石灰石膏湿法FGD脱硫
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一、工艺原理

石灰—石膏法脱硫技术是一种成熟度较高的脱硫工艺,目前在我国电厂、钢铁烧结等领域都已经有大量的应用业绩。

 

石灰—石膏法脱硫装置,是把含硫烟气通入吸收塔,以吸收塔做洗涤器和氧化器,用石灰粉(熟石灰)制成浆液作为吸收剂,通过循环系统,在塔内喷淋来吸收含硫烟气中的二氧化硫等有害物质,实现烟气的洁净排放。同时向浆液池鼓入空气,对吸收洗涤液中的亚硫酸氢钙进行氧化,生成石膏,以达到脱除气体中有害物质的目的。

 

石灰—石膏法脱硫的总反应式如下:       

 Ca(OH)2 + SO2 +5H2O→CaSO3•6H2O   CaSO3•6H2O + SO2 → Ca(HSO3)2• 5H2O Ca(HSO3)2 + Ca(OH)2+10H2O → 2CaSO3• 6H2O 2CaSO3 + 1/2O2 →  2CaSO4

 

在上述反应中,由于浆液的循环使用,浆液中除石灰外,还含有大量石膏。当石膏达到一定的过饱和度时(约130%),抽出一部分浆液送往脱水系统,进行固液分离。同时向循环槽中加入新鲜浆液,以保持吸收剂浆液的pH值。被送入脱水系统的浆液,先后经过一级脱水和二级脱水,使石膏的含水率达到10%以下。净化烟气经过除雾器除去水雾后排入大气。为防止反应物在除雾器上结垢,除雾器配有定期冲洗系统,冲洗除雾器上的部分石膏结垢,冲洗水直接落入循环槽中,作为系统补水。

 

石灰—石膏法脱硫技术是一种工艺技术成熟,其原料来源广泛,价格较低,能够就近采购,可以降低运输费用。

 

石灰—石膏湿法脱硫工艺技术过程主要由7个系统组成:(1)烟道系统;(2)吸收剂制备与补充系统;(3)吸收塔及喷淋系统; (4)石膏脱水处理;(5)工艺水系统;(6)集水坑;(7)仪器仪表检测及电气控制系统;

二、石灰-石膏法脱硫工艺流程图

锅炉烟气经由除尘器除尘后,由引风机送入吸收塔,在引风机出口和吸收塔出口分别设有烟气挡板门控制。在脱硫系统正常运行时,烟气由脱硫塔中下部的烟气入口进入,经喷淋的吸收浆液洗涤后,经过吸收塔上部的除雾器,截留烟气中的微小液滴后经烟囱排放。

三、各系统描述

◆ 烟气系统

烟气系统由烟道、各烟气挡板门所组成。

烟道留有取样接口、试验接口和清扫孔。烟道采用Q235材质,厚度不小于6mm,与低温湿烟气接触的烟道采用酚醛基玻璃鳞片树脂进行防腐。

采用将锅炉尾气风机布置在吸收塔上游烟气侧运行的方案,以保证整个FGD系统均为正压操作,同时避免尾气风机可能受到的低温烟气的腐蚀,从而保证了尾气风机及整个FGD系统长寿命运行。

烟道包括必要的烟气通道、冲洗和排放漏斗、膨胀节、法兰、导流板、垫片/螺栓材料以及附件。

 吸收液制备系统

氧化钙粉末由业主采购,通过汽车将氧化钙运到厂区之后,通过随输送槽车携带气力装置将氧化钙输送进入石灰粉仓;吸收剂制备存储系统配备石灰粉仓(包含粉仓配套系统)、吸收剂化灰制备系统、吸收剂存储系统及泵组等配套系统。通过吸收剂系统配置一定浓度要求的氢氧化钙浆液用氢氧化钙供给泵送往吸收塔。

立式浆液搅拌器进行浆液的混合溶解和避免浆液沉积,混配完成后即可按需要定量的输送到吸收塔内,对烟气进行吸附净化。

石灰浆液给料量根据系统负荷、脱硫装置进口/出口SO2浓度及吸收塔浆池内的浆液值进行控制。

浆液管线设有清洗系统和阀门低位排水系统。

◆ 吸收塔系统

①吸收塔

吸收塔系统是脱硫装置的核心设备。设备的制造和设计必须符合可靠、连续有效运行的要求。吸收塔系统由塔本体、塔内件、喷淋层、除雾器及相应配套设施及外部钢结构所组成。

1)吸收塔的主体结构采用碳钢+有机硅玻璃鳞片防腐。塔内件全部采用碳钢结构做防腐、耐磨处理。

2)在吸收塔体四周设置四根支柱桁架用于对塔外爬梯的支撑。 

3)吸收塔的烟气均布系统:设置了文丘里棒栅结构烟气均布装置。文丘里棒栅具有强化浆液传热和传质的功能,且不会出现磨损和结垢现象。烟气从吸收塔的入口进入以后,首先经过文丘里棒栅,烟气流速加大,强化了气液传质效果,可以不断的更新传质界面,提高了脱硫效率,相当于降低了浆液循环量,也减少约循环泵的功率消耗。 

4)喷淋洗涤系统设置三或四层喷淋层 ,并预留1层喷淋层位置作为日后超低改造使用。 喷嘴采用碳化硅材质的空心大流量喷嘴,有利于烟气均匀降温和提高洗涤效果。系统中同时配有停机浆液排出设施和冲洗装置。 5)塔体的组装、塔内防腐及外部钢结构的施工在现场完成。 

6)吸收塔壳体设计能承受各种荷载,包括吸收塔及作用在吸收塔上的设备和管道的自重、介质重以及风雪荷载、地震荷载等的支撑和加强,能充分保证塔体的稳定。 

7)为避免塔内浆液池中浆液沉积和提高氧化反应,吸收塔内浆液池的内循环拟采用新推广应用的优质品牌的吸收塔侧进式搅拌器,有着省电、死角小、不泄露、可以在线维护、故障率低等诸多优点。 

8)吸收塔底面设有能完全排空浆液的排空阀。 9)在石灰浆液出口管道上设有控制阀,控制浆液进入吸收塔的流量。

10)吸收塔的整体设计能方便塔内部件的检修和维护,有防护设施,吸收塔入口烟道设置喷淋降温系统,便于降低烟气进塔温度,保护塔内玻璃鳞片的安全。

11)冲洗系统运行时根据给定或可变化的程序,既可进行自动冲洗,也可进行人工冲洗。

12)除雾器冲洗用水为脱硫工艺水,由单独设置的除雾器冲洗水泵提供。

13)吸收塔烟气入口,采用倾斜向下垂进气口导入烟气,入口原烟道的设计,尽量减少干湿界面的结垢可能。

14)在吸收塔内还设置有防烟气爬升装置,可以有效的提高脱硫效率。

②浆液循环泵

1)浆液循环泵优选采用信誉度高的厂家产品,具备良好的防腐、耐磨性能。 

2)浆液循环泵采用设置3~4台,每台循环泵单独控制一层喷淋层单元。具体根据项目实际灵活选择。

③氧化风机

氧化风机设置,采用罗茨风机;风量裕量为20%,压头裕量为20%。氧化风机能力满足氧化需要。吸收塔内部风管考虑防腐,氧化风管设置将温水冷却,避免喷管结垢。氧化风机设带消音器。

④排空系统及事故浆液池

1)吸收塔浆池检修需要排空时,吸收塔的石膏浆液输送至事故浆液池内,并作为吸收塔重新启动时的石膏晶种。事故浆液池其有效容积可容纳吸收塔浆池内部全部浆液量,池底面的设计能完全排空液体。 

2)脱硫装置的浆液管道和浆液泵等,在停运时需要进行冲洗,其冲洗水就近收集在吸收塔区集水坑,然后用泵送至石灰消化池回用。 

3)集水坑考虑防腐,合理选择排空系统、各种泵的材质和参数,满足运行条件和输送介质的要求。


◆ 石膏脱水系统

旋流器将脱硫副产物石膏浆液进行一级脱水。石膏经过旋流器其底流浓度达到45%~50%,底流浆液自流到真空皮带机,进行二级脱水。经脱水处理后的石膏外水含水率不大于10%,落入石膏槽,由叉车装入卡车外运。滤液及冲洗液经收集后汇至集水池,经水泵返回系统回用。

脱水机控制方式:现场:自动/手动;中央:调控启动方式,并启、停系统。

脱水机驱动电机为变频调速电机,满足20%~100%范围内的来料负荷变化。

所有接触石膏浆液和滤液的设备部件及配备管道材料达到物料防腐要求,其中与腐蚀浆液接触的过流部件采取防腐措施。

◆ 脱硫废水

按甲方要求,考虑到脱硫系统废水产生量较少,通过循环回流利用,部分少量废水外排进入场内综合废水处理系统,不单独设废水处理站。

◆ 工艺水系统

FGD装置配备1套工艺水供应系统。设置1座工艺水箱,2台工艺水泵、2台除雾器冲洗水泵。工艺水用做石灰溶解、除雾器冲洗、吸收塔烟道入口及氧化空气减温水、泵冷却水等。具体根据项目实际设计选型。


◆ 钢结构,平台和扶梯

钢结构、平台和扶梯以塔体及支撑的钢结构桁架主体为基础,充分考虑平台、支撑与设备间的热膨胀,以及平台、扶梯和栏杆的协调性。

所有设备检修和维护平台、扶梯采用钢结构。

同一平台不同荷重的特定区域作标记。


◆ 电气系统

本系统设备均为低压设备,电气系统包括:供电系统、电气控制与保护、防雷接地系统、电缆和电缆构筑物、电气设备布置。


①0.4kV供电配电系统

(1)0.4kV系统为中性点直接接地系统。 (2)380/220V系统采用PC与MCC相结合的供电方式。380/220V系统为中性点直接接地系统。低压系统有不少于20%的备用配电回路。


②控制与保护

控制电压采用220VAC或者24VAC。 脱硫岛控制室设常规控制屏,控制与保护系统中的开关状态信号、电气事故信号均送入脱硫DCS系统。脱硫岛控制室设有常规测量表计。测量点按《电测量及电能计量装置设计技术规程》配置。     380V厂用电系统及电动机由断路器的脱扣器及熔断器实现保护。继电保护配置按《火力发电厂厂用电设计技术规定》、《低压电气设计规范》、《通用用电设备配电设计规范》配置,基本配置如下:


③防雷接地系统

(1)接地系统 接地系统符合GB、DL及IEC标准的相关要求,完整的接地系统包括: 本工程为中性点不接地形式;AC380/220V系统接地为TN-S型,接地连接主网采用-60×6镀锌扁钢、支网采用-40×4镀锌扁钢连接,接地极为L50×5角钢,接地电阻不大于4欧姆;计算机控制系统设独立的接地系统,保证接地电阻不大于1欧姆。

(2)防雷 根据本工程建筑特点,依据国家标准,按三类建筑物进行防雷设计,脱硫塔顶部接闪器采用避雷针结合避雷带,并分别用引下线接至角钢接地极,防雷接地冲击电阻不大于4欧姆。连接的裸露部分采用螺栓连接或焊接,焊接处作防护处理。

◆ 仪表控制系统

就地远传仪表

就地远传仪表包括压力表、温度变送器、差压变送器、液位计、料位开关等。 浆液管道采用隔膜压力表,清水管道采用普通压力表。 吸收塔温度变送器采用一体式或者与其他仪表就地集中显示,双支热电阻,Pt100。 吸收塔差压变送器采用一体式或与其他仪表就地集中显示。 三个槽池和吸收塔液位计采用可远传的压力转换液位计,石灰粉仓采用阻旋料位计。

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