脫硫吸收塔SO2吸收系統(tǒng)

...wd......wd......wd...第三章SO2吸收系統(tǒng)3.1、系統(tǒng)簡介SO2吸收系統(tǒng)是整個脫硫裝置的核心系統(tǒng)，對煙氣除去SO2等有害成分的過程主要在這個系統(tǒng)完成。本系統(tǒng)主要是由吸收塔、漿液循環(huán)泵、除霧器、吸收塔攪拌器及氧化風機等組成。石灰石－石膏濕法煙氣脫硫是由物理吸收和化學吸收兩個過程組成。在物理吸收過程中SO2溶解于吸收劑中，只要氣相中被吸收氣體的分壓大于液相呈平衡時該氣體分壓時，吸收過程就會進展，吸收過程取決于氣-液平衡，滿足亨利定律。由于物理吸收過程的推動力很小，所以吸收速率較低。而化學吸收過程使被吸收的氣體組分發(fā)生化學反響從而有效地降低了溶液外表上被吸收氣體的分壓，增加了吸收過程的推動力，吸收速率較快。FGD反響速率取決于四個速率控制步驟，即SO2的吸收、HSO3氧化、石灰石的溶解和石膏的結(jié)晶。3.2、吸收反響原理3.2.1SO2吸收是從氣相傳遞到液相的相間傳質(zhì)過程。對于吸收機理以雙膜理論模型的應用較廣，雙膜理論模型如以下列圖。圖中p表示SO2在氣相主體中的分壓，pi表示在界面上的分壓，c和ci則分別表示SO2組分在液相主體及界面上的濃度。把吸收過程簡化為通過氣膜和液膜的分子擴散，通過兩層膜的分子擴散阻力就是吸收過程的總阻力。氣體吸收質(zhì)在單位時間內(nèi)通過單位面積界面而被吸收劑吸收的量稱為吸收速率。根據(jù)雙膜理論，在穩(wěn)定吸收操作中，從氣相傳遞到界面吸收質(zhì)的通量等于從界面?zhèn)鬟f到液相主體吸收質(zhì)的通量。吸收傳質(zhì)速率方程一般表達式為：吸收速率=吸收推動力×吸收系數(shù)，或者吸收速率=吸收推動力/吸收阻力。吸收系數(shù)和吸收阻力互為倒數(shù)。3.2.23.2.1.1、SO2、SO3和HCl的吸收煙氣中的SO2和SO3與漿液液滴中的水發(fā)生如下反響：SO2+H2O→HSO3—+H+SO3+H2O→H2SO4HCl遇到液滴中的水即可迅速被水吸收而形成鹽酸。3.2.1.2、漿液水相中的石灰石首先發(fā)生溶解，吸收塔漿池中石灰石溶解過程如下：CaCO3+H2O→Ca2++HCO3—+OH—水中石灰石的溶解是一個緩慢的過程，其過程取決于以下幾個因素：a.固態(tài)石灰石顆粒的顆粒尺寸。顆粒細小的石灰石粉要比顆粒粗大的石灰石粉溶解要快。b.石灰石的反響率?；钚允沂娜芙饴室葲]有活性的石灰石溶解率要快。c.吸收塔漿液的pH值。pH值越低，石灰石溶解得越快。高的pH值對酸性氣體的脫除效率有利，但是不利于石灰石的溶解。低的pH值不利于酸性氣體的脫除效率，但是有利于石灰石的溶解。SO2、SO3、HCl等與石灰石漿液發(fā)生以下離子反響：Ca2++HCO3—+OH—+HSO3—+2H+→Ca2++HSO3—+CO2↑+2H2O氧化反響：2HSO3—+O2→2SO42—+2H+Ca2++HCO3—+OH—+SO42—+2H+→Ca2++SO42—+CO2↑+2H2OCa2++HCO3—+OH—+2H++2Cl—→Ca2++2Cl—+CO2↑+2H2O經(jīng)歷顯示，吸收劑漿液的pH值控制在5.5～6.0之間，pH值為5.6時最正確，此時酸性氣體的脫除率和石灰石的溶解速度都很高。吸收塔漿液池中的pH值是通過調(diào)節(jié)石灰石漿液的投放量來控制的，而參加塔內(nèi)的新制備石灰石漿液的量取決于預計的鍋爐負荷、SO2含量以及實際的吸收塔漿液的pH值。3.2.1.3、通入吸收塔漿液池內(nèi)的氧氣將亞硫酸氫根氧化成硫酸根：2HSO3—+O2→2SO42—+2H+3.2.1.4、石膏形成：Ca2++SO42—+2H2O→CaSO4?2H2O石膏的結(jié)晶主要發(fā)生在吸收塔漿液池內(nèi)，漿液在吸收塔內(nèi)的停留時間、通入空氣的體積和方式都經(jīng)過專門的設計，可保證石膏的結(jié)晶生成。脫硫總反響式：SO2〔g〕+CaCo3(s)+1/2O2+2H2O(l)→CaSO4.2H2O(s)+CO2(g)WFGD物理和化學反響過程示意圖石灰石的溶解；2-SO2和O2的溶解；3-亞硫酸鈣的氧化；4-石灰石的溶解；5-O2的吸收；6-亞硫酸鈣的強制氧化；7-石膏的結(jié)晶；8-亞硫酸鈣的結(jié)晶；9-可能的結(jié)垢；10-持液槽3.3、主要設備作用及構(gòu)造3.3.1作用與功能：煙氣進入吸收塔內(nèi)，自下而上流動與噴淋層噴射向下的石灰石漿液滴發(fā)生反響，吸收SO2、SO3、HF、HCl等氣體。吸收塔采用先進可靠的噴淋空塔，系統(tǒng)阻力小，塔內(nèi)氣液接觸區(qū)無任何填料部件，有效地杜絕了塔內(nèi)堵塞結(jié)垢現(xiàn)象。石灰石漿液制備系統(tǒng)制成的新石灰石漿液通過石灰石漿液泵送入吸收塔漿液池內(nèi)，石灰石在漿液池中溶解并與漿液池中已經(jīng)生成石膏的漿液混合，由吸收塔漿液循環(huán)泵將漿液輸送至噴淋層。漿液通過空心錐型噴嘴霧化，與煙氣充分接觸。在吸收塔漿液池中部區(qū)域，氧化風機供應的空氣通過布置在漿液池內(nèi)的噴槍與漿液在攪拌器的協(xié)助下進一步反響生成石膏〔CaSO4·2H2O〕。3.3.1.1、每只吸收塔配備四臺漿液循環(huán)泵，采用單元制運行方式，每一臺循環(huán)泵對應一層噴淋裝置。循環(huán)泵將塔內(nèi)的漿液從下部漿液池打到噴淋層，經(jīng)過噴嘴噴淋，形成顆粒細小、反響活性很高的霧化液滴。本設計的液氣比選在16.24L/Nm3。四層噴淋層可以根據(jù)煙氣負荷的大小選擇投用的層數(shù)，以降低能源的消耗和保證出口煙氣的溫度。噴淋層采用高級的螺旋狀噴嘴，在同等噴霧條件下，對循環(huán)泵的壓力需求較低。該種噴嘴可使噴出的三重環(huán)狀液膜氣液接觸效率高，能到達高效吸收性能和高除塵性能。噴淋層的布置增加了漿液與氣體的接觸面積和幾率，保證吸收塔橫截面能被完全布滿，使SO2、SO3、HF、HCl等被充分去除。由于在吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過循環(huán)泵反復循環(huán)與煙氣接觸，吸收劑利用率很高。吸收塔內(nèi)部構(gòu)造示意圖噴淋層和噴嘴實物圖噴淋效果圖噴嘴實物圖3.3.1.2、吸收塔漿液池的主要功能如下：完成酸性物質(zhì)和石灰石的反響酸性物質(zhì)：通過強制氧化把亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽提供石灰石足夠的溶解時間促使過飽和溶液里面的石膏結(jié)晶提供石膏晶體充分長大的停滯時間根據(jù)日本川崎公司多年的工程經(jīng)歷并結(jié)合工程設計參數(shù)，對吸收塔進展了優(yōu)化設計。其優(yōu)點有：①、低進口SO2濃度導致酸堿吸收反響速率下降，大容量吸收塔漿池為噴淋過程中物理溶解于漿液中的酸性物質(zhì)在漿池內(nèi)與溶解態(tài)石灰石的反響提供充分的反響時間，由此確保高的脫硫效率。②、為石灰石提供充分的溶解時間，確保不大于1.03的鈣硫比。③、為亞硫酸鈣提供充分的氧化空間和氧化時間，確保良好的氧化效果。④、為石膏晶體長大提供充分的停滯時間，確保生成高品質(zhì)的粗粒狀〔而非片狀和針狀〕石膏晶體。⑤、同時，為了在煙氣參數(shù)如煙氣流量、煙氣溫度和SO2初始濃度發(fā)生快速變化的情況下，能使吸收塔正常、穩(wěn)定地運行，漿液池容量的設計保證提供充分的氣固緩沖容積，確保系統(tǒng)具有良好的耐沖擊性和穩(wěn)定性。當鍋爐原煙氣通過吸收塔時，會蒸發(fā)帶走一局部吸收塔內(nèi)的水分，石膏結(jié)晶也會帶走一定的水分，廢水排放也會帶走一局部水，這樣將導致吸收塔漿液中的固體濃度逐步增大，進而影響反響的正常進展。漿液的液位由吸收塔的液位控制系統(tǒng)控制，流失的水將通過除霧器沖洗水來補充，同時亦通過向吸收塔補充新鮮工藝水來保持液位。塔內(nèi)漿液的密度通過調(diào)節(jié)吸收塔內(nèi)石膏漿液的排放量來控制。吸收塔漿液池上部設溢流口，保證漿液液位低于吸收塔煙氣入口段的下沿。溢流管道上配備有吸收塔密封箱，它可以容納吸收塔的溢流液，同時為吸收塔提供了增壓保護，保證系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定。密封箱的液位由周期性補充工藝水來維持。密封箱實物圖3.3.1.3、排空閥實物圖3.3.1.4、漿液池里面的漿液為含有多種溶解鹽的水溶液，其中懸浮態(tài)維持在15wt%的水平。為了保證這些固態(tài)物質(zhì)能夠真正懸浮在漿液中，漿液池周圍安裝了5臺側(cè)進式攪拌器。吸收塔攪拌器外觀圖攪拌器葉片〔吸收塔內(nèi)〕3.3.2、吸收塔漿液循環(huán)泵安裝在吸收塔旁的循環(huán)泵房內(nèi)，用于吸收塔內(nèi)石膏漿液的循環(huán)。采用單流和單級臥式離心泵，包括泵殼、葉輪、軸、軸承、出口彎頭、底板、進口、密封盒、軸封、根基框架、地腳螺栓、機械密封和所有的管道、閥門及就地儀表和電機。漿液循環(huán)泵配有油位指示器、聯(lián)軸器防護罩和泄漏液的收集設備等。配備單個機械密封，不用沖洗或密封水，密封元件配有人工沖洗的連接收。軸承型式為耐磨型。吸收塔選配的是四臺流量都是5640m3/h的離心式循環(huán)泵，在保證噴嘴前壓力一樣的前提下，泵的揚程分別為14.6m/16.6m/18.6m/20.6m。吸收塔的操作液位的設計能充分保證泵的工作性能，泵的葉輪背后不氣蝕；同時，選擇了較大的泵入口管管徑，能有效防止氣蝕的發(fā)生，延長泵的使用壽命。在塔內(nèi)循環(huán)泵入口管路上，裝設大孔徑的過濾器。漿液循環(huán)泵實物圖3.3.3、每套吸收塔的氧化系統(tǒng)由氧化風機、氧化空氣噴槍及相應的管道、閥門組成。氧化空氣通過氧化空氣噴槍均勻地分布在吸收塔底部漿液池中，將CaSO3氧化成CaSO4，進而結(jié)晶析出。氧化空氣系統(tǒng)是吸收系統(tǒng)的一個重要組成局部，氧化空氣的功能是促使吸收塔漿液池內(nèi)的亞硫酸氫根氧化成硫酸根，從而增強漿液進一步吸收SO2的能力，同時使石膏得以生成。氧化空氣注入不充分或分布不均勻都將會引起吸收效率的降低，嚴重時還可能導致吸收塔漿液池中亞硫酸鈣含量過高而結(jié)垢，甚至發(fā)生亞硫酸鈣包裹石灰石顆粒使其無法溶解。因此，對該局部的優(yōu)化設置對提高整個設備的脫硫效率和石膏產(chǎn)品的質(zhì)量顯得尤為重要。氧化和結(jié)晶主要發(fā)生在吸收塔漿液池中。吸收塔漿液池的尺寸足夠保證提供漿液完成亞硫酸鈣的氧化和石膏〔CaSO4?2H2O〕的結(jié)晶的時間。氧化空氣入塔前經(jīng)增濕降溫，使氧化空氣到達飽和狀態(tài)，可有效防止分布管空氣出口處的結(jié)垢。本系統(tǒng)氧化空氣噴槍布置在吸收塔漿液池中下部，為石灰石溶解、亞硫酸鈣氧化和石膏結(jié)晶過程提供最正確反響條件。氧化空氣噴槍上部漿液因為剛吸收了大量SO2，pH值略低，有利于石灰石的進一步溶解和石膏的生成，對提高石膏的品質(zhì)有利，氧化空氣噴槍下部由于有新參加的石灰石漿液，pH值略高，將漿液提升至噴淋層的吸收塔循環(huán)泵入口位于該區(qū)域，有利于提高吸收SO2的能力。氧化空氣由二臺氧化風機提供。從空氣總管起，各個空氣支管在吸收塔外垂直向下接到氧化空氣噴槍。該方式尤其適合大尺寸的吸收塔，氧化效果好，布氣均勻，氧化空氣的利用率高，氧化空氣用量少且保證石膏品質(zhì)。眾多工程實際說明，正常運行狀況下〔除吸收塔維修期間外〕，一般不必要對其進展清洗。該系統(tǒng)的主要特點如下：氧化空氣分布均勻；氧化性能高；在氧化空氣用量較低的情況下保證了氧化反響的徹底進展；氧化空氣噴槍具有自清洗功能。氧化風機采用羅茨風機，每臺包括潤滑系統(tǒng)、進出口消音器、進氣室、進口風道〔包括過濾器〕，吸收塔內(nèi)分配系統(tǒng)及其與風機之間的風道、管道、閥門、發(fā)蘭和配件、電機、聯(lián)軸節(jié)、電機和風機的共用根基底座、就地控制柜、冷卻器等。羅茨風機是一種定排量回轉(zhuǎn)式風機，如以下列圖，靠安裝在機殼1上的兩根平行軸5上的兩個“8〞字形的轉(zhuǎn)子2及6對氣體的作用而抽送氣體。轉(zhuǎn)子由裝在軸末端的一對齒輪帶動反向旋轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，空腔7從進風管8吸入氣體，在空腔4的氣體被逐出風管，而空腔9內(nèi)的氣體則被圍困在轉(zhuǎn)子與機殼之間隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)向出風管移動。當氣體排到出風管內(nèi)時，壓力突然增高，增加的大小取決于出風管的阻力的情況而無限制。只要轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動，總有一定體積的氣體排到出風口，也有一定體積的氣體被吸入。羅茨風機原理示意圖3.3.43.3.4除霧器用于別離煙氣攜帶的液滴，防止冷煙氣玷污GGH、煙道等。本工程采用折流板除霧器，是利用液滴與固體外表的相互撞擊而將液滴凝聚并捕集。氣液通過曲折的擋板，流線屢次偏轉(zhuǎn)，液滴則由于慣性而撞在擋板上被捕集。經(jīng)過凈化處理的煙氣流經(jīng)兩級臥式除霧器，在此處將煙氣攜帶的漿液微滴除去。從煙氣中別離出來的小液滴慢慢凝聚成比擬大的液滴，然后沿除霧器葉片的下部往下滑落，直到漿液池。經(jīng)洗滌和凈化的煙氣流出吸收塔，最終通過煙氣換熱器升溫后經(jīng)凈煙道排入煙囪。3.3.4.2、構(gòu)二級除霧器〔水平式〕，配備沖洗水系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)〔包括管道、閥門和噴嘴等〕。除霧系統(tǒng)包括一臺安裝在下部的粗除霧器和一臺安裝在上部的細除霧器，彼此平行下層除霧器〔一級除霧器〕的上下面和上層除霧器〔二級除霧器〕的下面設有沖洗噴嘴，正常運行時下層除霧器的底面和頂面，上層除霧器的底面自動按程序輪流清洗各區(qū)域。當除霧器壓降超出設定值時即自動完成一個沖洗程序。除霧器沖洗系統(tǒng)的設計特別注意到FGD裝置入口的飛灰濃度及除霧器沉積物的影響。在吸收塔上層除霧器上部增加設置一層沖洗噴嘴，該層噴嘴可異常情況或檢修時對二級除霧器進展人工沖洗，以確保除霧器的高可靠性。水平式立式除霧器原理示意圖3.4、影響吸收的主要因素影響脫硫效率的因素有pH值、L/G、Ca/S摩爾比、FGD入口煙氣流量和SO2濃度、石灰石品質(zhì)、漿液濃度等。3.4.1、如圖示，隨著煙氣中SO2含量的變化，吸收劑石灰石的參加量以SO2的脫除率為函數(shù)。SO2負荷決定于煙氣體積流量和原煙氣的SO2含量。參加的CaCO3流量取決于SO2負荷與CaCO3和SO2的摩爾比。隨著CaCO3的參加，吸收塔漿液將到達某一pH值。脫硫效率隨持液槽中PH的升高而提高。低的pH值有利于石灰石的溶解、HSO3-的氧化和石膏的結(jié)晶，但高的pH值有利于SO2的吸收。可見pH值對WFGD的影響非常復雜和重要。從化學原理分析，當堿液的濃度較低時，化學傳質(zhì)的速度較低。當提高堿液濃度到某一值時，傳質(zhì)速度到達最大值，此時的堿液濃度稱為臨界濃度。煙氣脫硫的化學吸收過程中，以堿液為吸收劑吸收煙氣中的SO2時，適當提高堿液〔吸收劑〕濃度，可以提高對SO2的吸收效率，吸收劑到達臨界濃度時脫硫效率最高。但當堿液濃度超過臨界濃度之后，進一步提高堿液濃度并不能提高脫硫效率。為此應控制適宜的pH值，此時脫硫效率最高，Ca/S摩爾比最合理，吸收劑量利用最正確。WFGD運行結(jié)果還說明