双碱法脱硫技术工艺基本原理.docx

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双碱法脱硫技术工艺基本原理

双碱法脱硫技术工艺基本原理

双碱法脱硫技术工艺基本原理

双碱法是采用钠基脱硫剂进行塔内脱硫，由于钠基脱硫剂碱性强，吸收二氧化硫后反应产物溶解度大，不会造成过饱和结晶，造成结垢堵塞问题。

另一方面脱硫产物被排入再生池内用氢氧化钙进行还原再生，再生出的钠基脱硫剂再被打回脱硫塔循环使用。

双碱法脱硫工艺降低了投资及运行费用，比较适用于中小型锅炉进行脱硫改造。

双碱法烟气脱硫技术是利用氢氧化钠溶液作为启动脱硫剂，配制好的氢氧化钠溶液直接打入脱硫塔洗涤脱除烟气中SO2来达到烟气脱硫的目的，然后脱硫产物经脱硫剂再生池还原成氢氧化钠再打回脱硫塔内循环使用。

脱硫工艺主要包括5个部分：

（1）吸收剂制备与补充；

（2）吸收剂浆液喷淋；（3）塔内雾滴与烟气接触混合；（4）再生池浆液还原钠基碱；（5）石膏脱水处理。

双碱法烟气脱硫工艺同石灰石/石灰等其他湿法脱硫反应机理类似，主要反应为烟气中的SO2先溶解于吸收液中，然后离解成H+和HSO3-；使用Na2CO3或NaOH液吸收烟气中的SO2，生成HSO32-、SO32-与SO42-，反应方程式如下：

一、脱硫反应：

Na2SO3+SO2→NaSO3+CO2↑

（1）

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O

（2）

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3（3）

其中：

式

（1）为启动阶段Na2CO3溶液吸收SO2的反应；

式

（2）为再生液pH值较高时（高于9时），溶液吸收SO2的主反应；

式（3）为溶液pH值较低（5~9）时的主反应。

二、氧化过程（副反应）

Na2SO3+1/2O2→Na2SO4（4）

NaHSO3+1/2O2→NaHSO4（5）

三、再生过程

Ca（OH）2+Na2SO3→2NaOH+CaSO3（6）

Ca（OH）2+2NaHSO3→Na2SO3+CaSO3·1/2H2O+3/2H2O（7）

四、氧化过程

CaSO3+1/2O2→CaSO4（8）

式（6）为第一步反应再生反应，式（7）为再生至pH＞9以后继续发生的主反应。

脱下的硫以亚硫酸钙、硫酸钙的形式析出，然后将其用泵打入石膏脱水处理系统，再生的NaOH可以循环使用。

本钠钙双碱法脱硫工艺，以石灰浆液作为主脱硫剂，钠碱只需少量补充添加。

由于在吸收过程中以钠碱为吸收液，脱硫系统不会出现结垢等问题，运行安全可靠。

由于钠碱吸收液和二氧化硫反应的速率比钙碱快很多，能在较小的液气比条件下，达到较高的二氧化硫脱除率。

双碱法（TFGD）脱硫工艺主要技术特点如下：

（1）采用钠碱作为二氧化硫吸收剂，脱硫液在塔外用石灰再生，因此吸收塔内不会出现结垢的现象。

（2）由于钠碱与二氧化硫的反应速度要比其它吸收剂的反应速度快很多，因此在相同脱硫率的情况下，脱硫循环液的用量只是石灰石/石膏法的1/5，节能效果显著。

（3）适用范围广，适应低、中、高硫烟气。

（4）吸收塔入口采用急冷喷淋降温装置，通过计算机的模拟计算，保证了入塔的温度降为90℃以下。

入口处材料经过特殊处理，既保证耐高温的冲击，还耐腐蚀、耐磨损。

（5）吸收塔底层采用先进可靠的单回路喷淋设计，吸收塔底层气液接触区为强化传质栅格层。

对设计参数采取计算机模拟设计、700MW实际工程经验相结合的方式，优化脱硫塔及塔内构件的布置，保证脱硫塔内烟气的稳定流动和脱硫液的均匀喷淋；众多应用实例证明该技术塔内传质稳定、气液接触充分，可保证系统的高效、稳定运行，达到最佳脱硫效果。

（6）采用独有的喷嘴布置形式，其中120°喷嘴布置在喷淋层内圈，90°喷嘴布置在喷淋层外围。

如此布置可对整个塔体有效横截面（烟气分布横截面）进行充分合理地覆盖，横截面喷淋量均匀，气液接触面积与接触几率大，有效提高了脱硫效率。

同时亦尽可能减少喷淋到塔壁上的浆液量。

（7）吸收塔喷淋层采用高级的大流量实心锥喷嘴，采用螺旋式紧凑型设计，脱硫液通过螺旋体中心形成实心锥形喷射，覆盖均匀，喷射速率高，喷射角度精确，雾化效果好。

同时，畅通的通道设计可最大程度避免阻塞现象。

喷嘴采用先进的快开接口，可实现其快速拆卸，便于安装、更换，有效减少维护检修的工作时间及工作量。

（8）工艺技术成熟，装置运行可靠性高。

广州天赐公司工程经验丰富，并针对其他脱硫公司在类似工程中出现的问题进行了分析、改进，丰富、完善了自身的脱硫工艺，使得技术的成熟性和运行可靠性得到进一步的提高。

与石灰石或石灰湿法脱硫工艺相比，双碱法原则上有以下优点：

（1）用NaOH脱硫，循环水基本上是NaOH的水溶液，在循环过程中对水泵、管道、设备均无腐蚀与堵塞现象，便于设备运行与保养；

（2）吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀发生在塔外，这样避免了塔内堵塞和磨损，提高了运行的可靠性，降低了操作费用；同时可以用高效的板式塔或填料塔代替空塔，使系统更紧凑，且可提高脱硫效率；

（3）钠基吸收液吸收SO2速度快，故可用较小的液气比，达到较高的脱硫效率，一般在90%以上；

（4）对脱硫除尘一体化技术而言，可提高石灰的利用率。

缺点是：

NaSO3氧化副反应产物Na2SO4较难再生，需不断的补充NaOH或Na2CO3而增加碱的消耗量。

另外，Na2SO4的存在也将降低石膏的质量。

总之，双碱法脱硫技术是国内外运用的成熟技术，是一种特别适合中小型锅炉烟气脱硫技术，具有广泛的市场前景。

工艺流程说明

双碱法烟气脱硫工艺主要包括吸收剂制备和补充系统，烟气系统，SO2吸收系统，脱硫石膏脱水处理系统和电气与控制系统五部分组成。

A、吸收剂制备及补充系统

脱硫装置启动时用氢氧化钠作为吸收剂，氢氧化钠干粉料加入碱液罐中，加水配制成氢氧化钠碱液，碱液被打入返料水池中，由泵打入脱硫塔内进行脱硫，为了将用钠基脱硫剂脱硫后的脱硫产物进行再生还原，需用一个制浆罐。

制浆罐中加入的是石灰粉，加水后配成石灰浆液，将石灰浆液打到再生池内，与亚硫酸钠、硫酸钠发生反应。

在整个运行过程中，脱硫产生的很多固体残渣等颗粒物经渣浆泵打入石膏脱水处理系统。

由于排走的残渣中会损失部分氢氧化钠，所以，在碱液罐中可以定期进行氢氧化钠的补充，以保证整个脱硫系统的正常运行及烟气的达标排放。

为避免再生生成的亚硫酸钙、硫酸钙也被打入脱硫塔内容易造成管道及塔内发生结垢、堵塞现象，可以加装瀑气装置进行强制氧化或特将水池做大，再生后的脱硫剂溶液经三级沉淀池充分沉淀保证大的颗粒物不被打回塔体。

另外，还可在循环泵前加装过滤器，过滤掉大颗粒物质和液体杂质。

B、烟气系统

锅炉烟气经烟道进入除尘器进行除尘后进入脱硫塔，洗涤脱硫后的低温烟气经两级除雾器除去雾滴后进入主烟道，经过烟气再热后由烟囱排入大气。

当脱硫系统出现故障或检修停运时，系统关闭进出口挡板门，烟气经锅炉原烟道旁路进入烟囱排放。

C、SO2吸收系统

烟气进入吸收塔内向上流动，与向下喷淋的石灰石浆液以逆流方式洗涤，气液充分接触。

脱硫塔采用内置若干层旋流板的方式，塔内最上层脱硫旋流板上布置一根喷管。

喷淋的氢氧化钠溶液通过喷浆层喷射到旋流板中轴的布水器上，然后碱液均匀布开，在旋流板的导流作用下，烟气旋转上升，与均匀布在旋流板上的碱液相切，进一步将碱液雾化，充分吸收SO2、SO3、HCl和HF等酸性气体，生成NaSO3、NaHSO3，同时消耗了作为吸收剂的氢氧化钠。

用作补给而添加的氢氧化钠碱液进入返料水池与被石灰再生过的氢氧化钠溶液一起经循环泵打入吸收塔循环吸收SO2。

D、脱硫产物处理系统

脱硫系统的最终脱硫产物仍然是石膏浆（固体含量约20％），具体成分为CaSO3、CaSO4，还有部分被氧化后的钠盐NaSO4。

从沉淀池底部排浆管排出，由排浆泵送入水力旋流器。

由于固体产物中掺杂有各种灰分及NaSO4，严重影响了石膏品质，所以一般以抛弃为主。

在水力旋流器内，石膏浆被浓缩（固体含量约40％）之后用泵打到渣处理场，溢流液回流入再生池内。

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双碱法脱硫工艺系统说明资料

更新时间：

08-8-2514:

37

内容提供：

广州市天赐三和环保工程有限公司

1.二氧化硫吸收塔脱硫主体设备

吸收塔采用强化传质栅格喷淋塔，由承包商按设备总体供货，包括吸收塔壳体、喷嘴及所有内部构件、除雾器、塔体防腐及外部钢结构、保温紧固件等。

塔体的预组装在工厂内完成，塔体的组装、塔内防腐及外部钢结构（如平台扶梯等）的施工在现场完成。

吸收塔内所有部件能承受最高入口烟气温度的冲击，高温烟气不会对任何系统和设备造成损害。

吸收塔选用的材料适合工艺过程的特性，并且能承受烟气飞灰和脱硫工艺固体悬浮物的磨损。

所有部件包括塔体和内部结构设计均考虑腐蚀余度。

吸收塔设计成气密性结构，防止液体泄漏。

为保证壳体结构的完整性，尽可能使用焊接连接，法兰和螺栓连接仅在必要时使用。

塔体上的人孔、通道、连接管道等需要在壳体穿孔的地方将进行密封，防止泄漏。

吸收塔壳体设计能承受各种荷载，包括吸收塔及作用在吸收塔上的设备和管道的自重、介质重、保温重，以及风载、地震荷载等。

吸收塔的支撑和加强件能充分防止塔体倾斜和晃动。

塔体的设计将尽可能避免形成死角。

吸收塔底面设计能保证完全排空浆液。

吸收塔内配有足够的喷咀。

吸收塔上部安装有除雾器，用以分离烟气夹带的雾滴。

除雾器上部加设一层冲洗喷嘴，在异常情况或检修时对除雾器进行人工冲洗，以确保除雾器的高可靠性。

塔的整体设计将方便塔内部件的检修和维护，吸收塔内部的导流板、喷淋系统和支撑等尽可能不堆积污物和结垢，并且设有通道以便于清洁。

吸收塔烟道入口段能防止烟气、液体倒流和固体物堆积。

吸收塔配备有足够数量和大小合适的人孔门和观察孔，人孔门和观察孔没有泄漏，而且在附近设置走道或平台。

吸收塔内不设置固定的平台楼梯。

吸收塔将进行合理的保温设计。

1.1TFGD吸收塔

吸收塔采用先进成熟的吸收塔技术，吸收塔浆池与塔体为一体结构，天赐公司通过优化设计，使其满足所有的性能保证值。

为了提高吸收率，使烟气入塔后分布均匀，在吸收塔烟气入口上方设置了两层强化传质栅格层。

强化传质栅格层上方是三层雾化喷淋层，交错的布置方式布置雾化喷嘴。

文丘里结构的吸收塔的主要特点为：

1）有喷淋空塔压降低和填料塔气液分布好的优点，且传热传质推动力大，脱硫效率高。

2）设置文丘里后，错位布置的两排强化传质栅格形成无数个文丘里，浆液与逆流而上的热烟气形成强烈湍流，打碎含钠碱的浆液，极大地增加了气液相之间的传质、传热表面，另一方面，烟气通过文丘里层时，以“液体包围气体”的鼓泡传质过程，提高了传质效率。

3）在吸收塔内设置强化传质栅格层，对进塔的烟气进一步分布，使烟气在吸收区的分布更均匀，通过强化传质栅格层后，烟气以接近“平推流”的方式通过吸收区，更能保障高的脱硫效率。

4）采用文丘里结构，由于提高了吸收过程的效率，可以在更低的液气比下达到较高的脱硫效率，降低了循环液的循环量，降低了电的总消耗。

5）喷淋层+文丘里结构可以适应煤含硫量的波动。

当预计燃烧的煤的硫含量会长期增加时，可以调整强化传质栅格层的间距，即增加强化传质栅格层上湍流层的高度，当煤的硫含量降低时，可以去除部分的强化传质栅格，增加强化传质栅格层的“开孔面积”，这样可以减少增压风机的压头，减少FGD的电耗。

6）强化传质栅格在发明初期是作为除灰器使用的，有相对较高的尘去除率，可以减少进入除雾器的灰尘含量，提高除雾器的工作可靠性。

7）工艺技术成熟，装置运行可靠性高。

文丘里结构简单，安装方便。

1.2塔内喷淋系统

吸收塔内设有塔内喷淋系统，由分配管网和喷嘴组成。

喷淋区域电脑设计示意图

喷淋区域安装示意图

天赐公司所提供的喷淋系统的设计能够合理分布要求的喷淋量，使烟气流向均匀，并确保浆液与烟气充分接触和反应。

通过对喷嘴进行优化布置，使吸收塔断面上几乎完全均匀地进行喷淋。

在吸收塔内圈布置120。

喷嘴，靠近吸收塔外围布置90。

喷嘴。

如此布置可尽可能减少喷淋到塔壁上的液体量，同时提高有效的脱硫液传质表面积。

喷淋层上安装实心锥型螺旋喷嘴，喷嘴采用低压喷嘴，并配备卡式快开连接，便于迅速分离、拆卸。

脱硫液喷淋分配管采用FRP。

所有喷嘴能避免快速磨损、结垢和堵塞，喷嘴材料采用碳化硅或相当的材料制作。

喷嘴与管道的设计特别考虑到便于检修，冲洗和更换。

采用美国著名喷雾公司螺旋喷嘴，螺旋喷嘴是众多喷嘴中最具特色的一种。

液体通过与连续变小的螺旋线体相切和碰撞后，变成小液滴喷出，并且喷嘴腔体内从进口至出口的畅通的通道设计最大程度的减少了阻塞现象的发生。

螺旋喷嘴的主要使用特点如下：

1）使用效率高。

在3公斤使用压力下，单个喷嘴的流量可以达到25吨/小时。

2）雾化效果好。

3）防堵塞。

4）喷雾速度高。

5）物理尺寸小，结构紧凑。

在喷淋段上部，安装吸收塔内件、塔内件清洗装置和塔顶部安装组合除雾装置等，塔内设有温度监控仪，塔体压降监测仪，塔体上设有检修人孔，操作平台等附属设施。

1.3除雾器

除雾器安装在吸收塔上部，用以分离净烟气夹带的雾滴。

除雾器的设计保证具有较高的可利用性和良好的去除雾滴效果。

除雾器系统的设计特别注意到FGD装置入口的飞灰浓度的影响。

该系统还包括去除除雾器沉积物的冲洗和排水系统，运行时根据给定或可变化的程序，既可进行自动冲洗，也可进行人工冲洗。

天赐公司根据以往工程经验在吸收塔除雾器上部增加设置一层冲洗喷嘴，该层喷嘴可以提供在异常情况或检修时对除雾器进行人工冲洗，以确保除雾器的高可靠性。

除雾器冲洗系统能够对除雾器进行全面冲洗，不存在任何未冲洗到的表面。

冲洗水的压力通过DCS进行监视和控制，冲洗水母管的布置能使每个喷嘴基本运行在平均水压。

除雾器冲洗用水为FGD工艺水，由单独设置的除雾器冲洗水泵提供。

1.4吸收塔脱硫液循环泵

吸收塔循环泵满足如下特殊要求：

吸收塔循环泵将吸收塔塔釡内的吸收剂脱硫液循环送至喷嘴，循环泵按照单元制设置，每台循环泵对应一层喷嘴。

循环泵为离心泵，叶轮由防腐耐磨高分子材料制成。

循环泵配有油位指示器、机械密封、联轴器罩设备。

循环泵设计便于拆换和维修。

设计选用的材料适于输送的介质，并且至少按20g/l的氯离子浓度进行选材。

泵吸入口配备滤网及其压力控制。

循环泵及驱动电机适应户外露天布置的要求。

1.5吸收塔防腐材料

为确保防腐、耐磨的需要，新建脱硫塔体采用碳钢内衬玻璃鳞片。

2、脱硫剂制备系统

本工程脱硫剂采用石灰和烧碱，脱硫剂制备系统包括：

石灰贮槽、石灰制浆机、石灰浆液池、烧碱槽、烧碱泵等。

脱硫剂制备系统的主要功能是制备合格的石灰浆液，并根据吸收塔系统的需要为其提供足够的流量，达到合适的脱硫效率。

由卡车运来的石灰粉/浆由其自带管线气动输送到石灰贮仓中，使用时，开启下料阀，定量给料至石灰乳化机进行乳化制浆，制备好的浆液储存在石灰浆液池中待用。

当使用电石渣时，电石渣被运来，储存在电石渣储槽中，由螺旋给料机送到电石渣制浆机，其间可实行定量给料。

电石渣经过制浆剂进行乳化和除渣后，流至石灰浆液池，在池中与工艺水进行混合直至达到所需的浓度。

为了防止浆液结块，石灰池设有一台立式搅拌机使得浆液持续不停地扰动。

烧碱由烧碱储槽储存，使用时利用烧碱计量泵将碱液泵入吸收塔内。

3、脱硫剂循环系统

脱硫液循环系统主要包括：

反应池、沉淀池、循环泵、碱液计量泵、石灰浆液泵及管道、阀门和流量计等。

整个脱硫液循环系统充分利用水池的位差，利用水力学原理，使系统的能耗最省。

系统的转动设备为循环泵，其他皆为静设备，所以系统的维护相当简单。

1）吸收塔喷淋循环泵

采用UHB系列耐腐蚀、耐磨损砂浆泵，该型号泵的过流部位材料为钢衬超高分子量聚乙烯（代号为UHMWPE），该材料是目前国际上新一代的泵用耐腐耐磨工程塑料，最突出的优点是它具有优异的耐磨性﹑耐冲击性，尤其是耐低温冲击，抗蠕变性，耐环境应力开裂和极好的耐腐蚀性，因此用该材料为内衬制造的泵，具有极好的耐磨性，耐低温性和耐腐蚀性。

该类型的清液泵和自吸式清液泵适用于非氧化性酸碱类清液，砂浆泵适用于含固量在45%以下的流动性较好的非氧化性酸碱类料浆，自吸式砂浆泵适用于含固量15%以下﹑无粘性的非氧化性酸碱类料浆，使用温度20℃～80℃，改性后的材料使用温度为105℃。

2）、浆液管道

浆液管道能防止磨损和腐蚀，防止浆液沉淀的形成。

浆液管道流速为2～3m/s。

浆液管配备自动冲洗和排水系统。

在装置关闭和停运期间，对浆液管道系统的各个设施进行排放和冲洗。

甚至在短期停运时，也进行必要的排放和冲洗，且由FGD控制室远方控制完成。