磚廠煙氣脫硫塔
石灰石-石膏法煙氣脫硫
1、工作原理
采用石灰石或石灰作為脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)破碎磨細(xì)成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液，當(dāng)采用石灰為吸收劑時(shí)，石灰粉經(jīng)消化處理后加水制成吸收劑漿液。在吸收塔內(nèi)，吸收漿液與煙氣觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)從而被脫除，zui終反應(yīng)產(chǎn)物為石膏
2. 石灰石石膏濕法脫硫工藝流程介紹
脫硫系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、石灰石/石灰漿液制備系統(tǒng)、副產(chǎn)品處理系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、公用系統(tǒng)(工藝水、壓縮空氣、事故漿液罐系統(tǒng)等)、電氣控制系統(tǒng)等幾部分成。
3反應(yīng)原理
3.1 吸收原理
吸收液通過(guò)噴嘴霧化噴入吸收塔，分散成細(xì)小的液滴并覆蓋吸收塔的整個(gè)斷面。這些液滴與塔內(nèi)煙氣逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應(yīng)，煙氣中的SO2、SO3及HCl 、HF被吸收。SO2吸收產(chǎn)物的氧化和中和反應(yīng)在吸收塔底部的氧化區(qū)完成并zui終形成石膏。
為了維持吸收液恒定的pH值并減少石灰石耗量，石灰石被連續(xù)加入吸收塔，同時(shí)吸收塔內(nèi)的吸收劑漿液被攪拌機(jī)、氧化空氣和吸收塔循環(huán)泵不停地?cái)噭?dòng)，以加快石灰石在漿液中的均布和溶解。
3.2 化學(xué)過(guò)程
強(qiáng)制氧化系統(tǒng)的化學(xué)過(guò)程描述如下：
(1)吸收反應(yīng)
煙氣與噴嘴噴出的循環(huán)漿液在吸收塔內(nèi)有效接觸,循環(huán)漿液吸收大部分SO2，反應(yīng)如下：
SO2 H2O→H2SO3(溶解)
H2SO3?H HSO3-(電離)
吸收反應(yīng)的機(jī)理：
吸收反應(yīng)是傳質(zhì)和吸收的的過(guò)程，水吸收SO2屬于中等溶解度的氣體組份的吸收，根據(jù)雙膜理論，傳質(zhì)速率受氣相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力的控制，
吸收速率=吸收推動(dòng)力/吸收系數(shù)(傳質(zhì)阻力為吸收系數(shù)的倒數(shù))
強(qiáng)化吸收反應(yīng)的措施：
a)提高SO2在氣相中的分壓力(濃度)，提高氣相傳質(zhì)動(dòng)力。
b)采用逆流傳質(zhì)，增加吸收區(qū)平均傳質(zhì)動(dòng)力。
c)增加氣相與液相的流速，高的Re數(shù)改變了氣膜和液膜的界面，從而引起強(qiáng)烈的傳質(zhì)。
d)強(qiáng)化氧化，加快已溶解SO2的電離和氧化，當(dāng)亞硫酸被氧化以后,它的濃度就會(huì)降低,會(huì)促進(jìn)了SO2的吸收。
e)提高PH值，減少電離的逆向過(guò)程，增加液相吸收推動(dòng)力。
f)在總的吸收系數(shù)一定的情況下，增加氣液接觸面積，延長(zhǎng)接觸時(shí)間，如：增大液氣比，減小液滴粒徑，調(diào)整噴淋層間距等。
g)保持均勻的流場(chǎng)分布和噴淋密度，提高氣液接觸的有效性。
(2)氧化反應(yīng)
一部分HSO3-在吸收塔噴淋區(qū)被煙氣中的氧所氧化，其它的HSO3-在反應(yīng)池中被氧化空氣*氧化，反應(yīng)如下：
HSO3- 1/2O2→HSO4-
HSO4-?H SO42-
氧化反應(yīng)的機(jī)理：
氧化反應(yīng)的機(jī)理基本同吸收反應(yīng)，不同的是氧化反應(yīng)是液相連續(xù)，氣相離散。水吸收O2屬于難溶解度的氣體組份的吸收，根據(jù)雙膜理論，傳質(zhì)速率受液膜傳質(zhì)阻力的控制。
強(qiáng)化氧化反應(yīng)的措施：
a)降低PH值，增加氧氣的溶解度
b)增加氧化空氣的過(guò)量系數(shù)，增加氧濃度
c)改善氧氣的分布均勻性，減小氣泡平均粒徑，增加氣液接觸面積。
(3)中和反應(yīng)
吸收劑漿液被引入吸收塔內(nèi)中和氫離子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的漿液在吸收塔內(nèi)再循環(huán)。中和反應(yīng)如下：
Ca2 CO32- 2H SO42- H2O→CaSO4·2H2O CO2↑
2H CO32-→H2O CO2↑
中和反應(yīng)的機(jī)理：
中和反應(yīng)伴隨著石灰石的溶解和中和反應(yīng)及結(jié)晶，由于石灰石較為難溶，因此本環(huán)節(jié)的關(guān)鍵是，如何增加石灰石的溶解度，反應(yīng)生成的石膏如何盡快結(jié)晶，以降低石膏過(guò)飽和度。中和反應(yīng)本身并不困難。
強(qiáng)化中和反應(yīng)的措施：
a)提高石灰石的活性，選用純度高的石灰石，減少雜質(zhì)。
b)細(xì)化石灰石粒徑，提高溶解速率。
c)降低PH值，增加石灰石溶解度，提高石灰石的利用率。
d)增加石灰石在漿池中的停留時(shí)間。
e)增加石膏漿液的固體濃度，增加結(jié)晶附著面，控制石膏的相對(duì)飽和度。
f)提高氧氣在漿液中的溶解度，排擠溶解在液相中的CO2，強(qiáng)化中和反應(yīng)。
(4)其他副反應(yīng)
煙氣中的其他污染物如SO3、Cl、F和塵都被循環(huán)漿液吸收和捕集。SO3、HCl和HF與懸浮液中的石灰石按以下反應(yīng)式發(fā)生反應(yīng)：
SO3 H2O→2H SO42-
CaCO3 2 HCl<==>CaCl2 CO2 H2O
CaCO3 2 HF <==>CaF2 CO2 H2O
副反應(yīng)對(duì)脫硫反應(yīng)的影響及注意事項(xiàng)：
脫硫反應(yīng)是一個(gè)比較復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，其中一些副反應(yīng)，有些有利于反應(yīng)的進(jìn)程，有些會(huì)阻礙反應(yīng)的發(fā)生，下列反應(yīng)應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)中予以重視：
a)Mg的反應(yīng)
漿池中的Mg元素，主要來(lái)自于石灰石中的雜質(zhì)，當(dāng)石灰石中可溶性Mg含量較高時(shí)(以MgCO3形式存在)，由于MgCO3活性高于CaCO3會(huì)優(yōu)先參與反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)的進(jìn)行是有利的，
但過(guò)多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致漿液中生成大量的可溶性的MgSO3，它過(guò)多的存在，使的溶液里SO32-濃度增加,導(dǎo)致SO2吸收化學(xué)反應(yīng)推動(dòng)力的減小，而導(dǎo)致SO2吸收的惡化。
另一方面，吸收塔漿液中Mg 濃度增加，會(huì)導(dǎo)致漿液中的MgSO4(L)的含量增加，既漿液中的SO42-增加，會(huì)對(duì)導(dǎo)致吸收塔中的懸浮液的氧化困難，從而需要大幅度增加氧化空氣量，氧化反應(yīng)原理如下：
HSO3- 1/2O2→HSO4- (1)
HSO4-?H SO42- (2)
因?yàn)?2)式的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看，如果SO42-的濃度太高的話，不利于反應(yīng)向右進(jìn)行。
因此噴淋塔一般會(huì)控制Mg 離子的濃度，當(dāng)高于5000ppm時(shí)，需要通過(guò)排出更多的廢水，此時(shí)控制準(zhǔn)則不再是CL-小于20000ppm
b)AL的反應(yīng)
AL主要來(lái)源于煙氣中的飛灰，可溶解的AL在F離子濃度達(dá)到一定條件下，會(huì)形成氟化鋁絡(luò)合物(膠狀絮凝物)，包裹在石灰石顆粒表面，形成石灰石溶解閉塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)嚴(yán)重惡化的重大事故。
c)Cl的反應(yīng)
在一個(gè)封閉系統(tǒng)或接近封閉系統(tǒng)的狀態(tài)下，F(xiàn)GD工藝的運(yùn)行會(huì)把吸收液從煙氣中吸收溶解的氯化物增加到非常高的濃度。這些溶解的氯化物會(huì)產(chǎn)生高濃度的溶解鈣,主要是氯化鈣,如果高濃度的溶解的鈣離子存在FGD系統(tǒng)中,就會(huì)使溶解的石灰石減少,這是由于”共同離子作用”而造成的,在”共同離子作用”下,來(lái)自氯化鈣的溶解鈣就會(huì)妨礙石灰石中碳酸鈣的溶解?？刂艭L離子的濃度在12000-20000ppm是保證反應(yīng)正常進(jìn)行的重要因素。
4 系統(tǒng)描述
4.1 FGD系統(tǒng)構(gòu)成
煙氣脫硫(FGD)裝置采用高效的石灰石/石膏濕法工藝，整套系統(tǒng)由以下子系統(tǒng)組成：
(1)SO2吸收系統(tǒng)
(2)煙氣系統(tǒng)
(3)石灰石漿液制備系統(tǒng)
(4)石膏脫水系統(tǒng)
(5)供水和排放系統(tǒng)
(6)廢水處理系統(tǒng)
(7)壓縮空氣系統(tǒng)
4.2 SO2吸收系統(tǒng)
煙氣由進(jìn)氣口進(jìn)入吸收塔的吸收區(qū)，在上升過(guò)程中與石灰石漿液逆流接觸，煙氣中所含的污染氣體絕大部分因此被清洗入漿液，與漿液中的懸浮石灰石微粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被脫除，處理后的凈煙氣經(jīng)過(guò)除霧器除去水滴后進(jìn)入煙道。
吸收塔塔體材料為碳鋼內(nèi)襯玻璃鱗片。吸收塔煙氣入口段為耐腐蝕、耐高溫合金。
吸收塔內(nèi)煙氣上升流速為3.2-4m/s。塔內(nèi)配有噴淋層，每組噴淋層由帶連接支管的母管制漿液分布管道和噴嘴組成。噴淋組件及噴嘴的布置設(shè)計(jì)成均勻覆蓋吸收塔上流區(qū)的橫截面。噴淋系統(tǒng)采用單元制設(shè)計(jì)，每個(gè)噴淋層配一臺(tái)與之相連接的吸收塔漿液循環(huán)泵。
每臺(tái)吸收塔配多臺(tái)漿液循環(huán)泵。運(yùn)行的漿液循環(huán)泵數(shù)量根據(jù)鍋爐負(fù)荷的變化和對(duì)吸收漿液流量的要求來(lái)確定，在達(dá)到要求的吸收效率的前提下，可選擇的泵運(yùn)行模式以節(jié)省能耗。
吸收了SO2的再循環(huán)漿液落入吸收塔反應(yīng)池。吸收塔反應(yīng)池裝有多臺(tái)攪拌機(jī)。氧化風(fēng)機(jī)將氧化空氣鼓入反應(yīng)池。氧化空氣分布系統(tǒng)采用噴管式，氧化空氣被分布管注入到攪拌機(jī)槳葉的壓力側(cè)，被攪拌機(jī)產(chǎn)生的壓力和剪切力分散為細(xì)小的氣泡并均布于漿液中。一部分HSO3-在吸收塔噴淋區(qū)被煙氣中的氧氣氧化，其余部分的HSO3-在反應(yīng)池中被氧化空氣*氧化。
吸收劑(石灰石)漿液被引入吸收塔內(nèi)中和氫離子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的漿液在吸收塔內(nèi)循環(huán)。
吸收塔排放泵連續(xù)地把吸收漿液從吸收塔送到石膏脫水系統(tǒng)。通過(guò)排漿控制閥控制排出漿液流量，維持循環(huán)漿液濃度在大約8-25wt%。
脫硫后的煙氣通過(guò)除霧器來(lái)減少攜帶的水滴，除霧器出口的水滴攜帶量不大于75mg/Nm3。兩級(jí)除霧器采用傳統(tǒng)的頂置式布置在吸收塔頂部或塔外部，除霧器由聚丙烯材料制作，型式為z型，兩級(jí)除霧器均用工藝水沖洗。沖洗過(guò)程通過(guò)程序控制自動(dòng)完成。
吸收塔入口煙道側(cè)板和底板裝有工藝水沖洗系統(tǒng)，沖洗自動(dòng)周期進(jìn)行。沖洗的目的是為了避免噴嘴噴出的石膏漿液帶入入口煙道后干燥粘結(jié)。
在吸收塔入口煙道裝有事故冷卻系統(tǒng)，事故冷卻水由工藝水泵提供。
當(dāng)吸收塔入口煙道由于吸收塔上游設(shè)備意外事故造成溫度過(guò)高而旁路擋板未及時(shí)打開(kāi)或所有的吸收塔循環(huán)泵切除時(shí)本系統(tǒng)啟動(dòng)。
4.3 煙氣系統(tǒng)
從鍋爐來(lái)的熱煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入煙氣換熱器(GGH)降溫側(cè)，經(jīng)GGH冷卻后，煙氣進(jìn)入吸收塔，向上流動(dòng)穿過(guò)噴淋層，在此煙氣被冷卻到飽和溫度，煙氣中的SO2被石灰石漿液吸收。除去SOX及其它污染物的煙氣經(jīng)GGH加熱至80℃以上，通過(guò)煙囪排放。
GGH是利用熱煙氣所帶的熱量加熱吸收塔出來(lái)的冷的凈煙氣。在設(shè)計(jì)條件下且沒(méi)有補(bǔ)充熱源時(shí)，GGH可將凈煙氣的溫度提高到80℃以上。
煙氣通過(guò)GGH的壓損由一在線清洗系統(tǒng)維持。正常運(yùn)行時(shí)清洗系統(tǒng)每天需使用蒸汽吹灰3次。此外，系統(tǒng)還配有一套在線高壓水洗裝置(約1月用1次)。在熱煙氣的進(jìn)口與GGH相連的煙道出口安置一套可伸縮的清洗設(shè)備，用來(lái)進(jìn)行常規(guī)吹灰和在線水沖洗。清洗裝置都有單獨(dú)的、可伸縮的矛狀管和帶有單獨(dú)的輔助蒸汽和水噴嘴的驅(qū)動(dòng)機(jī)械。GGH配一臺(tái)在線的沖洗水泵 ，該泵為在線清洗提供高壓沖洗水。自動(dòng)吹灰系統(tǒng)可保證GGH的受熱面不受堵塞，保持承諾的凈煙氣出口溫度。吹灰器自動(dòng)控制。
當(dāng)GGH停機(jī)后，換熱元件可用一低壓水清洗裝置進(jìn)行清洗。此低壓水清洗裝置每年使用兩次。每臺(tái)GGH上的兩個(gè)固定的水沖洗裝置用來(lái)進(jìn)行離線沖洗。每一個(gè)固定的水清洗裝置配有帶噴嘴的直管，從有一定間隔的噴嘴中均勻地向換熱面噴沖洗水。
設(shè)置一套密封系統(tǒng)保證GGH漏風(fēng)率小于1%。
煙道上設(shè)有擋板系統(tǒng)，以便于FGD系統(tǒng)正常運(yùn)行和事故時(shí)旁路運(yùn)行。每套FGD裝置的擋板系統(tǒng)包括一臺(tái)FGD進(jìn)口原煙氣擋板，一臺(tái)FGD出口凈煙氣擋板和一臺(tái)旁路煙氣擋板，擋板為雙百葉式。在正常運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)GD進(jìn)出口擋板開(kāi)啟，旁路擋板關(guān)閉。在故障情況下，開(kāi)啟煙氣旁路擋板門(mén)，關(guān)閉FGD進(jìn)出口擋板，煙氣通過(guò)旁路煙道繞過(guò)FGD系統(tǒng)直接排到煙囪。所有擋板都配有密封系統(tǒng)，以保證“零”泄露。密封空氣設(shè)兩臺(tái)容量的密封空氣風(fēng)機(jī)(一臺(tái)備用)和二級(jí)電加熱器，加熱溫度不低于70℃。
煙道包括必要的煙氣通道、沖洗和排放漏斗、膨脹節(jié)、法蘭、導(dǎo)流板、墊片/螺栓材料以及附件。
在BMCR工況下，煙道內(nèi)任意位置的煙氣流速不大于15m/s。煙道留有適當(dāng)?shù)娜咏涌?、試?yàn)接口和人孔。
對(duì)于每臺(tái)鍋爐的FGD系統(tǒng)，配置1臺(tái)BMCR煙氣量的增壓風(fēng)機(jī)(BUF)，布置于吸收塔上游的干煙區(qū)。增壓風(fēng)機(jī)為動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。包括電動(dòng)機(jī)、密封空氣系統(tǒng)等。
4.4石灰石漿液制備與供給系統(tǒng)
由汽車(chē)運(yùn)來(lái)的石灰石卸至石灰石漿液制備區(qū)域的地斗，通過(guò)斗提機(jī)送入石灰石貯倉(cāng)(貯倉(cāng)的容量按需要的石灰石耗量設(shè)計(jì))，石灰石貯倉(cāng)出口由皮帶稱(chēng)重給料機(jī)送入石灰石濕式磨機(jī)，研磨后的石灰石進(jìn)入磨機(jī)漿液循環(huán)箱，經(jīng)磨機(jī)漿液循環(huán)泵送入石灰石旋流器，合格的石灰石漿液自旋流器溢流口流入石灰石漿液箱，不合格的從旋流器底流再送入磨機(jī)入口再次研磨。
系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)石灰石漿液箱，每塔設(shè)置2臺(tái)石灰石漿液供漿泵。吸收塔配有一條石灰石漿液輸送管，石灰石漿液通過(guò)管道輸送到吸收塔。每條輸送管上分支出一條再循環(huán)管回到石灰石漿液箱，以防止?jié){液在管道內(nèi)沉淀。
脫硫所需要的石灰石漿液量由鍋爐負(fù)荷，煙氣的SO2濃度和Ca/S來(lái)聯(lián)合控制，而需要制備的石灰石漿液量由石灰石漿液箱的液位來(lái)控制，漿液的濃度由漿液的密度計(jì)控制測(cè)量量作前饋控制旋流器個(gè)數(shù)。
脫硫廢水的水質(zhì)與脫硫工藝、煙氣成分、灰及吸附劑等多種因素有關(guān)。脫硫廢水的主要超標(biāo)項(xiàng)目為懸浮物、PH值、汞、銅、鉛、鎳、鋅、砷、氟、鈣、鎂、鋁、鐵以及氯根、硫酸根、亞硫酸根、碳酸根等。
5、玻璃塔脫硫塔、凈化塔優(yōu)點(diǎn)
玻璃鋼脫硫塔、凈化塔有很好的耐腐蝕性，可根據(jù)不同介質(zhì)、溫度選擇不同樹(shù)脂做為基體，適用范圍廣泛。密度小，相當(dāng)于鋼的1/4，但其拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等與鋼相近，具有強(qiáng)度高，重量小的特點(diǎn)。熱導(dǎo)率率低，只相當(dāng)于鋼的1/100，甚至更小，在北方大部分地區(qū)，玻璃鋼管道及玻璃鋼脫硫塔、凈化塔可不做保溫，大大降低了成本。
6磚廠煙氣脫硫塔脫硫塔選型參數(shù)
參數(shù)Ⅰ：
1、標(biāo)況煙氣量/工況煙氣量(知其一即可) Nm3/h或m3/h
2、煙氣溫度 ℃
3、煙氣中SO2濃度 mg/Nm3
4、粉塵濃度 mg/Nm3
5、引風(fēng)機(jī)參數(shù)(風(fēng)量、全壓)
6、脫硫效率 %
參數(shù)Ⅱ：
1、額定蒸發(fā)量 t/h
2、每臺(tái)設(shè)備燃煤量 t/h
3、標(biāo)況煙氣量/工況煙氣量(知其一即可) Nm3/h或m3/h
4、煙氣溫度 ℃
5、引風(fēng)機(jī)參數(shù)(風(fēng)量、全壓)
6、脫硫效率
