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鍋爐脫硫除塵
閱讀：2799發(fā)布時間：2013-7-17
鍋爐脫硫除塵
1、工藝原理描述：
石灰石'>石灰石漿液洗滌系統(tǒng)的化學性能可以用SO2的脫除效率和無結(jié)垢的運行程度表示。一個給定的系統(tǒng)的，考慮到它能在的O2和SO2氣體濃度的范圍內(nèi)以及在由煙氣、飛灰和補充所含雜質(zhì)中來的氯或硫酸鹽積聚的程度上運行。的化學變量有：磨碎的石灰石'>石灰石的性質(zhì)、EHT的體積、漿液的含固量以及任選的工藝，如強制氧化、雙回路洗滌等。其他變量有：液-氣比（L/G）、石灰石利用率（或PH值）及可溶解的堿性添加劑、緩沖添加劑和氧化抑制劑/催化劑等的濃度。
石灰石的溶解
在洗滌塔和EHT內(nèi)均會發(fā)生石灰石的溶解。zui的狀態(tài)是約有一半的石灰石能在洗滌塔內(nèi)溶解，從而使SO2脫除率和PH值zui大化但又防止CaSO3結(jié)垢。在實際中，洗滌塔已溶解的那部分是隨未反應過的石灰石漿液的量而變化的。當有大量過剩石灰石時，幾乎所有的溶解都發(fā)生在洗滌塔內(nèi)。當過剩石灰石未幾時，多數(shù)石灰石在EHT內(nèi)溶解。
平衡
當有大量過剩石灰石或有一個巨大的EHT時，EHT內(nèi)的溶液會與CaCO3平衡，如下式所示：
CaCO3（固）+2H→Ca+++CO2+H20
aH + =K[Ca++]0.5/Pco2 0.5
平衡時的PH值取決于已溶解的鈣離子濃度以及溶液上面的CO2平衡分壓。由于已溶解的鈣因下式而還原，顧CaCL2的積聚趨向于給出較的PH值：
CaSO4（固） ←→Ca+++SO4=
石灰石在EHT或罐中溶解所產(chǎn)生的CO2通常會被洗滌塔內(nèi)的煙氣從溶液中剝離出來。除非CO2蒸汽的壓力大于1個壓，否則幾乎沒有CO2會從EHT中開釋出來。進進EHT的溶液也許已在煙氣的條件（約0.1個壓）達到SO2的飽和狀態(tài)。當CaCO3在EHT內(nèi)溶解時，CO2就積聚在EHT內(nèi)的溶液中。這樣，EHT內(nèi)平衡的CO2會壓就取決于石灰石溶解在EHT內(nèi)的量。所吸收的SO2量以及每次通過洗滌塔所溶解的石灰石。因此，EHT的平衡PH值趨于較值。這是由于較少的過剩石灰石（大部分溶解在EHT內(nèi)了）、較的液體循速度或較的SO2氣體濃度（較的make-per-pass）。Ca離子濃度和CO2會壓的組合作用會導致EHT內(nèi)的平衡PH值達到5.5~6.5。
PH值和過剩石灰石的影響
洗滌溶液的PH值經(jīng)常是所脫除HSO3—-和SO3=濃度的一個直接指示器。由于溶液有與CaCO3固體想平衡的趨向：可能通過溶解，也可能通過；因此HSO3—-的濃度大致上因這種平衡而與PH值相關聯(lián)：
CaSO3（固）+H+←→Ca2++HSO3—
[HSO3— ]= K[H+]/[Ca++]
由于系統(tǒng)內(nèi)一點上的較PH值總是給出較的HSO3—，它會阻止水解反應，因而也叫降了因子和SO2的脫除。
洗滌塔處的PH值也是一個過剩石灰石的顯示器：的PH值顯示出多的過剩CaCO3。當溶液通過洗滌塔時，PH值的下降取決于石灰石溶解并使溶液堿性得到補充的程度。有大量過剩CaCO3時，整個洗滌塔內(nèi)保持較的PH值和的HSO3—濃度；而當過剩CaCO3未幾時，PH值就下降，HSO3—濃度就增加，由于SO2被吸收了。在沒有CaCO3未幾時，CaSO3會溶解并使HSO3—的濃度大：
CaSO3+SO2+H2O→Ca2++2HSO3—
一般，SO3=的濃度不是PH值的函數(shù)，由于它趨向于被平衡所控制：
CaSO3（固）←→Ca2++SO3=
然而，在PH值較時，CaSO3趨向于在洗滌塔內(nèi)，從而使SO3= 濃度較；當PH值時，CaSO3趨向于溶解，需要較的SO3= 濃度。
CaSO3的結(jié)垢
亞硫酸鹽固體產(chǎn)物CaSO3·1/2H2O的相對飽和度大地取決于PH值，由于其溶解度受下列平衡的支配：
CaSO3+H+←→Ca+++HSO3-
進進洗滌塔的溶液，其CaSO3應稍微有些過度飽和。當溶液通過洗滌塔時，由于SO2的吸收，HSO3-濃度增加了；由于CaSO3或CaCO3的溶解，Ca++濃度增加了；但是PH值卻下降了，由于SO2吸收獲為HSO3-把H+加到溶液中往了。因此，離開洗滌塔的CaSO3的RS取決于PH值下降被CaCO3中和的程度。如只有少數(shù)CaCO3被溶解，CaSO3的RS會大并產(chǎn)生CaSO3固體及洗滌塔的，這些條件可能會、也可能不會導致結(jié)垢。
Shawnee的運行情況顯示：要使除霧器性能可靠，避過剩的CaCO3（Head,1976）。過剩CaCO3的存在會導致CaSO3在除霧器內(nèi)從而產(chǎn)生一種“粘滯”的泥漿沉積層。在Shawnee，除霧器保持得干凈，其石灰石利用率大于85。這一結(jié)果在于使用了Frendonia生產(chǎn)的石灰石。反應性較差或較粗的石頭應該能使設備以較的利用率可靠地運行。有一個潛伏的題目是雙回路洗滌中的PH值回路中存在大量的未進行過反應的石灰石。
強制氧化的作用
向EHT注進空氣而使亞硫酸鹽氧化，或者作為煙氣中較的SO2/O2比例的結(jié)果而使亞硫酸鹽氧化，經(jīng)常能SO2的吸收（Borgwardt,1978）。氧化使溶液中重亞硫酸鹽的濃度降，從而因水解反應而使SO2通過液膜的擴散使以進步（Chang和Rochelle,1980）；
SO2+H2O→H++HSO3-
這一點在PH值較（4~5）及CaSO3固體導致較的HSO3- 濃度時尤為真實。
脫硫
SO2的脫除直接與石灰石的利用率、粒徑及洗滌塔內(nèi)的固體濃度有關。相對較的石灰石利用率、較細的粒子和較的固體濃度有利SO2的脫除。EHT較大的體積也有助于脫硫。的L/G比不僅會靠物理作用增加質(zhì)量的傳遞，而且會靠降時CaCO3溶解的需要和靠降洗滌塔內(nèi)重亞硫酸鹽的濃度來進步脫硫效率。這些變量都會在洗滌塔內(nèi)產(chǎn)生較的PH值和較的重亞硫酸鹽的濃度，這兩種現(xiàn)象會促使SO2通過水解反應以重亞硫酸鹽的形式作液相擴散：
SO2+H2O←→H++HSO3-
堿性和緩沖添加劑能在不降石灰石利用率的情況下進步脫硫效率。堿性添加劑會產(chǎn)生濃度的已溶解硫酸鹽，后者會通過下式所示的固/液平衡引起濃度的亞硫酸鹽（SO3=）：
CaSO3（固）+SO4=←→CaSO4（固）+SO3=
亞硫酸鹽和基本的緩沖核素（A-）都能與SO2反應，從而進步它作為重亞硫酸鹽的液相擴散：
A-+SO2+H20←→HA+HSO3-
當SO2的吸收被控制在是由液膜擴散而不是由氣膜擴散時，這些添加劑起到的作用zui大。
雙回路洗滌和其他工藝的選用會導致洗滌塔內(nèi)較的石灰石利用率，因此，當系統(tǒng)中的石灰石利用率給定時，它們會進步脫硫效率。
洗滌回路中的強制氧化可除往洗滌塔輸進液中的已溶解重亞硫酸鹽，從而進步脫硫效率。這也通過水解反應進步了質(zhì)量傳遞。
在較的SO2氣體濃度情況下，脫硫效率往往較。在較SO2濃度時，由于水解反應以及亞硫酸鹽的反應，往往通過液膜的擴散有較大的進步。在100~500PPM SO2的范圍內(nèi)，SO2的脫除受氣膜擴散的控制。
對煙氣、飛灰、補充水和堿性添加劑中的可溶鹽類來說，它們會與氯發(fā)生強的相互作用并造成硫酸鹽的積聚。可溶解的Na+、Mg++和CL-離子存在時，硫酸鹽的積聚可由液體因素（LGF）得出：
LGF=Mg+++2 Na+ -2CL-
因此，在LGF正的范圍內(nèi)，較的氯值趨向處降溶液內(nèi)硫酸鹽的積聚以及它對SO2脫除的正面影響。
無結(jié)垢的運行
要進行無結(jié)垢的運行，EHT的和控制做到在回到洗滌塔或從洗滌塔流出的溶液中，均沒有CaSO3或CaSO4過分的過度飽和。
相對較大的EHT體積和較的固體濃度會降儲罐處的過度飽和，也相應會降離開洗滌塔的過度飽和。固體濃度的增加會由于控制了洗滌塔的而再一次降洗滌塔的過度飽和。
的石灰石利用率或石灰石細粒的蒙蔽會導致CaSO3在洗滌塔內(nèi)的結(jié)垢，而反過來又會使CaSO3，其化學計量式如下：
CaCO3（固）+SO2←→CaSO3（固）+CO2
洗滌塔內(nèi)CaCO3適中的溶解導致合格的化學計量式：
CaCO3+2SO2+H2O←→Ca+++2HSO3-+SO2
需要有較的液---氣比（L/G）來降石膏（CaSO4·2H20）通過洗滌塔時其飽和度的增加。L/G比的增加降了SO2 make-per-pass, 因而降了CaCO3溶解的克分子/升數(shù)和硫酸鹽的形成。
煙氣中較的O2/SO2比或一種有效氧化抑制劑（如硫代硫酸鈉）的使用，由于會使固體的氧化率降到15~20以下而防止石膏的或結(jié)垢。在這些條件下，硫酸鈣與CaSO3固體成一個固溶體，而石膏的飽和度可遠遠小于1。
2、濕法脫硫工程可以分為以下幾個系統(tǒng)：
1）、煙道系統(tǒng)
來自鍋爐引風機的煙氣在脫硫系統(tǒng)不運行時直接進進煙囪；當FGD裝置運行時，100的煙氣進進脫硫系統(tǒng)進行脫硫，其切換通過三臺煙道擋板實現(xiàn)。
當脫硫系統(tǒng)運行時，吸收塔旁路擋板封閉，擋板、擋板打開，煙氣通過增壓風機增壓后進進吸收塔，完成脫硫后通過吸收塔擋板進進煙囪；當脫硫系統(tǒng)不運行時，吸收塔進、擋板封閉，旁路擋板打開，原始煙氣從鍋爐引風機出來后直接通過旁路擋板進進煙囪。
由于煙氣脫硫（FGD）系統(tǒng)都會產(chǎn)生大約2000~4000Pa左右的壓力降（系統(tǒng)配置不同產(chǎn)生的阻力降也不同）。在大多數(shù)這種情況下，現(xiàn)有的鍋爐引風機（ID）不足以彌補系統(tǒng)的阻力損失。為了克服FGD的壓力降，就有必要安裝增壓風機。FGD系統(tǒng)所用的增壓風機普遍都成帶液力調(diào)節(jié)的軸流式風機。
脫硫風機安裝在混凝土基礎上。為了避讓振動擴散到四周并引起鄰近設備出現(xiàn)毛病，基礎上應配備減振器。
脫硫系統(tǒng)設置100容量的旁路煙道，當FGD裝置停運時，旁路擋板門全開，FGD裝置進擋板門封閉，煙氣通過煙道從煙囪直接排進，增壓風機的進都設有膨脹節(jié)，根據(jù)膨脹量在煙道上設有膨脹節(jié)并在合適區(qū)域設有酸水的導淋管，導淋與煙道焊接的接管材質(zhì)采用不銹鋼，酸水排進地溝用的是PP管。
有關煙氣換熱器的說明：通常情況下，在煙道煙氣洗滌以后，進到煙囪以前，煙道氣再加熱到80℃左右（圖3）。zui常見的再加熱器是以蓄熱氣體為熱媒的氣體加熱器（GGH）。其工作原理是利用經(jīng)過脫硫的*氣吸收進進系統(tǒng)的沒有經(jīng)過脫硫的原始煙氣的熱量使自身溫度上升到規(guī)定的80℃，同時原始煙氣由于放熱其溫度降到100℃以下，這樣在原始煙氣進進吸收塔系統(tǒng)后其煙氣溫度的波動就相對減小，對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定的作用。
2）、吸收塔系統(tǒng)
美DUCON公司的文丘里吸收塔，其與常規(guī)空塔噴淋系統(tǒng)相比zui大的區(qū)別就在于其在漿液噴淋層與吸收塔煙氣之間增加了兩層文丘里層，其作用是通過制造湍流加強氣液傳質(zhì)效果。
（1）吸收塔分為以下3個區(qū)域：
①吸收區(qū)
對于DUCON公司的文丘里吸收塔，其吸收區(qū)由兩部分組成。除了常規(guī)的噴淋層以外，還有一個由兩層文丘里棒組成的文丘里棒層。其結(jié)構(gòu)比較簡單，直接作用是減小了吸收塔內(nèi)煙氣的流通面積，進步了煙氣通過該區(qū)域時的流速，在噴淋漿液著落經(jīng)過文丘里區(qū)域時，由于煙氣流速較，在該區(qū)域形成一個氣液相持并造成強烈的氣液湍流接觸，進一步促進煙氣中酸性組分向循漿液的傳質(zhì)，同時使?jié){液中溶解的SO2等酸性組分部分發(fā)生化學反應轉(zhuǎn)化為亞硫酸鹽，減少溶解在漿液中的氣態(tài)SO2等酸性組分的濃度，進步煙氣中的SO2等酸性組分向漿液擴散的傳質(zhì)推動力。
每臺吸收塔設有3臺循泵，分別為3層噴淋層提供霧化漿液，煙氣進進吸收塔后，與吸收塔噴淋漿液逆流接觸，其中的SO2等酸性組分與噴淋漿液充分接觸，并被其吸收溶解進進漿液，然后隨漿液進進氧化漿液池進行進一步的化學反應轉(zhuǎn)化為CaSO3和CaSO4 ，從而達到脫硫的目的。
②循漿液池
煙氣進進吸收塔后，與噴淋漿液逆流接觸，其中的酸性組分溶解進進噴淋漿液，并隨噴淋漿液一起進進氧化漿液池，在其中發(fā)生復雜的物理、化學變化，*轉(zhuǎn)化為石膏晶體。
關于石膏的，通常采用強制氧化的方法，即采用常規(guī)吸收塔的曝氣管鼓泡系統(tǒng)或采用德EKATO公司的Winjet系統(tǒng)。兩種各有缺點：
曝氣管鼓泡系統(tǒng)由于采用針對整個吸收塔底部均勻展設，所以具有氧化空氣從吸收塔底部平行向上擴散、分布均勻等特點，其缺點就是系統(tǒng)太過復雜，、維護不方便；
Winjet系統(tǒng)則是將氧化空氣送到側(cè)進式攪拌器前方，依靠側(cè)進式攪拌器的旋轉(zhuǎn)作用將其擊碎成小氣泡并隨池內(nèi)漿液流向在漿液池中彌散，具有系統(tǒng)簡單、維護方便等點。
循漿液池的用途包括：
· 將亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽
· 溶解新石灰石
· 在石膏形成時使硫酸與溶解的石灰石發(fā)生反應，
· 天生石膏晶體。
③除霧區(qū)
由于煙氣經(jīng)過吸收區(qū)時與噴淋漿液充分接觸，煙氣達到飽和濕度，同時煙氣中攜帶有大量液滴，為避這些液滴進進后級系統(tǒng)造成堵塞以及腐蝕后級相關設備，在吸收塔上部，煙氣直接流經(jīng)兩個水平安裝的除霧器以使水滴含量減zui少。
（2）在吸收塔系統(tǒng)工作時發(fā)生的物理、化學變化如下：
SO2, SO3和HCl的吸收
煙氣中的SO2和SO3等酸性組分溶解在漿液中：
SO2 + H2O «HSO3- + H+
SO3 + H2O «H2SO4
H2SO3和H2SO4要分別快速中和，以保持SO2和SO3的有效吸收。
酸性組分溶解進進漿液后，隨漿液一起進進循漿液池，在循漿液池中與漿液中的石灰石（CaCO3）發(fā)生如下化學反應：
CaCO3 + 2H+ + HSO3- « Ca2+ + HSO3- + CO2- + H2O
CaCO3 + H2SO4 « CaSO4+ CO2- + H2O
CaCO3 + 2HCl « CaCl2 + CO2- + H2O
上述反應均為在漿液循池中完成的離子反應。
（3）氧化作用
將亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽時需要向循漿液池中吹進空氣：
氧化作用：2Ca2+ + 2HSO3- + O2 « 2CaSO4 + 2H+
氧化作用之后，則天生石膏晶體：
：CaSO4 + 2H2O « CaSO4 x 2H2O
過程主要在循漿液池中發(fā)生。
整個脫硫系統(tǒng)zui核心的就是對系統(tǒng)PH值的控制，PH值的測定點設在石膏排出管道回流到吸收塔的回流管路上，采用一用一備的冗余配置，能較好地反應循漿液池中的pH值，系統(tǒng)設定的PH值控制在5.5左右。
PH值的調(diào)節(jié)由補加到吸收塔中的石灰石漿液來實現(xiàn)，石灰石漿液的加量由調(diào)節(jié)閥及相應的流量計協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)實現(xiàn)。
3）、石膏脫水系統(tǒng)
石灰石漿液吸收煙氣中SO2的等酸性組分后轉(zhuǎn)化為亞硫酸鹽和石膏等固體物質(zhì)，為維持系統(tǒng)物料平衡，需要將石膏通過石膏排出泵排出系統(tǒng)。石膏通過石膏排出泵排出系統(tǒng)后直接進進石膏漿液旋流站，通過石膏漿液旋流站將石膏漿液分級。其中溢流部分全部進進回用水箱；潛流部分（45左右含固）分兩路，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行時經(jīng)過石膏漿液箱進進后級處理系統(tǒng)；在系統(tǒng)測得排出石膏密度不在設定范圍內(nèi)時則回流進進吸收塔循利用。
4）、石灰石制漿系統(tǒng)
濕法脫硫采用石灰石作為吸收劑，可以采用石灰石粉廠的已經(jīng)磨碎成325目的石灰石粉作為吸收劑，也可以采用塊狀石灰石作為吸收劑。假如采用石灰石粉作為吸收劑，則石灰石粉由槽罐車運輸?shù)浆F(xiàn)場，并通過汽車泵送進料倉儲存。為防止石灰石粉在料倉中發(fā)生板結(jié)或出現(xiàn)下料不暢的情況，在料倉底部設置氣化板，在系統(tǒng)較長時間不投運時手動開啟對料倉底部進行吹掃以出料通暢，石灰石粉通過小料口的電動抽板閥、星型給料機（帶變頻電機）出料到石灰石漿液箱，制成合格的石灰石漿液。假如采用塊狀石灰石作為吸收劑，則需要單獨建設一套石灰石磨碎、制漿系統(tǒng)，具體流程為塊狀石灰石進廠后先利用顎式破碎機破碎成1mm左右的石灰石粉，然后采用電磁除鐵器往除其中的金屬物質(zhì)后送到石灰石粉倉。石灰石粉倉中的石灰石粉利用下料裝置將石灰石粉送到濕式球磨機中進行制漿，制得的漿液濃度較（40左右），而且細度也不是100合格，所以需要將其送進石灰石漿液旋流站進行分離，分離后合格的石灰石漿液（旋流站溢流部分）送進石灰石漿液箱作為吸收劑，分歧格的部分（旋流站底流部分）送回到球磨機重新制漿。
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