【正文】 ........................................................................................................24 .....................................................................................................................25六、課程設計心得體會 ........................................................................................25七、參考文獻 ..............................................................................................................27 0一、鈣基濕法煙氣脫硫工藝1. 概述 能源和環(huán)境是當今社會發(fā)展的兩大主題。中國的資源特點和經(jīng)濟發(fā)展水平?jīng)Q定了以煤為主的能源結(jié)構(gòu)將長期存在, 國內(nèi)每年都會消費數(shù)億噸煤。煤所含的雜質(zhì)硫在燃燒時會排放酸性氣體SO2, 這種氣體在高空為雨雪所溶解而形成酸雨, 可導致動植物大量死亡, 給生態(tài)系統(tǒng)造成很大的破壞, 還會嚴重侵蝕橋梁樓屋、船舶車輛、機電設備等, 給經(jīng)濟的發(fā)展帶來嚴重影響, 并對人類的健康造成危害。自上世紀80 年代以來, 由于我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,SO2 排放量也日益增多, 據(jù)統(tǒng)計, 2022 年全國SO2 排放量為2549 萬噸。大量SO2 的排放, 使中國酸雨區(qū)迅速擴大, 目前已覆蓋四川盆地和長江以南、青藏高原以東的廣大地區(qū), 占國土總面積的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, 國家環(huán)保總局和國家發(fā)改委將采用多項措施加強SO2 污染的防治。專家認為消減SO2 排放總量是今后中國環(huán)保工作的重點, 對煙氣脫硫是控制SO2 污染的主要措施之一。但到目前為止, 我國還僅限于燃煤電廠的脫硫( 僅有12%裝機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)再利用的脫硫技術已是當務之急。目前, 二氧化硫污染控制技術頗多, 諸如改善能源結(jié)構(gòu)、采用清潔燃料等, 而煙氣脫硫技術則是控制二氧化硫最有效的手段之一。國內(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)點是煙氣中水汽含量少, 對風機及其它設備不易造成腐蝕。 缺點是設備龐大, 投資大, 對操作技術要求高, 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用最廣的FGD脫硫效率高等特點。濕法煙氣脫硫過程是氣液反應, 脫硫反應速度快, 脫硫效率高, 鈣利用率高, 在鈣硫比等于1 時, 可達到90%以上的脫硫效率。當前已開發(fā)的濕法煙氣脫硫技術, 主要是石灰石/ 石膏洗滌法, %, 因此本文擬對其工作原理、化學反應機理、工程流程、主要設備及其在實際應用中易出現(xiàn)的問題進行探討。1 濕法石灰石/ 石膏煙氣脫硫工藝是以價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行化學反應, 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, 它是一個單級的開放式噴淋、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存底槽, 儲存濃度為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。同時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90%, 其脫硫系統(tǒng)見圖1。23. 脫硫機理 石灰石/ 石膏濕法洗滌的化學反應較為復雜,所表現(xiàn)出的反應主要是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。以CaO 為例, 主要的反應為: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 的反應過程較為復雜,許多科研工作者先后進行了這方面的研究工作,Brogren 和 Kanlesson 認為, 石灰漿滴與SO2 的反應存在2 個受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。有學者認為, SO2 向漿滴表面的擴散過程受氣膜控制, 而液相一側(cè)并非由液膜來控制, 而是由參與反應的離子擴散速度來決定。從反應動力學來看, 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, 氣相推動力最大, SO2 在氣相的擴散不再是整個反應過程的控制速率, 液相參與反應的離子擴散成為主導因素。隨著反應溫度與SO2 濃度的逐漸降低, 氣相推動力減弱, SO2 向漿滴表面的擴散速率與液相參與反應離子的擴散速率等共同成為控制反應的因素。當反應溫度接近于濕球溫度時, SO2 濃度達到最小, 此時氣相推動力也最小。SO2 向液相的擴散所受阻力相對于參與反應的離子擴散過程來說處于主導地位, 傳質(zhì)阻力為氣相傳質(zhì)所控制。在Ca(OH)2 石灰漿滴與 SO2 吸附反應的過程中, O2 也參與了反應, 其反應過程可描述為: 。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)通常包括一臺單獨的增壓風機、一臺氣氣換熱器和電廠現(xiàn)有煙囪。在增壓風機上游和氣氣換熱器再熱側(cè)系統(tǒng)出口下游都設有雙百葉窗隔離擋板。在現(xiàn)有旁路煙道上亦安裝有兩個雙百葉窗旁路擋板，這些擋板的開度可以隨煙氣流量的變化進行調(diào)節(jié)。每個煙氣擋板可以配置兩臺密封風機，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，會通過一個兩級除霧器，以除去煙囪中攜帶的細小液滴。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，需定期對除霧器進行沖洗。除霧器設有沖洗水系統(tǒng)，工藝水從噴嘴噴出沖洗除霧器。 石灰石漿液制備系統(tǒng)石灰石料應密切主要其水分含量，進入石灰石粉制備系統(tǒng)磨粉機地入磨物料的表面水分一般小于 1%，否則就會嚴重惡化操作，甚至造成糊磨、堵塞。同時 應主要氯化物、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)的正常運行和脫硫石膏的品質(zhì)。石灰石漿液制備時，成品分經(jīng)倉底的兩套葉輪給料機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有密度監(jiān)測點，從而保證 30%的石灰石漿液的制備和供應。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，其他的吸收反應良好，壓力損失小，并且適用于大容量煙氣處理。進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 與漿液進行吸收反應生成亞硫酸氫根（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+）反應生成硫酸鈣（CaSO 4） ，CaSO 4進一步結(jié)晶為石膏（CaSO 42 H2O） 。同時煙氣中的 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){液密度保持在設定的運行范圍內(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到 50%。在水力旋流器中，石膏漿液流進一個圓柱箱中，并由此流到敞開的各個旋流子中，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進一步脫水至含水小于 10%。溢流含 3%~5%的細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引起脫硫率的下降和 CaSO4結(jié)垢傾向的增大，并對副產(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