双回路竖喷湿法脱硫技术
双回路竖喷湿法脱硫技术
科技名词定义
名称：双回路竖喷湿法脱硫技术
定义：在烟气脱除硫氧化物的过程中，通过吸收塔内高、低速分区脱除过程，以获得较高脱硫效率的湿法脱硫技术。
所属学科：电力、钢铁、煤炭（一级学科）；环境保护（二级学科）
双回路竖喷湿法脱硫塔的构成
双回路竖喷湿法脱硫塔是由高速湍流吸收管、竖喷喷嘴、低速区喷淋层、除雾器、浆液循环槽、清洗装置、应急装置等部分组成，吸收过程分为高速和低速两个吸收区。
吸收原理
在高速吸收区，来自除尘装置的原烟气由塔顶高速进入塔内的高速湍流吸收区，吸收液由处于高速湍流区下部的竖喷喷嘴喷出，与烟气在湍流吸收区内逆向接触，当气、液两相动量平衡时，形成一段高度湍动的驻波区，在此区域，气液两相在短时间内充分接触、不断更新，获得充分的传热与传质效率，吸收液转向，落向塔体底部，净化烟气转弯，沿塔垂直向上流动。
在低速吸收区，烟气流速急剧下降并均匀分布，来自吸收塔上部一层喷淋联管的雾化浆液在塔中均匀喷淋，与均匀上升的烟气继续反应，形成二次脱硫。净化烟气最后经除雾器除去残留液滴后排放。
在高速吸收区，经过对烟气流速、浆液量和喷射高度的有效控制，通过竖喷喷嘴获得分布均匀的浆液颗粒，气、液、固三相充分接触，迅速完成传质过程，从而达到气体净化的目的。
由于湍流传质技术的作用，通过高速湍流区的烟气能迅速降温，有效实现了在没有GGH情况下对吸收塔防腐层的保护；由于均气效果的增强，提高了低速吸收区脱硫效果，降低了能耗和材料消耗；由于在高速湍流区已经完成了绝大部分脱硫工作量，减轻了低速吸收区脱硫工作压力，与空塔相比，降低了循环泵的工作负荷和浆液材料消耗。
建立液膜泡沫区的关键是恰当地选择气体及液体的流速。
烟气中的SO2、SO3及HCl 、HF通过泡沫层时被吸收液吸收，生成的吸收产物由于自重收集在吸收塔底部的氧化区，不断的氧气鼓入，吸收产物完成氧化，最终形成石膏进行排放。
为了维持系统的PH值并减少吸收剂的耗量,需要不断地补入吸收液，同时吸收塔内的吸收剂在搅拌器和氧化空气的搅拌下,加速了其的均布和溶解。
化学反应过程
强制氧化系统的化学过程描述如下：
（1）吸收反应
由上至下的高速烟气与从喷嘴喷出的垂直向上的循环浆液在吸收塔内的高速湍流吸收管中逆向发生强烈碰撞,循环浆液吸收SO2，生成亚硫酸钙,并排放出二氧化碳,反应如下：
SO2＋H2O→H2SO3
H2SO3 =H＋HSO3－
HSO3=H＋SO3－
（2）氧化反应
一部分HSO3－在湍流层中被烟气中的氧所氧化，其它的HSO3－在氧化池中被氧化空气完全氧化，反应如下：
HSO3－＋1/2O2→HSO4－
HSO4－=H＋SO4
（3）中和反应
吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值,中和后的浆液再循环。中和反应如下：
Ca＋SO4＋2H2O→CaSO42H2O
H＋OH→H2O
应用案例
在4台75t/h燃煤锅炉烟气脱硫项目的应用中，采用两炉一塔配置，处理烟气量按锅炉蒸发量75t/h在BMCR运行工况下的烟气量设计。
每台锅炉配制静电除尘器，除尘效率不低于99.6%，除尘器出口处烟尘排放浓度不大于200mg/Nm3。
FGD装置设计煤种的含硫量按3.2%考虑，每台锅炉耗煤量按12.287t/h计算，单台炉烟气量127860.52 Nm3/h（设计工况），含硫量为6130 mg/Nm3（标态, 湿基，实际O2）。脱硫效率96%，出口排放二氧化硫含量小于400 mg/Nm3。
1、本套脱硫装置的工艺系统包括以下子系统：
l 烟气系统
l 吸收剂制备及输送系统
l SO2吸收系统
l 石膏处理系统
l 工艺水系统
l 压缩空气系统
l 排空系统
脱硫岛还包括：
l 电气系统
l 仪表及控制系统
2、工艺流程简述
烟气中SO2的脱除在吸收塔内进行。吸收塔包括高速吸收区和低速吸收区。高速吸收区包括降温系统、逆喷管、以及四个专用喷嘴，低速区包括塔体、一层喷淋装置和两级除雾装置。高速区对应循环A泵，低速区对应循环B泵。
烟气经过静电除尘器和引风机，从引风机后部新增的FGD入口烟道经增压风机引入FGD装置，同时，烟气还可从旁路挡板门经原有砖混烟道引入烟囱，直接排入大气，即旁路运行。两塔设置两台增压风机。
烟气进入脱硫系统后，首先通过高速吸收区，高速吸收区为管内浆液向上喷射与烟气逆向接触，形成湍流泡沫反应区，实现高效气液传质，然后烟气进一步进入低速反应区，低速吸收区为传统的浆液向下喷淋与烟气逆向接触，从而进一步脱除烟气中的SO2。经过脱硫区域后，烟气被冷却并达到饱和，此时携带有浆液小雾滴的烟气，进入两级布置的除雾器中进行去除，自吸收塔出口净烟道引入烟囱，排入大气。除雾器采用工艺水定时冲洗以防止沾污、结垢。
落入塔内的浆液进入吸收塔底部浆液池，在此进行氧化反应，生成石膏。氧化空气系统提供吸收塔内化学反应所需氧气，按两用一备设计。吸收塔底部浆池内的浆液通过石膏排出泵送入石膏浆液旋流器系统，通过旋流器旋流分离出的浆液中较细的固体颗粒从旋流器溢流自流入脱水系统地坑。浓缩的大颗粒石膏浆液自流至真空脱水皮带机脱水，皮带脱水机分离的含少量固体颗粒的水也进入脱水系统地坑。脱水系统地坑内的浆液分别送至吸收塔、吸收剂制备系统和电厂冲渣处。
脱水后的石膏经大倾角皮带输送机输至石膏库存放，定期外运。
吸收塔浆池部分采用碳钢衬胶/玻璃鳞片内衬进行防腐，高速吸收区和低速吸收区采用玻璃钢制作。
为正常运行，在FGD入口设置降温喷嘴，防止事故发生，在烟温高于180C情况下，可能损坏设备，FGD装置切入旁路运行。相关挡板的调整时间在正常情况时为75秒，在事故情况下为15~20秒，满足保护吸收塔等设备的要求。
本期工程不设置脱硫废水处理车间，脱硫产生的废水直接送至锅炉车间冲渣。详见工艺流程图。
3、 主要设备
此工艺的核心设备为吸收塔高速吸收区的设计，包括塔体、事故降温系统、逆喷管以及专用喷嘴，本工程高速吸收区塔体采用玻璃钢材质，专用喷嘴采用大口径斜齿菊花形，材质为F4。
烟气通过脱硫岛的压降≤4500Pa。
4、主要技术指标
-脱硫装置进口烟气参数（单塔）
烟气量： 187162Nm/h (标况、湿态、实际O2 )
烟气量： 171254Nm/h (标况、干态、实际O2 )
烟气O2含量： 6.598% (标况、干态、实际O2 )
烟气SO2含量： 6130mg/ Nm(标况、湿态、实际O2 )
烟气粉尘含量： <200 mg/ Nm (标况、湿态、实际O2 )
烟气温度： 100 ℃
-脱硫装置出口烟气参数：
烟气SO2含量： 296mg/ Nm (标况、湿态、实际O2 )
烟气粉尘含量： 50 mg/ Nm (标况、湿态、实际O2 )
烟气温度： 48 ℃
-脱硫效率： 95 %
-钙硫比： 1.05mol/mol
-石膏量： 3.325t/h (10%含水率):
1～4号机组脱硫系统指标：(4台机组耗量)
-石灰石耗量： 2 t/h
脱硫装置电耗： 1755kW
工艺水量(工业水)： 16t/h
年利用小时数： 7800 小时
系统配置特点及优势
除了吸收塔设计不同外，双回路竖喷湿法脱硫系统配置与空塔配置基本相同，系统包含制浆系统、吸收系统、工艺水系统、脱水系统等，根据业主的要求不同，系统配置可相应调整，因为液气比小、大口径雾化喷嘴设计等技术优势，双回路竖喷湿法脱硫具有如下特点。
1、占地面积小，适合于老厂改造
该脱硫系统占地面积小、高度低、布置紧凑、安装简便，特别适合预留空间小、现场位置有限的已建电厂脱硫技术改造项目。
2、 结构简单，便于运行和维修保养
系统的故障主要就是喷淋系统故障，反映在喷淋管道和喷嘴的堵塞。本系统高速湍流吸收区只使用3—5只大口径喷嘴，安装方式为套管抽拉式，一旦系统出现故障，可从外侧将喷淋管抽出更换；低速吸收区采用大口径球形喷嘴，也采用套管抽拉式安装方式，大大降低了维修难度，减少维修时间，有效解决了系统维护对主机运行的影响。
3、采用新型复合材料防腐和耐高温是吸收塔设计需要重点克服的两个难点，特别是在吸收塔的烟气入口和出口处，往往需要采用高性能不锈钢作为烟道内衬，价格昂贵且施工和维护困难。本系统在烟气入口的高速湍流区采用耐温玻璃钢为主材、内衬高分子耐磨、耐高温、耐腐蚀材料，具有使用寿命长的特点，可以处于基本免维护工作状态。
4、技术优势
目前世界上研发的烟气脱硫技术有200多种，进入大规模商业应用的只有10余种。从双回路竖喷湿法脱硫的研究实验及应用上来看，技术上有如下优势：
(一) 脱硫剂选择性强
在脱硫剂的使用上，除石灰石粉外，可以根据当地的资源条件灵活选择，包括化工企业的碱性废料、石灰、烧碱溶液、电厂冲渣水、电石渣、白云石、苏打、氧化镁/氢氧化镁溶液、废钢渣、废液氨、纸厂黑液等碱性物质，可以大大降低系统的运行成本。
(二) 工艺方案选择灵活
针对每个项目的具体情况，可采用并联、串联组合设计，即：对场地小、几台小机组同时脱硫，可选择“几炉一塔”的工艺方案；在场地充裕、机组较大、脱硫改造工程资金不太充裕的情况下，可选择“一炉两塔”工艺方案；真正做到“度身定做”，最大限度满足政府和企业的客观需求。
(三) 对工况变化的适应能力强
烟气脱硫系统的设计依据，来源于业主的设计条件。设计条件要求脱硫系统有一定的设计余量，以适应主机系统、煤种变化等运行环境的变化。主机系统运行负荷、煤种、煤的二氧化硫含量变化，都对脱硫子系统提出了适应性的要求。但预留太大能力，会造成投资的大幅度增加；能力预留不够，满足不了实际运行的需要。
本系统在工艺设计上，在投资增加不多前提下，充分考虑了脱硫系统的适应能力，根据烟气量和烟气中二氧化硫含量的变化，对系统进行分级控制，保证系统在满足设计要求前提下，可以上下浮动30%。在调试过程中，含硫量小于1.2%，只需运行高速吸收区的循环泵，脱硫效率即可达到90%以上。
5、经济优势
与空塔技术相比，采用该技术可减少了2—3层联管喷淋层，也相应减少了等量的浆液循环泵，有效降低投资和运行成本；较低的液气比，降低了吸收塔的高度、减少了占地面积、减少了工艺水的消耗；由于只使用一层喷淋联管，喷嘴使用量降低75%。综合比较，投资减少15%-20%，减少运行电耗30-35%，总运行成本降低20%-25%。