技术交流丨石灰石湿法脱硫系统培训

一、脱硫技术简介

脱硫方法可划分为燃烧前脱硫、炉内脱硫和烟气脱硫(FGD)3类。

1、燃烧前脱硫 ：分物理脱硫和化学脱硫两种。其优点是能同时除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的沾污和磨损，减少电厂灰渣处理量，还可回收部分硫资源。但煤的燃烧前的脱硫技术还存在着种种问题，得不到广泛应用。

2、炉内脱硫：是在燃烧过程中，向炉内加入固硫剂如CaCO3等，使煤中硫分转化成硫酸盐，随炉渣排除。应用较多的就是循环硫化床锅炉。缺点：脱硫效率低，对锅炉受热面磨损大。

3、烟气脱硫：主要是使用石灰石(CaCO3）、石灰（CaO)或碳酸钠(Na2CO3）等浆液作洗涤剂，在反应塔中对烟气进行洗涤，从而除去烟气中的SO2。技术比较成熟，脱硫效率高(90%～98％)，机组容量大，煤种适应性强，运行费用较低和副产品易回收等优点。

在大型火电厂中，90%以上采用湿式石灰／石灰石—石膏法烟气脱硫工艺流程。

二、脱硫设备简介

本文以某600MW机组的脱硫系统为例进行介绍，每台机组各采用一套石灰石/石膏湿法烟气脱硫装置。

机组脱硫系统取消了GGH。其主要设备、吸收塔、氧化风机、烟气冷却泵、挡板密封风机、除雾器、FGD排水坑、吸收塔排水坑、脱硫烟道、烟道挡板。

 其中脱硫共用一套公用系统。其主要设备有石灰石斗式提升机、石灰石储仓、石灰石漩流器、石灰石湿式球磨机、石灰石浆液供给泵、石膏浆液排出泵、石膏漩流器、石膏脱水机、石膏储仓、废水漩流器、离心脱水机。

三、脱硫主要系统

烟气系统是指从引风机后烟道到脱硫后烟气进入原有烟道，汇入烟囱的整个烟风道系统及设备。经过吸收塔洗涤，洁净的烟气脱硫系统由于尾部烟道烟气温度较低，所以则采用湿烟囱布置，尾部烟道及烟囱内筒需要做防腐。

（1）、烟气档板

脱硫烟气系统挡板门均采用双层形式，层间通密封风以增强挡板密封效果和提高抗腐蚀能力。FGD入口处的未处理烟气挡板以及FGD出口处的净化烟气挡板设计为双层挡板，并且在设计温度和设计压力下必须100%气密。挡板都是靠电驱动器进行操作，既要求遥控也要求现场手动。

挡板可通过位置变送器进行调节。驱动器装有定位开关用于两端定位，扭矩开关用于两个功能方向，手轮用于紧急情况，联锁机构用于维修工作。所有挡板都有这些限制开关，以便指示全开和全关位置。这些限制开关与驱动装置的那些开关无关，可直接指示叶片的位置。电驱动器的速度应满足电站和增压风机的操作要求。挡板的开/关位置指示将用于增压风机和锅炉的连锁保护。每一道挡板的密封系统由密封气鼓风机（2×100%容量，一台运转，另一台备用）和密封气站组成。鼓风机在设计上必须有足够的容量和压头，其密封气压力要一直保持比烟气最大压力至少高5毫巴的水平。密封气站包括电加热器，加热后的压缩空气则用于挡板的密封。

挡板密封系统：挡板密封布置在主烟道下方。密封风管共有3个出口，分别在3个挡板顶部接口。其作用就是在投运脱硫时，通过反方向的风，阻止烟气直接通过旁路进入烟囱。在脱硫投运时，通过反方向风阻止烟气进入脱硫。

（2）、除雾器

除雾器实际就是类似百叶窗的隔板通道，从吸收塔出来的烟气通过吸收塔顶部烟道进入除雾器，烟气中带有大量的湿汽。烟气通过除雾器的时候接触隔板凝结成水回流到吸收塔。除雾器的作用就是烟气流经时除去烟气携带的滴液。除雾器及除雾器前烟道的冲洗装置，其作用就是冲洗因烟气带入烟道凝结的石膏。同时也是对烟气残余硫分最后的吸收。其喷淋管材质为PP管。

除雾器布置在吸收塔出口烟道顶部的水平段，除雾器片竖直安装，共两级除雾元件。除雾系统亦包括一个喷淋系统以除去所有沉积物及一个排水系统，在正常操作情况下，按照已制定的各种的程序，执行自动和手动清洗作业。除雾器采用工艺水和滤液水进行冲洗，其中一级前后均布置冲洗水，二级除雾元件仅在前部有冲洗水。性能要求：除雾器后烟气含湿量<75（湿基）mg/Nm3。

（二）、SO2吸收系统

 烟气脱硫最核心的部位就是吸收塔。原烟气经过烟气冷却器浆液冷却后，进入由上下甲板组成的密封容器中。喷管在下甲板开口，使烟气进入吸收塔的浆液区。烟气从浆液中鼓泡上升，流经贯通上下甲板的烟气整流上升管。烟气中携带的液体在上甲板上部空间释放，与浆液充分反应。处理后的净烟气流出吸收塔，通过除雾器除去携带的液滴。

 吸收塔内部件包括上下平台甲板、上升管、降水管、搅拌机轴套、鼓泡管、氧化空气管、鼓泡管格栅、管道支架和喷嘴、搅拌器缓冲板、冲洗水管、石灰石浆液管。

吸收塔中的浆液分为两部分鼓泡区和反应区。有以下反应在吸收塔同时发生：1、氧化空气喷入浆液中被融解；2、SO2的吸收； 3、亚硫酸氧化成硫酸； 4、硫酸和石灰石浆液中和形成石膏； 5、石膏晶体的形成。

化学反应式分别如下：

①  SO2＋H2O→H2SO3→H＋＋HSO3－

②  H＋＋HSO3－＋1/2O2→2H＋＋SO42－

③  CaCO3＋2H＋＋H2O→Ca2＋＋2H2O＋CO2↑

④  Ca2＝＋SO42－＋2H2O→CaSO4·2H2O

由于吸收剂循环量大和氧化空气的送入，吸收塔下部浆池中的HSO3－或亚硫酸盐几乎全部被氧化为硫酸根或硫酸盐，最后在CaSO4达到一定过饱和度后，结晶形成石膏—CaSO4·2H2O。石膏可根据需要进行综合利用或作抛弃处理。

烟气冷却器可以看作是烟道的一部分。在烟气冷却器顶部装有上下共三排哈氏合金喷淋管，小管流质为工艺水。下层两排大管流质为石膏浆液。烟气冷却器上部是喷淋层，因石膏浆液有很大的腐蚀性，以及喷淋存在很大的磨损。喷淋层的管道均采用耐腐蚀耐磨损的哈氏合金材料。水管道采用哈氏合金喷头，浆液管道采用陶瓷喷头。四侧墙壁贴1.6mm的哈氏合金板。布置在吸收塔西侧的烟气冷却泵从吸收塔底部抽取石膏浆液，通过衬胶管道输送到喷淋管内，通过陶瓷喷头进行喷淋雾化。

烟气冷却器作用：一是冷却烟气，降低进入吸收塔的烟气温度；二是雾化脱硫，烟气在进入吸收塔前已经通过喷淋雾化与浆液混合，初步脱硫。

氧化风机系统：氧化风机布置在净烟道下面，氧化风管从风机出口到围吸收塔共有12个出口。其作用就是给吸收塔充氧，以利与吸收塔反应充分。

（三）、石膏脱水系统

#1、2脱硫共用一套石膏脱水系统，包括两套石膏旋流系统，两台真空皮带脱水机，4台真空泵，一套滤液分离系统，一套滤布冲洗水箱和冲洗水泵系统等。 #3~5脱硫共用一套石膏脱水系统，包括三套石膏旋流系统，三台真空皮带脱水机，3台真空泵，一套滤液分离系统，一套滤布冲洗水箱和冲洗水泵系统等。

主要设备包括：石膏浆液排放泵、石膏旋流器、真空脱水机、废水旋流器、石膏储仓及排放装置。

1、石膏漩流器组

石膏旋流器组安装在石膏脱水楼的顶部，浓缩后的石膏浆液从旋流器下部自流到真空皮带脱水机。离开漩流器的浆液中固体含量宜为50% - 60%.旋流器应环状布置在分配器内，每个旋流器都装有单独的手动阀或电动阀。

水力旋流器主要有二重作用：对吸收塔出料浆液中悬浮固体的分类。大而重的颗粒随着底流离开旋流器，较小较轻的颗粒随着溢流离开旋流器之后又返回到吸收塔以便晶体的长大；水力旋流器是主要的脱水设备，它主要由进液分配器、旋流子、上部稀液储箱及底部石膏浆液分配器组成。旋流子是利用离心力加速沉淀分离的原理，迫使浆液流切向进入水力旋流器的入口，由此使其产生环形运动。粗大颗粒富集在水力旋流器的周边，而细小颗粒则富集在中心。通过一条可潜管道将已澄清的液体从上部区域排出；而增稠浆液则在底部流出。石膏旋流器组安装在石膏脱水楼的顶部，浓缩后的石膏浆液从旋流器下部既可自流到真空皮带脱水机，又可送入流量箱。

2、真空皮带机

每台真空皮带脱水机配置两台100%容量的水环式真空泵，其中一台运行，一台备用。一套完整的真空皮带脱水机，至少包括真空皮带脱水机，驱动装置，给料分配管，冲洗喷嘴，落料斗及其他配件。

石膏浆液自其供给箱进入皮带机，真空泵运转所形成的负压使浆液中的水分通过滤布，流经传送带上的排水孔及排水通道进入真空箱，而滤出水分后的浆液在传送带上移动数米后形成含水分小于10%的固形物，为除去其中的氯，再加上清洗水再次脱水。真空皮带脱水机将浓缩后的石膏进一步脱水至含固率达到90%以上，石膏滤饼中的氯离子含量将通过石膏滤饼清洗而控制在小于100ppm。

本工程设计为浆液重力自流经喂料机进入滤布。类似喂料槽的装置用来淋洗分配浆料。石膏脱水依靠过滤层下面的真空来脱水。真空皮带脱水机配置水环式真空泵，由工艺水供应水环式真空泵所需的水。为保证脱水效果及延长滤布的寿命，要对滤布进行及时冲洗。滤布冲洗泵为皮带提供润滑水、密封水和滤布冲洗水，以防止滤布被石膏颗粒堵塞，使脱水机正常运行。滤布冲洗水来源为水环式真空泵的密封、冷却水。为保证石膏的品质及纯度，须在脱水过程中对滤饼进行冲洗，以减小杂质和氯的含量，滤饼洗涤的水源为滤布洗涤排放水。真空皮带脱水机的滤液将被送到滤液箱内，通过滤液水返回泵返回吸收塔或送至浆液制备系统进行循环利用。

进入吸收塔的石灰石浆液量决定了石膏浆液的排放量，两者有确定的关系，当石灰石浆液流量为23.8 m3/h，石膏浆液排放量约为46.9 m3/h。石膏水力旋流器总共由八个旋流子，三个手动门，五个电动门A、B、C、D、E。

旋流器浓缩浆液的控制。通过调节涡流寻迹器和底流阀门之间的面积比以及提高浆液进口压力，来调整旋流器的处理能力、浓缩浆液的浓度和流量。一般底流浆液的浓度不要超过75％~80％。

真空脱水机的工艺控制。经旋流器浓缩后的浆液在真空脱水机中进行过滤、清洗以降低其Cl-含量，随后进行脱水，并以湿滤饼的形式排出，滤液则有滤液接收箱进行分离，空气由真空泵吸走。

石膏输送皮带1、2为定转速输送，带速约为0.8m/s，根据系统工艺设计，皮带可正反向运转输送。

滤液在滤液接受箱中进行分离，空气由真空泵抽走，滤液则通过高低位压差（滤液接收箱在40米，滤液箱在0米）排到滤液箱中，并由滤液泵打到吸收塔和除雾器进行冲洗，同时也可以打到废水箱处理和制浆区利用。

3、制浆系统

石灰石制备与供给系统为全厂脱硫装置的公用系统,设计满足5x600MW机主脱硫装置用吸收剂的要求。用卡车把石灰石块(粒径小于20mm)送到现场。将石灰石卸到石灰石卸料斗后，用振动给料机、斗式提升机送到石灰石储存仓里。由石灰石储存仓出口通过称重给料机将石灰石混合工艺水送入湿式球磨机，球磨机利用钢球将石灰石磨成石灰石浆液。磨成的石灰石浆液流入石灰石浆液循环箱，并用石灰石浆液循环泵送到石灰石浆液旋流分离器进行粗颗粒的分离，粒径超过要求的颗粒送回到湿式球磨机。分离后的石灰石浆液中含有25%的固体颗粒。石灰石浆液储存在石灰石浆液箱，并用石灰石浆液泵送到吸收塔。

根据上图说明石灰石浆液制备过程：卡车把石灰石块①(粒径小于20mm)送到现场。石灰石颗粒通过卸料斗及振动给料机后,用皮带式输送机和斗式提升机送到石灰石储存仓。石灰石储存仓的容积按能够储存在BMCR运行工况下两台锅炉运行4天所需消耗量设计，容积为800M3。石灰石称重给料机将石灰石②排到湿式球磨机。球磨机入口有工艺水③补水与石灰石颗粒混和后用湿式球磨机将石灰石磨成石灰石浆液。磨成的石灰石浆液④流入石灰石浆液循环箱,在循环箱内用工艺水⑤进行冲淡，然后用石灰石浆液循环泵，将浆液⑥送到石灰石浆液旋流器进行粗颗粒的分离。分离后的合格石灰石浆液中含有25 wt %的固体颗粒。石灰石浆液⑧储存在石灰石浆液储存箱,并用石灰石浆液泵送到吸收塔。从石灰石浆液旋流器旋流子回流的粗颗粒浆液⑦送回到湿式球磨机，另一路从旋流器到石灰石浆液循环箱，此路回流在正常情况下常关（图中虚线）。每台球磨机的额定负荷按两台锅炉B-MCR工况时75%的浆液耗量设计, 系统出口物料细度应能满足SO2吸收系统的要求，粒径至少达到≤0.06mm(90%通过250目)。流程上石灰石储仓以前设备为单套系统，石灰石储仓以后为两套磨制系统。 

（1）、石灰石储仓及附属设备系统，主要包括石灰石上料设备和石灰石输送设备。其流程为：用卡车把石灰石块(粒径小于20mm)送到现场，将石灰石卸到石灰石卸料斗后，用振动给料机、斗式提升机送到石灰石储存仓里。

其主要设备有：石灰石卸料斗、石灰石皮带输送机（含电磁除铁器）、斗式提升机、石灰石储仓、皮带称重给料机。

（2）、湿式球磨机及及附属设备系统，主要包括石灰石研磨设备和石灰石浆液输送设备。

其主要设备有：湿式球磨机、石灰石浆液循环箱，泵及搅拌器、石灰石浆液旋流装置、石灰石浆液罐，泵及搅拌器、石灰石浆液排水坑，泵及搅拌器、石灰石区域压缩空气储气罐。

球磨机工作原理：石灰石加水进入球磨机，通过球磨机的旋转将钢球带到一定高度下，经钢球的撞击、将石灰石磨成粒径小于60微米，溢流到磨机浆液循环灌里。

4、废水处理系统

脱硫废水处理系统由日本荏原设计，采取“F-CA阶段沉淀处理”工艺，用于沉淀悬浮的固体和CAF2，以及用于沉淀残余的氟和重金属。全套脱硫废水处理系统包括一级处理系统、二级处理系统、污泥储存系统、污泥脱水系统、石灰加药系统、聚合物加药系统、螯合物加药系统、AlCl3加药系统、盐酸加药系统等工艺部分和与之相配套的电气及自控系统。

废水首先流入一级反应器，加入石灰浆液和HCl进行中和，将pH控制为7.0。废水氟离子与Ca(OH)2反应生成CaF2，反应式如下：

   2F-   ＋   Ca2+    →　　CaF2

在一级絮凝箱加入聚合物，使废水中CaF2和悬浮物进行絮凝。通过一级澄清池，大部分絮凝物在这里沉降。通过一级澄清器抽出泵，将底部污泥输送至污泥储存池及部分回流至一级反应器。在二级1号反应器中，加入HCl调节pH值至3.5。此时，若废水含有BF4的话，F将会溶解到水中。同时加入混凝剂聚合氯化铝。在二级2号反应器中，加入石灰将pH调节至7.0，废水中氟继续被除去。加入螯合剂，与废水中重金属反应形成难溶于水的络和物。在二级絮凝箱中加入聚合物，帮助絮凝，使絮凝物迅速长大。在二级澄清池中，絮凝物在这里沉降。通过二级澄清器抽出泵，将底部污泥输送至污泥储存池及部分回流至一级反应器或二级反应器。污泥储存池中污泥通过污泥输送泵输送至离心脱水机进行脱水。

三、脱硫其他系统

1、压缩空气系统

作用主要是提供1-5号脱硫系统的仪用压缩空气和杂用压缩空气，仪用压缩空气包括仪表吹扫，气动阀门用气，主要用在石膏脱水系统脱水机及石灰石浆液制备系统球磨机，杂用压缩空气包括1、2号脱硫GGH换热元件的吹扫，以及其它杂用压缩空气。

2、工艺水系统

FGD装置的工艺用水取自发电厂化学工业水系统,并且储存在工艺水箱， #1、2脱硫系统公用一个工艺水箱，#3、4、5脱硫系统公用一个工艺水箱。 由工艺水泵自工艺水箱提供工艺水，经工艺水泵供水至FGD场地内所有需用工艺水的设备，此工艺水系统装有3台工艺水泵。

机组脱硫工艺水系统由工艺水泵经过升压进入脱硫吸收塔，作为吸收塔的补水、烟冷器冷却水、除雾器冲洗水、吸收塔上下甲板冲洗水、氧化增湿水、管道冲洗水等。脱硫本体部分工艺水主要作用为设备密封水、地坑补水。公用部分作用为球磨机补水、设备密封水、地坑补水、箱罐补水、脱水机滤布冲洗水、密封水、水环真空泵用水、管道冲洗水等。

3、事故紧急系统

紧急浆液系统用于在脱硫系统检修时将吸收塔内的浆液存至事故浆液箱内，已便检修完毕后再利用。或系统在运行中出现异常情况时，紧急控制吸收塔液位，将浆液打至事故浆液箱中，防止异常的扩大。 #1、2脱硫系统公用一个紧急浆液箱，#3、4、5脱硫系统公用一个紧急浆液箱，内部设有一个搅拌器，两台事故浆液泵。

四、脱硫系统常见故障

脱硫系统由于受工艺环境，介质影响较大，总体来讲，原因主要就是磨损、腐蚀、老化、结垢堵塞、卡涩。容易出现缺陷后导致脱硫系统停运的主要是BUF、烟道膨胀节、烟气冷却泵母管。 故障较多的部位主要集中在旋流器堵塞、阀门磨损卡涩、管道磨损堵塞、泵机封和泵体磨损泄漏。大修中主要集中处理吸收塔和烟风道系统内的问题。而这些部位也主要都是磨损、腐蚀、结构堵塞等方面的问题。因此我们日常主要就是研究耐磨、耐腐蚀、防结垢堵塞

1、膨胀节破损泄漏

2、吸收塔内部防腐磨损

3、浆液管道和阀门磨损

来自：除灰脱硫圈

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