热电厂石灰石—石膏法烟气脱硫的原理及工艺

文_钟洪禄 杨森 刘涛 杨利军 航天环境工程有限公司

石灰石湿法烟气脱硫((Flue Gas Desulfurization.FGD)技术主要特点有：脱硫效率高，石灰石—石膏湿法脱硫工艺脱硫率高达98.75%以上；技术成熟，运行可靠性好；对不同煤种的适应性强；脱硫的副产物易于处理利用，脱硫石膏可作为水泥的辅料，已进入工业化。

1 反应机理

采用石灰石浆液吸收烟气中SO2，经过一系列复杂的物理以及化学反应过程，主要生成以石膏为主的产物。在石灰石—石膏湿法脱硫系统中，首先将石灰石磨成粉状，调制好石灰石浆液。含有大量污染物的烟气从炉膛进入吸收塔之后，石灰石浆液中的CaCO3和烟气中的SO2，在空气充足的情况下发生反应，生成可二次利用的石膏，剩余烟气经过后续相应处理排向大气。

为了使上述反应进行更彻底，在吸收塔下侧进入将带入大量含有烟气的污染物，并与塔中石灰石浆液进行逆流混合。

工艺过程中净化烟气的方法为吸收法，包括2个反应过程：物理过程和化学过程。物理过程：烟气从气相进入液相是吸收过程，其原理符合薄膜理论；化学过程：主要是酸碱中和反应，液相中可以加快化学反应速率。

2 工艺流程

典型的石灰石-石膏湿法脱硫装置包括烟气系统、吸收塔系统、石灰石制浆系统、石膏脱水系统、脱硫废水处理系统以及其他工艺系统（工艺水系统及事故浆液系统等）。具体的工艺流程为：携带大量原烟气的污染物经过增压风机加压推送至烟气换热器，然后降温至要求后进到吸收塔随后进行酸碱中和反应。经过一系列物理和化学反应，烟气中的SO2被大量脱去，烟气经过脱硫处理后仍要经过除雾器和烟气换热器的处理，烟气温度达标后从烟囱排出。石灰石浆液在吸收SO2后，通过石膏脱水等系统得到可二次利用的石膏。

2.1 烟气系统

该系统主要用于判别是否启用脱硫系统，具体流程如图1所示。烟气系统将未脱硫的烟气引入脱硫装置，将脱硫后的洁净烟气送入烟囱。本工程不设旁路烟道，增压风机与引风机合并设置。因此进入脱硫装置的烟气通过引风机实现流量控制，烟气系统的压降通过引风机克服，要求FGD装置BMCR（锅炉最大连续蒸发量）工况下的总压损不大于2500Pa（不含烟囱自拔力和湿式静电除尘器），从吸收塔出来的脱硫烟气直接经由烟囱排放。

2.2 吸收塔系统

该系统主要作用于吸收SO2，脱硫装置核心，具体流程如图2所示。具体流程主要包括：石灰石浆液的喷淋和酸碱中和反应的进行。其中，石灰石浆液自上而下进行喷淋，原烟气自下而上输送，就是为了通过逆流混合的方式使反应更加彻底，提高脱硫效率。在吸收塔后设有除雾器，除去烟气中的雾滴。经过反应后所生成CaSO3沉积在吸收塔底部，氧化后生成的石膏通过吸收塔排浆泵排出，进入后续的石膏脱水系统。

2.3 石灰石浆液制备系统

该系统主要用于制备脱硫所需的石灰石浆液，具体流程如图3所示。整个流程主要包括：购买细度为250或325目筛小于10%的石灰石粉，由自卸式灌装汽车运送至脱硫岛内的地下储存仓，再经输送机输送至石灰石储存仓，然后用旋流器进行浆液分离，经过重复碾磨分离，制成符合要求的石灰石浆液作为吸收剂通过浆液输送泵送入脱硫塔脱硫。

2.4 石膏脱水系统

脱水系统如图4所示。石膏脱水系统分两阶段：第一级为石膏旋流浓缩器，离开旋流器的浆液固体含量至少50%；第二级为真空皮带脱水机，经真空皮带脱水机脱水生成含水率小于10%Wt的石膏饼，石膏滤液返回吸收塔或制浆系统。从一级脱水系统来的旋流器底流，进入真空皮带脱水机进行脱水，最后产生石膏。溶解于石膏中的Cl-含量低于0.02% Wt（以无游离水分的石膏作为基准），溶解于石膏中的MgO含量低于0.1%Wt，溶解于石膏中的Na2O含量低于0.06% Wt。

2.5 脱硫废水处理系统

脱硫装置浆液内的水在不断循环的过程中，会富集重金属元素和Cl-等，一方面加速脱硫设备的腐蚀，另一方面影响石膏的品质，因此，脱硫装置要排放一定量的废水，进入废水处理系统，目前最常用的脱硫废水的处理方法为氢氧化物沉淀法，该法中最常用的沉淀剂是石灰和氢氧化钠。

废水首先通过中和箱与溶液中OH-发生中和反应，使废水中大部分重金属以氢氧化物的形式沉淀出来，然后加入絮凝剂使沉淀聚集沉降，絮凝过程后通过浓缩澄清，将上清液流入净水箱，经pH调节后达标排放，澄清池中的污泥回流到中和池。该系统按150%容量设计，为达到更高的可利用性，系统中的泵按100%安装备用。每个箱体中应设置旁路，便于箱体方便维修。污泥脱水系统的污泥运至干灰场贮存。经中和、沉降、絮凝、澄清和浓缩处理后的脱硫废水达到排放标准（《火电厂石灰石—石膏湿法脱硫废水水质控制指标》（DL/T997—2006））。化学沉淀法的工艺流程如图5所示。完整的脱硫废水处理系统应包括中和箱、沉降箱、絮凝箱、澄清池、各废水泵、制备箱及加药箱等。

2.6 其他工艺系统

其他工艺系统包括工艺水系统、事故浆液系统等。2台烟气脱硫装置可以共用1套工艺水系统，工艺水系统作用是在FGD系统中，为维持整个系统内的水平衡，包括1个工艺水箱、2台工艺水泵、3台除雾器冲洗水泵。事故浆液系统主要用于储存事故浆液，这里的事故浆液主要是指大修或者发生事故时的浆液。整个系统主要包括：储罐装置、地坑装置和搅拌装置等。

3 结语

我国煤炭资源丰富，燃煤发电应用广泛，石灰石-石膏湿法烟气脱硫也是目前世界上应用最多的烟气脱硫(FGD)工艺。但是，石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统在初期建设时费用很高，约占电厂总投资的10%，运行和维护费价格也非常高，并且系统可用率不高，这一定程度上阻碍了烟气脱硫工程在火电厂的应用。导致脱硫费用高的原因有两个：一是由于从国外引进的FGD技术及设备费用很高，但这可以通过技术设备国产化降低成本；二是由于FGD技术设计和运行上还有许多不足之处，使得设备运行成本增加。

通过因地制宜，优化FGD工艺，配置合理的设备，优化培训专业人员运行FGD系统，可以达到降低运行成本和提高使用年限的目的。