【正文】 ........................................................................................................24 .....................................................................................................................25六、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) ........................................................................................25七、參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................27 0一、鈣基濕法煙氣脫硫工藝1. 概述 能源和環(huán)境是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的兩大主題。中國(guó)的資源特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平?jīng)Q定了以煤為主的能源結(jié)構(gòu)將長(zhǎng)期存在, 國(guó)內(nèi)每年都會(huì)消費(fèi)數(shù)億噸煤。煤所含的雜質(zhì)硫在燃燒時(shí)會(huì)排放酸性氣體SO2, 這種氣體在高空為雨雪所溶解而形成酸雨, 可導(dǎo)致動(dòng)植物大量死亡, 給生態(tài)系統(tǒng)造成很大的破壞, 還會(huì)嚴(yán)重侵蝕橋梁樓屋、船舶車輛、機(jī)電設(shè)備等, 給經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來嚴(yán)重影響, 并對(duì)人類的健康造成危害。自上世紀(jì)80 年代以來, 由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,SO2 排放量也日益增多, 據(jù)統(tǒng)計(jì), 2022 年全國(guó)SO2 排放量為2549 萬噸。大量SO2 的排放, 使中國(guó)酸雨區(qū)迅速擴(kuò)大, 目前已覆蓋四川盆地和長(zhǎng)江以南、青藏高原以東的廣大地區(qū), 占國(guó)土總面積的1/3, 而且每年還以10 萬km2 的速度在遞增。因此, 控制和減少SO2 排放量已是刻不容緩、迫在眉睫了, 國(guó)家環(huán)?？偩趾蛧?guó)家發(fā)改委將采用多項(xiàng)措施加強(qiáng)SO2 污染的防治。專家認(rèn)為消減SO2 排放總量是今后中國(guó)環(huán)保工作的重點(diǎn), 對(duì)煙氣脫硫是控制SO2 污染的主要措施之一。但到目前為止, 我國(guó)還僅限于燃煤電廠的脫硫( 僅有12%裝機(jī)容量的火電廠建有煙氣脫硫裝置) 。因此開發(fā)新型高效、脫硫產(chǎn)物可循環(huán)再利用的脫硫技術(shù)已是當(dāng)務(wù)之急。目前, 二氧化硫污染控制技術(shù)頗多, 諸如改善能源結(jié)構(gòu)、采用清潔燃料等, 而煙氣脫硫技術(shù)則是控制二氧化硫最有效的手段之一。國(guó)內(nèi)外已開發(fā)和研究的脫硫方法有近200 種, 但真正工業(yè)化應(yīng)用的不過10 余種。根據(jù)脫硫產(chǎn)物的狀態(tài)可分為干法和濕法, 干法是指無論加入鍋爐尾部煙道中的脫硫劑是干態(tài)或濕態(tài)的, 脫硫的最終產(chǎn)物是干態(tài)的。干法的優(yōu)點(diǎn)是煙氣中水汽含量少, 對(duì)風(fēng)機(jī)及其它設(shè)備不易造成腐蝕。 缺點(diǎn)是設(shè)備龐大, 投資大, 對(duì)操作技術(shù)要求高, 且脫硫效率低。濕法是以水溶液或漿液作脫硫劑, 生成的脫硫產(chǎn)物存在于水溶液或漿液中。濕法煙氣脫硫工藝是目前世界上應(yīng)用最廣的FGD脫硫效率高等特點(diǎn)。濕法煙氣脫硫過程是氣液反應(yīng), 脫硫反應(yīng)速度快, 脫硫效率高, 鈣利用率高, 在鈣硫比等于1 時(shí), 可達(dá)到90%以上的脫硫效率。當(dāng)前已開發(fā)的濕法煙氣脫硫技術(shù), 主要是石灰石/ 石膏洗滌法, %, 因此本文擬對(duì)其工作原理、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、工程流程、主要設(shè)備及其在實(shí)際應(yīng)用中易出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討。1 濕法石灰石/ 石膏煙氣脫硫工藝是以價(jià)廉易得的石灰石粉作為吸收劑, 煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及通入的空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng), 最終產(chǎn)品為石膏。由于吸收漿液是循環(huán)利用, 脫硫吸收劑的利用率很高。濕法煙氣脫硫裝置的核心是吸收塔, 它是一個(gè)單級(jí)的開放式噴淋、一體化吸收二氧化硫的裝置。吸收塔分為洗滌區(qū)、再循環(huán)區(qū)和氣流區(qū)三部分。在洗滌區(qū)中二氧化硫和三氧化硫溶解生成亞硫酸和硫酸, 此區(qū)由四層噴淋層組成, 漿液從再循環(huán)區(qū)通過四個(gè)循環(huán)泵打至各噴淋層, 在噴嘴的作用下漿液被霧化, 與逆流而上的原煙氣充分接觸并吸收煙氣中的二氧化硫和三氧化硫, 同時(shí)溶解并洗滌煙氣中的大部分煙塵。吸收塔底部為石灰石漿液的儲(chǔ)存底槽, 儲(chǔ)存濃度為20%的石灰石漿液。底槽四周安裝有貼邊攪拌器, 以保持對(duì)底槽漿液的不停攪拌, 使新鮮石灰石漿與因吸收了SO2 而酸化的洗滌液能良好地混合和反應(yīng)。同時(shí)底槽還布置有很多大口徑空氣管, 空氣管出口加在攪拌器葉片加壓面上, 以產(chǎn)生非常小的氣泡, 有利于物質(zhì)交換。因空氣泡還能帶出液體中的CO2, 改善了石灰石粉的溶解條件。在加了空氣管的底槽中, 進(jìn)行石灰石溶解、中和、氧化和石膏結(jié)晶等過程。該工藝的脫硫效率可達(dá)90%, 其脫硫系統(tǒng)見圖1。23. 脫硫機(jī)理 石灰石/ 石膏濕法洗滌的化學(xué)反應(yīng)較為復(fù)雜,所表現(xiàn)出的反應(yīng)主要是SO2 與CaO 或CaCO3 作用,生成亞硫酸鈣及硫酸鈣。石灰石/ 石膏洗滌脫硫的反應(yīng)為: SO2 的吸收。SO2 與水化合成H2SO3。 電離出的氧與洗滌液中的CaSO3 反應(yīng)。以CaO 為例, 主要的反應(yīng)為:① SO2(g)+H2O H2SO3?② Ca(OH)2(aq)+H2SO3(aq) CaSO3(aq)+2H2O③ CaSO3(aq) CaSO3(s)④ CaSO3(aq)+1/2O2(aq) CaSO4(aq)⑤ CaSO4(aq) CaSO4(s)⑥ Ca(OH)2(s) Ca(OH)2(aq)?Ca(OH)2 石灰漿滴與SO2 的反應(yīng)過程較為復(fù)雜,許多科研工作者先后進(jìn)行了這方面的研究工作,Brogren 和 Kanlesson 認(rèn)為, 石灰漿滴與SO2 的反應(yīng)存在2 個(gè)受3控區(qū)域: 在煙道內(nèi)SO2 濃度低的區(qū)域SO2 向漿滴的傳質(zhì)主要受氣膜控制, 而在高濃度區(qū),傳質(zhì)受漿滴內(nèi)部液相控制。有學(xué)者認(rèn)為, SO2 向漿滴表面的擴(kuò)散過程受氣膜控制, 而液相一側(cè)并非由液膜來控制, 而是由參與反應(yīng)的離子擴(kuò)散速度來決定。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來看, SO2 是溶解度大小為中等的氣體, 在煙道內(nèi)溫度較高, SO2 溶解度很低, 氣相推動(dòng)力最大, SO2 在氣相的擴(kuò)散不再是整個(gè)反應(yīng)過程的控制速率, 液相參與反應(yīng)的離子擴(kuò)散成為主導(dǎo)因素。隨著反應(yīng)溫度與SO2 濃度的逐漸降低, 氣相推動(dòng)力減弱, SO2 向漿滴表面的擴(kuò)散速率與液相參與反應(yīng)離子的擴(kuò)散速率等共同成為控制反應(yīng)的因素。當(dāng)反應(yīng)溫度接近于濕球溫度時(shí), SO2 濃度達(dá)到最小, 此時(shí)氣相推動(dòng)力也最小。SO2 向液相的擴(kuò)散所受阻力相對(duì)于參與反應(yīng)的離子擴(kuò)散過程來說處于主導(dǎo)地位, 傳質(zhì)阻力為氣相傳質(zhì)所控制。在Ca(OH)2 石灰漿滴與 SO2 吸附反應(yīng)的過程中, O2 也參與了反應(yīng), 其反應(yīng)過程可描述為: 。4321CaSO??典型的石灰石濕法脫硫系統(tǒng)從功能上可以分為煙氣系統(tǒng)、石灰石漿液制備系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、公用系統(tǒng)和事故漿液排放系統(tǒng)。 煙氣系統(tǒng)煙氣系統(tǒng)通常包括一臺(tái)單獨(dú)的增壓風(fēng)機(jī)、一臺(tái)氣氣換熱器和電廠現(xiàn)有煙囪。在增壓風(fēng)機(jī)上游和氣氣換熱器再熱側(cè)系統(tǒng)出口下游都設(shè)有雙百葉窗隔離擋板。在現(xiàn)有旁路煙道上亦安裝有兩個(gè)雙百葉窗旁路擋板，這些擋板的開度可以隨煙氣流量的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。每個(gè)煙氣擋板可以配置兩臺(tái)密封風(fēng)機(jī)，以防止煙氣泄漏。GGH 利用未脫硫的熱煙氣（一般 130℃~150℃）加熱已脫硫的潔凈煙氣（一般 46℃~55℃） ，一般加熱到 80℃左右，然后排放，以避免低溫濕煙氣腐蝕煙道、煙囪內(nèi)壁，并可提高煙氣抬升高度。在煙氣離開吸收塔前，會(huì)通過一個(gè)兩級(jí)除霧器，以除去煙囪中攜帶的細(xì)小液滴。沉淀在除霧器上的顆粒不利于煙氣流經(jīng)吸收塔，會(huì)影響塔內(nèi)壓降和煙氣4流向分布。為了防止固體顆粒積聚在除霧器上，需定期對(duì)除霧器進(jìn)行沖洗。除霧器設(shè)有沖洗水系統(tǒng)，工藝水從噴嘴噴出沖洗除霧器。 石灰石漿液制備系統(tǒng)石灰石料應(yīng)密切主要其水分含量，進(jìn)入石灰石粉制備系統(tǒng)磨粉機(jī)地入磨物料的表面水分一般小于 1%，否則就會(huì)嚴(yán)重惡化操作，甚至造成糊磨、堵塞。同時(shí) 應(yīng)主要氯化物、氟化物和煤灰等雜質(zhì)不要混入石灰石料中，以免影響脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行和脫硫石膏的品質(zhì)。石灰石漿液制備時(shí)，成品分經(jīng)倉(cāng)底的兩套葉輪給料機(jī)輸送到石灰石漿液池，工業(yè)水通過水泵和調(diào)節(jié)閥門注入石灰石漿液池，調(diào)節(jié)石灰石漿液的密度至1230kg/m3（含固量 30%） 。在石灰石漿液泵的出口管道設(shè)有密度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而保證 30%的石灰石漿液的制備和供應(yīng)。配置合格的石灰石漿液通過石灰石漿液泵輸送到吸收塔下部漿液槽，根據(jù)煙氣負(fù)荷、脫硫塔煙氣入口的 SO2 濃度和 PH 值來控制噴入吸收塔的漿液量，剩余部分返回漿液池。為了防止結(jié)塊和堵塞，要使?jié){液不斷流動(dòng)循環(huán)。 吸收塔系統(tǒng)吸收塔是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心裝置，要求氣液接觸面積大，其他的吸收反應(yīng)良好，壓力損失小，并且適用于大容量煙氣處理。進(jìn)入吸收塔的熱煙氣經(jīng)過逆向噴淋漿液的冷卻、洗滌，煙氣中的 SO2 與漿液進(jìn)行吸收反應(yīng)生成亞硫酸氫根（HSO 3） 。HSO 3被鼓入的空氣氧化為硫酸根（SO 42） ，SO 42與漿液中的鈣離子（Ca 2+）反應(yīng)生成硫酸鈣（CaSO 4） ，CaSO 4進(jìn)一步結(jié)晶為石膏（CaSO 42 H2O） 。同時(shí)煙氣中的 Cl、F 和灰塵等大多數(shù)雜質(zhì)也在吸收塔中被去除。含有石膏、灰塵和雜質(zhì)的吸收劑漿液的一部分被排入石膏脫水系統(tǒng)。吸收塔中裝有水沖洗系統(tǒng)，將定期進(jìn)行沖洗，以防止霧滴中的石膏、灰塵和其他物質(zhì)堵塞元件。吸收塔主要有噴淋塔、填料塔、液柱塔和鼓泡塔四種類型，將在下一章詳細(xì)討論。 石膏脫水系統(tǒng)在吸收塔漿液槽中石膏不斷產(chǎn)生，為了使?jié){液密度保持在設(shè)定的運(yùn)行范圍內(nèi)，將石膏漿液（15%~20%固體含量）通過石膏漿液泵打入脫水站。該站包括一5個(gè)水力旋流器及漿液分配器，在這里將石膏漿液中的水予以脫除，使底流石膏固體含量達(dá)到 50%。在水力旋流器中，石膏漿液流進(jìn)一個(gè)圓柱箱中，并由此流到敞開的各個(gè)旋流子中，在此處根據(jù)入口壓力的大小，可將石膏輸送至旋流器的底流，將濾液送入石膏水力旋流器上部的溢流箱內(nèi)。底流的石膏被送至真空皮帶過濾機(jī)進(jìn)一步脫水至含水小于 10%。溢流含 3%~5%的細(xì)小固體微粒在重力作用下流入濾液箱，最終返回到吸收塔。旋流器的溢流被輸送到廢水旋流站進(jìn)一步分離處理。 廢水處理系統(tǒng)在濕式石灰石/石膏 FGD 工藝中，由于煙氣中氯化物的溶解提高了脫硫吸收液中氯離子的濃度，不可避免地要產(chǎn)生一定量廢水。氯離子濃度的增高會(huì)引起脫硫率的下降和 CaSO4結(jié)垢傾向的增大，并對(duì)副產(chǎn)品石膏的品質(zhì)產(chǎn)生影響。FGD裝置的廢水主要來自石膏脫水系統(tǒng)的旋流器溢流液、真空皮帶機(jī)的濾液或沖洗水。廢水處理的工藝大致分為中和、脫重金屬、絮凝、濃縮、澄清、污泥處理幾