入口擋板和出口擋板開啟，旁路擋板關(guān)閉。在故障情況下，開啟煙氣旁路擋板，關(guān)閉入口擋板和出口擋板，煙氣通過旁路煙道繞過煙氣脫硫系統(tǒng)直接排到煙囪。
3、SO2吸收系統(tǒng)
在吸收塔內(nèi)，脫硫液中的氫氧化鈉與從煙氣中捕獲的SO2、SO3、HF、HCl等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉等物質(zhì)。脫硫后的凈煙氣通過除霧器除去氣流中夾帶的霧滴后排出吸收塔。
采用噴淋塔作為吸收塔，噴淋塔是目前中小型鍋爐脫硫裝置中應(yīng)用較為廣泛的脫硫塔，其具有氣液流通量大、壓降低、操作彈性寬、不易堵、效率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
吸收塔脫硫主要反應(yīng)原理如下：
a）吸收
在吸收塔中，煙氣中的SO2和SO3按照以下反應(yīng)式被溶液中的水吸收：
SO2 + H2O<==> H2SO3
SO3 + H2O<==> H2SO4
b）中和反應(yīng)
H2SO3和H2SO4必須很快被中和以保證有效的SO2和SO3.吸收。
H2SO3、H2SO4 、HCl和HF與懸浮液中堿按以下反應(yīng)式發(fā)生反應(yīng)：
Na2CO3 + H2SO3 <==>Na2SO3+CO2 +H2O
Na2CO3 + H2SO4 <==> Na2SO4 + CO2 + H2O
Na2CO3 + HCl <==> NaCl +CO2 +H2O
Na2CO3 + HF <==>NaF +CO2 +H2O
c）副反應(yīng)
煙氣中所含的氧量將把脫硫反應(yīng)中生成的亞硫酸鈉(Na2SO3)氧化成硫酸鈉(Na2SO4)：
2 Na2SO3+O2 <==>2 Na2SO4
4、脫硫液循環(huán)系統(tǒng)與脫硫渣處理系統(tǒng)
泵前池的脫硫液通過循環(huán)水泵泵送到脫硫塔內(nèi)與煙氣接觸反應(yīng)后，從脫硫裝置底部排出，排出的含有CaSO4、CaSO3及少量粉塵渣（大部分煙塵在原除塵器中除去）的混合渣漿液體進(jìn)入再生池、沉淀池，與從石灰漿液池過來的石灰漿液發(fā)生再生反應(yīng)，并進(jìn)行脫硫副產(chǎn)物的沉淀，上清液流經(jīng)泵前池，經(jīng)沉淀后的池底渣漿由人工清出，濾液返流回泵前池，由循環(huán)水泵抽送到脫硫裝置進(jìn)行脫硫循環(huán)利用。
5、電氣控制系統(tǒng)
①供電方式
系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)力設(shè)備為分散式布置，均為三相電源供電，廠內(nèi)民用動(dòng)力和民用照明為單路三相電源供電分配使用，設(shè)計(jì)處理系統(tǒng)供電采用放射式供電方式，優(yōu)點(diǎn)是安全可靠。
②接地系統(tǒng)
處理系統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)接地接零保護(hù)采用TN--C--S系統(tǒng)，所有電氣設(shè)備金屬外殼均需可靠接地和接零，民用動(dòng)力、照明接地接零保護(hù)采用TT系統(tǒng)。
③低壓配電位置的確定
設(shè)計(jì)要求低壓配電位置盡可能靠近負(fù)荷中心，由于區(qū)內(nèi)大功率用電設(shè)備主要為循環(huán)泵、渣漿泵等，其它動(dòng)力及照明負(fù)荷較小，故在泵房?jī)?nèi)設(shè)一電控室，安裝電源總柜、動(dòng)力柜和儀表柜等。
④動(dòng)力設(shè)備起動(dòng)和控制方式
§所有動(dòng)力設(shè)備均設(shè)有欠壓、短路和過載保護(hù)，電源總柜設(shè)過流保護(hù)。
§民用動(dòng)力和民用照明設(shè)有短路、過載和漏電保護(hù)。
§動(dòng)力電纜采用鎧裝電纜沿電纜溝暗敷設(shè)，無電纜溝地方軟電纜和信號(hào)電纜均采用穿鋼管埋地暗敷設(shè)，電纜溝支架均可靠接地，形成接地網(wǎng)。
脫硫系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備間電纜的設(shè)計(jì)、供貨由供方負(fù)責(zé)。供貨及島外部分（分界點(diǎn)為脫硫島外1米）的敷設(shè)由業(yè)主方負(fù)責(zé)。
四、本技術(shù)工藝的主要優(yōu)點(diǎn)
Ø 工藝先進(jìn)，技術(shù)指標(biāo)完全能滿足環(huán)保要求和廠家要求；
Ø 采用特制進(jìn)口高效、防腐、耐磨噴頭，噴霧液滴800～1200μm，具有大的比表面積，同時(shí)又不易引起二次夾帶；
Ø 脫硫效果好，脫硫效率達(dá)65%～95%，脫硫塔煙所出口濃度不高于130mg/m3；
Ø 投資省、運(yùn)行費(fèi)用低，具有良好的經(jīng)濟(jì)性；
Ø 防結(jié)垢、防堵性能好，運(yùn)行穩(wěn)定，安全性能高；
Ø 防腐性能好，使用壽命長(zhǎng)（主體設(shè)備在20年以上）；
Ø 阻力小，壓降低（濕法脫硫系統(tǒng)小于1000Pa）；
Ø 操作彈性寬，運(yùn)行管理方便，系統(tǒng)簡(jiǎn)便，投資省；
Ø 可確保風(fēng)機(jī)安全可靠長(zhǎng)期運(yùn)行。
