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湿法烟气脱硫系统中影响脱硫效率的关键参数 张三虎 包俊江 内蒙古工业大学能源与动力工程学院, 呼和浩特 010051 摘要 湿法烟气脱硫作为一种相对成熟、脱硫效率较高的脱硫技术, 得到了广泛的应用。 结合贵州纳雍电厂 4 300 MW机组工程烟气脱硫工程, 对燃煤电厂湿式石灰石 -石膏脱硫系统的各种因素进行了理论分析, 设置不同的影 响因素, 使之达到最佳的脱硫效率。 关键词 石灰石-石膏; 湿法烟气脱硫; 影响因素 KEY PARAMETERS INFLUENCING DESULFURIZATION EFFICIENCY IN WET FLUE GAS DESULFURIZATION SYSTEMS Zhang Sanhu Bao Junjiang College of Energy and Power Engineering , Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China Abstract Limestone wet flue gas desulfurization WFGDtechnology, highly efficient in desulfurization, is being applied widely in coal -fired power plants all over the world. According to the flue gas desulfurization projects of 4300 MW generating units in Nayong Power Plant in Guizhou Province, it is carried out a theoretic analysis of all the factors of the wet limestone -gypsum desulfurization systems in coal-burning power plants, and different influence factors are set to achieve the best desulfurization efficiency . Keywordslimestone -gypsum; wet flue gas desulfurization; influence factor 0 引言 我国是燃煤大国 ,燃煤产生的二氧化硫是我国二 氧化硫污染的主要来源 。2005 年, 全国煤炭消费量 达20 亿 t 以上 ,二氧化硫排放总量达2 549万 t ,其中 火电厂燃煤量约 10亿 t ,二氧化硫排放量约1 600万t 。 按照目前的发展态势 ,预计到 2010 年, 全国煤炭消费 量将增加到约 25 亿 t , 火电厂燃煤量约 14 亿 t ,若不 采取有效措施, 二氧化硫产生总量将还会增加 。为防 止环境污染,我国制定了日趋严格的大气质量标准和 二氧化硫的排放控制指标 。火电厂大气污染物排放 标准规定 SO2允许排放浓度为1 200 mg m 3 。石灰石 湿法烟气脱硫技术 flue gas desulfurization ,FGD 是当 前国内外最重要 、 应用范围最广的烟气脱硫技术, 它 利用石灰石浆液在吸收塔内吸收烟气中的 SO2,通过 复杂的物理化学过程 ,生成以石膏为主的副产物。贵 州纳雍电厂烟气脱硫工艺采用国华荏原环境工程有 限责任公司的技术转让与合作方鲁奇-能捷斯 -比 肖夫公司 Bischoff 的石灰石 -石膏湿式烟气脱硫工 艺,4 台机组各配 1套烟气脱硫装置 FGD ,吸收塔为 喷淋塔, 吸收剂为石灰石浆液, 脱硫副产品为石膏 CaSO4 2H2O 。湿法烟气脱硫工艺涉及到一系列的 化学和物理过程 ,脱硫效率取决于多种因素。 1 石灰石-石膏湿法脱硫工艺过程 贵州纳雍电厂烟气脱硫工艺系统主要有 7 个子 系统 石灰石制浆系统、烟气系统 、 SO2吸收系统、石 膏脱水及储运系统 、 排空系统、工艺水系统和压缩空 气系统组成 。 1. 1 石灰石制浆系统 该系统主要功能是将满足粒度要求的石灰石块 卸入石灰石仓和制备脱硫所需的石灰石浆液 。 1. 2 烟气系统 该系统主要功能是将锅炉原烟气经过气气换热 器 GGH 换热降温后引入吸收塔, 将脱硫后的净烟气 经过GGH 换热升温后引入烟囱排放。 1. 3 SO2吸收系统 该系统主要功能将引入的锅炉原烟气在喷雾吸 收塔内通过吸收塔浆液的喷雾洗涤去除大量的 SO2, 脱硫反应生成的脱硫产物在吸收塔浆池中被通入的 22 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 氧化空气强制反应生成硫酸钙并在浆池中结晶生成 二水石膏 。石膏浆液通过石膏浆液排除泵送入石膏 脱水系统, 吸收塔脱硫率在设计煤种 BMCR工况下可 达95以上 。 1. 4 石膏脱水及储运系统 该系统主要功能将由石膏浆液排除泵的浆液进 行脱水以制成所需品质的石膏。吸收塔内的石膏浆 液通过石膏浆液排出泵送入石膏浆液旋流站浓缩 ,浓 缩后的石膏浆液 含固量约为700 g L 全部送入石膏 浆液缓冲箱,再由石膏浆液输送泵送至真空皮带脱水 机进行脱水 。脱水后表面含水率小于 10的石膏由 皮带输送机送入石膏储存间存放待运。 1. 5 排空系统 该系统主要功能将吸收塔区域 、 吸收剂制备间和 石膏脱水间的浆液管道放液或管道冲洗水通过集水 坑泵回收利用。同时设计事故浆液池系统用于吸收 塔检修放液和缩短吸收塔启动时间 。 1. 6 工艺水系统 该系统主要功能工艺水提供除雾器冲洗水、 吸收 塔补充水和氧化空气冷却用水、滤布及滤饼冲洗水、 浆液管道冲洗水等 。由于工艺水系统中瞬时用水量 占有很大比例, 所以除雾器冲洗水泵及工艺水泵的选 取应能满足瞬时最大用水量要求。 1. 7 压缩空气系统 压缩空气系统为 4 套脱硫装置公用系统, 共设置 2 台螺杆式空气压缩机 ,1 台杂用空气储气罐。该系 统主要功能提供 FGD 装置 GGH 吹扫用压缩空气及 其他杂用气。 2 影响脱硫效率的因素 2. 1 吸收剂原料对脱硫效率的影响 作为脱硫吸收剂的石灰石 ,工艺要求其 CaCO3含 量越高越好,以求获得更高的吸收剂利用率和更少杂 质的脱硫石膏。石灰石是最终被磨制成浆液而提供 给吸收塔的,一般来说,石灰石浆液颗粒粒度越小 ,在 浆液体系中与液相接触的比表面积越大 ,它在液相中 的溶解及反应将更快、更充分, 吸收剂利用率和脱硫 效率将更高。然而, 如果因此要求更小或超细的石灰 石浆液固体颗粒 ,将会大大造成研磨系统功耗和设备 投资增加 ,经济上不合理 。因此本工程在系统设计时 要求石灰石其粒径 90 通过250 目,这可以使得在吸 收塔浆液喷射区石灰石颗粒可以迅速分解,从而进一 步降低液气比, 提高烟气流速和石膏纯度。三种因素 对脱硫效率的影响见表 1。 表 1 三种因素对脱硫效率的影响 入口烟气 温度 ℃ 脱硫效 率 入口烟气中SO2 含量 mgm- 3 脱硫 效率 入口烟气中 O2含量 脱硫 效率 77 . 7498 . 812 360. 993. 915. 8692. 91 78 . 9198 . 532 361. 194. 126. 4093. 12 79 . 3198 . 142 373. 0895. 146. 4894. 14 80 . 5698 . 122 939. 097. 816. 8095. 81 80 . 8097 . 914 342. 398. 336. 8896. 93 81 . 3096 . 124 469. 998. 137. 1398. 53 82 . 8294 . 934 590. 598. 227. 2598. 72 2. 2 入口烟气浓度对脱硫效率的影响 从表 1 可以看出, 脱硫效率随着其入口质量浓度 的增大而增大。在其他参数不变的条件下,增大入口 处SO2的质量浓度,相当于增大了气相主体中的 SO2 的分压 ,从而增大了气液传质的推动力 , 增强了传质 效果 ,提高了脱硫效率。但是提高的程度随 SO2质量 浓度的增大而逐渐减小。 2. 3 入口烟气温度对脱硫效率的影响 从表 1 可以看出, 脱硫效率随着入口烟气温度的 升高而降低。所以在湿法 FGD 装置中 , 高温的原烟 气先经过GGH 降温后再进入吸收塔有利于 SO2的吸 收。但是, 烟气温度过低也会降低脱硫效率。 2. 4 氧量对脱硫效率的影响 从表 1 可以看出, 在烟气量、 SO2浓度、烟温等参 数基本恒定的情况下, 随着烟气中 O2含量的增加, CaSO42H2O 的形成加快, 脱硫效率也呈上升趋势。 当原烟气中氧量一定时, 可以在吸收塔浆液中增加氧 气,所以多投运氧化风机可提高脱硫率。每套脱硫装 置设置 3 台氧化风机 ,两运一备, 每台氧化风机出力 按每套吸收塔浆液所需氧化空气量的 50选取。试 验发现,运行 3台氧化风机比运行 2台氧化风机的脱 硫率高出 5 左右。 2. 5 烟尘浓度对脱硫效率的影响 原烟气中的飞灰在一定程度上阻碍了 SO2与脱 硫剂的接触, 降低了石灰石中 Ca 2的溶解速率。试 验证 明, 如 果 烟 气 干中 粉 尘 含 量持 续 超 过 400 mg m 3 , 则将使脱硫效率下降 1～ 2,并且石膏 中CaSO4 2H2O 的含量降低 ,白度减少,影响了品质 。 2. 6 烟气流速对脱硫效率的影响 在其他参数恒定的情况下 ,提高塔内烟气流速可 23 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 提高气液两相的湍动 ,降低烟气和液滴间的膜厚度, 提高传质效果, 增加了脱硫效率 。但气速增加 ,又会 使气液接触时间缩短, 脱硫效率可能下降 ,这样要求 增加塔高,实际中烟速提高还影响除雾效果。目前, 将吸收塔内烟气流速控制在 3～ 5 m s较合理 。 2. 7 液气比 L G 对脱硫效率的影响 液气比 L G 是指与流经吸收塔单位体积烟气量 相对应的浆液喷淋量 。如图 1, 提高液气比相当于增 大了吸收塔内的喷淋密度使液气间的接触面积增大, 传质单元数将随之增大, 脱硫效率也将增大。但是在 实际工程中, 提高液气比会使浆液循环泵的流量增 大,从而增加设备的投资和能耗。液气比的最佳范围 是13～ 16。 图 1 液气比与脱硫效率关系 2. 8 浆液 pH 值对脱硫效率的影响 通过实验发现, 在一定范围内随着吸收塔浆液 pH 的升高 ,脱硫效率呈上升趋势, 因为高 pH 意味着 浆液中有较多的 CaCO3存在, 有利于脱硫 。但 pH 高 时排出的石膏浆液中石灰石的含量也增加了 ,直接导 致的后果是系统吸收剂利用率降低。在低 pH 时, 亚 硫酸钙的溶解度增加 ,但对石灰石的溶解是不利的。 因为浆液中石灰石颗粒表面有一层溶解的石灰石所 生成的 pH 较高的膜 , 阻碍了石灰石的溶解 , 最终导 致脱硫效率降低 。在石膏排出泵的出口 ,对排出浆液 的 pH 进行取样监测, 其监测数据同时进入脱硫系统 控制, 以对石灰石浆液供浆控制的相关参数进行修 正。纳雍电厂 3 吸收塔运行情况分析表明, 通过调 节进入吸收塔的石灰石浆液量或吸收塔排出浆液浓 度,系统稳定运行时, 吸收塔石膏排除浆液的 pH 一 般应维持在 4. 5～ 5. 5 之间 ,保证石灰石的溶解及 SO2 的吸收 ,此时脱硫效率一般在 98以上, 吸收塔浆液 池结晶状况良好 , 湿石膏脱水后水分含量一般在 10以内 。 2. 9 烟气接触时间对脱硫效率的影响 烟气接触时间是指烟气进入吸收塔后 , 自下而 上,与喷淋而下的石灰石浆液雾滴接触反应的时间。 根据实际运行经验数据表明 烟气与脱硫剂的接触时 间越长,脱硫效率越高。但是烟气停留时间的增加会 使塔高增加 ,增加了工程的造价。综合因素考虑烟气 接触时间控制在 2～ 3 s较合适 。 3 吸收反应基本过程 在脱硫吸收塔中主要有如下反应 石灰石的溶解过程 CaCO3 2H Ca 2 CO2 H2O SO2的吸收过程 SO2 H2OH2SO3 H2SO3H HSO - 3 低 pH 值时 吸收区下部 H2SO32H SO 2- 3 高 pH 值时 吸收区上部 Ca 2 2HSO - 3Ca HSO32 Ca 2 SO 2- 3CaSO3 反应产物的氧化 Ca HSO3 2 O2CaSO4 H2SO4 2 CaSO3 O22 CaSO4 结晶生成石膏 CaSO4 2 H2OCaSO4 2 H2O 4 结论 通过对石灰石 -石膏湿法烟气脱硫工艺主要影 响因素的分析得出 SO2吸收反应过程受参与反应的 各个因素影响, 既有物理因素也有化学因素。整个过 程反应主要由气体和液体的扩散以及伴随的化学反 应来决定。石灰石浆液颗粒粒度越小 90通过 250 目 , 吸收剂利用率和脱硫效率将越高; 脱硫效率随着 其入口质量浓度的增大而增大 ,而随着入口烟气温度 的升高而降低; 进入吸收塔的原烟气中O2含量高 、 粉 尘浓度低都对脱硫反应有利, 当氧量一定时 ,增开一 台氧化风机能提高脱硫效率; 吸收塔内烟气流速控制 在3～ 5 m s,液气比的最佳范围是 13～ 16,吸收塔石 膏排除浆液的 pH 一般应维持在 4. 5～ 5. 5 之间 ,保证 石灰石的溶解及 SO2的吸收 ,同时 ,烟气与脱硫剂的 接触时间越长 , 脱硫效率越高, 应控制在 2 ～ 3 s较 合适 。 参考文献 [ 1] 龙辉, 董银柱. 大机组湿法烟气脱硫工艺设备国产化分析[ J] . 水利电力机械, 2003, 25 5 1 -4. [ 2] 江永盟. 湿法烟气脱硫应用中的几个问题探讨[ J] . 环境工程, 2003,21 2 36 -39. 下转第 30 页 24 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 2. 2. 4 鞣制 研究了改性有机磷化合物在鞣制过程中的应用 技术, 替代了传统的甲醛或醛、铬类鞣剂进行的毛皮 加工生产, 该技术适合环保型毛皮生产 , 通过工艺参 数平衡及调整, 具有良好的鞣制作用, 鞣制生产的成 品皮板色泽浅淡洁白, 柔软丰满, 并赋予皮板良好的 染色性能, 其配套技术称为白皮鞣制技术 ,该技术对 环境保护可起到举足轻重的作用, 是对毛皮生产的一 个世纪性的创新 ,其工艺技术 放水加温至 38 ℃, 加 入一定比例的盐 、 有机磷合成鞣剂、铝鞣剂、脱脂剂, 划动至化料完全溶解后 ,投皮,4 h 后调 pH 值至 6. 5, 次晨稳慢提温至 38 ℃,6 h 后出皮甩干。 3 毛皮加工鞣制清洁生产主要技术指标 通过对毛皮加工清洁生产技术的研究,减少了废 液中有害物质的含量, 同时对成品的质量 、 技术要求 大幅度提高 ,经国家有关部门检测, 结果表明完全实 现了毛皮生产的清洁环保化。 3. 1 废水排放情况 废水排放检测废水结果见表 1。 表 1 废水检测结果 项目标准要求检测结果 ρ COD mgL- 1≤15044. 2 ρ 氨氮 mgL - 1 ≤257. 04 ρ SS mgL- 1 ≤150136 pH 值6～ 97. 44 苯胺类 mgL- 1 ≤2. 00. 16 ρ 六价铬 mgL - 1 ≤0. 5未检出 总铬 mgL- 1 ≤1. 50. 725 3. 2 毛皮成品检测情况 成品兔毛皮的检测结果见表 2。 表 2 成品兔毛皮检测结果 项目欧盟标准要求检测结果 抗张强度 Nmm- 2≥6. 08. 1 负荷伸长率 ≥2021. 6 收缩温度 ℃≥6062 甲醛 mgkg - 1 ≤150140. 24 六价铬 mgkg - 1 ≤10未检出 五氯苯酚 mgkg- 1≤0. 5未检出 4 结论 1 研究的有机磷及有机磷与铝鞣剂结合鞣制的 白皮鞣制技术, 代替了传统的甲醛和醛 、铬类鞣剂鞣 制的工艺技术, 鞣制的毛皮 兔皮 产品甲醛含量为 140. 24 mg kg , 比传统的甲醛和醛、铬类鞣剂鞣制的工 艺技术大幅度降低, 符合欧盟国家对该产品所要求的 相应指标。 2 该项清洁生产技术路线可行, 是目前解决毛皮 生产过程中对环境污染问题的一种较好的技术方法。 经专家技术鉴定 ,该项目综合生产技术水平达到国内 领先 。 参考文献 [ 1] 程凤侠, 张岱民, 王学川. 毛皮加工原理与技术. 北京 北京化学 工业出版社, 2005. 作者通信处 钟艳霞 113001 辽宁省抚顺市 辽宁石油化工大学 环境与生物工程学院 226 室 2008- 12-31 收稿 上接第 24页 [ 3] Radian International LLC.Electric Utility Engineer s FGD Manual Volume I -FGD Process Design[ M] .AustinRadian International LLC, 1996. [ 4] 郝吉明, 王书肖, 陆永琪. 燃煤二氧化硫污染控制技术手册 [ M] . 北京 化学工业出版社环境科学与工程出版中心, 2001 46 -55. [ 5] 孙克勤. 电厂烟气脱硫设备及运行[ M] . 北京 中国电力出版 社, 2007. [ 6] 曾庭华, 马斌, 廖永进, 等. 石灰石 -石膏湿法 FGD 系统的优化 [ J] . 电站系统工程, 2004, 20 1 16 -18. [ 7] 周祖飞, 金新荣. 影响湿法烟气脱硫效率的因素分析[ J] . 浙江 电力, 2001, 20 3 42 -45. [ 8] 王五清, 贺元启. 石灰石 -石膏湿法烟气脱硫工艺与关键参数分 析[ J] . 华北电力技术, 2004 2 1-4. 作者通信处 张三虎 010051 内蒙古呼和浩特 内蒙古工业大学 能源与动力工程学院 E -mail yazunsanhuyahoo . cn 2008- 05-09 收稿 30 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期