石灰石－石膏湿法烟气脱硫脱硫工艺过程介绍及控制方法摘要：从煤燃烧中降低SO2的排放的方法包括流化床燃烧(CFB)和整体气化燃烧循环(IGCC)发电。

常规的火力电厂主要通过加装烟气脱硫装置(FGD)进行烟气脱硫。

基于对烟气脱硫工艺过程和自动化控制的认识变得迫切，本文重点介绍几种常用电厂脱硫工艺原理和控制方法。

1.常用烟气脱硫工艺原理：目前，几种常用成功的电厂烟气脱硫工艺原理介绍如下。

1．1 石灰／石灰石洗涤脱硫工艺：（后面详细介绍）石灰／石灰石洗涤器一般用于大型的燃煤电厂，包括现有电厂的改造。

湿法石灰／石灰石是最广泛使用的FGD系统，当前流行的石灰／石灰石FGD系统的典型流程如图所示。

石灰石的FGD几乎总能达到与石灰一样的脱硫效率，但成本比石灰低得多。

从除尘器出来的烟气进入FGD吸收塔，在吸收塔里S02直接和磨细的石灰石悬浮液接触并被吸收去除。

新鲜的石灰石浆液不断地喷人到吸收塔中，被洗涤后的烟气通过除雾器，然后通过烟囱或冷却塔释放到大气中。

反应产物从塔中取出，然后被送去脱水或进一步进行处理。

湿法石灰石根据其氧化方式不同一般可以分为强制氧化方式和自然氧化方式。

氧化方式由化学反应，吸收浆液的PH值和副产品决定。

其中强制氧化方式(PH值在5—6 之间)在湿法石灰石洗涤器中较为普遍，化学反应方程式如下：CaCO3 +SO2+1／2O2+2H2O=CaSO4·2H2O+CO2图示是石灰石洗涤器中最简单的布置，目前已成为FGD的主流。

所有的化学反应都是在一个一体化的单塔中进行的。

这种布置可以降低投资和能耗，单塔结构占地少，非常适用于现有电厂的改造。

因其投资低，脱硫效率高，十分普及。

1．2 海水洗涤脱硫工艺：由于海水中含有碳酸氢盐，因而是碱性的，这说明在洗涤器中有很高的SO2脱除效率。

被吸收的SO2形成硫酸根离子，而硫酸根离子是海水中的一种自然组分，因而可以直接排放到海水中。

此工艺设备简单，不需要大量的化学药剂，基建投资和运行费用低。

脱硫率高，可连续保持99%的二氧化硫除去率，能够满足严格的环保要求。

图示烟气首先在除尘器里过滤，通常为织布式过滤器或静电除尘器。

随后，烟气进入二氧化硫吸收塔，塔内烟气流向与从上晚往下流的海水方向相反。

二氧化硫吸收塔式有隔板的塔式设计，在海水和烟气之间提供较大的接触面积。

这样可以获得较高的二氧化硫去除率。

由于海水和烟气直接接触，使得离开吸收塔的处理过的烟气得到冷却，因此，该烟气在烟囱排出之前需再热。

烟气海水脱硫工艺利用电厂冷凝器排出的冷却海水。

一小部分海水泵到吸收塔顶部，流向塔内的接触床层，在塔内二氧化硫被海水吸收。

酸化的海水收集在吸收池里，靠重力流向海水处理厂(SWTP)。

酸化的海水在SWTP混合室里与其它冷却海水混合，然后流向下一步骤得到氧化。

通过大功率的工业风扇，空气被引人海水里。

此时，二氧化硫转化为流酸根，水接近被氧气饱和，在海水排回海洋前，海水PH值又恢复中性。

1．3 双碱法洗涤脱硫工艺：双碱法在70年代和80年代早期主要用于美国，早期，湿法石灰石洗涤器有时会遇到结垢的问题，而双碱法则可以避免这些问题。

随着对洗涤过程更深入的理解，采用简单的湿法吸收塔解决了结垢问题，使得双碱法逐渐失去了其普遍性。

在第一阶段中SO2被碱性物质，如亚硫酸钠和硫酸铝吸收，然后在第二阶段中则加入石灰或石灰石来沉淀亚硫酸钙或硫酸钙。

亚硫酸钠和石灰石系统的工艺可以描述如下：Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO32NaHSO3+CaCO3=Na2SO3+CaSO3 ·1/2H2O+1/2H2O+CO2亚硫酸氢钠通过在排出液中加入石灰石后进行再生。

采用石灰石代替石灰降低了反应剂的费用。

自从湿法石灰石洗涤工艺能无结垢问题而成功运行以来，在新的电厂中很少采用双碱法了。

1．4碳酸钠湿法脱硫工艺：采用钠基吸收剂的湿法洗涤器主要在美国使用，尤其是在较小的电厂和工业锅炉上。

这种工艺的吸引人之处在于他们的低投资。

由于所需要的吸收剂的量较少，因而所需的吸收剂和脱硫产物的处理设备也较少，但是这些工艺只能用在有钠基吸收剂供应，并且价格合理的地方。

钠基洗涤器主要安装在工业锅炉和城市垃圾焚烧炉上。

副产品是可以出售给造纸厂的亚硫酸钠，可以出售给玻璃厂的硫酸钠和废硫酸钠盐。

1．5 镁洗涤脱硫工艺：在镁洗涤法中的吸收剂是在消石灰中加入氢氧化镁，然后再加到海水中以提高其碱度。

从1980年代早期开始该工艺代替了钠洗涤法，因为氢氧化镁要比氢氧化钠或碳酸钠作为吸收剂要便宜得多。

产生的副产品是硫酸盐废液。

大约有100个机组已采用了本工艺，主要是工业燃煤锅炉。

本工艺的特点是硫酸镁可以直接排放到海中，因为硫酸镁本身就是海中的一种组份。

脱硫效率大于95％。

1．6 氨湿法洗涤脱硫工艺：在Walther工艺中SO2是被液态氨吸收的，结果生成硫酸铵，这是一种肥料。

但是在工业化国家中，从其他方面来的这种肥料已经过剩了。

因而，一般很少采用。

1．7 喷雾干燥脱硫工艺：（干式脱硫技术、后面有介绍）喷雾干燥脱硫是一种相对较新的FGD 技术，初期投资较低，但脱硫剂用量较大，因而常常被用于燃用中低硫煤(<1．5％)的中小型锅炉。

该工艺尤其适用于电厂改造和调峰电站的应用。

喷雾干燥脱硫的副产品是亚硫酸钙、硫酸钙、飞灰和未反应的氧化钙的混合物。

由于有CaO的存在原先只能用于填埋，而现在也逐渐有了新的建材方面用途。

喷雾干燥脱硫工艺见流程简图，系统主要有喷雾干燥吸收塔，电除尘器或布袋除尘器粉尘控制设备，物料循环／处置设备。

吸收SO2的吸收剂是典型的石灰(CaO)。

用过量的水混合石灰，或消化成石灰浆，石灰浆在喷雾干燥吸收塔内被雾化成细液滴以除去SO2。

水被烟气所蒸发，烟气在吸收塔内有足够的停留时间使SO2和其它酸性气体如SO3、HCl等同时和氢氧化钙反应，生成亚硫酸钙／硫酸钙和氯化钙。

由于水分在喷雾干燥塔内被完全蒸发，所以本工艺不需要从烟气中脱除SO2相关的化学过程是一个简单的酸／碱吸收反应，S02和消石灰之间的反应如下：Ca(OH)2+SO2=CaS03+H2OCaSO3+1／2O2+2H2O=CaSO4·2H2O影响上述化学吸收反应的主要因素是：烟气温度、烟气湿度、SO2浓度以及石灰浆雾化液滴的大小。

值得注意的是在干燥喷雾脱硫工艺中SO2和HCl的脱除率为95％，远远大于湿法脱硫工艺中SO2和HCl的脱除率。

1．8烟气脱硫方法简表2.烟气脱硫过程自动控制系统：这里以湿法石灰浆烟气脱硫工艺为背景介绍控制系统的任务，自动控制要完成对烟气系统、浆液系统、工艺水系统的流程参数进行监控保护，与传统的电厂DCS对发电工艺过程进行自动化控制一样，设有过程自动控制系统和上位监控系统，自动控制系统通过测量模件检测生产过程热工参数，在控制器中进行修正、补偿、开环、闭环运算，同时在操作员监控终端上进行监控，系统运算结果输出控制现场执行设备。

自动控制系统还需要与就地的磨粉机、旋转分离器、增压风机、GGH、烟气挡板、循环泵、皮带机、储液罐、上下料机、料仓等设备自带的电气设备和电气控制柜进行连接，使工作人员在中央控制室通过对控制系统屏幕的观察和操作，能够对这些设备进行监视、控制、报警、保护，以及对历史运行状况的记录。

脱硫工艺过程常规测量参数：压力：风压、水压、灰浆压力、烟道负压等；温度：水温、进出烟温、塔温、灰浆温度等；流量：汽量、烟气量、氧量、石灰石量、二氧化硫量等；料位：浆池液位、水位、料仓料位等；重量：石灰石料重、石膏料重等；环保参数：O2,SO2．NOX,CaCO3、CAS04等。

3.湿法脱硫主要工艺系统介绍：湿法脱硫系统主要流程图如图3-1。

3.1湿法脱硫核心装置─吸收塔及其脱硫原理吸收塔的作用是用来去除烟气中的SO2、SO3、氟化氢、氯化氢和尘土。

在不断添加新鲜石灰石浆液的情况下，石灰石浆液、过程副产品和水的混合物在吸收塔再循环箱与喷林层之间循环流动。

石灰石浆液在喷嘴被雾化成规定直径的液滴，当这些液滴返回再循环箱时，与从吸收塔下部进入吸收塔容器而在吸收塔内上升的烟气形成对流，这样，烟气中的SO2、SO3、氟化氢、氯化氢和尘土等就被吸收和中和了。

被吸收的SO2与浆液中的石灰石反应生成亚硫酸根离子HSO3-，亚硫酸根离子HSO3-在再循环箱中氧化并结晶成石膏沉积在吸收塔的底部。

吸收塔基本上可分为下列三个区：（1）洗涤区在此区，主要是SO2、SO3的酸成分被吸收和溶解在浆水中，吸收SO2成为亚硫酸HSO3-，随后被氧化成SO42- ，最后与石灰石反应。

（2）再循环箱其用途如下：·亚硫酸氧化成硫酸·新鲜石灰石的溶解·硫酸与溶解的石灰石反应形成石膏·石膏晶体的长大（3）烟气区在吸收塔的上部,烟气通过水平安装的除雾器以使夹带的液滴减少到最小程度。

除雾器的清洗水可满足吸收塔所需用水。

·SO2、SO3、氯化氢的吸收烟气中的SO2、SO3溶解于浆液水滴并按下式反应：SO2 + H2O — HSO3- + H+SO3+ H2O — H2SO4亚硫酸H2SO3和硫酸H2SO4将被迅速中和,以便保持有效吸收SO2、SO3 与石灰石的反应CaCO3 + 2H+ + HSO3- —Ca2+ + HSO3- + CO2↑+ H2OCaCO3 + H2SO4 —CaSO4 + CO2↑+ H2OCaCO3 + 2HCL —CaCL2 + CO2↑+ H2O上述反应是在溶液中进行的离子反应。

与石灰石的反应在再循环箱中进行。

·氧化反应由氧化风机吹入再循环箱的空气用来将亚硫酸H2SO3和硫酸H2SO4。

—氧化：2Ca2+ + 2HSO3- + O2 — 2CaSO4 + 2H+—石膏的结晶：CaSO4 + 2H2O — CaSO4 + 2H2O结晶主要在再循环箱中进行。

再循环箱中的PH值由石灰石定量给料控制，大约为5.7。

此PH值为石灰石反应速度和总石灰石化学计数系数(标准在1.02的范围)的函数。

吸收塔为单闭开喷雾塔,在再循环箱的搅拌区装有强迫氧化系统。

由于空气在液体中的精细分布和均匀分布，搅拌器空气喷射系统改善了往洗涤液的氧量输送。

喷入吸收塔反应罐的氧化空气将亚硫酸HSO3-完全氧化成硫酸根离子SO42-。

如上所述，当吸收SO2时，石灰石CaCO3 在与释放出的氢离子H+作用下溶解：CaCO3 + 2H+ →Ca2+ + H+ + HCO3-Ca2+ + H+ + HCO3- →Ca2+ + H2O + CO2 ↑二氧化碳一旦生成，首先溶解于洗涤液，然后会由于洗涤液的冲气和搅拌而游离。

与烟气中的二氧化碳含量相比，游离的二氧化碳可忽略不计。

3.2 石灰石的供应和制浆系统碎石灰石用卡车送到现场，经过磁性分离器和振动给料机送到破碎机内，在破碎机的下游，螺旋输送机把经过预破碎的石灰石输送斗式提升机，再经过水平皮带输送机送到石灰石仓供湿式球磨机制浆用。