石灰石_石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺介绍_李娜
石灰石－石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺介绍
李
娜
（南京龙源环保有限公司，江苏南京210012）
摘
要：主要介绍了石灰石－石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺原理、流程、主要设备以及工业应用情况。
该新工艺是在典型石灰石－石膏法脱硫工艺基础上改进而来，克服了典型工艺的缺点与不足，能在满足脱硫
3
效率的同时，降低系统能耗，节约投资和占地面积，达到国家最新的排放要求ρ（SO2）低于50mg/m。
关键词：石灰石－石膏法中图分类号：X781
烟气脱硫工艺应用
文献标识码：B文章编号：1002－1507（2014）06－0045－04
Technologyoffluegasdesulphurizationutilizingsingledesulphurizationtoweranddoublecyclingofdesulphurizingsolutionbylimestone-gypsummethod
LINa
（Nanjinglongyuanenvironmentalprotectionco．，Ltd．，nanjing，jiangsu，210012，China）
Abstract：Theprocessprinciple，procedure，mainequipmentandindustrialapplicationofutilizingsingledesulfurizationtoweranddoublecyclingofdesulphurizingsolutionbylimestone-gypsummethodaremainlyintroduced．Basedontheimprovementofthetypicallimestone-gypsumdesulphurizationprocess，thenewtechnologyovercomestheshortcomingsanddeficienciesoftypicalprocess，reducingtheenergyconsumptionofthesystem，savinginvestmentandlandarea，meetingthenationalstandardsofSO2concentrationlessthan50mg/m3，andmeanwhileguaranteeingdesulphurizationefficiency．
Keywords：limestone-gypsummethod；fluegasdesulphurization；technology；application
〔2013〕37号《大气污染防治行由国务院印发的
动计划》第一条明确指出：加快重点行业脱硫、脱硝、除尘改造工程建设。所有燃煤电厂、钢铁企业的烧结机和球团生产设备、石油炼制企业的催化裂化装置、有色金属冶炼企业都要安装脱硫设施。
《关于执行大根据环保部2013年发布的第14号
，“三区十群”气污染物特别排放限值的公告》位于内的火力发电机组在“十三五”期间，都必须达到
3
。“三区十群”ρ（SO2）50mg/m的排放限值共涉及
90%过325目筛的石灰石粉与水混为脱硫吸收剂，
合配制成质量分数为25%～30%石灰石浆液。在吸收塔（喷淋空塔）内，石灰石浆液与烟气逆向接触，烟气中的二氧化硫被石灰石浆液吸收后，浆液落入塔底浆液池。向浆池中鼓入空气进行强制氧化生成石膏，外排脱水处理后，得到w（H2O）≤10%的石膏副产物。脱硫后的洁净烟气通过除雾器除去雾滴经烟囱排放。典型的石灰石－石膏法脱硫工艺吸收塔系统流程见图1。1.2如下：
吸收过程：
SO2（g）+H2O→H++HSO3－
收稿日期：2014－07－12。
著者简介：李娜，女，南京龙源环保有限公司高级工程师，从mail：lin@事烟气脱硫工程设计工作。电话：[1**********]；E-nlec.com.cn。
京津冀、长三角、珠三角等19个省（区、市）47个地级及以上城市，仅五大电力集团公司所属的不同规模火电厂就有约300个。根据我国有关高硫煤主要用于火电厂发电的政策，今后火电厂的烟气脱硫任务越来越重，对烟气脱硫效率的提高也越来越紧迫。
工艺原理
石灰石－石膏法烟气脱硫工艺的化学反应过程
1
1.1
典型石灰石－石膏法烟气脱硫工艺
流程简述
［1－2］
典型石灰石－石膏法烟气脱硫采用石灰石作
pH值的关系见图2。较高的pH值容易造成设备的堵塞和结垢，同时使得脱硫剂的利用率降低，脱硫产物的品质下降。而pH值太低，则影响了脱硫效率
。
1传统石灰石－石膏法工艺吸收塔系统流程图
－
HSO3－→H++SO23
H+CaCO3→CaCaCa
2+2+
－
3
+2+
+HCO
－3
+
图2氧化速率与pH值的关系
+HSO+2H2O→CaSO3·2H2O+H+SO
2－
3－3
1.4石灰石－石膏法烟气脱硫新工艺
湿法烟气脱硫工艺有几十年的发展历史，技术
+2H2O→CaSO3·2H2O
H+HCO→H2CO3H2CO3→CO2+H2O氧化过程：
CaSO3·2H2O+H→CaHSO+1/2O2→SO1.3
－
3
2－4
+
2+
+
上日趋成熟完善。其中石灰石－石膏法脱硫工艺由于具有吸收剂来源丰富、成本低廉、脱硫效率较高等优点，成为应用最多的一种烟气脱硫工艺。
目前典型石灰石－石膏法脱硫效率可稳定在97%左右。但随着大气排放标准的不断提高，多地
3
已要求SO2排放限值达到50mg/m。若达到此排放
+HSO+2H2O
+
－3
+H
－
Ca2++SO2+2H2O→CaSO4·2H2O4
限值，按脱硫效率97%计算可知，未处理烟气中二
3
氧化硫浓度不宜超过1700mg/m。显然典型石灰
影响烟气脱硫系统性能的几个关键参数烟气脱硫性能取决于多种因素，在原料方面：工
石－石膏烟气脱硫工艺已不能满足市场需求。
而目前针对高硫煤烟气脱硫，应用较多的是基于石灰石/石灰－石膏法的双塔串联工艺和单塔多层喷淋工艺。
双塔串联工艺是指烟气依次经过两级逆流喷淋塔，对前塔出口的净烟气再次进行喷淋脱硫，以达到出口SO2浓度达到标准的目的。2级喷淋塔同时运行，分别控制，浆液分别循环。
单塔多层喷淋工艺是指在普通的逆流喷淋塔的基础上，通过增加喷淋层数的方式增加液气比，以提高脱硫效率。一般喷淋层总数达到5～6层，甚至达到7层。相应的需要增大浆池容积，同时氧化风机所需的压头也相应提高。
双塔串联系统主要缺点在于占地面积大、系统阻力大、投资高，这些问题随着机组容量的增大表现得越来越明显。单塔多层喷淋虽然节约了占地面积，但存在着脱硫剂利用率降低、亚硫酸钙的氧化率不稳定等缺点。因此2种工艺的推广都受到了限制。
石灰石－石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺克服了以上典型工艺的缺点与不足，能在满足脱硫效
艺水品质、石灰石粉的纯度和粒径等都直接影响着脱硫物的活性。在工艺控制方面：石灰石浆液的浓度、废水排出量的控制等与脱硫率有关。机组的烟气参数也不同程度影响脱硫反应进程。1.3.1
液气比（L/G）
液气比是循环浆液流量和标态下的烟气流量之比。在相同的条件下，液气比越大，脱硫效率越高，但随之动力的消耗就越大，烟气出口的温度就越低。当液气比增加到一定程度后，脱硫效率不再提高。1.3.2
钙硫比
钙硫比是指注入吸收剂量与吸收SO2的摩尔比。提高钙硫比可提高脱硫效率，但脱硫剂利用率下降，同时脱硫塔内极易发生结垢现象。一般典型石灰石－石膏脱硫工艺控制钙硫比在1.03～1.05。1.3.3
循环浆液pH值
循环浆液pH值是指吸收完SO2的浆液与新鲜石灰石浆液混合后浆液的pH值。pH值取决于石灰石的过剩系数，即与钙硫比的选择有关。提高pH值，增加液相吸收推动力，有利于SO2的吸收；降低pH值，增加氧气的溶解度，有利于亚硫酸钙的氧化。氧化速率与
率的同时，降低系统能耗，节约投资和占地，达到国家最新的排放要求。
浆液收集托盘是指位于一级吸收段上方、二级吸收段下方的碟、环型托盘装置。主要是将来自AFT浆池的二级循环喷淋浆液收集后并输送回AFT浆池。由于系统运行中，该托盘装置上面承接较高pH值浆液而易于结垢，下面受到携带较低pH值浆液的烟气冲刷易于腐蚀，故设计中的材质选择和防腐施工十分重要。另外，该托盘在吸收塔内的固定方式也是设计的难点。2.4
技术特点
在石灰石－石膏法烟气脱硫中，单塔双循环工艺与双塔串联工艺、单塔多层喷淋工艺相比具有以下技术特点：
1）相互独立的两级浆液循环过程，可以满足氧化、吸收不同阶段对不同浆液性质的要求，分步控制了工艺反应过程；同时避免了影响运行的各工艺参数之间的相互制约，可以使反应过程更加优化，能快速适应煤种变化和负荷变化。对于高含硫量烟气或者对脱硫效率要求特别高的项目是非常适用的。
2）一级循环在较低pH值条件下运行，可以保证吸收剂的完全溶解和石膏的充分氧化，为石膏脱水系统的运行提供了良好条件，能得到优质的石膏副产物，并降低了氧化风机电耗。
3）二级循环在较高pH值、较低的液气比、较低电耗条件下运行，可以保证很高的脱硫效率，即便是高硫煤总脱硫效率也可以稳定达到98.0%以上。
4）对烟气SO2含量的小变化和短时大幅变化敏感性不大。
5）烟气中的杂质，HCl、HF均可大部分如灰尘、在一级循环中被去除，大大降低了其对二级循环反应的影响，进一步提高二级循环的吸收效率。
6）延长了石灰石的停留时间，特别是在一级循环中pH值很低，实现了颗粒的快速溶解，降低了对于石灰石品质的要求；并且可以较大幅度地提高石灰石颗粒度，降低磨制系统电耗，或者提高了石灰石的利用率，钙硫比可降低至1.02。
2
2.1
工艺
石灰石－石膏法单塔双循环烟气脱硫
基本原理
石灰石－石膏法单塔双循环工艺是由典型的石灰
石－石膏法脱硫工艺发展而来的，是对双塔串联工艺流程的进一步优化。单塔双循环工艺充分利用了循环浆液pH值这个重要参数对吸收过程、氧化过程的影响。2.2
流程简述
该工艺流程中烟气通过1台吸收塔实现2次SO2
经过了2级浆液循环。一级循环的主要功脱除过程、
能是保证优异的亚硫酸钙氧化效果和石灰石的充分溶解，以及保证充足的石膏结晶时间；二级循环保证SO2而不用追求亚硫酸钙的氧化和石灰最终的脱除效率，
石溶解的彻底性，同时也不用考虑石膏结晶大小问题。2级循环分别设有独立的循环浆池、喷淋层。根据不同的功能，每级循环具有不同的运行参数。
SO2吸收系统是脱硫装置的核心系统，通常按1座吸收塔配置1座塔外浆池（AFT浆池）设计。原烟气进入吸收塔，首先与吸收塔内喷淋的一级循环浆液（pH值低为4.5～5.0）逆向接触，吸收烟气中的部分SO2；烟气接着上升继续与来自塔外浆池的二级喷淋浆液（pH值高，可达5.5～6.0）接触，吸收烟气中剩余部分的SO2。石灰石－石膏法单塔双循环工艺吸收塔系统流程见图3
。
3工程实例
#
9#烟气脱硫改造工广州恒运热电厂责任公司8、
3石灰石－石膏法单塔双循环工艺吸收塔系统流程示意图
程是国内第一台投运的采用石灰石－石膏法单塔双循2013环工艺的项目。该工程于2012年6月开始施工，
#
年5月15日顺利完成8机组烟气脱硫系统168h试运
2.3核心设备
吸收塔是单塔双循环工艺技术的核心设备，主要特点是在吸收塔内设有浆液收集托盘。吸收塔
行。试运期间脱硫塔入口SO2质量浓度在1800～4200
表2
脱硫装置出口烟气参数（设计煤种）
项
目
参数≤50＜20＜5050
3
mg/m3，出口SO2质量浓度始终保持在50mg/m以下，3
出口烟气中尘质量浓度在20mg/m以下。
9月广东环境保护工程职业学院在2013年8、期间分别对脱硫系统在75%及100%负荷（指烟气流量）的情况下进行了全套烟气脱硫装置的性能试验。试验证明脱硫性能完全满足总承包合同的要求，脱硫效率达到99.3%。3.1
主要技术指标
脱硫装置进口烟气参数（设计煤种）见表1。脱硫装置出口烟气参数（设计煤种）见表2。脱硫装置其他技术指标（设计煤种）见表3。脱硫装置物耗（设计煤种）见表4。3.2
吸收系统主要设备配置情况吸收系统主要设备配置情况见表5。
表1
脱硫装置进口烟气参数（设计煤种）项
目
参数[1**********]＜50约140
（最高180）表5
名称
吸收塔+塔顶烟囱吸收塔内托盘吸收塔浆池搅拌器吸收塔除雾器吸收塔喷淋层一级循环浆泵AFT浆池AFT浆池搅拌器二级循环浆泵
烟气SO2质量浓度［标态、干基、φ（O2）6%］/（mg·m－3）干基、实际氧量）/烟气粉尘质量浓度（标态、
－3
（mg·m）·m－3）干基）/（mg烟气水分质量浓度（标态、烟气温度/℃
表3
脱硫装置其他技术指标（设计煤种）
项
目
参数≥9830≥98.7≤1.03
烟气脱硫系统利用率（相对于锅炉年运行时
%间），烟气脱硫装置服务寿命/年%脱硫效率（设计煤种），钙硫比（摩尔比）
表4项
目
脱硫装置物耗（设计煤种）
参数＜2×7.46
3
h－1）烟气量［标态，湿基，φ（O2）6%］/（m·
烟气SO2质量浓度［标态，干基，φ（O2）6%］/
（mg·m－3）干基、实际氧量）/烟气粉尘质量浓度（标态、
－3
（mg·m）烟气温度/℃
·h－1）石灰石耗量/（t
脱硫装置电耗/（kWh·5653
－1
（所有连续运转设备轴功率）h）
·h－1）工艺水量/（t
·h－1）废水量/（t
3
h－1）压缩空气耗量/（m·
＜2×75（平均耗量）
2×15120（仪表气）
吸收系统主要设备配置情况
规格及技术要求
8#机组数量
1座1套4套1套5层2台1座5套3台
壳体材料：碳钢衬胶，下部浆池：13.1m×8m（浆池），总高75m塔高42.5m，材料：碳钢衬胶
4台，侧进式，叶片、轴材料：耐磨合金钢，功率22kW；两级屋脊式+一级管式，13.1m材料：FＲP，母管DN900
Q=5000m3/h，H=190/208kPa，离心式，电机功率：450/450kW壳体材料：碳钢衬玻璃鳞片，下部浆池：8.5m×20m（浆池），总高22m侧进式，叶片、轴材料：耐磨合金钢，下部3台，上部2台，功率15/37kW；Q=5000m3/h，H=190/208/226kPa，离心式，电机功率450/450/500kW
4展望
石灰石－石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺能
参考文献：
［1］李守信，纪立国，于军玲，等．石灰石－石膏湿法烟气
J］．华北电力大学学报，2002，29（4）：脱硫工艺原理［91－94．
［2］李劲夫．石灰－石膏湿法烟气脱硫工艺特点介绍
［J］．工程建设与设计，2004，（8）：21－24．
在满足脱硫效率的同时，降低系统能耗，节约投资和占地面积，达到国家最新的排放要求。该工艺适用于高含硫煤、脱硫率要求高等燃煤电厂或其他含硫尾气的脱硫，应用前景广泛。