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【技术】“单塔双循环”脱硫技术在实现燃煤电厂超低排放中的研究及应用

1.单塔双循环基本原理

 

    目前国内很多火电厂有进行脱硫装置改造的需要,改造后的脱硫效率都要求达到97.5%以上,已经超出了单纯使用石灰石作为脱硫剂的单循环石灰石-石膏湿法脱硫技术的临界效率(技术经济合理)。而单塔双循环脱硫技术在不改变石灰石作为脱硫剂的条件下,能够充分利用原有脱硫装置,有效提高脱硫效率,减少二氧化硫和粉尘排放量,社会经济效益显著。

 

     单塔双循环技术是一种石灰石-石膏湿法脱硫技术,其基本流程见图1


                                                           图1单塔双循环吸收塔工艺流程图

  

    如图1所示,烟气首先进入一级吸收塔,烟气首先与一级循环浆液逆流接触,经冷却、洗涤脱除部分SO2后,通过碗状二级浆液收集盘后,流入二级吸收区,烟气在这里与二级循环喷淋的浆液进一步反应,SO2几乎被完全脱除。脱硫后的清洁烟气经除雾器除去雾滴后,由吸收塔上侧引出,排入烟囱。烟气中的SO2分两级完成,二级循环收集盘将脱硫分割为上下两个循环回路,一级循环回路由吸收塔浆池、一级循环喷淋组成;二级循环由二级循环收集盘、二级循环浆液箱、二级循环喷淋层组成;

 

    本技术是采用单座吸收塔使得两级烟气串联吸收,两级循环分别设有独立的循环浆池,喷淋层,根据不同的功能,每个循环具有不同的运行参数:

 

    烟气首先经过一级循环,此级循环的脱硫效率一般在30-80%,循环浆液pH控制在4.6-5.2,此级循环的主要功能是保证优异的亚硫酸钙氧化效果,和充足的石膏结晶时间,根据资料显示,在酸性环境下pH=4.5时,氧化效率是最高的。

 

    一级循环中的反应为(pH值范围为4.5-5.2,温度50-60)

    经过一级循环的烟气经过二级循环收集碗和导流锥后直接进入二级循环,此级循环实现主要的脱硫洗涤过程,由于不用考虑氧化结晶的问题,二级循环惰性物质大幅减少,所以二级循环pH值可以控制在非常高的水平,达到5.8-6.2,这样可以大幅降低循环浆液量。


    二级循环中的反应为(pH值范围为5.8-6.2,温度50-60)


    单塔双循环石灰石-石膏湿法脱硫:原烟气在一个塔内经过一级、二级循环的串联吸收,能够实现对两级吸收浆液氧化结晶、高脱硫效率等不同功能的物理划分,同时能够实现分别控制两个独立浆池的pH值、液位、密度等平衡的石灰石-石膏湿法脱硫技术。

 

2.单塔双循环吸收塔流场的研究和结构设计开发

 

     利用流场模拟软件(CFD),从二维和三维的模型中准确的模拟了实际工况下烟气速度、污染物浓度、温度、压力和压降的分布规律;对单塔双循环吸收塔烟气系统、浆液喷淋系统进行流场数值模拟优化,自主开发了二级循环收集盘、二级循环导流锥、二级循环导流管等;通过三维有限元分析,对单塔双循环吸收塔进行了结构计算,开发了具有自主知识产权的单塔双循环吸收塔。



技术特点

 

1.双循环与单循环主要技术



2.单塔双循环FGD系统主要优点

 

1)系统浆液性质分开后,可以满足不同工艺阶段对不同浆液性质的要求,更加精细地控制了工艺反应过程。

 

2)两个循环过程的控制是独立的,避免了参数之间的相互制约,可以使反应过程更加优化,以便快速适应煤种变化和负荷变化;

 

3)pH值的二级循环在较低的液气比和电耗条件下,可以保证很高的脱硫效率;

 

4)pH值的一级循环可以保证吸收剂的完全溶解以及很高的石膏品质,并大大提高氧化效率,降低氧化风机电耗;

 

5)SO2含量的小幅变化和短时大幅变化敏感性不大;

 

6)一级循环中可以去除烟气中易于去除的杂质,包括部分的SO2、灰尘、HCLHF,那么杂质对二级循环的反应影响将大大降低,提高二级循环效率;

 

7)两级循环工艺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,可以实现使用品质较差的石灰石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;

 

8)由于吸收塔中间区域设置有烟气流畅均流装置,较好的满足了烟气流畅,能够达到较高的脱硫效率和更好的除雾效果,减少粉尘的排放,从而减轻“石膏雨”的产生。


结语

 

    通过单塔双循环技术的研究及工程应用,从理论上对单塔双循环吸收塔的研究取得重大突破,从二维和三维的模型中准确的模拟了实际工况下烟气速度、污染物浓度、温度、压力和压降的分布规律;通过大量工程实践,掌握了设计参数的多个影响因素;自主研发了单塔双循环湿法脱硫系统设计技术软件包,并对单塔双循环技术进行了严格的定义。主要形成了如下成果:

 

1.形成了具有自主知识产权的“单塔双循环石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术”等关键技术;

 

2.研制了达到国际先进水平的单塔双循环吸收塔、二级循环浆液箱等脱硫专用设备;

 

3.建立了双循环湿法脱硫工程施工安装和调试方法(技术规范)、编制双循环收集盘防腐材料施工验收规范;

 

4.推动了燃煤电厂的环保升级和工程的大规模应用,实现电厂脱硫超低排放,脱硫效率稳定的达到99.6%以上。


来源:中国国电


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