高濃度SO2石灰石-石膏濕法脫硫系統升級改造及應用

梁　磊

(江蘇一環集團有限公司，江蘇宜興214206)

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高濃度SO2石灰石-石膏濕法脫硫系統升級改造及應用

梁磊

(江蘇一環集團有限公司，江蘇宜興214206)

摘要：結合攀枝花某企業回轉窯煙氣石灰石-石膏濕法脫硫系統升級改造工程實例，針對原系統脫硫效率低、除霧器結垢、堵塞頻繁、出口煙氣“石膏雨”現象嚴重及循環氧化池沉積物多等問題，提出相應改造方案。改造后的脫硫系統脫硫效率可達98.5%～99%，出口煙氣霧滴含量僅為58 mg/Nm3，低于75 mg/Nm3的排放限值，“石膏雨”現象消除；系統連續運行3個月，除霧器沒有出現結垢、堵塞，循環氧化池沉積物大大減少。改造系統取得較好的使用效果，為今后同類脫硫系統升級改造提供參考。

關鍵詞：石灰石-石膏；濕法煙氣脫硫；升級改造；除霧器；“石膏雨”；煙氣霧滴

0引言

隨著環保排放標準的日益嚴格，部分企業原有脫硫設施已不能滿足新的環保排放要求[1]，因此，原有脫硫系統需要升級改造。改造工程[2]不同于新建工程，需充分考慮原有設施的規格、材質、型號、處理能力及運行中存在的問題[3]等，盡可能采取利舊、增補、改進、修復[4]等簡單實用的方案進行改造，節約改造成本。本文結合脫硫系統改造工程實例，針對原脫硫系統存在的問題，提出改造方案，并取得較好的使用效果，為今后同類脫硫系統升級改造提供參考。

1工程概況

攀枝花某企業2012年11月建成回轉窯煙氣石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統，設計參數如表1所示，煙氣SO2排放濃度小于600 mg/Nm3，滿足當地環保排放的要求。脫硫系統如圖1所示。

石灰石粉由罐車運送至石灰石粉倉附近，經氣力輸灰送至粉倉，再經變頻給料機送至制漿池，

表1　脫硫工藝參數

圖1　脫硫系統工藝流程圖

制成30%左右的石灰石漿液，通過石灰石漿液泵送至循環氧化池。循環氧化池設5臺循環泵，將漿液送至塔內噴淋層，與煙氣逆流接觸，發生化學反應，吸收煙氣中的SO2，凈煙氣經兩級除霧器去除霧滴后，由塔頂直排煙囪高點排放，反應后的漿液落至塔底回流到循環氧化池。循環氧化池設3臺氧化風機，2用1備，利用氧化空氣將反應生成的亞硫酸鈣氧化成石膏[5]。循環氧化池漿液密度及pH達到一定值時，經石膏排出泵送入旋流器，10%～20%的石膏漿液濃縮至50%～60%后，落入真空皮帶脫水機，得到含水率10%左右的石膏固體。

2系統改造原因

2015年1月，新環保法的實施，回轉窯煙氣SO2排放濃度限值由600 mg/Nm3提高到200 mg/Nm3，其次，企業所用煤種含硫量增加，原煙氣中SO2含量由6 000 mg/Nm3增加至8 000 mg/Nm3。該種條件下，滿足新的環保排放要求，系統脫硫效率需提高到97.5%。另外，原脫硫系統設計上存在缺陷，并經長時間運行，系統存在除霧器結垢、堵塞頻繁、出口煙氣“石膏雨”現象嚴重、循環氧化池沉積物多等問題，因此，原脫硫系統需升級改造。

2.1提升脫硫效率

液氣比是脫硫漿液的循環量與處理煙氣量的體積流量之比，是決定脫硫效率的主要因素之一[6]。當吸收塔入口SO2濃度一定時，達到較高脫硫效率，需增加氣液接觸幾率，即增大液氣比。SO2與吸收漿液達到平衡后，僅從增加液氣比提高脫硫效率，效果已不明顯，反而增加系統能耗。結合以上原因，本工程脫硫液氣比由21.4 L/Nm3增加至34.3 L/Nm3。現有5臺1 500 m3/h的循環泵，更換其中3臺，單臺泵流量增加至3 000 m3/h，循環液總流量由7 500 m3/h增加至12 000 m3/h。為進一步提高漿液與煙氣接觸反應時間，更換上面3層噴淋層對應的循環泵。循環泵流量的增加，對應的噴淋層、噴嘴及泵進出口管道等均不能滿足使用要求，需重新設計并更換。

2.2除霧器結垢、堵塞頻繁解決措施

原脫硫系統脫硫塔內噴淋層上方設有兩級平板式除霧器，配套3層沖洗水層，分別位于上級除霧器下方，下級除霧器上方和下方，除霧器及沖洗水層均為PP(聚丙烯)材質。除霧器直徑為7 m，配2臺沖洗水泵，一用一備，流量為60 m3/h，壓力為0.2～0.3 MPa。系統連續運行15～20天，除霧器就會出現嚴重的結垢、堵塞現象(如圖2)，造成系統總阻力增大，引風機出力較大，出口煙氣帶水嚴重等不良現象。即便提高除霧器沖洗頻次，結垢、堵塞現象依然未能改善。

圖2　除霧器結垢、堵塞

分析認為，除霧器結垢、堵塞頻繁的主要原因為沖洗水壓力偏小，沖洗管網設計不合理。保留原有除霧器，拆除沖洗管網、噴嘴、沖洗水泵及其配套的管道、閥門等。沖洗水泵更換為流量60 m3/h，壓力0.5～0.6 MPa。原有3層沖洗水層增加至4層，即在上層除霧器上方新增一層沖洗水層，提高上級除霧器沖洗效果；其次，縮短沖洗水噴嘴與除霧器之間的距離，進一步提高沖洗強度。沖洗水壓力的增加，原PP材質的沖洗水管網壓力等級不能滿足使用要求，因此，沖洗水管更換為FRP(玻璃鋼)管。

2.3改善出口煙氣“石膏雨”現象

脫硫塔出口凈煙氣攜帶的飽和水含有一定量的石膏、粉塵顆粒，經塔頂直排煙囪排出后，若不能有效抬升并擴散到大氣中，煙氣中攜帶的顆粒及霧滴聚集在煙囪附近，落在地面后形成“石膏雨”，對周邊環境產生污染。原脫硫系統運行時，“石膏雨”現象較明顯，尤其是除霧器結垢、堵塞時，“石膏雨”現象更為嚴重。

對原脫硫系統實際情況進行分析，“石膏雨”現象的主要原因為除霧器性能降低。首先，除霧器老化變形，導致部分折流板分布不均，間距變大等；其次，除霧器結垢、堵塞，減少了煙氣流通面積，煙氣流速增大，超出了除霧器工作流速，降低了除霧性能。旋流板除霧器(如圖3)是利用旋流板將煙氣由軸流轉變為旋流，產生離心力，液滴在離心力的作用下，拋向煙囪壁，聚集落下，達到煙氣除霧的效果。為改善出口煙氣“石膏雨”現象，脫硫塔頂部直排煙囪中部增設FRP材質的旋流板除霧器。

圖3　旋流板除霧器三維視圖

2.4循環氧化池沉積物多解決方案

原脫硫系統采用塔外循環，脫硫塔外設氧化循環池，規格為11 m×7 m×7 m。循環氧化池中部設置2臺頂進式攪拌機，配備3臺羅茨式氧化風機，風量為90 m3/min，全壓為60 kPa，兩用一備。2臺羅茨式風機提供的氧化空氣匯入DN350的主管，分配到3根DN200的支管。支管由池頂深入池內，支管底端與池底距離為3 m。循環氧化池排空檢修時，多次發現池底沉積物較多，部分區域石膏堆積嚴重，甚至形成2 m高左右的錐形“石膏山”，只能人工進行清理，給企業生產管理帶來負擔。

循環氧化池沉積物多的主要原因是矩形池拐角及邊緣存在攪拌盲區。為解決循環氧化池沉積物多的問題，同時考慮最大可能地節約投資成本，研究決定充分利用現有3臺氧化風機，重新布置池內氧化空氣支管，利用氣力攪拌加強池內拐角及邊緣攪拌強度。即拆除3根DN200的氧化支管，更換為12根DN100的氧化支管，縮短DN100的氧化支管底端面與池底的距離至1 m，進一步提高氧化空氣對池底漿液的攪拌作用，同時，延長了氧化空氣與漿液的接觸時間，提高了氧氣利用率及亞硫酸鈣氧化效率。

3改造效果

2015年7月初，脫硫系統改造完成，隨即進入調試、運行階段，表2為抽取2015年7月10日上午及2015年7月17日下午運行班組數據記錄。運行期間，5臺循環泵同時開啟，循環氧化池漿液pH值控制在5.8～6.1，密度控制在1 100～1 150 kg/m3[6]80。

表2可見，進出口煙氣溫度及流量均較穩定，進口SO2濃度為7 524～8 568 mg/Nm3范圍時，出口可降至78～126 mg/Nm3，脫硫效率穩定在98.5%～99%，滿足環保排放及設計要求。系統運行期間，多次觀察出口煙氣未發現“石膏雨”現象，經當地專業機構檢測，出口煙氣霧滴含量為58 mg/Nm3，低于75 mg/Nm3的排放限值。系統連續運行3個月后，停運脫硫系統，打開脫硫塔除霧器入孔，查看除霧器較為清潔，沒有結垢、堵塞現象。排空循環氧化池漿液至事故漿液箱，池底僅有小部分區域有20 cm厚左右的沉積物，沉淀物多的現象大大改善。

表2　運行數據

4結論

高濃度SO2的脫除，采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，脫硫循環漿液需控制在較高的pH值環境下運行，才能達到較高的脫硫效率[7]。但高pH值環境下運行，脫硫初級副產物亞硫酸鈣的氧化效率較低，若氧化不充分，一方面，石膏脫水較為困難[8]；另一方面，亞硫酸鈣為粘性物質，易粘附于石灰石顆粒表面，堵塞其溶解通道，降低石灰石粉與SO2的接觸面積，脫硫效率將會下降。此種情況下，需提高循環氧化池氧化風量，確保亞硫酸鈣氧化充分，進而獲得較高脫硫效率及脫水較好的石膏副產物。

參考文獻：

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Upgrading Reconstruction and Application of High Concentration SO2Limestone Gypsum Wet Desulfurization System

LIANG Lei

(Jiangsu Yihuan Group Co., Ltd., Yixing 214206, China)

Abstract：Taking the upgrading and reconstructing project of a wet limestone-gypsum FGD systems in Panzhihua as an instance, aiming at solving the problems such as the low desulfurization efficiency, frequent of mist eliminator scaling and clogging, export flue gas “gypsum rain” phenomenon and circulation of the oxidation pond sediment in the original system, a new reform scheme is proposed. After transformation, the desulfurization system desulfurization efficiency is improved to 98.5～99%, while the outlet flue gas droplet content drops to 58 mg /Nm3 only, in contrast to the limit value of 75 mg /Nm3. Furthermore, the phenomenon of gypsum rain vanishes. After 3 months’ operation, no fouling, clogging exists in the mist eliminator; sediments in the cyclic oxidation pond become less. The reform of the system had achieved good effects, which can provides reference for the improvement of the same kind of desulfurization system in the future.

Keywords：limestone-gypsum; wet flue gas desulfurization; upgrading; mist eliminator; “gypsum rain”; flue gas droplet

收稿日期：2016-01-24。

作者簡介：梁磊(1984-)，男，工程師，從事煙氣脫硫、脫硝工程研發、設計、施工及調試，E-mail:sgh_163163@163.com。

中圖分類號:X701.3

文獻標識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.04.013