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敢想、?#26131;觥?#22909;学、高效、务实    
脱硫各因素分析,脱硫效率影响因素

摘要:通过对湿法烟气脱硫工艺过程的分析和系统调试结果,总结出原烟气中氧量、粉尘、温度等参数的变化和工艺过程控制、设备运行方式的改变对烟气脱硫效率的影响规律,对运行?#23548;?#26377;?#27426;?#30340;指导意义。
关键词:烟气脱硫;二氧化硫;脱硫率;影响因素

1前言

湿式石灰石-石膏烟气脱硫(以下简称FGD)是目前世界上?#38469;?#26368;成熟、实用业绩最多、运行状况最稳定的脱硫工艺,脱硫效率在90%以上,副产品石膏可回收利用。杭州半山发电有限公司采用德国?#22266;?#31859;勒公司石灰石-石膏湿法工艺,处理45号炉2×125 MW机组的全部?#27982;?#28895;气,最大处理烟气量10×106 m3h(湿),脱硫率在95%以上,FGD出口SO2排?#25490;?#24230;<180 mgm3,作为烟气脱硫的副产品石膏,其纯度>90%,含水率<10%。

湿法烟气脱硫工艺涉及到一系列的化学和物理过程,脱硫效率取决于多种因素。在原料方面,工艺水?#20998;省?#30707;灰石粉的纯度和颗粒细度等?#33519;?#24433;响脱硫化学反应活性;在工艺控制方面,石灰石粉的制浆浓度、石膏旋流站排出的废水流量设定等都与脱硫率有关,而FGD关键设备的运行和控制方式将决定脱硫效果和终产物石膏的?#20998;剩换?#32452;原烟气参数如温度、SO2浓度、氧量、粉尘浓度等也不同程度地影响脱硫反应进程。本文旨在探讨原烟气与脱硫剂的接触反应时间、原烟气参数的变动、吸收塔浆液pH值、石膏浆?#22909;?#24230;等因素对烟气脱硫效率的影响规律,为优化系统运行、提高脱硫效率提供参考。

2湿法脱硫工艺过程分析

FGD包括增压风机、气-气加热器、吸收塔、石灰石制浆系?#22330;?#30707;膏脱水系统和废水处理等部分,其中吸收塔是烟气脱硫反应的关键部分,见图1所示。湿法烟气脱硫工艺的主要原理是以石灰石浆液作为脱硫剂,在吸收塔(洗涤塔)内对含有SO2的烟气进?#20449;?#28107;洗涤,使SO2与浆液中的碱性物质发生化学反应生成CaSO3CaSO4而将SO2去除,其化学反应如下:
   
气相部分:SO2H2O12O2→H2SO4

液相部分:H2SO4CaCO3H2O→CaSO4·2H2O CO2↑

收塔由两层搅拌器(上、下各3台)、浆?#21495;?#28107;盘(4层,交错排列)、两级除雾器组成,在添?#26377;?#40092;石灰石浆液的情况下,石灰石、石膏和水的混合物通过4台循 环泵至喷淋盘,浆液经喷嘴雾化成雾滴,从上部向下喷洒。烟气分别从45号炉烟道引出,经增压风机至气-气加热器,烟温从135℃降至100℃左右,然后 进入吸收塔下部,在塔内上升过程中与雾滴充分接触,大部分SO2SO3HCl等从烟气中去除,反应后的净烟气通过除雾器,以除去夹带的液滴,然后进入气-气加热器被加热后排至烟囱。

在吸收塔内,通过氧化风机将空气引入到浆液中,再经搅拌器搅拌使氧充分注入浆液,这样既保证了被吸收的SO2与浆液反应后生成的HSO3-完全氧化成SO42-,?#26088;?#23569;了浆液发生结垢?#30446;?#33021;性,使石膏CaSO4·2H2O结晶析出,在吸收塔内停留?#27426;?#26102;间后,通过石膏外排泵送至石膏旋流站。经旋流器分离的高浓度石膏浆?#33322;?#20837;真空皮带机脱水形成水分少于10%的石膏,低浓度的旋流溢流液则返回至吸收塔继续反应或进入废水处理系?#22330;?/SPAN>

从湿法烟气脱硫工艺过程和化学反应历程不难发现,提高烟气与混合浆液的接触反应时间、增加浆液循环量、增加氧量、控制吸收塔浆液合理的pH值等措施都将有利于SO2的吸收、脱硫率的提高和石膏的形成。

3影响脱硫率的因素分析

湿法烟气脱硫效率与原烟气参数和设备运行方式等有?#33519;?#20851;系,而且许多因素是共同作用的。半山发电厂45号机组?#27982;?#24179;均含硫率为08%,进入吸收塔的烟气中SO2浓度在1500 mgm3(干)左右,由于煤种的变换,实际运行中SO2进口浓度在900 mgm33500 mgm3之间波动,脱硫率也不十分稳定,当原烟气中SO2突然升高时,脱硫率会有所下降,但若能有效地控制设备运行方式,就能保证FGD有较高而稳定的脱硫率。表1收集了在FGD整套启动调试和试运行期间,比?#31995;?#22411;的各种工况下的运行参数,从中可以发现吸收塔浆液pH变化、循环泵运行方式、氧化风机?#23545;?#21488;数等对脱硫率的影响规律。

31烟气与脱硫剂接触时间

气自气-气加热器进入吸收塔后,自下而上流动,与喷淋而下的石灰石浆液雾滴接触反应,接触时间越长,反应进行得越完全。每层喷淋盘对应一台循环泵,排列顺 序为1234号自下而上(见图1),4号循环泵对应的喷淋盘位置最高,与烟气接触洗涤的时间最长,因?#36865;对?/SPAN>4号循环泵有利于烟气和脱硫剂充分反应, 相应的脱硫率也高。从表1实际运行的情况可以发现,在处理1台机组烟气时,不论运行哪3台循环泵都能保持很高的脱硫率,而运行2台循环泵时如果开启4号循环泵,则脱硫率可比运行其它循环泵时的脱硫率高出12%,效果显著;处理2台机组烟气时,234循环泵联合运行时的脱硫率要比123号泵联合运行时高出3%以上,可见,4号循环泵的?#23545;?#23545;提高脱硫率效果显著,3号循环泵的影响次之,2号、1号依次减弱,也就是说,烟气与脱硫剂的接触时间越长,脱硫率越高。另外,新?#23454;?#30707;灰石浆液是通过3号或4号循环管注入的,所以34号循环泵的?#23545;?#19982;否将?#33519;?#24433;响脱硫率。

32浆液循环量

新?#23454;?#30707;灰石浆?#21495;?#28107;下来后与烟气接触后,SO2等气体与石灰石的反应并不完全,需要不断地循环反应,从表1可以发现,运行3台循环泵的脱硫率明显高于只运行2台的工况。原因是增加了浆液的循环量,也就加大了CaCO3SO2的接触反应机会,从而提高了SO2的去除率。此外,增加浆液的循环量,将促进混合浆液中的HSO3-氧化成SO42-,有利于石膏的形成。

33吸收塔浆液pH

烟气中SO2与吸收塔浆?#33322;?#35302;后发生如下一些化学反应:

SO2H2OHSO3-+H

CaCO3H+=HCO3-+Ca2
HSO3
-+12O2SO42-+H

SO42-+Ca2++2H2OCaSO4·2H2O

从以上反应历程不难发现,高pH的浆液环境有利于SO2的吸收,而低pH则有助于Ca2+的析出,二?#21579;?#30456;对立,因此选择一?#40092;实?/SPAN>pH值对烟气脱硫反应至关重要。为此我们做了一次试验,在连续?#27426;?#26102;间(10 h)内,?#23435;?#35843;整石灰石浆?#33322;?#21560;收塔的流量,使浆液的pH值先?#26377;?#21040;大,然后?#31181;?#28176;减少,图2反映了pH变化时,脱硫率及浆液中CaCO3CaSO4·2H2O含量的变化曲线。

通过试验发现,在?#27426;ǚ段?#20869;随着吸收塔浆液pH的升高,脱硫率一般也呈上升趋势,因为高pH意味着浆液中有较多的CaCO3存在,对脱硫当然有益,但pH58后脱硫率不会继续升高,反而降?#20572;?#21407;因是随着H+浓度的降?#20572;?/SPAN>Ca2+的析出越来越困难,当pH59时,浆液中CaCO3的含量达到298%,而CaSO4·2H2O含量也低于90%,显然此时SO2与脱硫剂的反应不彻底,既浪费了石灰石,又降低了石膏的?#20998;剩?/SPAN>pH再下降时,CaSO4·2H2O含量又回升,CaCO3则降低。因此,浆液pH?#23548;?#19981;能太高又不能太?#20572;?#19968;般情况下控制吸收塔浆液的pH5455之间,能使脱硫反应的CaS保持在设计值(102左右)内,获得较为理想的脱硫率,同时?#36136;?#27974;液中CaCO3的含量低于1%。

34氧量

O2参与烟气脱硫的化学过程,使4HSO3-氧化为SO42-,图3显示了接收二台机组烟气时,在烟气量、SO2浓度、烟温等参数基本恒定的情况下氧量对脱硫率的影响曲线,随着烟气中O2含量的增加,CaSO4·2H2O的形成加快,脱硫率也呈上升趋势。当原烟气中氧量?#27426;?#26102;,可入为往吸收塔浆液中增加氧气,所以多?#23545;?#27687;化风机可提高脱硫率。当烟气中O2含量为60%时,运行2台氧化风机比运行1台氧化风机的脱硫率高出2%左右。

35石膏浆?#22909;?#24230;

随着烟气与脱硫剂反应的进行,吸收塔的浆?#22909;?#24230;不断升高,通过吸收塔浆液化学成分的取样分析结果,当密度>1085 kgm3时,混合浆液中CaCO3CaSO4·2H2O的浓度已趋于饱和,CaSO4·2H2OSO2的吸收有抑制作用,脱硫率会有所下降?#27426;?#30707;膏浆?#22909;?#24230;过低(<1075 kgm3=时,?#24471;?#27974;液中CaSO4·2H2O的含量?#31995;停?/SPAN>CaCO3?#21335;?#23545;含量升高,此时如果排出吸收塔,将导?#29575;?#33167;中CaCO3含量增高,?#20998;式檔停?#32780;且浪费了脱硫剂石灰石。因此运行中控制石膏浆?#22909;?#24230;在一?#40092;实姆段?#20869;(10751085 kgm3),将有利于FGD的有效、经济运行。

36烟尘

原烟气中的飞灰在?#27426;?#31243;度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触,降低了石灰石中Ca2+的溶解速率,同时飞灰中不断溶出的一些重金属如HgMgCdZn等离子会抑制Ca2+与HSO3-的反应。试验证明,如果烟气中粉尘含量?#20013;?#36229;过400 mgm3(干),则将使脱硫率下降1%~2%,并且石膏中CaSO4·2H2O的含量降?#20572;?#30333;度减少,影响了?#20998;省?/SPAN>

37烟气温度

实际运行过程中,机组负荷变化较频繁,FGD进口烟温?#19981;?#38543;之波动,对脱硫率有?#27426;?#30340;影响。理论上进入吸收塔的烟气温度?#38477;停?#36234;利于SO2气体溶于浆液,形成HSO3-,所以高温的原烟气先经过气-气加热器降温后再进入吸收塔与脱硫剂接触有利于SO2的吸收。实际运行结果也证实了这一点,在处理二台机组烟气、运行24号循环泵、进口烟气SO2浓度?#33073;?#37327;基本不变的工况下,?#33519;?#20837;吸收塔的烟温为96℃时,脱硫率为921%;当烟温升到103℃时,脱硫率已下降至848%,而接收一台机组烟气时烟温对脱硫率的影响就更明显了。

4 结论

(1)湿法烟气脱硫过程中,烟气与脱硫剂的接触反应时间越长、吸收塔浆液循环量越多越有利于脱硫率的提高。

(2)进入吸收塔的原烟气中O2含量高、粉尘浓度低、烟温低等都对脱硫反应有利,当氧量?#27426;?#26102;,增开一台氧化风机能提高脱硫效率。

(3)保持吸收塔浆液pH5455之间,可使FGD保持较好的脱硫效果和石膏?#20998;剩?/SPAN>pH太高不利于Ca2+的析出和石灰石的充分利用,pH过低则影响SO2的吸收。

(4)吸收塔浆?#22909;?#24230;过?#21579;?#38477;低脱硫率,过低时脱硫剂的利用不彻底,保持浆?#22909;?#24230;在10751085 kgm3之间,可获得较好的脱硫效果。

 

 

 

 



发?#38469;?#38388;:2011-7-28 [打印此页] [收藏此页]
 
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