熱電廠石灰石—石膏法煙氣脫硫的原理及工藝

文_鐘洪祿 楊森 劉濤 楊利軍 航天環境工程有限公司

石灰石濕法煙氣脫硫((Flue Gas Desulfurization.FGD)技術主要特點有：脫硫效率高，石灰石—石膏濕法脫硫工藝脫硫率高達98.75%以上；技術成熟，運行可靠性好；對不同煤種的適應性強；脫硫的副產物易于處理利用，脫硫石膏可作為水泥的輔料，已進入工業化。

1 反應機理

采用石灰石漿液吸收煙氣中SO2，經過一系列復雜的物理以及化學反應過程，主要生成以石膏為主的產物。在石灰石—石膏濕法脫硫系統中，首先將石灰石磨成粉狀，調制好石灰石漿液。含有大量污染物的煙氣從爐膛進入吸收塔之后，石灰石漿液中的CaCO3和煙氣中的SO2，在空氣充足的情況下發生反應，生成可二次利用的石膏，剩余煙氣經過后續相應處理排向大氣。

為了使上述反應進行更徹底，在吸收塔下側進入將帶入大量含有煙氣的污染物，并與塔中石灰石漿液進行逆流混合。

工藝過程中凈化煙氣的方法為吸收法，包括2個反應過程：物理過程和化學過程。物理過程：煙氣從氣相進入液相是吸收過程，其原理符合薄膜理論；化學過程：主要是酸堿中和反應，液相中可以加快化學反應速率。

2 工藝流程

典型的石灰石-石膏濕法脫硫裝置包括煙氣系統、吸收塔系統、石灰石制漿系統、石膏脫水系統、脫硫廢水處理系統以及其他工藝系統（工藝水系統及事故漿液系統等）。具體的工藝流程為：攜帶大量原煙氣的污染物經過增壓風機加壓推送至煙氣換熱器，然后降溫至要求后進到吸收塔隨后進行酸堿中和反應。經過一系列物理和化學反應，煙氣中的SO2被大量脫去，煙氣經過脫硫處理后仍要經過除霧器和煙氣換熱器的處理，煙氣溫度達標后從煙囪排出。石灰石漿液在吸收SO2后，通過石膏脫水等系統得到可二次利用的石膏。

2.1 煙氣系統

該系統主要用于判別是否啟用脫硫系統，具體流程如圖1所示。煙氣系統將未脫硫的煙氣引入脫硫裝置，將脫硫后的潔凈煙氣送入煙囪。本工程不設旁路煙道，增壓風機與引風機合并設置。因此進入脫硫裝置的煙氣通過引風機實現流量控制，煙氣系統的壓降通過引風機克服，要求FGD裝置BMCR（鍋爐最大連續蒸發量）工況下的總壓損不大于2500Pa（不含煙囪自拔力和濕式靜電除塵器），從吸收塔出來的脫硫煙氣直接經由煙囪排放。

2.2 吸收塔系統

該系統主要作用于吸收SO2，脫硫裝置核心，具體流程如圖2所示。具體流程主要包括：石灰石漿液的噴淋和酸堿中和反應的進行。其中，石灰石漿液自上而下進行噴淋，原煙氣自下而上輸送，就是為了通過逆流混合的方式使反應更加徹底，提高脫硫效率。在吸收塔后設有除霧器，除去煙氣中的霧滴。經過反應后所生成CaSO3沉積在吸收塔底部，氧化后生成的石膏通過吸收塔排漿泵排出，進入后續的石膏脫水系統。

2.3 石灰石漿液制備系統

該系統主要用于制備脫硫所需的石灰石漿液，具體流程如圖3所示。整個流程主要包括：購買細度為250或325目篩小于10%的石灰石粉，由自卸式灌裝汽車運送至脫硫島內的地下儲存倉，再經輸送機輸送至石灰石儲存倉，然后用旋流器進行漿液分離，經過重復碾磨分離，制成符合要求的石灰石漿液作為吸收劑通過漿液輸送泵送入脫硫塔脫硫。

2.4 石膏脫水系統

脫水系統如圖4所示。石膏脫水系統分兩階段：第一級為石膏旋流濃縮器，離開旋流器的漿液固體含量至少50%；第二級為真空皮帶脫水機，經真空皮帶脫水機脫水生成含水率小于10%Wt的石膏餅，石膏濾液返回吸收塔或制漿系統。從一級脫水系統來的旋流器底流，進入真空皮帶脫水機進行脫水，最后產生石膏。溶解于石膏中的Cl-含量低于0.02% Wt（以無游離水分的石膏作為基準），溶解于石膏中的MgO含量低于0.1%Wt，溶解于石膏中的Na2O含量低于0.06% Wt。

2.5 脫硫廢水處理系統

脫硫裝置漿液內的水在不斷循環的過程中，會富集重金屬元素和Cl-等，一方面加速脫硫設備的腐蝕，另一方面影響石膏的品質，因此，脫硫裝置要排放一定量的廢水，進入廢水處理系統，目前最常用的脫硫廢水的處理方法為氫氧化物沉淀法，該法中最常用的沉淀劑是石灰和氫氧化鈉。

廢水首先通過中和箱與溶液中OH-發生中和反應，使廢水中大部分重金屬以氫氧化物的形式沉淀出來，然后加入絮凝劑使沉淀聚集沉降，絮凝過程后通過濃縮澄清，將上清液流入凈水箱，經pH調節后達標排放，澄清池中的污泥回流到中和池。該系統按150%容量設計，為達到更高的可利用性，系統中的泵按100%安裝備用。每個箱體中應設置旁路，便于箱體方便維修。污泥脫水系統的污泥運至干灰場貯存。經中和、沉降、絮凝、澄清和濃縮處理后的脫硫廢水達到排放標準（《火電廠石灰石—石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》（DL/T997—2006））。化學沉淀法的工藝流程如圖5所示。完整的脫硫廢水處理系統應包括中和箱、沉降箱、絮凝箱、澄清池、各廢水泵、制備箱及加藥箱等。

2.6 其他工藝系統

其他工藝系統包括工藝水系統、事故漿液系統等。2臺煙氣脫硫裝置可以共用1套工藝水系統，工藝水系統作用是在FGD系統中，為維持整個系統內的水平衡，包括1個工藝水箱、2臺工藝水泵、3臺除霧器沖洗水泵。事故漿液系統主要用于儲存事故漿液，這里的事故漿液主要是指大修或者發生事故時的漿液。整個系統主要包括：儲罐裝置、地坑裝置和攪拌裝置等。

3 結語

我國煤炭資源豐富，燃煤發電應用廣泛，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫也是目前世界上應用最多的煙氣脫硫(FGD)工藝。但是，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統在初期建設時費用很高，約占電廠總投資的10%，運行和維護費價格也非常高，并且系統可用率不高，這一定程度上阻礙了煙氣脫硫工程在火電廠的應用。導致脫硫費用高的原因有兩個：一是由于從國外引進的FGD技術及設備費用很高，但這可以通過技術設備國產化降低成本；二是由于FGD技術設計和運行上還有許多不足之處，使得設備運行成本增加。

通過因地制宜，優化FGD工藝，配置合理的設備，優化培訓專業人員運行FGD系統，可以達到降低運行成本和提高使用年限的目的。