浅谈石灰石—石膏湿法FGD技术的吸收系统

【摘要】石灰石/石膏湿法FGD技术是目前应用最广泛、效率最高的脱硫技术，吸收系统是该技术的核心部分，二氧化硫的脱除主要发生于此。本文主要介绍了石灰石/石膏湿法FGD吸收系统的反应过程和系统组成，并根据不同技术特点对吸收系统的核心部分吸收塔进行分类说明。

【关键词】脱硫；FGD；吸收系统；吸收塔

1、引言

二氧化硫控制技术的研究从20世纪初至今已有100多年的历史。目前各国开发、研制、使用的二氧化硫控制技术已超过200种。这些技术根据所处的位置可以分为三大类：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和烟气脱硫。烟气脱硫技术是控制酸雨和二氧化硫污染最为主要和有效的技术手段，而在多种烟气脱硫技术中，石灰石/石膏湿法FGD（以下简称FGD）技术脱硫效果显著、设备运行稳定，占烟气脱硫技术的90%以上，广泛应用于火电厂脱硫。而吸收系统是FGD系统中的核心部分，吸收塔是吸收系统的重要部分，根据不同的技术特点吸收塔分为多种类型，吸收塔的主要作用是吸收烟气中的二氧化硫并产生石膏晶体，既有效的控制了二氧化硫排放，又生成了可综合利用的石膏副产品使燃料硫资源化。

2、FGD吸收系统的反应过程

烟气由下至上流经吸收塔时，与来自吸收塔循环泵的浆液接触反应，浆液含有10-20%的固体颗粒，主要是由石灰石、石膏及水中的其他惰性固体物质组成，浆液将烟气冷却至50℃，同时吸收烟气中的二氧化硫，与石灰石发生反应生成亚硫酸钙，反应物被收集在吸收塔底部，由氧化风机鼓入的空气氧化成石膏。

3、吸收系统的组成

吸收系统主要由吸收塔、氧化空气系统、浆液搅拌系统、除雾器等部分组成。

3.1吸收塔

吸收塔是吸收系统的重要组成部分，各工艺不同的技术特点主要表现在不同类型的吸收塔上，常见的吸收塔主要形式有填料塔、液柱塔、鼓泡塔和喷淋塔等。

3.1.1填料塔

填料塔是早期FGD中较为典型的一种塔型，其在吸收塔内设置一般为格栅型的填料，石灰石浆液通过分配管分配到头部朝上的各个管口，从管口流出的石灰石浆液落到塔内填料上形成液膜。绝大部分的传质过程是通过烟气与湿液膜接触完成的，塔内填充少量塑料球，被气流冲浮，形成悬浮层，提高脱硫效率。

填料塔如果运行参数控制不当、pH值波动较大或氧化不充分时易结垢，而且运维费用和工作量较大，随着其他技术的不断发展，填料塔近年已很少使用。

3.1.2液柱塔

液柱塔是在氧化槽上部安装向上喷射的喷嘴，循环泵将石灰石浆液打到喷管，再由喷管上安装的自清洗喷嘴喷出，液柱顶端速度为零，液滴向下掉落时与向上的液滴碰撞，形成密集更细的液滴，加大气液接触面。由于液体在向上喷出时形成湍流，所以二氧化硫吸收速度很快，喷射出的浆液及滞留在空中的浆液与烟尘产生惯性冲击，因而同时具有极高的除尘性能。

3.1.3鼓泡塔

鼓泡塔的鼓泡区是一个由大量不断形成和破碎的气泡组成的连续气泡层，当原烟气流经喷射管进入鼓泡塔时，在浆液内部产生气泡，从而形成气泡层。在鼓泡区和气泡层，形成气液接触区，在该区域中，烟气中的二氧化硫溶解在气泡表面的液膜中，烟气中的飞灰也在接触液膜后被除去。鼓泡区气泡迅速大量生成同时不断破裂，使气液接触能力进一步加强，从而不断产生新的接触面积，同时将反应物由鼓泡区传至反应区，并使新鲜的吸收剂与烟气接触反应吸收二氧化硫。

3.1.4喷淋塔

喷淋塔是在吸收塔内布置几层喷嘴，脱硫剂通过喷嘴喷出形成液雾，通过液滴与烟气的充分接触来完成传质过程，净化烟气，这是应用最多的塔型，其中逆流喷淋塔是比较常用的湿法脱硫吸收塔。

由德国诺尔公司开发的优化双循环吸收塔是一种脱硫效率较高的烟气脱硫技术，世界上多个国家的电厂采用该技术进行脱硫，其适用于大机组，对于高硫分、低热量的煤种可有效减少二氧化硫排放，脱硫效率可达97%以上。

优化双循环系统将一个塔分成上、下两个区域，每个区域都有独立的循环系统，上下两个过程均保持在最佳的化学条件：吸收塔下端（预洗段），其pH值保持在4.5～5.0之间，该pH条件下，有利于浆液中亚硫酸钙的溶解、氧化及石膏的生成，提高石灰石利用率，而且亚硫酸钙是非常有效的缓冲液，使pH值不随烟气中二氧化硫浓度的波动而变化，保证最佳pH值环境；吸收塔上段（吸收段），其pH值保持在5.8-6.5之间，该pH条件下，吸收剂中的有效成分CaCO3含量较多，有利于二氧化硫的吸收，能保证达到较高的脱硫效率，生成的碳酸氢钙亦具有良好的缓冲作用，保证了该段循环浆液pH值有利于二氧化硫的脱除。

3.2氧化空气系统

在浆液池底部设有氧化空气管，通入空气对浆液进行曝气，浆液池为亚硫酸钙提供充分的氧化空间和氧化时间，确保良好的氧化效果，也为石膏晶体结晶提供充分的停滞时间，确保生成高品质的粗颗粒（而非片状和针状）石膏晶体。

3.3浆液搅拌系统

搅拌系统的主要作用是：将浆液中固体颗粒保持悬浮状态；使浆液相对均匀地输送到下一个工艺步骤；协助浆液充分氧化；促进石膏晶体结晶和非针状化；促进石灰石溶解。

3.4除雾器

除雾器用于分离烟气携带的液滴，包括一级安装在下部的粗除雾器和二级安装在上部的细除雾器，烟气流经除雾器时，液滴由于惯性作用，留在叶片上。根据除雾器叶片间距的大小分离不同粒径的浆液液滴和除雾器冲洗水滴。

4、结语

吸收系统是FGD系统中的核心部分，是吸收二氧化硫的主要设施。随着二氧化硫排放标准日趋严格，要求FGD吸收系统也要不断进步、更新换代，提高脱硫系统的稳定性和脱硫效率，满足二氧化硫排放要求。有效控制二氧化硫排放最重要的就是选择适合的吸收塔类型，填料塔由于易结垢，不易运行控制等缺点现较少应用，而目前多采用喷淋塔，尤其使用优化双循环吸收塔，其对于高硫分、低热值煤种有较好的脱硫效果。

参考文献

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