尾部烟气脱硫除尘改造运行维护.docx

尾部烟气脱硫除尘改造运行维护脱硫工艺原理介绍福建龙净的新型烟气循环流化床半干法脱硫除尘一体化工艺（简称LJD-FGD），是福建龙净研发的一种适用于火电厂烟气脱硫工艺。该工艺具有脱硫效率高、投资运行费用低、可靠性高、占地面积小、无废水产生、副产物易处理等优点。现将这种工艺简要介绍如下：燃料中的硫在燃烧过程中与空气中的氧发生反应生成硫氧化物（SO2和SO3），本工艺所要脱除的就是尾气中的有害气体SO2和SO3。一个典型的LJD-FGD工艺系统由吸收塔、脱硫除尘器、脱硫灰循环及排放、吸收剂制备及供应、工艺水以及电气仪控系统等组成，其工艺流程见下图1-1。图1-1LJD-FGD工艺流程示意图锅炉引风机出口的原烟气温度一般为130150左右，汇合后的烟气从底部进入吸收塔，在吸收塔的进口段，高温烟气与加入的吸收剂、循环脱硫灰充分预混合，进行初步的脱硫反应，在这一区域主要完成吸收剂与HCl、HF的反应。烟气通过吸收塔底部的文丘里管的加速，进入循环流化床床体，物料在循环流化床里，气固两相由于气流的作用，产生激烈的湍动与混合，充分接触，在上升的过程中，不断形成絮状物向下返回，而絮状物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，形成类似循环流化床锅炉所特有的内循环颗粒流，使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落速度的数十倍；吸收塔顶部结构的惯性分离进一步强化了絮状物的返回，进一步提高了塔内颗粒的床层密度及Ca/S。这样的一种气固两相流机制，通过气固间的混合，极大地强化了气固间的传质与传热，为实现高脱硫率提供了根本的保证。在文丘里的出口扩管段设有喷水装置，喷入的雾化水一是增湿颗粒表面，二是使烟温降至高于烟气露点15左右，使得SO2与Ca（OH）2的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应。吸收剂、循环脱硫灰在文丘里段以上的塔内进行第二步的充分反应，生成副产物CaSO31/2H2O，还与SO3反应生成相应的副产物CaSO41/2H2O等。无论火电厂锅炉烟气负荷如何变化，烟气在文丘里以上的塔内流速均保持在46m/s之间，为满足脱硫反应的要求，烟气在该段的停留时间至少为3秒以上，通常设计时间在8秒左右。烟气在上升过程中，颗粒一部分随烟气被带出吸收塔，一部分因自重重新回流到流化床中，进一步增加了流化床的床层颗粒浓度和延长吸收剂的反应时间。从化学反应工程的角度看，SO2与Ca(OH)2的颗粒在循环流化床中的反应过程是一个外扩散控制的反应过程。SO2与Ca(OH)2反应的速度主要取决于SO2在Ca(OH)2颗粒表面的扩散阻力，或说是Ca(OH)2表面气膜厚度。当滑落速度增加时，由于摩擦程度的增加，Ca(OH)2颗粒表面的气膜厚度减小，SO2进入Ca(OH)2的传质阻力减小，传质速率加快，从而加快SO2与Ca(OH)2颗粒的反应。只有在循环流化床这种气固两相流动机制下，才具有最大的气固滑落速度。同时，脱硫塔内的气固最大滑落速度是否能在不同的烟气负荷下始终得以保持不变，是衡量一个循环流化床干法脱硫工艺先进与否的一个重要指标，也是一个鉴别干法脱硫能否达到较高脱硫率的一个重要指标。如果滑落速度很小，或只在脱硫塔某个局部具有滑落速度，要达到很高的脱硫率是不可能的。喷入用于降低烟气温度的水，以激烈湍动的、拥有巨大的表面积的颗粒作为载体，在塔内得到及时的、充分的蒸发，保证了进入后续除尘器中的灰具有良好的流动状态。由于SO3全部得以去除，烟气露点将大幅度下降，一般下降到50左右，而排烟温度始终控制设定值左右，因此烟气不需要再加热，同时整个系统也无须任何的防腐处理。净化后的含尘烟气从吸收塔顶部侧向排出，然后转向向下进入脱硫除尘器。经脱硫除尘器捕集下来的固体颗粒，大部分通过脱硫灰循环系统，返回吸收塔继续参加反应，如此循环可达数百次，多余的少量脱硫灰渣则通过气力输送至脱硫灰仓，再通过罐车或二级输送设备外排。脱硫灰大量循环，脱硫除尘器的入口烟气粉尘浓度为5001000g/Nm3，带有大量脱硫灰的烟气经布袋除尘器进行除尘，净化后的清洁烟气经脱硫引风机排入烟囱。塔内生成的脱硫灰的主要成分为CaSO31/2H2O、CaSO41/2H2O、CaCO3、CaF2、CaCl2及未反应的Ca(OH)2和杂质等。这些脱硫灰目前的主要用途为废矿井填埋、高速公路路基、吸声材料、水泥掺合料等。1. 主要化学反应在脱硫塔中，消石灰Ca（OH）2与烟气中的SO2和几乎全部的SO3，HCl，HF等完成化学反应，主要化学反应方程式如下：Ca(OH)2+ SO2=CaSO31/2 H2O +1/2 H2O吸收过程CaSO31/2 H2O+ 1/2O2=CaSO41/2 H2O氧化过程Ca(OH)2+ SO3=CaSO41/2 H2O +1/2 H2O吸收过程Ca(OH)2+ CO2=CaCO3 + H2O吸收过程2Ca(OH)2+ 2HCl=CaCl2Ca(OH)22H2O(120)吸收过程Ca(OH)2+ 2HF=CaF2 + 2H2O吸收过程另外，在石灰消化过程中生石灰(CaO)与水(H2O)反应生成消石灰Ca(OH)2，化学反应方程式为：CaO + H2O= Ca(OH)2消化过程2. LJD-FGD工艺的主要特点2.1 设备使用寿命长、维护量小。2.2 烟气与物料接触时间长、接触充分，脱硫效率高。2.3 采用高压回流式喷嘴直接向脱硫塔内喷水，对负荷变化响应快，保证脱硫后除尘器可靠运行。2.4 工艺及控制简单、可靠。2.5 采用流线型的底部进气结构，保证了脱硫塔入口气流分布均匀。2.6 脱硫塔内操作气速相对稳定，负荷适应性好，进一步保证气固两相流场的稳定。2.7 几乎100脱除SO3的酸性气体，脱硫下游装置烟气无酸露点，因此吸收塔及下游装置无需采用特殊材料进行防腐。2.8 良好的入口烟气二氧化硫浓度变化适应性，只要增加吸收剂加入量，即可满足更高的排放要求。2.9 脱硫副产物流动性好，易于处理；脱硫剂利用率高、脱硫副产物排放少。2.10 运行维护费用低，占地面积小。2.11 无废水等二次污染物产生。3. 系统介绍LJD-FGD系统由烟道系统、吸收塔系统、脱硫除尘器系统、吸收剂制备及供应系统、脱硫灰再循环及排放系统、工艺水系统、以及电气仪控系统等组成，现简介如下：3.1 烟道系统脱硫除尘岛的烟道系统主要包括入口烟道、出口烟道、清洁烟气再循环烟道以及配套的调节风挡设备等，如图4.1-1:图4.1-1烟气系统组成示意图本工程共三套脱硫除尘装置，其中1、2#锅炉为两炉一塔布置，布置在2#锅炉西边空地上，6、7#分别为一炉一塔布置，分别布置在6#锅炉的东侧及7#锅炉的西侧空地。锅炉烟气进入吸收塔，在吸收塔内与加入的水、吸收剂充分混合发生脱硫反应，脱硫后的烟气进入脱硫布袋除尘器进行除尘，除尘后的净烟气经脱硫引风机排至烟囱；收集下来的脱硫灰大部分循环回至吸收塔内，与原烟气混合、继续脱除SO2，脱硫副产物经过气力输送系统输送至脱硫灰库。在LJD-FGD技术中，为了维持吸收塔内的气流相对稳定，本工艺利用吸收塔进口烟道的静压低于脱硫引风机出口静压，不需要另外安装抽气风机，通过循环烟道将脱硫引风机下游的部分净化烟气循环到吸收塔入口，根据布袋除尘器出口烟道烟气量，调节烟道风挡来调节循环清洁烟气的流量，使文丘里管的流速保持相对稳定。这一技术已在LJD-FGD项目中得到广泛应用，在本项目，锅炉烟气负荷较低时，为了保证脱硫除尘系统的最佳运行状态，必须开启清洁烟气再循环系统。在设计运行中，一般吸收塔的运行烟气量为75110的设计流量。从而保证吸收塔在低负荷运行时最佳的传热、传质状态。因此，一旦吸收塔入口流量低于75%负荷，开始打开调节风挡补充所需的清洁烟气量，使烟气量达到75%负荷以上。3.2 吸收塔系统吸收塔是整个脱硫反应的核心。LJDFGD吸收塔为多孔文丘里空塔结构，整个塔体由普通碳钢制成。为建立良好的流化床，预防堵灰，吸收塔内部气流上升处均不设内撑，故称为空塔。本项目吸收塔采用多孔文丘里喷嘴形式。吸收塔的典型外形图如下图4-2：出口烟道进口烟道吸收剂及循环物料加入段吸收剂及循环文丘里段锥形段流化床段锥形段膨胀节环梁基座膨胀节图4.2-1LJD-FGD吸收塔典型示意图由于脱硫系统始终在烟气露点温度1520以上运行，加上吸收塔内部强烈的碰撞与湍动，SO3基本全部除去。因此，吸收塔内部不需要防腐内衬。为了建立稳定良好的流化床，需要脱硫灰不断的循环，吸收塔出口粉尘浓度可达6001000g/m3。吸收塔出口段设有温度、压力检测。用温度控制吸收塔的加水量，用吸收塔的进出口压力降计算出来的床层压降来控制脱硫灰循环量。当压力降增大时可以降低Ca/S，提高脱硫率。烟气从吸收塔底部进入吸收塔，烟气方向向上。为了防止吸收塔进口烟气沉降造成的进口烟道积灰，吸收塔底部及转弯处均设有气流分布装置及压缩空气吹扫系统。由于文丘里段的管速最高达50m/s以上，经文丘里段加速，流化床内的物料被完全托起，只有非常少量的大颗粒沉降回吸收塔进口烟道，通过进口烟道输灰机排放。图4.2-2塔底吹灰装置照片3.3 脱硫布袋除尘器系统布袋除尘器系统采用脱硫专用低压回转脉冲布袋除尘器，保证脱硫除尘器出口粉尘浓度30mg/Nm3；脱硫布袋除尘器主要由灰斗、烟气室、净气室、进口烟箱、出口烟箱、低压脉冲清灰装置、电控装置、阀门及其它等部分组成。每套脱硫布袋除尘器系统均配有两台清灰风机，一用一备。从吸收塔出来的烟气采用上进风方式进入布袋除尘器，其中粗颗粒粉尘利用重力原理直接进入灰斗。整套布袋除尘器系统采用不间断脉冲清灰方式，利用不停回转的清灰臂，对滤袋口，进行脉冲模糊喷吹。进口烟道1出口风门2出风烟道3进风烟道4进口风门5花板6布袋7检修平台8灰斗9脉冲阀10旋转喷吹机构图 4.3-1典型旋转喷吹低压脉冲布袋除尘器示意图简单说来，这种布袋除尘器的主要特点是：1) 采用上进风方式，降低入口粉尘浓度。由于进口烟道烟气流速较低，含尘烟气中的粗颗粒自然沉降分离，并利用布袋除尘器的自平衡性，使进入各个室的气流分布均匀。这一结构既可减小烟气的运行阻力，又可以充分利用重力，使LJD-FGD脱硫产生的凝聚“链团结构”颗粒直接进入灰斗，减少滤袋的负荷和磨损，提高滤袋的使用寿命。2) 采用经特殊表面处理的聚苯硫醚（PPS）改性滤料。采用经特殊表面处理的进口PPS改性滤料，可很好地适应长期使用要求，持续运行温度为70150。3) 采用不间断回转的脉冲清灰方式，利用不停旋转的清灰臂输送反吹脉冲空气，对准整个室的每一条滤袋口，进行周期性的脉冲喷吹，使所有滤袋的压差基本相等，大大减少了脉冲阀数量，降低了维护工作量。4) 脉冲喷吹清灰压力为0.085MPa左右，一方面可降低能耗，另一方面，喷吹压力低，滤袋内外压差小，可有效保护滤袋表面的一次尘的“滤床”，同时也可减少对滤袋表面的冲刷磨损，延长其使用寿命。5) 采用椭圆形滤袋、沿同心圆分圈辐射形布置，最大限度地利用了袋室的空间，减少了占地。在同等的过滤面积情况下，比常规的逐行脉冲喷吹清灰方式减少30%左右。6) 采用特制的多节自锁式袋笼，更换滤袋时不用揭顶，方便了滤袋的更换。7) 采用独特的预涂灰工艺和喷水降温手段，有效保护滤袋，脱硫布袋除尘器的每个灰斗设有蒸汽加热装置，加热后的壁板温度保持在80120，保证灰斗内的物料的流动性。3.4 脱硫灰循环系统脱硫除尘器灰斗内的灰大部分通过空气斜槽输送回吸收塔，进行循环利用；一部分物料通过仓泵外排至脱硫灰库。每套脱硫装置的脱硫灰循环系统设两条空气斜槽，将脱硫布袋除尘器各灰斗的脱硫灰分别输送回吸收塔，其中根据吸收塔压降信号调节循环流量控制阀开度，从而控制循环灰量。脱硫布袋除尘器灰斗及空气斜槽皆专设风机进行流化，保证脱硫灰良好的流动性。物料循环系统主要包括灰斗流化风机、空气斜槽流化风机、流化风机蒸汽加热器、气动流量控制阀门等组成。3.5 脱硫灰输送系统脱硫后除尘器设有脱硫灰输送系统，采用正压浓相气力输灰系统，脱硫时根据灰斗的料位信号进行外排。外排的脱硫灰通过气力输送系统进入脱硫灰库。仓泵的控制直接进入脱硫DCS系统，并设有就地控制箱。3.6 灰库系统灰库利用厂内原有的2#灰库。3.7 吸收剂制备及供应系统吸收剂制备及供应系统的主要设备有生石灰仓、定量给料设备、消化设备、消石灰仓、流化及气力输送风机、消石灰计量装置及输送设备等，每套均有。由密封罐车运来的生石灰粉通过罐车自带的空压机打压输送到生石灰仓内，再经生石灰计量装置、均匀给料设备进入卧式双轴搅拌干式消化器（干式石灰消化器的结构见图4.7-1），消化后的消石灰直接通过稀相气力输送系统至消石灰仓，然后经计量给料装置经过进料空气斜槽送入吸收塔。吸收剂消化系统的容量满足脱硫装置正常运行的消石灰需要量并考虑一定的裕量。每套脱硫除尘系统设置一套干式石灰消化器，消化能力为4t/h。吸收剂仓底部设置流化系统，防止板结、保证下灰顺畅。 图4.7-1干式石灰消化器结构图3.8 工艺水系统1) 烟气降温用水、石灰消化用水和湿式搅拌机增湿用水本系统的用水取自厂内的循环水。在LJD-FGD脱硫工艺中，工艺水主要用于吸收塔烟气冷却、石灰消化和脱硫灰加湿用水。烟气降温用水通过高压水泵以一定压力通过回流式喷嘴注入吸收塔，根据吸收塔出口温度控制回流水调节阀的开度控制喷水量。消化器用水采用消化水泵通过喷嘴注入消化器进行石灰消化。消化用水根据消化量及消化器内温度调节水泵流量，以便保证消化器内稳定的消化温度。2) 冷却用水在LJD-FGD脱硫工艺中，冷却用水主要用于脱硫布袋除尘器清灰风机的冷却。冷却用水在冷却完设备后，返回工艺水箱。该部分的设备主要有：工艺水箱、高压水泵、回流式喷嘴、气动调节阀等，如图4.8-1、4.8-2所示。图 4.8-1回流式喷嘴试验的典型照片图 4.8-2典型的工艺水系统照片3.9 压缩空气系统脱硫除尘岛内的压缩空气主要用于：1) 生石灰、消石灰、脱硫灰库仓顶布袋除尘器清灰；2) 脱硫布袋除尘器灰斗气动锤振打；3) LJDFGD吸收塔进口烟道底部吹扫；4) 其它仪用空气用户（如气动执行结构、CEM探头吹扫等）；5) 脱硫灰气力输送及杂用；压缩空气系统的主要设备有储气罐、管道及阀门等。3.10 蒸汽系统脱硫系统内的蒸汽系统用于脱硫除尘器进口弧形段、灰斗壁板的加热及流化风的加热。蒸汽在加热后生成冷凝水集中收集到工艺水箱，用做工艺水。