鼓泡式脱硫净化塔

鼓泡式脱硫净化塔

   日本千代田公司自行开发的CT-121脱硫工艺是一种先进的湿法石灰石脱硫工艺。无论是对于低硫煤、高硫煤还是燃油, 这种工艺都显示出优越的性能。这种工艺的脱硫率能够稳定,连续地达到95%以上,粉尘排放率在10mg/Nm3以下时可靠性高且实用性好。    这项技术将SO2的吸收、氧化、中和、结晶以及除尘等必不可少的工艺过程合并到一单独的气相-液相-固相反应器中进行。这个反应器就叫做鼓泡式反应器(JBR)。本文就该项技术在国华台山发电厂1号、2号机组(2×600MW)烟气脱硫项目上的应用作一介绍。

1. 鼓泡塔烟气脱硫工艺介绍

    1.1 工艺原理    鼓泡塔石灰石-石膏湿法烟气脱硫(FGD)工艺的化学原理如下：①烟气中的SO2在鼓泡塔里溶解于水，生成亚硫酸并分解成氢离子H+和离子；②烟气中的氧和氧化风机送入空气中的氧将溶液中的氧化成；③吸收剂中的碳酸钙在一定条件下从溶液中分解出Ca2+；④在吸收塔内，溶液中的、Ca2+与水反应生成石膏（CaSO4·2H2O）。化学反应式分别如下：     SO2＋H2O→H2SO3→H+＋(1)     H+＋＋1/2O2→2H+＋(2)      CaCO3＋2H+＋H2O→Ca2+＋2H2O＋CO2↑(3)     Ca2+＋＋2H2O→CaSO4·2H2O(4)   由于吸收剂和氧化空气的送入，吸收塔下部浆池中的或亚硫酸盐几乎全部被氧化为硫酸根或硫酸盐，*后当CaSO4达到一定过饱和度后结晶形成石膏——CaSO4·2H2O。石膏可根据需要进行综合利用或作抛弃处理。

   1.2 烟气脱硫工艺系统    本项目的烟气脱硫装置由8个系统组成：①烟气系统；②SO2吸收系统；③石灰石浆液制备系统；④石膏脱水系统；⑤废水输送系统；⑥工艺水系统；⑦废水处理系统；⑧吸收塔紧急系统。其中烟气系统和SO2吸收系统单元机组各配1套，而石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、废水输送系统、工艺水系统、废水处理系统和吸收塔紧急系统属公用系统，即两套脱硫系统公用。   (1) 烟气系统。来自锅炉引风机的烟气经增压风机增压后进入烟气—烟气加热器(GGH)。在GGH中，未经处理的烟气与来自吸收塔的洁净的烟气进行热交换后被冷却。被冷却的烟气引入烟道的烟气冷却区域。来自吸收塔的洁净烟气在GGH中热交换后被加热到80℃以上，然后排向大气。在锅炉起动阶段和烟气脱硫设备停止运行时,烟气通过旁路烟道进入烟囱。

   (2) SO2吸收系统。CT-121脱硫工艺的核心是使用了JBR。JBR的内部示意图如图1所示。烟气首先通过GGH，然后进入烟道的烟气冷却区域再进入吸收塔。在烟气冷却区域中, 喷入工艺水和吸收塔内浆液, 使得烟气被冷却到饱和状态。冷却后的烟气进入由顶板和底板形成的封闭的吸收塔入口舱，再由装在入口舱底板的喷射管导入吸收塔鼓泡区(泡沫区)的石灰石浆液面以下的区域。在鼓泡区域发生所有反应：SO2的吸收、 亚硫酸氧化、硫酸中和反应生成石膏、石膏结晶析出。发生上述反应后,烟气通过上升管流入位于入口舱上方的出口舱,然后流出吸收塔。离开吸收塔后,洁净的烟气进入除雾器去除烟气所携带的雾滴。使净烟气的液滴含量不超过保证值。处理后的烟气*后经GGH升温至80℃后排入大气。     吸收塔浆池中的亚硫酸钙的氧化是利用空气中的氧气进行的，不再加入硫酸或其他化合物。因为JBR提供了高效的气-液接触方式, 通过鼓泡装置,烟气均匀地扩散到浆液中，从而可以在稳定和可靠的基础上高效地脱出SO2和粉尘，使得JBR达到很高的性能。

 (3) 石灰石浆液制备系统。本项目使用的石灰石是经过处理的,粒径小于20mm,所以不设石灰石预破碎系统。在石灰石卸到石灰石卸料斗后，用斗式提升机和皮带式输送机将其送到石灰石储存仓。 石灰石储存仓给料机将石灰石送到湿式球磨机。用湿式球磨机将石灰石磨成石灰石浆液。经过旋流器再分离石灰石浆液中25%的固体颗粒。石灰石浆液储存在石灰石浆液储存箱，并用石灰石浆液泵将其送到吸收塔。粒径超过要求的颗粒送回湿式球磨机。

  (4) 石膏脱水系统。吸收塔的石膏浆液通过石膏浆液排出泵送入石膏旋流器进行浓缩，浓缩后的石膏浆液进入真空皮带脱水机。经脱水处理后的石膏表面含水率已不超过10%。脱水后的石膏储存在石膏仓内存放待运。石膏旋流分离出来的溢流液一部分进入废水箱，由废水旋流给料泵送入废水旋流器，并送至废水处理系统，底流则返回吸收塔的石灰石浆液循环箱，并用石灰石浆液循环泵将其送到石灰石旋流分离器进行粗颗粒的分离。    为了控制脱硫石膏中Cl-离子等成分的含量，确保脱硫石膏品质，在石膏脱水过程中用工艺水对石膏及滤布进行冲洗。石膏过滤水收集在滤液水箱中，并且由滤液水泵将其送到吸收塔和湿式球磨机。

 (5) 废水输送系统。2台炉设置1套废水排放系统，进一步分离来自石膏旋流站的液体。湿式石灰石—石膏脱硫工艺需向系统外排放一定量的废水，以降低吸收浆液中可溶离子的浓度（如Cl-，Mg2+等）。    废水由废水给水泵将固体含量小于1.2%的废水旋流器溢流液送到废水处理系统。 废水水力旋流器下流水回送到吸收塔

  (6) 工艺水系统。工艺水取自发电厂供水系统。2套脱硫系统共用1个补给水箱。由3台补给水泵供给取自补给水箱的脱硫系统工艺水。

  (7) 废水处理系统。废水处理的过程是：①废水进入第1反应器并添加硝石灰(Ca(OH)2)和HCl进行中和，使pH值约等于7。硫酸钙与废水中的F-发生反应生成不溶性CaF2。化学反应式为2F-+Ca2+→CaF2↓。②进入第1凝结箱， 在这里添加聚合剂使固体颗粒聚合，然后进入第1沉淀箱，絮状沉淀物将沉淀在此沉淀箱内。③进入第2反应器-1，在这里添加HCl调整pH值，使pH值达到3.5±0.5,然后添加促凝剂(AlCl3)以形成小尺寸絮状氟化氢氧化物。然后,进入第2反应器-2，在这里加入石灰以便进行中和，使pH≈7.0，并且添加固化剂固化重金属。然后，进入第2凝结箱。在这里将添加聚合剂，形成大尺寸絮状物。*后，流入第2沉降箱，大尺寸絮状物将沉淀于此。    第1和第2沉淀箱里的部分污泥(沉淀物)将回到第1和第2反应器，维持各自反应器内浆液的浓度保持不变。    第1和第2沉淀箱内剩余的污泥(沉淀物)将流入污泥收集器。剩余的污泥将在这里沉积、变厚，变厚的污泥将被送到脱水装置 (在本废水处理装置范围之外)。 浮在污泥收集器上面的漂浮物将被送回第1反应器。

   (8) 吸收塔紧急系统。2台吸收塔共用1套紧急浆液箱。在吸收塔紧急情况下和大修期间，吸收塔内的石膏浆液被送到紧急浆液箱。在重新起动之前， 紧急浆液箱内的浆液回送到反应塔。

2. pH值的控制      2.1 CT-121工艺的特点    CT-121工艺的特点是使用了JBR。在JBR中，烟气通过喷射器直接喷散到洗涤液中，取消了浆液喷淋装置和再循环泵。经处理后的烟气经过烟气升气管进入上层的混气室，然后经除雾器和烟囱排出。取消了复杂的浆液再循环系统，简化了工艺过程，也降低了能耗，因而使基础建设和运行费用都有所减少。    随着烟气中的SO2成分被JBR所吸收，JBR的pH值将会降低，从而JBR对SO2成分的吸收性能也随之减弱,这时，给鼓泡塔供给石灰石浆液，使其pH值稳定。通过调节石灰石浆液供给阀的开度来调节石灰石浆液的供给量，从而达到控制鼓泡塔的pH值的目的。   CT-121工艺中*重要的一个改进是它的低pH值运行（4.0～6.0）,而其他的FGD工艺的pH值则为5～7。低pH运行的优点是：    (1) 避免了通常会发生的吸收塔结垢和堵塞问题；   (2) 加强了亚硫酸钙到硫酸钙的氧化过程；    (3) 改善了石灰石的溶解度和利用率。pH值降低0.1，氢离子浓度相应增10倍，因此也增加了石灰石的溶解度。    (4) 由于H2SO3在被石灰石中和之前就急剧被氧化为H2SO4，因此在JBR中SO2的吸收基本上与溶解的碱性物质无关。     2.2 pH值控制原理    图2给出了台山电厂1号机组168h试运转期间，鼓泡塔中pH值与脱硫效率的关系。鼓泡式脱硫净化塔

 由图2可见,在不同的pH值下脱硫效率是不同的，所以对pH值的控制对于整个脱硫系统有着至关重要的影响。pH值的控制原理图见图3。  pH值的控制回路采用的是串级控制，主调节回路的反馈信号是JBR内的pH值，它与设定值1比较后的偏差值进入PID①控制器,然后PID①控制器输出经过函数发生器FX4修正后作为主回路的输出。入口烟气流量经过函数发生器FX1后与SO2浓度相乘, 相乘结果分为两路，一路经过函数发生器FX2后作为PID①控制器的变化系数；另一路则经过函数发生器FX3后与发电机功率的微分信号相加后作为主调节回路的前馈信号。该前馈控制能较为有效地控制负荷较大变化时的扰动。石灰石浆液流量作为副调节回路的反馈信号与设定值2进行比较,其偏差值送入PID②控制器。PID②控制器的输出控制石灰石浆液供给阀的开度。快速调节的副回路可以较快地克服石灰石浆液流量带来的扰动。

由于该控制回路采用的是串级控制，所以有两种控制方式：    (1) 单级调节。当设定值2功能块在手动时，设定值2功能块输出操作员输入的流量设定值，在和石灰石浆液流量比较后调节偏差值送入PID②控制器。控制器的输出控制石灰石浆液供给阀的开度。这时该回路只控制石灰石浆液流量，不控制pH值。    (2) 串级调节。当设定值2功能块投入自动后，设定值2功能块输出PID①控制器的输出和主调节回路的前馈信号的叠加值，不再接受人为设定。然后输出值同样和石灰石浆液流量比较后的调节偏差值送入PID②控制器。控制器的输出控制石灰石浆液供给阀的开度。这时该回路为串级调节，不但能控制石灰石浆液流量，而且可以控制pH值。    台山电厂1号机组FGD 168h试运转期间的pH值和石灰石流量的曲线见图4。

在实际调试过程中发现pH的控制存在以下问题：    (1) 石灰石的流量总存在一定的波动。由于pH值为H+浓度的自然对数，pH值的微小变化就会带来H+浓度的较大变化，所以为了保证pH值的稳定性，从而要求大量OH-来中和，石灰石的流量就会存在一定的波动。   (2) 不能大幅改变pH的设定值。因为pH值降低0.1，相应的氢离子H+浓度会增10倍，所以大幅改变pH将会极大影响石灰石浆液的活性,而非活性部分因没有反应能力而影响整个脱硫系统的运行，所以修改pH的设定值要相当慎重。 3. 鼓泡塔技术的优点和实际效果     3.1 优点    (1) 二氧化硫脱除率高。SO2的吸收发生在JBR中，随着JBR浸液深度的增加，脱硫效率也相应提高。浸液深度和脱硫率之间的关系是通过大量的CONTROL-121运行装置的运行数据总结得出的。    (2) 粉尘排放量减少。由于气液接触面积大和接触区烟气滞留时间长，对于1μm以下的粉尘，JBR的脱除率高于传统的喷淋工艺。    (3) 不易结垢。在CT-121工艺中，不会出现结垢。由于SO2被吸收后就立即被就地氧化，所以不容易生成中间产物亚硫酸钙，而且低pH值环境，也会很好地抑制结垢的发生。   (4) 装置被简化，可靠性高。将SO2的吸收、氧化、中和、结晶以及除尘等工艺过程合并到一单独的气-液-固相反应器中进行。CT-121工艺机理是非常简单的，在其设计中，液相吸收剂是连续相，而烟气是离散相。烟气通过鼓泡喷射到塔内的吸收浆液中，因此消除了临界传质和临界化学反应速度的局限性，从而避免了结垢和堵塞，使脱硫效率较高。    (5) 烟气流量分配优良。对于鼓泡塔，克服浸深液度产生的压降，使原烟气仓成为一个天然的均压箱，而大压降保证了烟气流量的均匀分配，使得每个喷射管喷出烟气在很大范围内是等速的、均匀的，因此鼓泡塔工艺能够确保在15%～100%负荷范围内运行，而不降低脱硫性能。    (6) 无废水运行稳定。与其他工艺不同的是CT-121工艺实际上并不需要化学需氧量（COD）。这是非常重要的优点。这就使CT-121装置产生的废水COD很小，可以很容易得到排放。    (7) 石灰石利用率非常高。在CT-121工艺的酸性环境下，石灰石的溶解是非常迅速的。此外氧化空气将CO2从溶液中排挤掉，进一步加速了石灰石的溶解。因此，CT-121工艺中的石灰石的利用率非常高。   (8) 除雾器效率高且可靠。    (9) 运行成本低，生成大颗粒、高质量的石膏晶体。  3.2 实际效果    该套装置于2004年11月18日通过168h试运行，试运行期间脱硫率在95％以上，脱硫效率曲线见图5。

4. 结束语    由于台山电厂的汽机、锅炉、发电机均为国产设备，所以实践证明CT-121技术在国产600MW机组上的应用是成功的。鼓泡塔脱硫技术作为湿法脱硫的一种，其工艺简单、脱硫率高和建设费用较低，因此本文介绍的脱硫装置可为国内其他电厂脱硫项目提供了借鉴和参考。

鼓泡式填料净化塔由进风段，贮液箱，多级喷淋段（填料，喷嘴，喷淋管道），挡水板，出风锥帽，基座等组成，结构紧凑，占地面积小。可采用不锈钢或玻璃钢制作。 废气净化塔适用范围： 适用于NOX，SO2，H2SO4，HCL，金属烟尘等有毒有害气体的净化，并适用于氨，硫化氢，甲醛，甲醇，胺类等恶臭物质的除臭处理。 鼓泡式填料净化塔，又叫酸性气体净化塔、酸雾吸收塔、废气净化塔及鼓泡式填料净化塔，起到祛除废气中有害气体的作用，具有适用范围广，净化效率高，设备阻力低，占地面积小的特点。 净化塔主体： （1）复合玻璃钢贮液箱、加液管，在吸液管上加有滤液装置，进风段采用复合玻璃钢制作。 （2）**、二级喷液段均采用一排Y-1型尼龙喷嘴，保尔环滤料和有机玻璃检视孔。 （3）有效挡水段设有旋流板啬挡水的效果。 （4） 玻璃钢风帽盖。 （5） F4-72型玻璃钢离心通风机。 （6）塑料水泵或不锈钢离心泵。 （7）其它配件如塑料管件阀门、固定支架、检修爬梯和进风管道等，用户可在订货时定制。 鼓泡式填料净化塔主体结构： （1）复合玻璃钢贮液箱、加液管，在吸液管上加有滤液装置，进风段采用复合玻璃钢制作。 （2）**、二级喷液段均采用一排Y-1型尼龙喷嘴，保尔环滤料和有机玻璃检视孔。 （3）有效挡水段设有旋流板啬挡水的效果。 （4） 玻璃钢风帽盖。 （5） 酸雾净化塔玻璃钢离心通风机 。 （6）塑料水泵或不锈钢离心泵。 （7）其它配件如塑料管件阀门、固定支架、检修爬梯和进风管道等，用户可在订货时定制。 应用说明： 鼓泡式填料净化塔有“立式”及“卧式”两种多功能酸雾废气净化塔产品，主要用于玻璃钢为材料的废气净化设备，具有产品设计合理，并采用*新的高科技填料，阻力损失少，比表面积大，化学反应完善，气液比选用合理，吸收净化效率高，耐腐蚀，耐老化性能好，便于安装维护等特点。产品广泛用于化工、电镀、五金、电器、医药、印染、电讯、钟表等机械加工行业中产生的NOX、SO2、H2SO4、HCl、HF、SIF4、CO2等有毒有害气体的净化；亦可适用于氨、硫化氢、酚光气、甲醛、甲醇、胺类等恶臭物质的除臭处理；过滤面积依处理量而定，中和祛除效果95%；排放口<10PPM 。风机、水泵可根据用户现场灵活设计布局、维修方便、结构紧凑、占地少等特点。 我公司在废气处理及各种配管工程的施作上拥有相当丰富的经验，并且我们会依照客户的实际需求来作废气处理及管路的规划，我们从规划设计开始，到设备及管阀件的制造及安装施工，至完工试车。同时，我们亦提供一完整之产品线包括以PP、PVC、FRP等防腐蚀材料所制之管路、风机、加药、循环系统等。由于所有零配件皆专为我们的空污系统所设计制造，因此在整体系统零件供应上机动性较大可以为您节省大量维修费用。

产品简介 鼓泡式酸雾净化塔、玻璃钢鼓泡塔原理、鼓泡塔内部结构、鼓泡塔是一种常用的气液接触反应设备，各种有机化合物的氧化反应、如乙烯氧化生成乙醛、乙醛氧化生成醋酸或醋酸酐等反应都采用鼓泡塔。在鼓泡塔中，不要求对液相做剧烈搅拌，蒸汽以气泡状吹过液体而造成的混合已足够。 详细介绍 鼓泡塔的特点与结构： 特点： 1、塔内充满液体，气体从塔内底部通入，分散成气泡沿着液体上升，既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率。 2、这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。 3、鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、耐腐蚀。 4、鼓泡塔内液相返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。 结构： 鼓泡塔又称泡沫塔。 鼓泡塔，包括筒体、气相分配器、液相分配器、降液管和至少一个鼓泡床层，鼓泡床层底部为塔盘组件，塔盘组件包括鼓泡床塔板和分布设置在鼓泡床塔板上的鼓泡脉冲阀，鼓泡脉冲阀结构包括下部穿过鼓泡床塔板的圆形通筒、钢球和钢球限位帽，圆形通筒顶部活动放置密封钢球，钢球限位帽设置在钢球上方，钢球限位帽与钢球顶部设置适宜空间，钢球限位帽上开设筛孔。本发明的气液传质设备结构简单、占地面积小、传质效率高、操作弹性大、无漏液、充分利用鼓泡床层间的空间。适用于气液传质与反应，可广泛应用于石油化工和环保等领域。 鼓泡塔内的流动、传热、传质情况，需对气泡的行为及液相返混进行深入和研究。这方面的工作已有不少报道，在这里不作具体讨论了。鼓泡式脱硫净化塔

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