FGD系统描述PPT课件

1、-,1,FGD系统描述,赵毅,-,2,一、典型湿法FGD工艺流程,-,3,WFGD工艺流程,1).烟气系统2).石灰石制备和供浆3).吸收塔4).石膏脱水5).工艺水及疏放水,-,4,-,5,典型石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统原则上由下列结构系统构成：由石灰石粉料仓和石灰石研磨及测量站构成的石灰石制备系统；由升压风机、回转式烟气烟气换热器和烟气挡板门等构成的烟气系统；由吸收塔、除雾器、循环浆泵和氧化风机等设备组成的SO2吸收系统；由水力旋流分离器、过滤皮带机和废水旋流站等组成的石膏脱水和处理系统；由工艺水和压缩空气系统构成的FGD公用系统；控制系统；电气系统。,-,6,从电厂锅炉来的原烟气，分别

2、由烟道引至FGD系统。经过原烟气挡板后进入升压风机，烟气升压后进人GGH。原烟气的热量在GGH中被交换。在典型运行工况下原烟气温度由140降至100左右，冷却了的原烟气进人吸收塔进行脱硫反应。吸收塔一般为喷淋空塔，玻璃鳞片内衬，内设若干层喷淋层。烟气自GGH出来进人吸收塔，90折向朝上流动，与自若干层喷淋而下的浆液进行大液气比接触以脱除其中的SO2，原烟气温度进一步降低至饱和温度47。每层喷淋层对应一台循环浆泵，喷淋层上部布置二级内置式除雾器，保证冷烟气中残余水分一般不能超过100mg/m3（干态）。在吸收塔内，烟气中的SO2被吸收浆液洗涤并与浆液中的CaCO3发生反应，反应生成的亚硫酸钙在吸

3、收塔底部的循环浆池内被氧化风机鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏，石膏浆液由石膏排出泵排出，送人石膏处理系统脱水。,-,7,二、过程化学,由于石灰石脱硫剂中有Ca、Mg及其他物质，烟气中有CO2、O2、SO2、HCl、NOx、N2等气体，飞灰中含有Na、K、Cl以及其他物质，所以用石灰石浆液脱除烟气中SO2是一个十分复杂的体系。有研究认为，这些物质能在溶液中相互作用，生成41种以上的中性和离子物质以及7种固体物质。我们主要讨论烟气中SO2和石灰石中CaCO3所涉及的主要反应。,-,8,1.烟气中SO2和石灰石中CaCO3所涉及的主要反应石灰石WFGD反应机理复杂，主要反应为烟气中的SO2先溶于吸

4、收液中，然后离解成H+和HSO3-：SO2（g）SO2（aq）SO2（aq）+H2O（l）H+HSO3-H+SO32-SO2溶于水为慢反应，是速度控制过程之一。,-,9,在吸收塔底部的持液槽中，HSO3-被通入的空气强制氧化为SO42-：HSO3-+1/2O2（g）SO42-+H+该氧化反应要求pH值小于5.5。在自然氧化工艺，HSO3-氧化不完全，在该槽中是由SO32-和HSO3-等组成的缓冲浆液系统。实际运行中，浆液的pH值在5.45.8之间，在此条件下，HSO3-离子很不容易被氧化，为此，工艺上采取向循环槽中鼓入空气的方法，使HSO3-强制氧化成SO42-，以保证反应按下式进行HSO3-

5、+1/2O2SO42+H+氧化反应的结果，使大量的HSO3转化成SO42-，使反应得以向右进行。加之生成的SO42-会与Ca2+发生反应，生成溶解度相对较小的CaSO4，更加大了SO2溶解的推动力，从而使SO2不断地由气相转移到液相，最后生成有用的石膏。,-,10,2.石灰石溶解过程石灰石溶解度是非常低的（0.015kg/m3），其溶解反应式为：CaCO3（s）Ca2+CO32-在持液槽中,H+与部分溶解的石灰石反应：H+SO42-+Ca2+CO32-+2H2OCaSO42H2O（s）+HCO3-,-,11,石膏的产生使石灰石进一步溶解，同时H+和HCO3-结合产生CO2和H2O：H+HCO3

6、-CO2（aq）+H2OCO2（aq）CO2（g）,-,12,持液槽中是由石灰石、碳酸氢钙和石膏等组成的浆状混合物，其部分被强制循环，部分作为产物排出，同时补充新鲜的石灰石浆液以维持pH值的稳定。以上反应主要在吸收塔和持液槽中发生，总反应式如下：SO2（g）+CaCO3（s）+1/2O2（g）+2H2O（l）CaSO42H2O（s）+CO2（g）,-,13,三、典型湿法FGD分系统介绍,1.石灰石制粉系统石灰石脱硫制粉系统的任务是为脱硫系统提供足够数量和符合质量要求的石灰石粉，然后由制浆系统将石灰石粉与水配制成30浓度的浆液，通过石灰石浆泵和管道送入脱硫岛的吸收系统。石灰石粉制备系统按电厂全部

7、机组消耗量设计，一般采用干法石灰石粉制备方案。,-,14,-,15,从矿山采来的石灰石块经过初步破碎后，经筛选机筛选，直径大于50mm的石灰石用工艺水冲洗，除去其中大部分可溶性氯化物、氟化物及其他一些杂质，经过皮带烘干机烘干后由波纹挡边带式输送机垂直提升至石灰石料仓。石灰石料仓内碎料由称重给料机均匀给出，经带式输送机输入球磨机进行磨粉，粉料出球磨机后经斗式提升机提升后给入选粉机分离，合格的石灰石粉由若干旋风分离器经旋转给料机、挡边皮带机输送到石灰石粉仓，不合格的粗粉经回粉、链条刮板机进人球磨机内再研磨，选粉机出口气粉混合物中的细粉经气箱脉冲袋式收尘器收集后亦由挡边皮带机送人石灰石粉仓，收尘后的

8、气体经高效离心风机排入大气。干式球磨机制成的石灰石粉的细度一般为325目，过筛率95以上，或筛余率5以下。,-,16,石灰石料应密切注意其水分含量，进人石灰石粉制备系统（干法）磨粉机的入磨物料的表面水分一般小于1，否则就会严重恶化操作，甚至造成糊磨、堵塞。同时应该注意氯化物、氟化物和煤灰等杂质不要混入石灰石料中，以免影响脱硫系统的正常运行和脱硫石膏的品质。,-,17,-,18,成品粉经仓底的两套叶轮给料机将其输送到石灰石浆液池，工艺水通过工艺水泵和调节阀门注入石灰石浆液池，调节石灰石浆液的密度至1230kg/m3含固量30）。在石灰石浆液泵的出口管道设有密度监测点，从而保证30的石灰石浆液的制

9、备和供应。配制合格的石灰石浆液通过石灰石浆液泵输送到吸收塔下部持液槽，根据烟气负荷、脱硫塔烟气人口的SO2浓度和pH值来控制喷入吸收塔的浆液量，剩余部分返回制浆池。为了防止结块和堵塞，要使浆液不断地流动循环。由于石灰石粉密度小，具有黏附性和荷电性，导致石灰石粉流通不畅（比如结块、搭桥等），因此需要流化风机向仓内鼓入一定压力的气体（气体压力一般为0.20.5MPa），搅拌石灰石粉，使石灰石粉呈流态化。,-,19,石灰石浆液制备供给系统,-,20,2.烟气系统典型石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统的烟气系统采用将升压风机布置在吸收塔上游烟气侧运行的方案，使整个FGD系统均为正压操作，同时避免升压风机可能

10、受到的低温烟气的腐蚀，从而保证了升压风机以及整个FGD系统安全长寿命运行，但此方案的烟气有效体积流量最大，升压风机的功耗最大。,-,21,FGD系统烟气流程及塔内烟气洗涤,-,22,烟气系统,-,23,在锅炉电除尘器后有两个通道供烟气流动。一个是FGD烟气通道，有进口和出口两个烟气挡板；另一个是FGD旁路挡板。从电厂锅炉来的原烟气，分别由烟道引至FGD系统。FGD系统运行时，旁路挡板门关闭，FGD进出口挡板门打开，原烟气被导入增压风机，烟气升压后进人GGH。原烟气的热量在GGH中被交换。在典型设计工况下，其温度由140降至100左右，冷却了的原烟气进入吸收塔进行脱硫反应。在吸收塔内原烟气与石灰

11、石浆液充分接触反应脱除其中的SO2，原烟气温度进一步降低至饱和温度47。脱硫后的净烟气经过除雾器，返回GGH，被加热后温度升至80以上后经过净烟气烟道、净烟气挡板和烟囱排放到大气中。,-,24,3.SO2吸收系统SO2吸收系统是烟气脱硫系统的核心。在吸收塔内，烟气中的SO2被吸收浆液洗涤并与浆液中的CaCO3发生反应，反应生成的亚硫酸钙在吸收塔底部的持液槽内被氧化风机鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏，石膏由石膏浆排出泵排出，送人石膏处理系统脱水。烟气从吸收塔出来后，经过二级除雾器，以除去脱硫后烟气夹带的细小液滴，使烟气在含雾量低于100mg/m3（标况，干态）下排出。吸收塔顶部布置有排气挡板，

12、在正常运行时挡板是关闭的。当FGD装置走旁路或当FGD装置停运时，排气挡板开启。当旁路挡板开启时，原烟气挡板和净烟气挡板关闭，这时开启吸收塔排气挡板目的是为了消除在吸收塔氧化风机还在运行时或停运后冷却下来时产生的与大气的压差。,-,25,吸收塔系统,-,26,几种常见的吸收塔空塔,德国斯坦米勒的空塔,国内脱硫公司：国电科环,-,27,美国巴威的托盘塔,国内脱硫公司：武汉凯迪、浙江天地,-,28,德国比晓夫的脉冲塔,国内脱硫公司：上海龙净、山东三融国华荏原、东方锅炉,-,29,德国比晓夫的脉冲塔,国内脱硫公司：上海龙净、山东三融国华荏原、东方锅炉,传统的搅拌方式,传统搅拌方式存在的问题：1）搅拌

13、效率不高，容易形成死角2）轴承容易损坏，需要停机修理3）氧化效率不高4）FGD停运时，必须保持搅拌机继续运行5）搅拌机浆液磨损严重,-,30,德国比晓夫的脉冲塔,脉冲悬浮搅拌技术,-,31,美国玛苏莱的强化塔,国内脱硫公司：美国常净、华电工程山大华特、康瑞健生四川恒泰、中钢天澄,-,32,美国玛苏莱的强化塔,-,33,日本川崎的隔断塔,国内脱硫公司：山东三融、北京博奇,-,34,日本千代田的鼓泡塔国内脱硫公司：北京博奇,-,35,日本千代田的鼓泡塔国内脱硫公司：北京博奇,-,36,四、几种常见的吸收塔鼓泡塔,日本千代田的鼓泡塔国内脱硫公司：北京博奇,-,37,四、几种常见的吸收塔液柱塔,日本三

14、菱的液柱塔,国内脱硫公司中电投远达、华电工程,-,38,SO2吸收系统主要由五大部分组成：吸收区域、循环浆液泵、持液槽、除雾器和氧化系统。,-,39,吸收区域：喷淋空塔是湿法工脱硫工艺的主流塔型，多采用逆流方式布置，烟气从喷淋区下部进人吸收塔，与均匀喷出的吸收浆液逆流接触。吸收区高度为515m，如按塔内流速3m/s计算，接触反应时间25s。区内设36个喷淋层，每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，交叉布置，覆盖率达200300。喷嘴压力不能太高，在0.51052105Pa之间。喷嘴出口流速约为10m/s。雾滴直径约为13202950m，大液滴在塔内停留时间110s，小液滴在一定条件下呈悬浮状态。,-,

15、40,循环浆液泵由粉末石灰石与再循环的洗涤水混合而成的30（质量百分比）的石灰石浆液用泵打入吸收塔底部的持液槽，与槽中浆液一起经循环泵向上输送到吸收塔中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触，以除去SO2。每个循环泵与其各自喷浆层相连接，循环泵的数量取决于烟气中的含硫量，其本身也是锅炉负荷和煤中含硫量的一个函数。,-,41,持液槽吸收塔底部是持液槽，其功能是接收和储存脱硫剂，溶解石灰石，鼓风氧化CaSO3，结晶生成石膏。在持液槽中布置有氧化空气分布系统，氧化空气由2台氧化风机（1用1备）提供，其主要作用是将亚硫酸钙就地氧化成石膏。循环的吸收剂在持液槽内的设计停留时间一般为48min，它

16、与石灰石反应性能有关。石灰石反应性越差，为使之完全溶解，则要求它在持液槽内滞留时间越长。氧化空气采用罗茨风机鼓人，压力约为0.51048.6104Pa，一般氧化lmolSO2需要1molO2。由于石灰石的低溶解度，持液槽的容积非常大。,-,42,单回路吸收塔内持液槽的pH值通过注入石灰石进行控制，其最佳值应在5.55.8之间。如果pH值超过此值，吸收塔内会结垢；如果pH值低于此值，浆液的吸收能力下降，最终影响到SO2的脱除率和副产品石膏质量。石膏浆液在持液槽中停留的时间要充分长，以使系统能产生良好的石膏。在浆液池中有若干个搅拌器水平径向布置，作用是使浆液保持流动状态，从而使其中的脱硫有效物质（

17、CaCO3固体微粒）也保持在浆液中的均匀悬浮状态，保证浆液对SO2的吸收和反应能力。,-,43,-,44,持液槽内的搅拌器材质应适于被搅拌浆液的特性，而且能耐磨损和腐蚀，一般搅拌叶片和主轴的材质为不锈钢。为防止侧向搅拌器停运后引起堵塞，应设置人工冲洗设施。在脱硫系统解列或出现事故需停机检修时，持液槽内的浆液由排浆泵排出并存入事故浆液池中，以便对脱硫塔进行维修。,-,45,除雾器经过净化处理的烟气流经除雾器，将其中所携带的浆液微滴除去，使冷烟气中残余水分一般不能超过100mg/m3，否则会沾污气气热交换器、烟道和风机等。干净烟气出口设置的除雾器通常为二级除雾器，装在塔的圆筒顶部（垂直布置）或塔出

18、口弯道后的平直烟道（水平布置），后者允许烟气流速高于前者。湿法烟气脱硫塔采用的除雾器类型主要有折流板除雾器与旋流板除雾器两种。,-,46,氧化系统氧化空气罗茨风机（1用1备）安装在风机房内，用以向吸收塔持液槽提供足够的氧气，以便于石膏的形成（即从亚硫酸钙进一步氧化成硫酸钙），因为烟气中所含的氧不能满足氧化需耍。如果输入的氧化空气不足会导致脱硫效率的降低，井在吸收塔中产生结垢。氧化空气通过喷管布置在搅拌器附近，以便于氧化空气分布最优。喷管可通过手动截止阀控制开启或阻断。当处于隔离状态时，可通过开启手动截止阀对喷管进行冲洗。当吸收塔排放时以及当吸收塔停运后重启时都特别要求清洗喷管。,-,47,-,

19、48,新鲜的氧化空气通过消音器和空气过滤器被吸出，然后再通过压力侧的消音器经过管道输送到吸收塔。为了降低氧化空气的温度（离开空压机的温度高达110），需将水喷人到氧化空气管中，水蒸发，使氧化空气降温。氧化空气管道采用带有保温层的无缝钢管，施加保温层的目的是防止氧化空气管道在冬天结冰而堵塞。,-,49,4.石膏脱水系统在吸收塔持液槽中石膏不断产生，为了使浆液密度保持在计划的运行范围内，将石膏浆液（1520固体含量）通过石膏浆液泵将其打入脱水站。该站包括一个水力旋流器及浆液分配器，在这里将石膏浆液中的水分部分予以脱除，使底流石膏固体含量达50。在水力旋流器中，石膏浆液流进一个圆柱箱中，并由此流到敞

20、开的各个旋流子中，在此处根据入口压力的大小，可将石膏输送至旋流器的底流，将滤液（即石膏浆液的含水部分）送人石膏水力旋流器上部的溢流箱内。通过一个分配器，流入各个旋流器底流的石膏或送至真空皮带过滤机进一步脱水至含水10，或者再循环回到吸收塔中。溢流含35的细小固体微粒在重力作用下流入滤液箱，最终返回到吸收塔。旋流器的溢流被输送到废水旋流站进一步分离处理。,-,50,典型脱水流程图,-,51,石膏脱水系统的主要子系统有：吸收塔排出泵系统、旋流器站（一级脱水系统）、真空皮带过滤机（二级脱水系统）和废水旋流站。吸收塔排出泵系统吸收塔石膏浆液排出泵（1用1备）露天安装在吸收塔旁。吸收塔排出泵通过管道将石

21、膏浆液从吸收塔中输送到石膏旋流站。排出泵在上游吸入侧有一滤网（吸收塔接管处），将可能产生的固体（石膏团粒）分离下来。吸收塔排出泵为单流单级离心泵，带有单滑动密封环，开敞式叶轮由3个叶片组成。此泵为后背抽出式设计，即叶轮，耐磨衬垫，填料箱压盖，轴封和支撑轴承可作为一个整体拆卸下来或装上去，而不需要卸下抽吸管和输送管以及电机。,-,52,排出泵出口管道上设置有2台pH计和1台密度仪。密度仪将密度信号送至DCS，当密度达到或接近设定值时，排出泵出口的回流管道将关闭，输出管道打开，石膏浆液从吸收塔持液槽抽出至石膏旋流器站进行分离。由于石膏浆液持续排出，吸收塔液位将下降，补水阀将开启将滤液水送至吸收塔，

22、以维持液位，此时吸收塔浆液密度将下降，到达设定值时，排出泵出口的回流管道将打开，2台pH计将pH信号送至DCS，当pH值低于设定值时，DCS将根据pH值并考虑烟气负荷和烟气进出口的SO2浓度，控制石灰石浆液给料调节阀的开度，增大石灰石浆液给料，以抑制pH值的下降，保证SO2的脱除效率；当pH值高于或接近设定值时，控制石灰石浆液给料调节阀的开度将调小，以防止pH值太高，产生系统结垢。吸收塔排出泵还可以用来将吸收塔持液槽排至事故浆液池中，以方便对吸收塔内部的玻璃鳞片、搅拌器桨叶、喷嘴、除雾器冲洗水管等进行检修。,-,53,石膏一级脱水系统（石膏旋流站）在吸收塔持液槽中形成的石膏通过吸收塔排出泵将其

23、输送到石膏旋流站，石膏旋流站包含多个石膏旋流子，将石膏浆液通过离心旋流而脱水分离，使石膏水分含量从80降到40%50。旋流站安装在脱水车间的上部。,-,54,石膏一级脱水系统图,-,55,石膏二级脱水系统（真空皮带过滤机）从一级脱水系统来的旋流器底流，直接进入真空皮带脱水机进行过滤冲洗，得到主要副产物石膏饼。真空皮带脱水机在设计上考虑可连续运行，也可间歇运行。当锅炉在BMCR工况燃用设计煤种时，系统1用1备。当锅炉在BMCR工况燃用校核煤种时，两套系统全部投运。脱水后石膏的品质按湿度10、含氯量10010-6考虑。石膏饼送往石膏仓库存放。,-,56,石膏二级脱水系统图,-,57,废水旋流站从废

24、水旋流站进料箱来的石膏旋流器溢流，直接进入废水旋流站再次进行旋流分离，得到主要含固量为3的溢流和含固量为10的底流。溢流进入废水箱，由废水泵送往电厂废水处理系统。底流进入滤液水箱，返回FGD系统循环使用。,-,58,在湿式石灰石/石膏FGD工艺中，不可避免地要生产一定量的废水，这主要是因为烟气中氯化物的溶解提高了脱硫吸收液中氯离子的浓度。氯离子浓度的增高带来两个不利的影响：一方面降低了吸收液的pH值，从而引起脱硫率的下降和CaSO4结垢倾向的增大；另一方面，在生产商用石膏的回收工艺中，对副产品石膏的杂质含量有一定的要求，氯离子浓度过高将影响石膏的品质。故一般应控制吸收液中氯离子含量低于2000

25、0mg/L。系统排放的废水一般来自是石膏脱水和清洗系统，或是水力旋流器的溢流水，或是皮带过滤机的滤液。,-,59,脱硫废水的水量和水质与脱硫工艺系统、烟气成分、灰及吸收剂等多种因素有关。德国废水管理法规规定了脱硫废水的处理和排放限量：对Cl含量为30000mg/L的废水，燃用优质煤（含氯0.l7）时，100MW发电容量允许排放废水量为1.lm3/h；燃用劣质煤（含氯3）时，允许排放废水量为4.4m3/h。,-,60,5.FGD公用系统FGD公用系统主要由工艺水和压缩空气系统构成。一般一塔设有一个工艺水箱，而工艺水箱配两台工艺水泵（1用1备）和一台事故冲洗水泵。在FGD装置中水的损耗主要用于石膏

26、附带水分和结晶水以及蒸发水。这些损耗通过输入新鲜的工艺水来补偿。工艺水还主要用来清洗吸收塔除雾器，同时也用作冲洗水来清洗所有输送浆液管道，这些管道包括石灰石浆液系统、排放系统、石膏抽吸管道、吸收塔循环管道以及换热器等。FGD装置所用的工艺水来源于电厂主体工程的工业水系统。事故冲洗水泵接电厂保安电源，当全厂断电时，启用事故冲洗水泵对设备和管道进行冲洗。,-,61,工艺水系统图,-,62,事故浆液排空系统图,-,63,FGD系统所需要的仪表气和杂用气一般来自电厂压缩空气系统，并分别设置仪表用气和检修用气的储气罐。仪表气输送到FGD装置区内的各个气动阀和气动控制阀，还用作石灰石浆液箱区的密封气以及清

27、洗净烟气烟道上的净烟气流量测量装置和分析装置的冲洗气。杂用气主要用于换热器吹扫和设备检修。,-,64,6.控制系统为使脱硫控制系统达到与单元机组水平相适应，提高整套FGD系统的安全性和可靠性，湿法石灰石/石膏FGD系统一般采用分散控制系统（DCS）进行监视和控制。,-,65,通过DCS控制，一般要做到以下几点：在机组正常运行工况下，对脱硫装置的运行参数和设备的运行状态进行有效的监视和控制，并能够自动维持SO2等污染物的排放总量及排放浓度在正常范围内，以满足环保要求；机组出现异常或脱硫工艺系统出现非正常工况时能按预定的顺序进行处理，使脱硫系统与相应的事故状态相话应；出现危及单元机组运行以及脱硫工

28、艺系统运行的工况时，能自动进行系统的连锁保护，停止相应的设备甚至整套脱硫装置的运行；在少量就地巡检人员的配合下，完成整套脱硫系统的启动与停止控制。脱硫系统的正常运行以CRT和键盘为监控手段。控制室不设常规的控制表盘，仅少量的紧急操作开关或按钮。,-,66,整套脱硫控制系统由完成脱硫监视的分散控制系统（DCS）以及根据工业设备控制水平和控制要求设置的少数就地控制表盘及其他辅助自控装置所构成。而分散控制系统由操作员站、工程师站、过程控制站FCS、控制器、打印机以及通讯网络组成，主要完成FGD的数据采集（DAS）、顺序控制（SCS）和模拟量控制（MCS）。分散控制系统CRT和键盘作为脱硫监视和控制中

29、心，不再设置常规仪表盘。但是当DCS的电源消失、通讯中断、全部操作员站失去功能以及控制站失去控制和保护能力时，为确保脱硫系统紧急停运，为此在操作员控制台上设置下列独立于DCS的常规操作项目：FGD入口挡板控制、烟气旁路档板控制和增压风机的控制。,-,67,控制的项目主要包括以下几个方面：增压风机入口压力控制：为了保证锅炉的安全稳定运行，通过调节增压风机导向叶片的开度进行压力控制，保持增压风机入口压力的稳定。为了获得更好的动态特性，引人锅炉负荷和引风机状态信号作为辅助信号。在FGD烟气系统投入过程中，需要协调控制烟气旁路挡板门及增压风机导向叶片的开度，保证增压风机入口压力稳定；在旁路挡板门关闭到一定程度后，压力控制闭环投入，关闭旁路挡板门。,-,68,石灰石浆液浓度控制：石灰石浆液制备控制系统必须保证连续向吸收塔供应浓度合适的足够浆液，设定恒定石灰石供应量，并按比例调节供水量。通过石灰石浆液密度侧量的反馈信号修正进水量进行细调。吸收塔pH值及出口SO2浓度控制：测量吸收塔