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半干法喷雾干燥脱硫技术(SDA)简介
半干法喷雾干燥脱硫技术(SDA)简介
  
 
1.1 SDA工艺概述 
    SDA是利用喷雾干燥的原理,在湿态的吸收剂喷入吸收塔之后,一方面吸收剂与烟气中的二氧化硫发生化学反应;另一方面烟气又将热量传递给吸收剂使之不断干燥,完成脱硫反应后的废渣以干态形式从吸收塔的锥体出口排出,因而称为半干法烟气脱硫。工艺流程包括:(10吸收剂制备;(2)吸收剂浆液雾化;(3)雾粒与烟气的接触混合;(4)液滴蒸发与二氧化硫吸收;(5)灰渣排出;(60灰渣再循环。其中(20、(3)、(4)在吸收塔内进行。
1.2 SDA工艺化学反应过程
    喷雾干燥技术,它具有吸收和干燥的双重作用,主要过程和反应如下:
    将碱性浆液雾化成无数微小液滴。
在吸收室内,烟气被有效地分布以便使其与被雾化的浆液充分混合接触以发生吸收反应,也就是说,吸收室具有混合反应器的功能。
烟气中的酸性成分(SO2,SO3,HCL)和石灰浆液滴中的碱性成分Ca(OH)2之间的反应主要发生在一个靠近喷雾器的区域,这个区域具有传热和质量传递最合适的条件。
    主要反应有:
    CaO   +   H2O      Ca(OH)2
    H2O   +   SO2      H2SO3
    H2SO3   +  Ca(OH)2        CaSO4  +  H2O 
    而烟气中微量的酸性气体会发生下列反应
    SO3     +  Ca(OH)2        CaSO4  +  H2O
    2HCL  +  Ca(OH)2   CaCL2  +  2H2O 
    2. 系统描述
    本套SDA脱硫系统主要包括以下几个子系统:
    -浆液制备系统
    -烟气系统
    -SO2吸收系统
    -工艺水系统和杂用气、仪用压缩空气等公用系统
    2.1吸收剂的储存及输送装置
    本烟气脱硫系统配置两座164m3的石灰料仓,保证在BMCR工况下可储6天的生石灰用量, 料仓下设插板阀,粉料经过螺旋给料机,把CaO送到消化器内, 料仓锥形部分底部设置气化板及仓壁振动器,保证石灰能连续出料。
    2.2脱硫吸收塔
    2.2.1 完整的脱硫吸收塔系统应包括脱硫吸收塔本体、屋顶式空气分布器、中心式空气分布器、旋转雾化器、锥斗和屋顶检修间。
    2.2.2 脱硫吸收塔应具有较高的脱硫剂利用率。
    2.2.3脱硫吸收塔不会产生严重的堵塞和腐蚀,塔内的烟气分布器应采取相应的防磨、防腐蚀措施。
    2.2.4脱硫塔内所有部件应能承受最大入口气流及最高进口烟气温度的冲击,高温烟气不对任何系统和设备造成损害。吸收塔设计成气密性结构,防止泄漏。为保证壳体结构的完整性,尽可能使用焊接连接,法兰和螺栓连接仅在必要时使用。塔体上的人孔、通道、连接管道等需要在壳体穿孔的地方将进行密封,防止泄漏。脱硫塔之间增设电梯。
    2.2.5脱硫吸收塔壳体设计能承受压力荷载、管道力和力矩、风载和地震荷载,以及承受所有其他加在吸收塔上的荷载。吸收塔的支撑和加强件能充分防止塔体倾斜和晃动。
    2.2.6 脱硫吸收塔顶部设专门用于装设吸收塔内部件检修维护时所必须的起吊措施的封闭空间。为便于塔内的检修和维护,设置旋转雾化器及塔内部件检修维护时所必须的平台楼梯。吸收塔配备有足够数量和大小合适的人孔门和观察孔,人孔门和观察孔不会有泄漏,而且在附近设置走道或检修平台,人孔门的设置应符合有关规定。 
    2.2.7吸收塔系统还包括所有必需的就地和远方测量装置,至少将提供足够的液位、SO2、温度、压力、湿度等测点,以及浆液的流量测量装置。
    2.2.8每炉的脱硫、除尘装置采用整体紧身封闭。封闭采用彩色压型钢板(0.75mm),采取合理的保温设计,外表面颜色由发包人确定。脱硫、除尘装置的保温材料厚度为50-80mm。
    2.2.9 脱硫吸收塔内的旋转雾化器应为丹麦NIRO公司原装进口雾化器,型号应为F-800,功率500KW,转速应在6000-12000转/分钟之间。旋转雾化器由雾化器本体、雾化器转轮、液体分布器和确保运行安全和可靠的控制系统组成。雾化器本体由上部件、支撑盘、下部件和监测系统组成。有独立的润滑系统雾化器的监测系统包括:
    齿轮润滑监测系统
    轴润滑监测系统
    进料系统(浆液或水
    轴振动系统
    转速计
    记时表
    防磨雾化器转轮有以下部件组成:
    主要部件
    转轮盖
    中间件
    转轮底座
    可更换的防磨件
    中心圆锥(通常是外贴敷不锈钢材质)
    插入件(陶瓷材质)
    底部磨盘
    顶部磨盘(底部和顶部磨盘材质:用于AX型转轮采用陶瓷,用于AM型转轮采用外贴敷不锈钢)
可更换的防磨入口圈
    液体分布器
    液体分布器通过特定的应用和能力要求来选择。类型的选择以及转轮安全水温的设定是依据入口干燥空气温度和转轮的圆周速度确定的。
    液体分布器安装在轴底座附近,靠近转轮,它是用来均匀分布进入到转轮的液体。
    控制系统
    控制系统由报警信号和连锁功能组成,保护雾化器防止其在正常运行条件下的振动。为了产生必要的控制系统输入信号,可安装监测设备。
    2.3浆液制备系统
    采用生石灰作为基本吸收剂。吸收剂消化系统生石灰粉仓的有效容积保证一台锅炉BMCR工况下6天的容量。石灰仓内贮存的粒径小于2mm的石灰经螺旋输送机送入消化器消化,并制成高浓度浆液(固体物含量不超过50%),然后进入配浆槽经稀释到需要的浓度(20%左右)。配浆槽上设有过滤器,以清除大颗粒杂质。制备好的石灰乳送到吸收剂贮罐,再经供给泵送到吸收塔顶部的高位罐备用。
    从喷雾干燥吸收塔和除尘器底部收集的灰渣中含有相当数量未反应的CaO,而且大多燃煤飞灰中也含有一定量的碱性物质,因而可将部分脱硫灰渣再循环,以减少脱硫剂的消耗。同时灰渣再循环提高了系统入口处脱硫剂与SO2的化学计量比,有利于脱硫反应的进行,可使系统脱硫率提高10%~15%。而且灰渣的再循环改善了传质传热条件,有利于雾滴干燥,从而改善吸收塔塔壁结垢的趋势。
    采用电石渣作为补充脱硫剂。电石渣浆液制备系统由电石渣槽、泥浆泵、电石渣浆液罐、电石渣浆液给料泵等组成。电石渣由汽车槽车由电石厂运来,卸入电石渣槽,由泥浆泵泵入电石渣浆液罐,加水稀释到合适浓度后,再经电石渣浆液给料泵送到吸收塔顶部的高位罐。
    2.4消化器系统
    2.4.1 消化器及流化输送装置构成石灰的消化系统。
    2.4.2生石灰消化器采用NIRO公司的技术,消化器要配有温度检测仪器,以控制安全的消化温度。使消化器温度沿轴向控制在80℃左右,以加速其生石灰的消化速度。
    2.4.3 脱硫灰流化输送装置
    2.4.3.1脱硫后的布袋除尘器在灰斗下部设仓泵。吸收塔塔底也在灰斗下设仓泵。灰斗收集下的粉尘落入仓泵,用气力输送至脱硫灰仓或循环灰仓。
    2.4.3.2  仓泵压缩空气通过手动阀门控制的管道供应流化空气。袋式除尘器仓泵的空气量应能用自动调整到不同的水平。
    2.5  烟道系统
    2.5.1  烟道
    在烟道设计中没有积灰的死角;相邻壁交角的内侧,设置园弧板,园角半径为200mm,以保证灰尘自由流动;烟道的转弯处及导流板应使用不小于6mm的防磨板材,以提高其使用寿命
    2.5.2  膨胀节
膨胀节能承受烟道或连接设备运行时的振动,并能承受事故发生时的非正常角位移,接头和密封板应不积灰。
    2.6工艺水系统
    2.6.1 本系统共设两台水泵,按2×100%配置(一开一备)。
    2.6.2 在水泵、水箱前必须加过滤器,防止颗粒物进入系统,防止堵塞喷嘴。
    2.6.3消化水的流量通过自动调节阀门来进行调节。
    2.7增压风机
    脱硫除尘后的烟气混合后通过增压风机送入烟囱,风机为国内大型风机生产厂家生产。
    2.8 气力除灰系统
    脱硫灰用正压浓相气力输送系统输送至贮灰库,灰库下设两个卸料口:一路安装一台湿式搅拌机把干灰加适量水后装调湿灰车运送到灰场进行堆放;一路安装一台干灰散装机装车供外部综合利用。
    2.8.1 布袋除尘器灰斗设仓泵
    2.8.2 本系统设14台仓泵
    3.喷雾干燥烟气脱硫自运行以来,遇到的主要问题有以下几个方面:
    3.1容器和管道的堵塞
    容器与管道问题是由于固体沉积以及由此引起的堵塞。这是由于浆液流速小于设计值,管道内存在流动停滞区,使用过量的石灰及飞灰反应特性等原因造成的。这些问题导致要周期性地关闭受影响的部件以清除坚硬的沉积物。改进的方法包括修改管道设计,提高浆液流速,消除流动死角,提高浆液槽泵的吸入短管,改进搅拌和容器隔板的设计,在运行中周期性地转动设备。
尽管很多设备都会遇到堵塞问题,如在去除过大尺寸颗粒的滤网中,在石灰粉碎机的加料槽和输运系统中,但这些问题已通过传统技术解决了。
    3.2吸收塔中的固体沉积
    在许多电厂,吸收塔中固体沉积分布从局部扩展到整个壁面上,这是喷雾干燥脱硫工艺需要解决的最重要的问题之一。在设计工况下连续运行可冲刷掉少量的局部沉积物,对于大量沉积物则需要关闭吸收塔。在大型电厂中可以使用备用吸收塔。导致产生沉积物的主要原因是吸收塔内温度控制不合理,以及运行时喷入的固体浓度小于设计值。
    由于运行过程中安装在吸收塔出口管道内的热电偶表面逐渐被脱硫产物覆盖,因此使读出的温度将变得不准确。Sherburne电厂的初步运行试验表明,干球热电偶垂直接近于吸收塔壁且直接横穿喷雾旋转装置时测出的气体温度对于喷淋量的控制是可靠的。吸收塔壁附近的气体湍流度很高,因此温度探头能保持足够的清洁度。Donnelly等人(1986)报道在吸收塔出口温度控制回路中加入入口气体流量和温度的前馈信号,这使吸收塔出口温度更加稳定并且减少固体沉积物。
    3.3喷雾器的磨损和破裂
    喷射石灰浆的喷雾器会遇到磨损和破裂的问题,特别是在达到最佳工况前的初始运行阶段。旋转喷雾器以其良好的性能成为喷雾干燥脱硫工艺中使用最普遍的浆液分散器。不过由于机械上比较复杂,与其类型的喷雾器(如双流体喷嘴)相比,需要更加严格的维护。
    Niro喷雾的转盘上下都有陶瓷耐磨挡板,耐磨挡板破裂后必须更换。开始时,破裂的原因被认为是冷的浆液碰到被烟气加热的耐磨板引起的热冲击造成的。转盘保护水流改为喷雾干燥吸收塔出口挡板同时打开,这一改变降低了耐磨板破裂的频率;然而又产生了另外的破裂。Niro喷雾器在转盘周边热压一个金属环改造底部耐磨板以减小应力。另外,制造时的质量控制得到提高,所有的面板耐磨板在运输前都要经过超速旋转的测试。经过旋转测试的耐磨板没有在运行中受到损坏。根据Durnohr电厂的经验,在30min内可以使喷雾器与其备用装置互换。
    瑞典的Vasteras电厂在运行的初始阶段遇到过旋转喷雾器转盘中喷嘴的磨损问题。磨损力特别大的飞灰颗粒高速冲出喷嘴,以致每300h就必须更换喷嘴。该锅炉从燃油改为燃煤,估计停留时间不足以使飞灰软化而降低其磨损力。该问题通过将ESP收集的脱硫产物中的粗颗粒再循环得到解决,这样喷嘴的寿命提高到了3年以上。
    3.4除尘器的腐蚀
    除尘器(ESP和袋式除尘器)的腐蚀问题主要与烟气温度低而温度高有关。调峰电厂容易遇到这个问题,因为每天它们要经受相当大的负荷变化,而且周末期间停止运行。这将导致每个星期中除尘器的温度多次低于露点温度,形成的酸液在壁面上凝结导致腐蚀问题。
 
                                                    SDA现场


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