第二章　湿法脱硫系统及主要设备

第一节　湿法脱硫系统与工作流程

一、烟气系统

（一）系统组成

脱硫烟气系统为锅炉风烟系统的延伸部分，设有人孔和卸灰门，该系统主要由烟气进口挡板门（原烟气挡板门）、出口挡板门（净烟气挡板门）、旁路挡板门、增压风机、吸收塔、GGH（烟气换热器）、烟道及相应的辅助系统组成，所有的烟气挡板门应易于操作， 在最大压差的作用下具有100%的严密性。烟道上装设用于运行监视和控制的压力表、温度计和SO₂分析仪等。

（二）系统原理

从锅炉引风机后烟道引出的烟气，通过增压风机升压、烟气换热器（GGH）降温后，进入吸收塔，在吸收塔内与雾状石灰石浆液逆流接触，将烟气脱硫净化，经除雾器除去水雾后，又经GGH升温至大于75℃，再进入净烟道，经烟囱排放。

脱硫系统在引风机出口与烟囱之间的烟道上设置旁路挡板门，当烟气脱硫（FGD）装置运行时，烟道旁路挡板门关闭，FGD装置进出口挡板门打开，烟气通过增压风机的吸力作用引入FGD系统。在FGD装置故障和停运时，旁路挡板门打开，FGD装置进出口挡板门关闭，烟气由旁路挡板经烟道直接进入烟囱，排向大气，从而保证锅炉机组的安全稳定运行。

FGD装置的原烟气挡板、净烟气挡板及旁路挡板一般采用双百叶挡板并设置密封空气系统。旁路挡板具有快开功能，快开时间要小于10s，挡板的调整时间在正常情况下为75s，在事故情况下约为3～10s。

当FGD进口原烟气温度在大于或等于设计温度时，GGH出口的净烟气温度应不低于80℃。GGH为中心传动回转式烟气再热器，主轴垂直布置，加热组件和密封件以及弹簧等易于拆卸。GGH的使用寿命不低于30年，且应配有低泄漏风机和密封风机，漏风率始终应保持小于1%，减小未处理烟气对洁净烟气的污染。

GGH受热面考虑磨损及腐蚀等因素，蓄热元件采用涂有搪瓷的钢板，搪瓷的单面厚度至少为0.2mm，并且具有容易清洁的表面。换热元件的使用寿命不低于50000h。

清扫装置应考虑防腐，为全伸缩式，并能保证换热设备的压降值在设计允许范围内； GGH换热组件用电厂提供的压缩空气清扫和工艺水冲洗。

所有与腐蚀介质接触的设备、部件都需防腐。

（三）增压风机的布置方式

每台锅炉应配置一台100%BMCR容量的动叶可调轴流式风机，用于克服FGD装置造成的烟气压降。增压风机留有一定裕度：风量裕度为10%，温度裕度为10℃，风压裕度为20%。增压风机设计在FGD装置进口原烟气侧运行。

脱硫增压风机的布置方式通常有四种，如图2-1所示。

二、石灰石浆液制备及输送系统

（一）石灰石破碎系统

1.系统组成

一般设两套石灰石破碎系统，由卸料斗、振动给料机、除铁器、破碎机、斗式提升机、输送机和石灰石储仓、布袋除尘器组成，石灰石破碎系统见图2-2。

2.工艺流程

汽车将一定粒径（粒度小于50mm）的石灰石运输进厂，经电厂汽车衡计量后，卸入石灰石堆放场地，储料一般可供FGD使用3～7天。根据FGD运行需求量，由斗车将石灰石运至破碎系统的地下受料斗，通过受料斗底部的振动给料机，经除铁器除铁后，将石料送入环锤式破碎机，经一级破碎后的石料（粒度小于10mm）由螺旋给料机送入斗式提升机，斗式提升机将石料送到石灰石储仓，存料可供FGD使用2～3天。石灰石储仓下口设2台封闭式称重给料机，将石料给入湿式球磨机（湿磨）入口。石灰石储仓上设布袋除尘器，防止石料卸下时粉尘飞扬，除尘器排气标准是粉尘含量小于50mg/m³（标准状况）。由称重给料机和皮带输送机送到湿式球磨机内磨制成浆液，石灰石浆液用泵输送到水力旋流器经分离后，大尺寸物料再循环，溢流物料存储于石灰石浆液池中，然后经石灰石浆液泵送至吸收塔。一般两台锅炉的脱硫装置公用一套石灰石浆液制备系统。

卸料斗及石灰石储仓的设计设置有除尘通风系统，石灰石储仓的容量按两台锅炉在100%BMCR（锅炉最大连续蒸发量）工况运行3天（每天按24h计）的吸收剂耗量设计，在适当位置设置金属分离器。磨机入口的给料机具有称重功能。

系统通常设置一台锅炉燃用校核煤种100%BMCR工况的湿式石灰石磨机及其相应的水力旋流分离器等。

（二）石灰石浆液制备系统

石灰石浆液制备系统有湿式制浆系统和干式制浆系统，二者的区别在于石灰石粉的磨制方式。前者采用湿磨机，后者采用干磨机。

1.湿式石灰石浆液制备系统

（1）系统组成

一般设置两套石灰石浆液制备系统，主要设备包括称重给料机，湿式球磨机，一、二级再循环箱，搅拌器，一、二级再循环泵，一、二级石灰石浆液旋流器，调节阀及相应的辅助设备，湿式石灰石浆液制备系统如图2-3所示。

（2）工艺流程

来自石灰石预破碎系统的石灰石（颗粒尺度不大于10mm）通过称重给料机，给入湿式球磨机，并根据给料量的大小加入合适比例真空皮带过滤水。

在球磨机钢球的作用下，石灰石和水被磨制成固含量为50%石灰石浆液，进入一级再循环箱，经一级再循环泵送至一级旋流器进行分离，底流浓缩部分石灰石粒径较大，固含量为61%，再返回球磨机，同新加入的石灰石一起重新磨制，溢流部分固含量35.6%，一路进入二级再循环箱，另一路通过调节阀返回一级再循环箱，用以调节二级再循环箱液位。

二级再循环箱的石灰石浆液通过二级再循环泵送至二级旋流器进行分离，底流部分固含量为55%，返回球磨机重新磨制；溢流部分固含量为26%的合格石灰石浆液，进入石灰石浆液箱，并通过再循环调节阀控制进入石灰石浆液箱的流量。

浆液系统必须设有水冲洗系统，在浆液系统设备停运时，为不使存留浆液沉淀板结，必须用水冲洗干净。

FGD装置宜采用湿式石灰石浆液制备系统。

2.干式石灰石浆液制备系统

（1）系统组成

干式石灰石浆液制备系统的石灰石粉制备一般与FGD不在同一个区域，通过外购或异地加工获取。该系统一般包括石灰石粉罐装车卸料管、粉仓、除尘器、给料机、粉仓振打装置、石灰石浆液箱、鼎进式搅拌器、石灰石浆液泵、密度计、调节门等设备。该系统完成石灰石粉的储备、合格石灰石浆液调配功能。图2-4所示为干式石灰石浆液制备系统。

（2）工艺流程

装载石灰石粉的罐装车加压后，石灰石粉由压缩空气吹送，经卸料管从粉仓顶部进入，扬起的粉尘经除尘器过滤达标后排向大气。粉仓振打装置用以定期振打粉仓底部锥形下料部位，防止粉板结。振打装置可以自配空压机，也可以从系统中引接一路压缩空气。

给料机根据石灰石浆液密度计的在线测量信号自动调节给料量，石灰石浆液罐的液位通过调整过滤水调节阀的开度来控制。顶进式搅拌器为连续运行方式，不断地搅拌石灰石浆液罐的浆液，防止沉淀。

（三）石灰石供浆系统

1.系统组成

石灰石供浆系统向吸收塔提供适量的石灰石浆液，浆液量由烟气中SO₂总量决定。该系统由石灰石浆液泵、石灰石浆液箱、中继箱、密度计、调节门等设备组成，如图2-5所示。

2.工艺流程

把石灰石制成浓度为27%的石灰石浆液作为吸收剂，送入石灰石浆液箱，再经石灰石浆液泵送入吸收塔。每台FGD一般装备两台独立的石灰石浆液泵，随对应FGD的启停而启停。在吸收塔距离石灰石浆液箱较远时，在吸收塔附近可设石灰石浆液中继箱，再通过二级供浆泵向吸收塔供浆，这样可保证供浆的可靠性。在供浆管道上装有密度计，用以检测石灰石浆液密度，作为球磨机一级再循环箱过滤水调节阀的主调量信号，来调节石灰石浆液的浓度。石灰石浆液箱设有一台顶进式搅拌器，保证浆液的浓度均匀。

三、石膏脱水系统

从吸收塔排除的石膏浆液要经过去除水分才能达到商业利用价值，所以，必须设置石膏脱水系统。石膏脱水系统由初级旋流器浓缩脱水（一级脱水）和真空皮带脱水（二级脱水）两级组成。

石膏浆液通过吸收塔石膏浆液排出泵送至石膏一级脱水系统，经过石膏水力旋流器进行浓缩和石膏晶体分级。石膏水力旋流器的底流（主要为较粗晶粒）依重力流至石膏浆液分配箱，再流入真空皮带脱水机进行脱水，皮带上的石膏层厚度通过调节皮带速度来实现，以达到最佳的脱水效果。石膏水力旋流器的溢流收集于旋流器溢流箱，大部分通过旋流器溢流返回泵送回吸收塔，另一部分通过废水旋流泵送到废水旋流器进行浓缩分离。废水旋流器底流返回旋流器溢流箱，废水旋流器溢流液作为废水排放。

在二级脱水系统，浓缩后的石膏浆液经过真空皮带脱水机进行真空脱水。石膏在该部分经脱水后含水量降至10%以下。经过两级脱水浓缩的石膏产品是含水量小于10%的优质脱硫石膏，通过石膏皮带输送机送至石膏储仓。石膏储仓底部设有汽车装运石膏的卸料装置。真空皮带脱水系统如图2-6所示。

四、废水处理系统

（一）脱硫废水的处理

目前国内针对石灰石-石膏湿法烟气脱硫产生的废水，采用以下两种处置方式。

方法一：排入灰水系统。

由于电厂除灰系统为水力除灰，灰浆液碱度偏高，脱硫废水偏酸性，对灰水有中和作用，其流量相对灰浆量而言极少，因而可将脱硫废水（固含量约为0.6%～1%）直接送到灰场（或电厂水力除灰系统）。

方法二：设置一套废水处理装置，处理后的废水达标排放。

废水处理工艺分为废水处理和污泥浓缩两大部分，其中废水处理又分为中和、凝聚、絮凝、澄清、浓缩、pH值调节几个工序；废水处理系统主要有废水缓冲、中和、沉淀、絮凝、澄清以及化学加药等工序。FGD废水处理系统流程如图2-7所示。

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，同时累积烟气含尘及石灰石的惰性成分；一方面加速脱硫设备的腐蚀磨损，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，经FGD废水处理系统处理后排放至电厂工业废水下水道，部分废水可返回系统循环利用，以节约用水。

脱硫废水来自回收水箱，然后用泵送到废水旋流器进行旋流分离，溢流液流入废水中和箱。废水处理系统按125%容量设计，为使系统有高的可利用性，所有泵按100%安装备用。污泥脱水系统的污泥运至干灰场储存，处理后废水排放至厂排放系统。脱硫废水处理如图2-8所示。

（二）浆液排放系统

浆液排放系统包括事故浆液储罐系统和地坑系统。当FGD装置大修或发生故障需要排空FGD装置内浆液时，塔内浆液由浆液排放泵排至事故浆液箱直至泵入口低液位跳闸，其余浆液依靠重力自流至吸收塔的排放坑，再由地坑泵打入事故浆液储罐。事故浆液储罐用于临时储存吸收塔内的浆液。地坑系统有吸收塔区地坑、石灰石浆液制备系统地坑和石膏脱水地坑，用于储存FGD装置的各类浆液，同时还具有收集、输送或储存设备运行、运行故障、检修、取样、冲洗、清洗过程或渗漏而产生的浆液。主要设备包括搅拌器和浆液泵。

我国在用的石灰石湿法FGD大多采用此工艺流程。该工艺的优点是：工艺成熟、运行安全可靠，可用率在90%以上，适应负荷变化特性好。缺点是：系统较为复杂，初投资大，约占电厂总投资的10%～20%，运行费用高，存在不同程度的设备积垢、堵塞、冰冻、腐蚀和磨损等问题。

（三）排空及事故浆液系统

排放系统功能是收集事故时吸收塔排放的浆液，运行时各设备冲洗水、管道冲洗水、吸收塔区域冲洗水及其他区域冲洗水，并返回吸收塔。其主要包括事故浆液箱系统和各集水池系统。

五、吸收塔系统

（一）吸收塔系统组成及工作过程

吸收塔系统包括吸收塔本体、循环浆泵、喷淋层、除雾器、氧化风机、搅拌器、石膏浆液排出泵等，吸收塔系统如图2-9所示。

进入吸收塔的热烟气经逆向喷淋的循环浆液冷却、洗涤，烟气中的SO₂与浆液进行吸收反应，生成亚硫酸氢根（HS）。HS被鼓入的空气氧化为硫酸根（S），S与浆液中的钙离子（Ca²⁺）反应生成硫酸钙（CaSO₄），CaSO₄进一步结晶为石膏（CaSO₄·2H₂O）。同时，烟气中的Cl、F和灰尘等大多数杂质也在吸收塔中被去除。含有石膏、灰尘和杂质的吸收剂浆液的一部分被排入石膏脱水系统。脱除SO₂的烟气经除雾器去除烟气中的液滴，排出吸收塔。由于吸收浆液的循环利用，脱硫吸收剂的利用率很高。吸收塔中装有水冲洗系统，将定期进行冲洗，以防止雾滴中的石膏、灰尘和其他物质堵塞元件。

为充分迅速氧化吸收塔浆池内的亚硫酸钙，设置两台氧化风机（运行方式为一运一备），向吸收塔供应适量的空气。日前，经实践证明，FGD系统运行时停运氧化风机，未发现有不良影响。不设巨型氧化风机系统，能大大减少基建投资、氧化风机的运行和维修费用，简化了系统，提高了FGD系统运行的安全性。

在吸收塔顶部设排空阀门。当FGD停运时，排空阀门打开，使塔内外压力相同。当FGD投运时，排空阀门关闭，保证系统在设计压力下运行。

（二）脱硫岛吸收塔系统

吸收塔由吸收塔浆池和吸收区组成，烟气中SO_x的去除和石膏的生成就在吸收塔内完成。吸收塔内布置4层喷淋层，浆液通过喷嘴成雾状喷出。循环泵把吸收塔浆池中的浆液输送至喷淋层。最上面的喷淋层只布置与烟气逆流的喷嘴，其余喷淋层均布置有顺流和逆流双向喷嘴。烟气在吸收塔内上升过程中与喷淋浆液接触，并发生反应。通过吸收区后的净烟气经位于吸收塔上部的两级除雾器排出。空气通过氧化风机送入氧化区，氧化空气在进入吸收塔之前在管道中加入工业水，目的是为了冷却氧化空气并使其达到饱和状态，防止热的氧化空气在进入吸收塔内后，使氧化空气管出口处浆液中的水分蒸发。氧化空气经过一个特殊的分配系统进入氧化区。这个分配系统是由几个管道组成的管线系统构成。氧化空气通过氧化管道上的开孔进入浆液。由于开孔向下，FGD停运时，浆液中的固体不会进入氧化空气分配系统。氧化空气分配管布置在分区管之间，相应减少了吸收塔自由横截面，增加了浆液进入结晶区的流速，从而阻止了浆液从结晶区向氧化区的回流混合。因为回流混合将会增加氧化区的pH值，从而使氧化反应变得困难。

结晶区位于吸收塔浆池中氧化区下部。在结晶区，逐渐形成大的易于旋流器分离的石膏晶体。结晶过程要求浆液中固体含量达到一定浓度，同时浆液在浆池中要有足够的停留时间。新的浆液也在此区域加入，以保持吸收剂的活性。通过控制系统调节加入的浆液量。石膏浆液通过石膏排出泵输送至石膏旋流站，石膏排出泵的吸入口位于氧化空气分配系统的下部。喷淋浆液在吸收塔中被氧化和更新，通过吸收塔浆液循环泵输送至喷淋层。通常情况下，4台循环泵同时运行，这取决于未处理烟气量及烟气中SO₂的含量。

吸收塔浆池还配有脉冲悬浮系统，由一运一备的两台脉冲悬浮泵组成。脉冲悬浮系统的喷嘴把浆液喷向吸收塔底部，防止底部浆液沉积。脉冲悬浮泵有两个吸入管，通常情况下使用低位的吸入口。脉冲悬浮泵启动时，浆液取自高位吸入口，运行一段时间后，底部的固体沉积物被悬浮起来，然后转换至低位吸入口运行。因为在任何负荷情况下脉冲悬浮泵均运行，所以分析仪表（pH计与密度计）安装在脉冲悬浮泵排出管上。事故情况下，通过脉冲悬浮泵把浆液排至事故浆液箱中。

六、其他系统

（一）工艺水及工业水系统（公用系统）

1.工艺水系统

工艺水由工艺水泵从工艺水箱输送到各用水点，它包括吸收塔补水；除雾器低压冲洗水；所有浆液输送设备、输送管路、箱罐、喷嘴、仪表管、pH计及密度计等的冲洗水；GGH冲洗水。工艺水泵设2台（1运1备），除雾器冲洗水泵设3台（2运1备），GGH高压冲洗水泵设1台。如图2-10所示。

2.工业水系统

工业水由工业水泵从工业水箱输送到各用水点，其主要用户为：设备的冷却水及密封水；真空泵用水；氧化空气降温水；废水处理系统加药用水。设工业水泵设2台（1运1备）。工艺水及工业水系统为FGD公用，水源为循环水排水和工业水，与机组统一考虑，在机组引接。如图2-11所示。

3.事故浆液系统

事故浆液系统由事故浆罐、事故浆罐输送泵、吸收塔区地坑、石灰石破碎车间地坑、石灰石磨制车间地坑、地坑泵以及浆液收集地沟组成。

事故浆罐用于FGD长期停运、事故和短期检修情况下，储备脱硫系统所用的浆液。浆液由石膏排出泵、地坑泵打到事故浆罐。在FGD启动前，由事故浆罐输送泵将事故浆罐储存的浆液送回吸收塔。在FGD正常运行时，事故浆罐为排空状态，搅拌器停止搅拌。当排入的浆液液位达到一定高度时，搅拌器自动启动。事故浆罐搅拌器可以为顶进式，也可以是侧进式。地坑搅拌器为顶进式。地坑系统用于收集排放的、泄露的浆液、水等。在FGD运行时，用泵打到吸收塔；事故浆罐搅拌器运行时，用泵打到事故浆池。如图2-12所示。

（二）压缩空气及辅助蒸汽系统

压缩空气及辅助蒸汽系统为FGD公用，与机组用量统一考虑，在机组引接。

一般情况下，脱硫系统仪表用压缩空气和GGH吹灰用压缩空气来自电厂的仪用压缩空气系统，检修用压缩空气来自电厂的杂用压缩空气系统。脱硫系统其他设备用气及配套工程用气由自备空压机供气。图2-13所示为仪用压缩空气系统。