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多炉一塔湿法脱硫系统石膏脱水工艺说明

发布日期:2019-02-23 12:40点击:

湿法烟气脱硫工艺(WFCD)是目前在我国应用广泛,运行较稳定,掌握技术相对比较成熟的脱硫技术。常用的脱硫方案包括:一炉一塔,两炉一塔及多焖一塔。本文结合国电天津第一热电厂3台220t/h锅炉烟气脱硫技改工程,三炉一塔调峰,重点分析吸收塔内浆液结晶符合一定要求后,排浆脱水过程中所涉及的工艺、控制问题。

1、脱硫吸收塔

吸收塔是湿法脱硫系统的主要设备,烟气与吸收剂逆流接触,脱除烟气中的SO2、SO3及CHI、HF。根据流程环节和作用的不同,吸收塔本体分为五个区:1区是吸收塔底部至高度2m的浆液,主要完成石膏颗粒的结晶;2区是吸收塔2m以上的浆液区,主要完成石膏的转换;3区是吸收塔入口区,即高温烟气过流区;4区是烟气中的SO2吸收的主要区域,其区域内气体与液体共存;5区是除雾器区域,在此烟气完成净化后排出。本文重点讨论1区和2区浆液对后续石膏脱水环节的影响。在1区内一般装有侧进式搅拌器,适中的搅拌强度不但可以减少石膏对石灰石的包裹保证其活性,同时有利于氧化空气的扩散及CO2气体的及时排出,另外还能促进石膏晶体的成长。石膏成长的速度主要取决于浆液的过饱和度,一般情况下,石膏过饱和度越高,晶体的成长越快,新生晶体生成的速率也越快。但是,如果石膏相对过饱和度过高(>1.4),就容易形成晶核或层状、针状晶体,晶核会在其他物质的表面上生长,易产生结垢,沉积现象。经验表明,比较理想的相对饱和度应控制在1.25-1.30之间,当1区内的结晶程度达到合适的条件后,经排浆泵输送至一级脱水设备。

2区浆液由气、液、固三相流体系组成。在这个区内的浆液是石灰石、碳酸氢钙和石膏等组成的浆状混合物。浆液部分被强制循环,同时补充新鲜的石灰石浆液,以维持pH值稳定。2区是1区石膏结晶的基础。氧化的程度、循环部分浆液的烟气吸收量、新鲜浆液加入量等多种因素对后一阶段的工艺流程有着决定性的影响。

2、石膏脱水系统设计

对于老机组的脱硫改造项目,由于机组容量小,考虑到经济性,往往是按照多炉一塔的方式来设计脱硫装置。这样就导致了在生产过程中,存在多种运行工况,为了保证在各种工况下石膏的后续处理能够高效、经济地进行,就要求整个脱水系统各个环节的处理能力均具有较强的灵活性和适应性。

下面以三炉一塔的实际工程案例来分析一下石灰石-石膏湿法脱硫中浆液的脱水处理过程。

吸收塔循环氧化槽内1区的混合浆液经排浆泵先送至一级脱水装置旋流分离器,在旋流分离器中浓缩至含固量40%-60%,然后再经真空皮带过滤机脱水,生成含水量小于10%的石膏成品。

天津第一热电厂3台220t/h锅炉在全年的生产过程中,3台炉同时运行和2台炉同时运行的时间相对较长。这种状况下,在脱水处理阶段的设计中,需要选择2台真空皮带脱水机,每台皮带脱水机的容量是FCD脱硫装置BMCR工况时的75%的石膏量。当3台炉同时运行时,2台皮带脱水机一起工作;当2台炉运行时,1台皮带脱水机工作,这样,就相当于处理脱硫装置BMCR工况时的66%的石膏量,效率很高,另1台皮带脱水机作为备用考虑。石膏一级脱水系统中也需要考虑能满足这两种工况的旋流器配置,旋流子二用一备旋流子的投入量根据锅炉的负荷来设计,具体的实施通过在旋流器前设置带电动调节阀的旁路来完成。这样,在3台炉同时运行的过程中,就可以做到脱水的整个过程能够灵活地根据锅炉负荷来调整了。

2.1 一级脱水设备—旋流器

一级脱水设备有3种组合形式:仅采用一级旋流分离器或浓缩池;两级旋流分离+溢流澄清槽组合。从吸收塔1区送至一级脱水设备的浆液含固量大约是10%-30%,经一级脱水后浆液可浓缩至含 固量40%-60%。旋流分离器能有效地从浆液中分离出较大的颗粒物,提高浆液的浓度,浆液中未反应石灰石颗粒的平均粒经大约10-20um,而脱硫副产物二水硫酸钙结晶的平均粒经在40um左右。因此,细颗粒的石灰石将富集在溢流浆液中并返回吸收塔3区,这样既提高了石灰石的利用率,又降低了成品石膏中的石灰石含量。

2.2 浆液分配器

为了确保3台炉与2台皮带脱水机在各种工况下部能稳定的运行,必须保证浆液可在一定范围内调控,传统的浆液分配方法满足要求。本工程中我们对现有的分配装置进行了改造,使其具备更强的浆液分配调节能力。

一般情况下,湿法脱硫一炉一塔、两炉一塔工艺中使用的浆液分配器可以通过电动阀门的改装及常用控制方式实现;而针对多炉一塔方案时,要使浆液分配器能够根据脱水浆液量自动选择合适的位置,除了需要脱硫DCS系统组态软件的配合外,分配器自身的电气控制也至关重要。

天津第一热电厂烟气脱硫技改工程中采用新型的浆液分配器,该装置的主要结构及工作原理为:浆液分配器由浆液分配箱和电动执行器组成,通过观测窗可以看到分配器内装有可以自由改变位置的耐稀酸碱橡胶软管,该软管可以在电动 执行机构的带动下选择合适的位置,将一级脱水设备旋流器浓缩后的浆液分配到下一级脱水设备真空皮带机,生成符合标准的脱硫副产物。

2.3 二级脱水设备—真空皮带机

本工程中二级脱水系统设有2台真空皮带脱水机,布置在旋流器下方,经过浆液分配后的滤饼厚度很容易控制,避免了常见的由于滤饼厚薄不均匀所导致的脱水困难,石膏脱水后含水量<10%。

3、结语

在湿法脱硫装置的实际运行中,排浆泵、旋流器、浆液分配器以及真空皮带机等设备的相互匹配运行是决定整个脱硫系统稳定运行的重要保证,当然各个设备运行效果取决于石膏浆液的结晶程度和石膏浆液量,因此,恰当的控制石膏浆液的结晶程度和石膏浆液量至关重要。特别是对于多炉一塔工艺方案,上述各个设备的设计量不仅仅关系到工艺流程要求,对整个系统的经济性也是不容忽视的。