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濕法脫硫攪拌設備應用

文章分類:行業資訊 / 發布時間:2015-04-09 / 關鍵詞: ,

脫硫攪拌設備

在石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝中通過攪拌設備的作用,使亞硫酸鈣和亞硫酸氫鈣幾乎全部強制氧化生成石膏結晶。石膏脫水系統作為FGD的重要輔助系統,對于吸收塔運行指標、漿液條件、物料平衡、經濟運行、副產物綜合利用都有重要作用。石灰石—石膏濕法脫硫工藝作為目前世界上應用最廣的煙氣脫硫工藝,通過近幾年在國內燃煤機組尤其是600MW等級以上大型機組上的工程應用,體現出煤種適應性強、脫硫效率高、可靠性好、脫硫成本逐步降低等優點,合格品質的脫硫石膏也具有較好的經濟價值。

自鍋爐引風機的煙氣經過增壓風機進入吸收塔,在塔內上行與從噴淋層噴出的石灰石漿液霧滴逆流接觸、洗滌,去除其中的SO2、HCl、HF和一部分SO3。在攪拌設備的作用下,反應生成的亞硫酸鈣在吸收塔漿池(吸收塔底部)中被氧化空氣氧化為硫酸鈣,并以石膏的形式從飽和溶液中析出。吸收塔排出的石膏漿液送至石膏脫水系統,脫水洗滌后的二水石膏外運,脫出的濾液則返回脫硫系統。

濕法脫硫主要工藝系統及其功能如下:

(1) SO2吸收系統。采用攪拌設備使石灰石溶解、SO2吸收、氧化、副產物結晶析出。

(2)煙氣系統。用于煙氣增壓、凈煙氣排放、故障旁路。

(3)吸收劑制備系統。以濕磨或成品粉攪拌制漿方式制備合格品質的石灰石漿液。

(4)石膏脫水系統。對吸收塔排出的石膏漿液進行兩級脫水,生成合格品質的二水石膏;回收濾液和旋流上清液,提高吸收劑利用率,維持系統水平衡和物質平衡。

(5)排放系統。用于收集脫硫島檢修、沖洗的排出液并返回工藝系統;系統故障時漿液排放至事故漿液箱,待重新啟動時返回。

(6)廢水處理系統。通過中和、絮凝、沉降、攪拌等一系列措施對脫硫廢水進行凈化處理,將其所含污染物指標(pH, SS, COD,重金屬等)降低至規定的排放標準,實現廠內回用或達標排放。

脫硫石膏品質的影響因素:脫硫石膏的品質取決于三個方面,即脫硫島入口條件、吸收塔運行控制以及脫水系統的設備配置。

脫硫導入口條件,與石膏品質相關的條件主要包括:煙氣灰分、石灰石品質、工藝水水質等。脫硫導入口煙氣中的煙塵質量濃度必須控制在100mg/m3以內(改造工程300mg/m3以下) ,否則,洗滌后留在石膏漿液中,不僅影響脫水系統功能,也降低了石膏的品質。石灰石的品質對脫硫效率和石膏品質都有直接的影響。石灰石中的雜質(惰性物)在吸收塔內會影響石膏結晶的粒度和純度,在脫水過程中影響石膏含水率;石灰石的粒徑、活性如果不能滿足溶解度要求,系統在低pH值下運行,亞硫酸鈣比例將增加,致使石膏品質下降。工藝水水質對石膏的影響主要是其中的氯離子,石膏中氯離子殘留量增加則其品質下降。此時,若要滿足市場要求,就必須用大量的電廠工業水對石膏進行沖洗,影響電廠運行經濟性。

吸收塔內pH值、塔內漿池容積、氧化強度、液氣比、廢水排出量等參數都會影響石膏品質。吸收塔漿液pH值是脫硫過程的關鍵控制參數。當pH值偏低,尤其是低于4. 8時,漿液內的亞硫酸鈣殘留量會大幅增加,不僅影響脫硫效率,還會在pH值再次升高時大量析出,降低石膏品質。吸收塔內漿池的容積必須滿足石膏結晶成長所需的停留時間,但也不宜過大,否則會使已生成的石膏晶體被循環漿液破壞,影響石膏品質。因此,需結合液氣比合理設置漿池容積。吸收塔氧化強度決定石膏漿液中亞硫酸鈣的殘留量,也會影響石膏品質。增加廢水排出量,不僅可以維持塔內良好的運行工況,也能提高石膏的品質。

石膏脫水系統通過石膏旋流器和真空皮帶機二級脫水將質量分數為15%的石膏漿液制成水分為10%的石膏,并在脫水過程中實現脫硫工質的分配和脫硫系統的物料平衡。石膏脫水系統的優劣不僅關系到回收工質、水耗、吸收塔正常運行參數(液位、密度、惰性物及氯離子)等各項指標,還直接關系到脫硫石膏的品質。因此,優化、完善石膏脫水系統的設備配置,確保系統正常穩定運行是值得認真分析研究的。

石膏脫水系統的主要設備由石膏旋流設備、石膏漿液箱、石膏漿液泵組成。吸收塔排出的石膏漿液首先進行水力旋流分離,質量分數達到3%的溢流大部分返回吸收塔,少量進入廢水旋流系統;質量分數為50%的底流進入真空皮帶脫水系統。石膏一級脫水系統除了濃縮漿液之外,更重要的是維持吸收塔的運行指標。合理的系統配置可使吸收塔達到良好工況,實現整個脫硫島的經濟運行。

一級脫水系統的運行配置方式通常有:

一是石膏排出泵連續輸送漿液至石膏旋流器。旋流器溢流通過石膏漿液箱和漿液泵返回吸收塔,旋流器入口設分支進入石膏漿液箱,支路上設置調壓閥,通過調節旁路流量確保旋流器入口壓力。根據吸收塔內漿液密度確定石膏旋流器底流返回漿液箱或進入皮帶脫水機。這種配置方式的特點是脫水系統中所有的泵均為定速運行,石膏旋流器入口壓力通過支路調壓閥維持。系統內有連續漿液流,不會發生堵塞沉積,系統可靠性較好。

二是石膏排出泵連續輸送漿液至石膏旋流器或返回吸收塔。塔內漿液密度低于設定值時,漿液全部返回吸收塔;漿液密度達到設定值時,進入旋流器,此時的旋流器前返流旁路用于穩定入口壓力。旋流器運行時的調控方式與前一種類似,但此時旋流器底流僅與皮帶機相接。此種配置方式的特點是系統中所有的泵均為定速運行,低負荷時石膏漿液不進入旋流器,可避免漿液中過高含量的石灰石顆粒對旋流器產生磨損;底流系統簡潔,便于操控,但需定期沖洗。

三是系統流程與第一種類似,區別是旋流器入口無回塔旁路且石膏排出泵變頻運行,低負荷時變速調節,在維持旋流器入口壓力的同時實現經濟運行。這種配置方式的特點是變頻運行,低負荷石膏排出泵及石膏漿液泵可小流量、低功耗運行,經濟性較好。由于增加了變頻配置,設備造價和控制要求均有提高,但連續運行的經濟性顯而易見。從目前投運工程的一級脫水系統配置情況來看,采用第2種方式的較多,其次是第1種,第3種應用較少。其原因主要是投資成本,但從長期運行經濟性以及變負荷適應能力來看,第3種方式具有更大的優勢。

真空皮帶機系統設備主要包括真空皮帶機、氣水分離器、真空泵、皮帶機沖洗設備、濾液水泵、石膏卸料設備。石膏旋流器底流進入真空皮帶機,脫水沖洗后得到合格的二水石膏。真空泵抽出的空氣在氣水分離器中進行水氣分離,分離出的水和皮帶機濾出液一起收集到濾液水收集系統,并通過濾液水泵送至吸收塔或制漿系統。

濾液水收集設備濕法脫硫石膏脫水系統的濾液水收集設備通常按公用設置,容量取決于制漿和運行方式,通常有濾液水池和水箱兩種配置形式。從目前脫硫工程中出現的問題來看,與水箱相比,濾液水池有以下的優點:一當濾液水箱設計容量較大時,水箱內液位較高,如果氣水分離器安裝高度不夠,就會發生氣水分離器至濾液水箱液面高差不足,不能滿足真空泵所需的真空度要求,導致濾液水倒灌。解決的方法往往是抬高皮帶層高度或減少水箱儲水量,前者將增加投資,后者降低了連續運行的可靠性。而濾液水池位于地面零米,不會有類似問題出現。二濾液水池的液位測量設備、攪拌設備及回流閥等均布置于地面附近,便于監控調節,無需配置類似濾液水箱的檢修設施,更加方便靈活。三濾液水池可兼作脫水車間排污溝的收集地坑,濾液水泵多采用立式泵,結構簡單,節約空間。如果采用濾液水箱,則必須考慮水箱和泵的占位,北方寒冷地區水箱還要置于室內,且車間內還需設集水地坑,或采用溝道引至吸收塔區域地坑,增加了室外土建的工程量。四如果采用磨制、脫水綜合樓的配置方案,則濾液水池可以同時兼顧兩個系統的排水收集,有利于濾液水和漿液回收系統的整合優化,使系統更加簡潔合理。

在濕法脫硫石膏脫水系統中采用濾液水池,雖然會增加一些土建工程量,但有利于系統運行,應在工程中優先采用。

真空皮帶機沖洗設備,在常規的脫水皮帶機沖洗系統中,每臺皮帶機一般會配置相應的濾餅沖洗水系統和濾布沖洗水系統,前者包括濾餅沖洗水箱和一用一備的濾餅沖洗水泵,后者包括濾布沖洗水箱和一用一備的濾布沖洗水泵。沖洗系統采用脫水機真空泵的冷卻水排水作為沖洗水源。首先將水源接入濾布沖洗水箱,泵送至皮帶機濾布沖洗的各噴嘴處,沖洗濾布之后的水收集到濾餅沖洗水箱中,再泵送至石膏沖洗用水點,為確保成品石膏中氯離子含量在規定范圍內,皮帶機尾部也可增設工業水沖洗接口,閉合式兩級沖洗的配置方式可最大程度地減少進入系統的外來水,便于濾液水系統和石膏一、二級旋流系統以及制漿系統的水量調控,實現整個系統的水平衡。

在電廠實際運行中發現,上述配置存在以下問題:濾餅沖洗水箱容積很小,無法安裝攪拌設備,進入其中的濾布沖洗水含有的大量石膏顆粒極易沉積而堵塞水箱出口;濾餅沖洗水泵入口管徑小,容易堵塞,或直接造成石膏沖洗噴嘴結垢、堵塞而無法運行,影響石膏品質,甚至需停運徹底清理。

為解決上述問題,有些工程在沖洗水泵出口加裝循環管路和噴嘴,增加擾動,減少石膏顆粒沉淀,但長期運行的效果仍不理想。為此,脫水機的供貨方把兩級循環改成一級循環,濾布沖洗水和濾餅沖洗水均采用水質較好的真空泵排水。因此, 1臺脫水機應設置1個綜合沖洗水箱和2臺沖洗水泵,沖洗水母管至皮帶機各沖洗水噴嘴的壓力和流量通過各支路上的閥門和節流裝置調節。

新的配置方案簡化了沖洗系統,減少了濾布沖洗水中間收集循環的二次環節,取消了易發生故障的箱、泵。沖洗水箱和水泵在較好水質條件下運行,避免了管路和噴嘴的堵塞,從而保證了脫硫石膏的品質。皮帶機系統所有沖洗水及排水均收集到濾液水坑或作吸收塔補充水。與原沖洗系統相比,濾布沖洗水不再循環使用會使工業水用量增加。在設計整個脫硫島水平衡時,應注意此處增加的水量和工藝水水量的總體恒定。改進的沖洗系統提高了真空皮帶機系統連續運行的可靠性,減少了過程環節和故障率,對提高FGD整體可用率有一定的效果。在近期的工程設計中已陸續采用。

廢水旋流系統,早期的一些濕法脫硫工程未設置廢水旋流裝置,僅在石膏一級旋流器溢流箱底部接出一路作為廢水排放。這種配置不僅便于廢水排放,且因廢水濃度較高,較小的廢水量即可充分排出塔內積累的有害物質。但這種方式也存在較大的問題,即較高的排放濃度會帶出許多有效工質,使得系統鈣硫比增加,吸收劑耗量變大。隨著節水要求的提高,電廠濕排灰系統已逐步擯棄,廢水綜合回用已成為脫硫設計的基本要求。為有效回收工質并減輕廢水處理系統的負荷,脫水系統中必須配置廢水旋流系統。

廢水旋流系統包括廢水旋流泵、旋流器、廢水收集箱、廢水泵等。石膏旋流器溢流的一部分經廢水旋流泵升壓后進入廢水旋流器,廢水旋流器的底流返回石膏漿液箱,溢流將進入廢水處理系統。

廢水旋流系統對保證塔內良好工況有重要作用,其設備的配置有以下幾點值得研究和優化:

一是廢水旋流泵的運行方式。一些電廠的廢水間斷排放,使得塔內Cl-濃度波動較大,其控制限值可達20 000mg/L。應該指出的是, Cl-濃度過高必將影響石膏晶體的正常生成和產品品質,因此,必須盡量控制在低Cl-工況下運行;另一方面,漿液中的Cl-對設備具有較強的腐蝕性,低CI-濃度可有效減緩設備腐蝕,提高設備的使用壽命和整個系統的可用率。因此,廢水系統的連續穩定運行對于脫硫島的安全性和運行經濟性非常有利。廢水旋流泵若采用變頻設置,可更好地適應外部條件變化引起的脫硫廢水量變化,同時確保旋流器工況并穩定廢水水質和進入濾水系統的回水量,成為濾液水量調節的補充手段。在低負荷時,廢水系統連續變頻運行不僅可維持塔內工況,更重要的是與負荷匹配的流量調節可在經濟運行的前提下進行,可控性好。

二是廢水旋流泵前設置緩沖箱。一些脫硫工程在廢水旋流泵之前不設置緩沖箱,但在實際運行中發現,當設計廢水量較大且相應的泵選型較大時,易出現溢流箱抽空的現象,尤其是在機組未全部投運時,共用設計出力的廢水旋流系統對應單臺旋流器更易出現此情況。因此,應在廢水旋流泵前加設緩沖箱,以確保在各種情況下廢水旋流泵的穩定運行,有利于廢水旋流系統變頻連續調節。

三是廢水旋流器的旋流子數量。廢水旋流器處理的是石膏旋流器的溢流,廢水濃度低、顆粒小、分離難度大,因此,旋流子的數量應遠遠多于石膏旋流器。廢水旋流器之前應設置變頻泵以維持入口壓力。由于廢水旋流器出口對應的是廢水處理系統,而廢水處理系統對來水水質的穩定性要求比較高,尤其當廢水系統中配置了離心脫水機時,廢水濃度的過度變化會使脫水機無法工作。因此,廢水旋流器的旋流子數量必須按照出口廢水水質及負荷變化要求配置,確保在任何工況下都能達到旋流器的最佳分離效果,避免溢流量過大或進入廢水處理系統的顆粒度惡化等情況的發生。

  隨著石灰石—石膏濕法脫硫工藝的廣泛應用,國產化程度進一步提高,脫硫系統造價不斷降低。在此情況下,首要問題是如何保證FGD系統的安全、高效運行。石膏脫水系統作為脫硫島控制物料平衡、確保副產物品質、維持吸收塔運行工況的重要輔助系統,其設計優化和設備配置對整個FGD系統的可靠運行,尤其在電廠節水、節能以及提高綜合經濟效益等方面具有重要的意義。

 

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