简析石灰石关于石灰石—石膏法烟气脱硫工艺设计设计

【摘要】石灰石—石膏法烟气脱硫是减少SO2排放的有效措施。本文作者基于多年的烟气脱硫实践经验，基于目前我国烟气脱硫的技术现状，对石灰石—石膏法烟气脱硫系统工艺设计进行优化探讨。
【关键词】石灰石—石膏法；烟气脱硫；工艺设计
前言
烟气脱硫(FGD)是在烟道处加装脱硫设备对烟气进行脱硫的方法，它是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法，是控制酸雨和SO2污染的最为有效的方法。石灰石—石膏法烟气脱硫工艺作为烟气脱硫方法中应用最为广泛的工艺，其近几年对改善我国的大气质量起到了重要作用。然而，石灰石—石膏法烟气脱硫工艺在实施过程出现的工程质量、副产物处置、大量资金的耗费等问题也逐渐引起人们的注意，如何基于目前我国烟气脱硫的技术现状，对石灰石—石膏法烟气脱硫系统工艺设计进行优化，是值得每一个设计人员进行深入探讨的问题。

1. 石灰石—石膏法烟气脱硫工艺原理

石灰石—石膏法烟气脱硫工艺原理主要基于石灰石浆液吸收SO2的反应。其步骤分为：①向吸收塔下部的浆液池中加入新鲜的石灰石浆液；②石灰石浆液由塔的上部喷人。并在塔内与SO2发生物理吸收和化学反应。最终生成亚硫酸钙；③亚硫酸钙在浆液池中被强制氧化生成二水硫酸钙(石膏)；④将二水硫酸钙从浆液池排出。通过水力旋流器．石膏脱水机。最终分离出含水率小于10％的石膏。

2. 石灰石—石膏法烟气脱硫工艺流程设计

2.1已知参数

（1）校核煤质
（2）上海锅炉有限公司 SG220/9.8-M671 型号锅炉
（3）环境温度20℃，空气中的水质量含量1%。
（4）石灰石品质：CaCO3含量90%。
（5）电除尘器除尘效率99.7%。
（6）除尘器漏风系数0.03%。
（7）增压风机漏风系数0.01%。

2.2 设计条件

（1）脱硫效率90%
（2）氧化倍率2
（3）Ca/S摩尔比 1.03
（4）烟气流速

4.0m/s

（5）雾化区停留时间 2.5s
（6）液气比13L/M3
（7）停留时间5s

2.3工艺系统设计原则包括：

（1）脱硫工艺采用湿式石灰石—石膏法。
（2）脱硫装置采用一炉一塔，每套脱硫装置的烟气处理能力为一台锅炉BMCR工况时的烟气量。石灰石浆液制备和石膏脱水为两套脱硫装置公用。脱硫效率按大于等于90%设计。
（3）脱硫系统设置100%烟气旁路，以保证脱硫装置在任何情况下不影响发电机组的安全运行。
（4）吸收剂制浆方式采用石灰石粉，在吸收剂浆液制备区加水制成浆液。
（5）脱硫副产品—石膏脱水后含游离水含量小于10%，为综合利用提供条件。当脱硫石膏综合利用困难时，石膏脱水后经汽车运输抛弃至灰场。

3. 石灰石—石膏法烟气脱硫系统设计

石灰石—石膏法烟气脱硫系统主要由烟气系统、SO2吸收系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水及储存系统、废水处理系统、公用系统、热工控制系统、电气系统等几部分组成。工艺流程见图1。









图1石灰石—石膏法烟气脱硫工艺设计流程

3.1 烟气系统设计

烟气系统主要设备有：FGD进／出口烟气挡板、FGD旁路烟气挡板、密封风机、FGD增压风机及其附属设备、烟气再热器及其附属设备、烟气连续排放监测系统（CEMS)等。
来自锅炉引风机出口的烟气从FGD原烟气进口挡板门进入FGD系统。经FGD增压风机送至烟气再热器，原烟气与来自吸收塔的洁净烟气进行热交换后被冷却。被冷却的原烟气进入吸收塔与喷淋的吸收剂浆液接触反应以除去SO2。脱硫后的饱和烟气经除雾器后进入烟气再热器的升温侧被加热至80℃以上，然后从FGD净烟气出口挡板进入烟囱排人大气。
因此本研究设计FGD装置应装设烟气－烟气换热器（可利用原烟气的热量加热净烟气），使烟囱入口处的烟气温度达到80℃，烟囱出口的排烟温度可达到70℃以上。这样可大大减轻对烟囱筒体的酸腐蚀，并改善烟气的扩散条件。

3.2 SO2吸收系统（吸收塔）

吸收塔是FGD系统的核心部分，其主要组成部分是循环泵及喷淋层、氧化空气系统、浆液搅拌系统、除雾器及其冲洗水系统等。吸收塔的主要作用是吸收烟气中的SO2并产生石膏晶体。其流程为：来自烟气再热器的烟气自吸收塔侧面进入塔内，烟气从下往上流经吸收塔时，与来自吸收塔循环泵喷淋的浆液接触反应，浆液含有10％～20％左右的固体颗粒；浆液将烟气冷却至约50℃，同时吸收烟气中的SO2，与石灰石发生反应生成亚硫酸钙；反应产物被收集在吸收塔底部，由氧化风机鼓入的空气氧化成石膏，并再次被循环泵循环至喷淋层；吸收塔内浆液被机械搅拌器或脉冲悬浮泵适当地搅拌。使石膏晶体悬浮。
本设计中，SO2吸收设备尽可能模块化设计。包括吸收塔和整个循环浆池。液柱的设计能保证SO2的去除量。

3.3 石灰石浆液制备系统

石灰石浆液制备系统的主要功能是制备合格的吸收剂浆液，并根据吸收塔系统的需要由石灰石浆液泵直接打入吸收塔内或打到循环泵人口管道中，经喷嘴充分雾化而吸收烟气中的SO2。石灰石浆液的制备一般有两种模式：采用湿式球磨机制浆及用石灰石粉加水制浆。
本设计中，石灰石粉仓的设计有除尘装置，石灰石粉仓的容量按两台锅炉在BMCR工况运行5天的吸收剂耗量设计。全套吸收剂供应系统满足FGD所有可能的负荷范围。

3.4 石膏脱水系统

石膏脱水系统的主要功能是将吸收塔内石膏浆液脱水成含水量小于10％的石膏，这些石膏可作为商用副产品，也可抛弃不用。脱水系统的主要组成部分有石膏水力旋流器(一级脱水)、脱水机(二级脱水)及附属设备：如真空泵、滤液箱、废水旋流器及废水箱、石膏仓或石膏库等。
吸收塔石膏浆液是含有石膏晶体、CaCl2、少量

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未反应石灰石、CaF2和少量飞灰等的混合物，经过石膏水力旋流器后，可实现一定的分离效果，此后再经石膏脱水机实现石膏的洗涤和脱水。
本设计中，每台炉设一套石膏旋流站。一套石膏旋流站各有一个石膏浆液缓冲箱，并配有搅拌器。系统设置一台真空皮带脱水机。系统设置一个石膏储存间。石膏储存间设有铲车等装运设施。

3.5 废水处理系统

脱硫废水处理系统包括废水处理、加药等2个分系统。脱硫工艺产生的废水连续排至脱硫废水处理装置内进行处理。
脱硫废水采用中和（碱化）、沉降、絮凝处理后，经澄清池浓缩、出水箱内PH调整达标后送至电厂除灰系统进行干灰调湿。
（1）脱硫废水处理系统
系统流程如下：

在中和系统中，废水的PH值通过加入石灰浆调升至8~9范围以便沉淀大部分重金属和氟化物；在中和处理中，废水中的石膏沉淀至饱和浓度。
（2）加药系统
加药系统包括石灰浆加药系统；有机硫化物加药系统；絮凝剂（FeClSO4）加药系统；助凝剂(聚合电解质)加药系统；盐酸加药系统。所有药品均由计量泵定量加入到相应加药点。

4. 设计系统计算分析

以FGD进口烟气量计算数据为例（表1），对所设计的石灰石—石膏法烟气脱硫系统进行计算分析。
表1 FGD进口烟气量计算数据

（2）、除尘器进口烟气成分

（3）、FGD进口烟气成分

（4）、烟气成分与湿烟气量比值

（5）、烟气成份与干烟气量比值

（6）、原烟气中SO2浓度计算

290

7.489

（7）、烟气密度
1烟囱进口烟气密度Kg/Nm3 (1-0.01Ay+

1.285(αky+∑α)V0+g)/Vpy2300

计算结果为：
（1） 脱硫塔热平衡分析：吸收塔内放热37678954kJ/h，蒸发水吸收36670489 kJ/h，余热为1008465kJ/h，热偏差为-

2.7%，小于4%设计要求。故本设计合理，符合实际情况。

（2） 脱硫塔水平衡分析：吸收塔进出口水量均为47894kg/h,处于平衡状态，故设计合理。
（3）脱硫效率分析：FGD脱硫塔进口二氧化硫浓度为3955.758mg/Nm³，出口SO2浓度为35

1.6 mg/Nm³，脱硫效率大于90%，符合设计要求。

【参考文献】
林海. 石灰石 - 石膏法脱硫与氨法脱硫的对比研究[J]. 河南科技,2012,14:.
邓玉勇,杜铭华,雷仲敏. 电厂烟气脱硫技术推广应用战略模式研究[J]. 中国能源,2007,02:12-15.
[3]李柱峰. 火电厂烟气脱硫工艺系统的选择[J]. 民营科技,2012,11:23.
[4]高原. 湿法烟气脱硫吸收塔烟气流场数值模拟研究[J]. 节能技术,2012,01:66-69.
[5]雷鸣,赵彩虹,丹慧杰. 新型脱硫添加剂在烟气脱硫工艺中的应用[J]. 热力发电,2012,02:60-63.