CN106362559B - 一种湿法脱硫循环液中石灰石含量的梯度调节方法 - Google Patents

Abstract

一种湿法脱硫循环液中石灰石含量的梯度调节方法，检测进入脱硫塔的废烟气的流量和废烟气中的二氧化硫含量，检测脱硫塔出口处烟气中的二氧化硫浓度；按照废烟气中二氧化硫的总量和浓度，确定喷淋层开启数量，优化进入各喷淋层的混合浆液中的石灰石含量，所有开启喷淋层的混合浆液中总新添加的钙硫比为1:1.03～1.05，自上至下各喷淋层的混合浆液中石灰石含量依次降低，形成沿不同高度喷淋层的石灰石含量的梯度分布，当废烟气中二氧化硫浓度和总量变化而造成脱硫塔脱硫负荷变化时，根据总的钙硫比调整石灰石浆液用量以匹配对应二氧化硫增加的负荷。该方法在单塔单循环条件下，实现了高效脱硫，脱硫过程操作简单，运行简便，降低了成本。

Description

一种湿法脱硫循环液中石灰石含量的梯度调节方法

技术领域

本发明涉及一种用于对湿法脱硫循环液中石灰石含量进行调节的方法，属于湿法脱硫技术领域。

背景技术

石灰石湿法脱硫是目前燃煤电厂烟气脱硫的最有效的脱硫方法。随着烟气超低排放要求的进一步严格，石灰石湿法脱硫工艺渐渐现露某些弊端。如锅炉负荷变化以及煤炭含硫量变化会影响烟气中二氧化硫浓度排放变化，增加了二氧化硫超低排放控制难度等。采用脱硫后烟气湿式电除雾等技术可有效控制排放烟气中的雾滴颗粒、烟尘等指标，但总体对气态污染物的作用不明显。增加脱硫塔喷淋层数和悬浮液喷淋量会对强化脱硫有一定作用，却会大大增加脱硫单元的动力消耗和脱硫成本。

影响气液传质过程的因素众多，总体可归属成三个方面因素，传质面积、传质总系数和传质推动力。传质面积与气液接触的方式有关，石灰石石膏法脱硫一般采用的逆流喷淋方式确定了脱硫浆液与烟气的接触方式。中国专利文献CN203725009U的技术方案中试图部分改变气液流动接触方式以改善气液接触的比表面积，提高传质效果。对于传质总系数的改善而言，水中二氧化硫的溶解过程是双膜控制过程，脱硫悬浮液中二氧化硫的溶解、亚硫酸形成及其水溶液电离、悬浮液中石灰石酸解、亚硫酸钙形成及后续氧化、硫酸钙颗粒的结晶生长等多个步骤总体促进了液相一侧的传质分系数。与氨法、双碱法等脱硫工艺过程液膜传质分系数的高效促进相比，石灰石石膏法脱硫最终硫酸钙结晶形成过程步骤较长，也可减少液膜传质阻力，提高液膜传质分系数及脱硫过程的传质总系数。传质过程的改进最直接的手段当然是提高传质过程的推动力，CN104226099A和CN104174284A中均采用pH值分区喷淋,提高二氧化硫吸收效率,降低烟气中二氧化硫含量，该方法增加了脱硫过程的传质推动力，促进了脱硫过程二氧化硫的吸收效率。含有石灰石石灰石的脱硫液实际是一个较好的缓冲体系，溶液的pH变化被限制在一个较小的范围内，脱硫浆液中石灰石含量增加会微调溶液的pH值。

对石灰石石膏法脱硫过程的气液反应器模型而言，烟气的流动过程是几乎标准的理想PFR(推流反应模型)反应，而对于脱硫剂石膏石灰石混合悬浮液则是一个带PFR循环的总体的CSTR(连续式全混反应)反应。由于塔内脱硫浆液的喷淋密度可由多层喷淋头调节，即多级回流浆液PFR的梯度pH值显然有利于烟气的脱硫效果，因此多个专利文献采用浆液双循环的方法以便实现脱硫塔内的酸碱梯度的建立，负面效果是增加塔内构件分层收集浆液，烟气接触浆液的反应时间缩短，脱硫效果因会因反应时间减少而有一定量的降低。

为满足新形势下脱硫工艺的需求，目前在传统的单塔双循环装置上进行了改造，在原有的设备基础上设置了地沟和沉定池，上循环系统和下循环系统分别于各自的地沟和沉淀池相连形成回路，每个循环里的有单独的循环水路结构，这种改造保证了脱硫装置不结灰不结垢，延长了单塔双循环系统的使用寿命，可达20-30年。

在原有的单塔双循环工艺的基础上，对脱硫塔由下至上依次对一级喷淋系统、双循环隔板、二级喷淋系统和脱硫塔塔出口进行了可调节设计的改进，在不同位置设置双回路环隔板，使设备可根据不同的脱硫条件及要求进行相应的优化。这种设计不仅使脱硫烟气满足了电厂烟气排放标准的要求同时，解决了无法根据煤种的变化而改变吸收塔脱硫运行方式使系统节能运行的问题，还降低了运行成本，此改造还实现了吸收塔体系内烟气均匀分布，避免了壁流效应带来的烟气逃逸引起的脱硫效率下降。

CN104226099A公开的《一种高效脱硫单塔双循环系统及方法》，在循环系统中，石灰石浆液分别储存在塔内的主浆液池和塔外的副浆液池中，两个浆液池通过管道进行连接，形成多区pH控制双循环系统，由于对两个浆液池中的pH进行分区控制，不同喷淋层浆液分别由两个浆液池提供，高pH值浆液有利于SO₂的吸收，实现脱硫系统的脱硫效率在99％以上，低pH值有利于亚硫酸盐的氧化和石膏的结晶，提高了石膏脱水率和石膏纯度。这种设计通过多区pH控制提高了脱硫效率。

但是，改进后的单塔双循环脱硫技术，都是对脱硫塔的内部进行改造，使其结构复杂，制造成本和运行成本提高。

发明内容

针对现有石灰石湿法脱硫技术存在的不足，本发明提出一种单塔(脱硫塔)单循环条件下，脱硫过程操作简单、无需塔内构件变化、低成本、高脱硫效率的湿法脱硫循环液中石灰石含量的梯度调节方法。

本发明的湿法脱硫循环液中石灰石含量的梯度调节方法，是：

(1)采用的脱硫塔底部设置有曝气池，曝气池内充入脱硫循环液，脱硫塔的上部设置有至少两层喷淋层(每层喷淋层设置一组喷头)；此外，设置独立的石灰石浆液池；

(2)脱硫循环液在曝气池与脱硫塔的最底喷淋层之间形成循环，完成部分脱硫，并对进入脱硫塔底部的废烟气降温；

(3)脱硫循环液与来自石灰石浆液池的新的石灰石浆液混合，形成混合浆液，进入最底喷淋层以上的其余各喷淋层；

检测进入脱硫塔的废烟气的流量和废烟气中的二氧化硫含量，检测脱硫塔出口处烟气中的二氧化硫浓度；按照废烟气中二氧化硫的总量和浓度，确定喷淋层开启数量，优化进入各喷淋层的混合浆液中的石灰石含量，所有开启喷淋层的混合浆液中的新添加石灰石总量与烟气中二氧化硫形成钙硫比为1:1.03～1.05，自上至下各喷淋层的混合浆液中石灰石含量依次降低，形成沿不同高度喷淋层的石灰石含量的梯度分布；

(4)当废烟气中二氧化硫浓度和总量变化而造成脱硫塔脱硫负荷变化时，根据新添加石灰石总量对应的钙硫比调整石灰石浆液用量以匹配对应二氧化硫增加的负荷；当脱硫进一步负荷提高时，可增加喷淋层数量，并增加混合浆液中的石灰石含量梯度，保证脱硫塔出口处烟气中的二氧化硫浓度达标；脱硫负荷降低时，则对应降低石灰石浆液的用量，减少喷淋层开启数量，减小脱硫塔内各喷淋层间的石灰石含量梯度，保证脱硫塔出口处烟气中的二氧化硫浓度达标。

所述曝气池内脱硫循环液运行过程中保证具有4.3-5.3的较低pH值和大于99％的高亚硫酸钙总氧化效率。

本发明在单塔(脱硫塔)单循环条件下，实现了高效脱硫，脱硫过程操作简单，运行简便，可根据脱硫塔脱硫负荷调节喷淋层启用数量，并增加混合浆液中的石灰石含量梯度调整石灰石浆液用量，无需塔内构件变化和改造，大大降低了设备成本和运行成本。

附图说明

图1是本发明湿法脱硫循环液中石灰石含量的梯度调节方法的原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的湿法脱硫循环液中石灰石含量的梯度调节方法，采用现有常规脱硫塔，脱硫塔的底部设置有曝气池，脱硫塔的上部设置有多层(2-5层)浆液喷头，形成多层喷淋层。脱硫塔的内部构件无需变化和改造。此外，设置独立的石灰石浆液池。

脱硫塔的最底一层浆液喷头直接通过脱硫循环泵与浆液曝气池连接，直接将曝气池内的脱硫循环液(曝气池内的原始脱硫石灰石浆液以及由喷淋层落下的参与烟气脱硫后的浆液)在脱硫塔内形成循环，完成部分脱硫和塔底烟气的降温等功能。脱硫塔的其余各层(2层及以上各层)喷头与曝气池之间也连接有脱硫循环泵，脱硫循环泵的出口设置管道静态混合器，石灰石浆液池内的浆液通过石灰石浆液泵输送到管道静态混合器，在脱硫循环液中添加新的石灰石。由石灰石浆液泵输出的石灰石浆液和脱硫循环泵输出的脱硫循环液按比例在管道混合器内混合后，形成混合浆液，进入各喷淋层的喷头喷出。

在进入脱硫塔的废烟气管道上设置流量计和二氧化硫测定仪，用于检测废烟气的流量和废烟气中的二氧化硫含量。在脱硫塔的出口处设置二氧化硫测定仪，用于检测净化后烟气中的二氧化硫浓度。

所有脱硫循环泵由脱硫塔底部的曝气池抽取低pH值的高石膏含量的循环液，保证曝气池内循环液较低的pH值(小于4.3-5.3)和高的亚硫酸钙氧化总效率(大于99％)。

检测进入脱硫塔的废烟气的流量和废烟气中的二氧化硫含量，检测脱硫塔出口处烟气中的二氧化硫浓度。按照废烟气中二氧化硫的总量和浓度，优化各喷淋层混合浆液中石灰石的含量，各喷淋层的混合浆液中新添加的总的钙硫比为1:1.03～1.05，最上喷淋层中石灰石在浆液固体中的含量较高，然后自上至下逐层降低，沿不同塔高分布的喷淋层中石灰石含量的梯度，形成多级预混合高效循环。按照形成的各喷淋层中石灰石含量的梯度，由石灰石浆液泵和脱硫循环泵按比例输出石灰石浆液和脱硫循环液，在管道混合器中混合。石灰石浆液泵的流量相对较小，实际流量由各喷淋层中石灰石含量与脱硫负荷等工艺参数确定。

以烟气二氧化硫浓度2000mg/m³，出口50mg/m³，脱硫塔内烟气风速3.5m/s，单层喷淋密度4L/m².s为例，假定混合浆液的固含量为15％，密度为1090kg/m³，三层喷头工作，顶层喷淋层的新添加石灰石含量的脱硫负荷占65％，第二层喷头占38～40％(按钙硫比1:1.03～1.05计)，底层喷淋层直接利用塔底脱硫循环液，石灰石纯度92％，总钙硫比1:1.03～1.05计，则脱硫石膏的主要组分中石膏、石灰石、杂质含量分别为93.5％～92.4％，1.62％～2.69％、4.891％～4.889％。三层喷淋浆液以塔的单位截面积计算得到固含量均为645g/m².s，由塔顶以下三层喷头的石灰石添加负荷65％、38～40％、0，计算三层喷头的石灰石喷淋量为17.38～24.52g/m².s、14.50～21.86g/m².s、10.45～17.59g/m².s，形成石灰石含量的梯度分布。

当废烟气中二氧化硫浓度和总量变化而造成脱硫塔的脱硫负荷变化时，按照设定的总的钙硫比(1：1.03～1.05)改变由石灰石浆液泵和脱硫循环泵输出的石灰石浆液与脱硫循环液的比例。石灰石浆液按设定的脱硫塔内各喷淋层中的石灰石含量梯度补充，自上至下各层脱硫循环液中的石灰石含量的补充负荷递减(如，第一层的补充负荷占总补充负荷的45-70％，第二层的补充负荷占总补充负荷35-60％)，最底一层则不补充石灰石浆液，直接循环浆液曝气池内的混合液。

当脱硫负荷提高时，适当增加喷淋层数量，及时提高石灰石浆液用量以匹配对应二氧化硫增加的负荷，并增加脱硫及浆液中石灰石含量梯度范围；保证脱硫塔出口处烟气中的二氧化硫浓度达标，并调度二氧化硫排放强度与企业年排放总量之间的关系。

脱硫负荷降低时，上述措施则对应降低脱硫剂石灰石浆液的用量，减少喷淋层数和塔内不同喷淋层的石灰石梯度范围。

按照废烟气中二氧化硫的总量和浓度，可灵活调整每层喷头的石灰石添加负荷，开启新的喷淋层或关闭一个喷淋层。优化自上至下脱硫循环液中脱硫剂—石灰石的含量梯度分布当脱硫塔出口处烟气中的二氧化硫浓度达标后排放。

也可按照实际净化烟气二氧化硫的浓度要求和负荷变化，灵活开启或关闭不同层上的浆液喷淋头数量，并保证净化烟气中二氧化硫的达标排放。

Claims (2)

1.一种湿法脱硫循环液中石灰石含量的梯度调节方法，其特征是：

(1)采用的脱硫塔底部设置有曝气池，曝气池内充入脱硫循环液，脱硫塔的上部设置有至少两层喷淋层；此外，设置独立的石灰石浆液池；

(2)脱硫循环液在曝气池与脱硫塔的最底喷淋层之间形成循环，完成部分脱硫，并对进入脱硫塔底部的废烟气降温；

(3)脱硫循环液与来自石灰石浆液池的新的石灰石浆液混合，形成混合浆液，进入最底喷淋层以上的其余各喷淋层；

检测进入脱硫塔的废烟气的流量和废烟气中的二氧化硫含量，检测脱硫塔出口处烟气中的二氧化硫浓度；按照废烟气中二氧化硫的总量和浓度，确定喷淋层开启数量，优化进入各喷淋层的混合浆液中的石灰石含量，所有开启喷淋层的混合浆液中的新添加石灰石总量与烟气中二氧化硫形成钙硫比为1:1.03～1.05，自上至下各喷淋层的混合浆液中石灰石含量依次降低，形成沿不同高度喷淋层的石灰石含量的梯度分布；

(4)当废烟气中二氧化硫浓度和总量变化而造成脱硫塔脱硫负荷变化时，根据新添加石灰石总量对应的钙硫比调整石灰石浆液用量以匹配对应二氧化硫增加的负荷；当脱硫进一步负荷提高时，增加喷淋层数量，并增加混合浆液中的石灰石含量梯度，保证脱硫塔出口处烟气中的二氧化硫浓度达标；脱硫负荷降低时，则对应降低石灰石浆液的用量，减少喷淋层开启数量，减小脱硫塔内各喷淋层间的石灰石含量梯度，保证脱硫塔出口处烟气中的二氧化硫浓度达标。

2.根据权利要求1所述湿法脱硫循环液中石灰石含量的梯度调节方法，其特征是：所述曝气池内脱硫循环液运行过程中保证具有4.3-5.3的较低pH值和大于99％的高亚硫酸钙总氧化效率。