WFGD運(yùn)行關(guān)鍵因素分析.ppt

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1、濕式石灰石石膏法煙氣脫硫 運(yùn)行的關(guān)鍵因素分析馬雙忱,,傳質(zhì)及反應(yīng)步驟概述,氣-液傳質(zhì) 二氧化碳 解吸碳酸鹽 二氧化硫 吸收 氧氣 吸收 HCl 吸收,液-固傳質(zhì),,,,,鈣 鎂 鈉 碳酸根,溶解,石灰石,,沉淀,硫酸鈣,,亞硫酸根 硫酸根,,H+ Cl- F-,CO32- + H+ HCO3- SO32- + H+ HSO3-,氣相,液相,固相,液相組成,離子（已溶解的）: Ca++, Na+, Mg++, SO4=, Cl-, 等. 離子對(duì)（未形成固體）: CaCO3, CaHCO3+, MgHSO3-, MgSO3, CaSO4, 等. 液相中離子和離子對(duì)的平衡: C

2、a++ + CO3= CaCO3 Ca++ + HCO3- CaHCO3+,固-液平衡,確定石灰石是否溶解 確定石膏是否沉淀 溶解指的是溶液中固體形成離子 沉淀指的是溶液中離子形成固體,固-液平衡,溶液呈現(xiàn)出 “非理想” 特征 溶液中離子間的吸引及相互作用使其少移動(dòng)且遇到與之反應(yīng)的其它離子的可能性較小 用來(lái)校正非理想特征的活性及活性系數(shù): 活性 = 離子濃度 x 活性系數(shù) 活性系數(shù)取決于離子強(qiáng)度、離子配對(duì)及溫度 活性將決定物質(zhì)是溶解還是沉淀,相對(duì)飽和,問(wèn):石灰石溶解嗎? 相對(duì)飽和度 = （R.S.） 答:是 R.S. 1 (過(guò)飽和的),Ca++ = Ca++ 活性 CO3= = CO3

3、= 活性 Ksp = CaCO3 溶度積常數(shù),兩類石膏沉淀,晶核形成 (自發(fā)的) 晶體成長(zhǎng) (受控的),決定石膏沉淀類型的因素,溶液的相對(duì)飽和度(1

4、對(duì)稱軸),,抑制石灰石溶解,石灰石必須在洗滌塔溶解以提供堿度 一定的溶解化學(xué)物質(zhì)會(huì)大大減緩或阻止石灰石的溶解 抑制 溶解變慢 閉塞 溶解明顯變慢或停止 高濃度的溶解氯化物（Cl-占用了Ca2+)及鎂會(huì)抑制溶解 這種抑制的機(jī)理被稱為 “同離子” 效應(yīng),石灰石閉塞,在強(qiáng)制氧化工藝中, 高濃度的溶解亞硫酸鹽或氟化鋁絡(luò)合物會(huì)導(dǎo)致石灰石閉塞 亞硫酸鹽或氟化鋁絡(luò)合物會(huì)在石灰石顆粒表面反應(yīng) 堵塞溶解場(chǎng)所 氟化鋁閉塞經(jīng)常由高濃度的進(jìn)口飛灰引發(fā) 亞硫酸鹽閉塞由不完全的氧化引發(fā),FGD 系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢的緣由,高的石膏相對(duì)飽和度(RS1.31.4): 高相對(duì)飽和度引起固體成核，從而導(dǎo)致吸收塔內(nèi)表面及除霧器上出現(xiàn)結(jié)垢 高

5、相對(duì)飽和度通常導(dǎo)致不足的晶種物質(zhì) 除霧器結(jié)垢也可由低質(zhì)沖洗水引起 (水中石膏飽和或接近飽和),FGD 系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢的緣由,濕/干界面: 出現(xiàn)在熱煙氣被冷卻的吸收塔區(qū)域 氣流及氣體分布的波動(dòng)引起結(jié)垢. 引起沿?zé)煹辣诨蚱渌鼉?nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)域從濕態(tài)變成干態(tài) 如果漿液被帶回到該區(qū)域, 被干燥且以硬垢形式積聚，由硫酸鈣和/或飛灰組成,增強(qiáng)性能的化學(xué)添加劑,起到提高液相堿度及增強(qiáng)脫除的作用 例子: 己二酸 二元酸 (DBA) (己二酸、谷氨酸及丁二酸的混合物) 甲酸 鎂,化學(xué)添加劑,化學(xué)添加劑的損失機(jī)理 液體排放 化學(xué)降級(jí) 與洗滌塔固體共沉淀 化學(xué)添加劑可: 增強(qiáng)洗滌塔的脫硫性能 使部分泵關(guān)閉（降低液氣比）而降低

6、吸收塔動(dòng)力消耗 作為晶體調(diào)節(jié)劑，影響固體沉降及處置特性,化學(xué)添加劑對(duì)脫硫效率的影響,二元酸添加劑,影響 FGD 性能及可靠性的因素: pH 漿液密度 溶液化學(xué)性質(zhì) 石灰石特性 液氣比 (L/G) 機(jī)械因素 鍋爐負(fù)荷 進(jìn)口SO2濃度 工藝水的有效利用,WFGD運(yùn)行及性能保證的關(guān)鍵因素,脫硫效率,關(guān)鍵化學(xué)因素 pH 或堿度 循環(huán)漿液中的過(guò)剩石灰石 (強(qiáng)制氧化工藝的關(guān)鍵) 溶液化學(xué)性質(zhì) 進(jìn)口 SO2 濃度,脫硫效率,關(guān)鍵機(jī)械因素 液氣比 (L/G) 吸收塔傳質(zhì)特性 (如：托盤(pán)、填料) 氣 / 液分布均勻 煙氣旁路,吸收劑利用率,關(guān)鍵因素 pH 溶液化學(xué)性質(zhì) 固體停留時(shí)間 表面積 (研磨尺寸) 石灰石

7、活性,結(jié)垢原因,關(guān)鍵因素 氧化 (不是強(qiáng)制氧化工藝中的一個(gè)通常因素) 石灰石利用率 漿液密度 反應(yīng)槽體積 除霧器ME 沖洗頻率 / 強(qiáng)度 ME 沖洗水水質(zhì),石膏脫水及處置特性,關(guān)鍵因素 氧化 循環(huán)泵數(shù)量、規(guī)格 溶液化學(xué)性質(zhì) (如：晶體污染物、晶體調(diào)節(jié)劑) 石灰石利用率 固體停留時(shí)間,影響 FGD 性能及可靠性的因素,操作員可直接控制 pH 漿液密度 L/G 操作員有限的控制 石灰石特性 溶液化學(xué)性質(zhì) 機(jī)械因素 水務(wù)管理,操作員不控制，只能應(yīng)變 鍋爐負(fù)荷變化周期 煤含硫量變動(dòng) 進(jìn)口煙氣,pH（酸度或堿度的量度）,最重要的工藝測(cè)量參數(shù)之一 影響脫硫效率及吸收劑利用率 石灰石越多相當(dāng)于更高的 pH

8、pH 由石灰石添加率控制 pH 降低，腐蝕率提高,pH / 利用率 / 脫硫效率 關(guān)系,,,,,,pH,利用率,脫硫率,,,,(低),(高),pH 影響概要,脫硫效率 提高 pH 提高了堿度，從而提高了脫硫效率 pH 是脫硫效率的主要控制參數(shù)之一 pH 準(zhǔn)確地控制在合適的設(shè)定點(diǎn)是達(dá)到設(shè)計(jì)脫硫效率的關(guān)鍵 結(jié)垢可能 pH 不直接影響結(jié)垢可能性 差的石灰石利用率 (低于 85%) 會(huì)導(dǎo)致結(jié)垢 固體特性 pH不直接影響固體特性 差的石灰石利用率及固體中過(guò)剩的石灰石(太高的 pH造成) 會(huì)影響固體特性 腐蝕 在低 pH時(shí)腐蝕傾向增大,漿液密度,最小的漿液密度保證沉淀有足夠的晶體表面積.這對(duì)防止結(jié)垢是重要

9、的 高漿液密度促進(jìn)石灰石利用率 漿液密度影響固體停留時(shí)間，從而影響晶體形狀及大小,漿液密度對(duì)石灰石利用率的影響,維持 pH 及脫硫率需要系統(tǒng)專門的石灰石負(fù)荷(克石灰石/升漿液)水平. 在低密度時(shí) (漿液中固體濃度低), 意味高的石灰石的利用率，但是脫硫效率會(huì)下降。在高密度時(shí)，高的固體濃度將會(huì)是石灰石，因此石灰石利用率將降低.,漿液密度對(duì)晶體大小的影響,提高漿液密度增加固體停留時(shí)間 2 增加固體停留時(shí)間可增大或減小晶體大小 有些情況下, 增加停留時(shí)間使晶體長(zhǎng)大有了時(shí)間 但在許多情況下,增加停留時(shí)間增大了大型循環(huán)泵對(duì)已有晶體的破壞，導(dǎo)致晶體變小.,漿液密度影響概要,脫硫率 密度通常不影響脫硫率

10、吸收劑利用率 提高密度促進(jìn)吸收劑利用率 (在給定pH下) 密度對(duì)利用率的影響比 pH對(duì)利用率的影響次一級(jí), 但在 “微調(diào)” 洗滌塔性能時(shí)是重要的 低密度時(shí)，由于可以在上面沉淀的表面積有限，可導(dǎo)致結(jié)垢,溶液化學(xué)性質(zhì),溶解 Ca++ (Cl-) 由于共離子效應(yīng)（同名離子效應(yīng)）（漿液中Cl- 濃度高）而抑制溶解 強(qiáng)制氧化與自然氧化 CO2 逸出傾向于增進(jìn)溶解 氟化鋁閉塞 亞硫酸根閉塞 啟動(dòng)、負(fù)荷變化或不完全氧化期間的問(wèn)題,溶解鈣濃度的影響,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,5,10,15,20,25,30,35,40,石灰石負(fù)荷 (g/L),脫硫效率 (%),75,

11、80,85,90,95,高溶解 Ca，由于 高Cl-占用Ca++的結(jié)果,低溶解 Ca,(不同形狀的符號(hào)代表試驗(yàn)的不同的石灰石),氧化方式的影響,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,5,10,15,20,25,30,35,40,石灰石負(fù)荷(g/L),脫硫效率(%),75,80,85,90,95,,強(qiáng)制氧化方式,自然氧化方式,(不同形狀的符號(hào)代表試驗(yàn)的不同的石灰石),,,,可溶性鋁對(duì)石灰石利用率的影響,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,鋁 (mg/L),利用率 (%),20,10,20,30,40,30,40,50,60,70,80,90,100,溶液化學(xué)性質(zhì)(續(xù)),可與亞硫酸根

12、形成離子對(duì)的離子可提高溶解堿度，促進(jìn)脫硫 (抑制氧化) 在一個(gè) FGD 系統(tǒng)中, 這些離子典型為 Mg++ 及 Na+ 有機(jī)酸也提高溶解堿度，增強(qiáng)脫硫,溶解鎂濃度的影響(抑制氧化系統(tǒng)),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,石灰石負(fù)荷(g/L),脫硫效率(%),80,10,20,30,40,50,85,90,95,100,300 mmol/L Mg,90 mmol/L Mg,60 mmol/LMg,(不同形狀的符號(hào)代表試驗(yàn)的不同的石灰石),添加劑 (有機(jī)酸),通過(guò)緩沖pH及提高溶解堿度來(lái)增強(qiáng)脫硫 可通過(guò)使系統(tǒng)以低pH運(yùn)行來(lái)提高石灰石利用率 可引起固體脫水性質(zhì)的改變,石灰石特性影響洗滌塔性能

13、,研磨 成份 活性,石灰石顆粒大小及活性,石灰石研磨尺寸可影響石灰石負(fù)荷與脫硫率之間的關(guān)系 石灰石越細(xì)越易溶解,但價(jià)貴，研磨成本高 石灰石中白云石份額也影響性能,,,石灰石研磨的影響,0,5,10,15,20,25,30,35,40,石灰石負(fù)荷(g/L),脫硫效率(%),70,80,85,90,95,75,,,,,,,,,,,,,,,,,,,粗磨石灰石 (70% 通過(guò) 325目),細(xì)磨石灰石 (90% 通過(guò) 325 目),(不同形狀的符號(hào)代表試驗(yàn)的不同的石灰石),石灰石中白云石份額的影響,,,,,,,,,低白云石份額的石灰石 高白云石份額的石灰石,0,脫硫效率(%),75,80,85,90,9

14、5,5,10,15,20,25,石灰石負(fù)荷(g/L),,,,,,,,,,,,,,石灰石特性影響概要,主要影響石灰石負(fù)荷與脫硫率之間的關(guān)系 影響達(dá)到一定脫硫率水平所需要的石灰石負(fù)荷水平 通常不控制 (盡管提高研磨會(huì)是可能的) 石灰石費(fèi)用對(duì)總的FGD運(yùn)行費(fèi)用有很大影響. 因此，選擇石灰石很重要.,液氣比 (L/G),由液體流量 (運(yùn)行循環(huán)泵臺(tái)數(shù)) 及氣體流量(鍋爐負(fù)荷)決定 影響脫硫效率 傳質(zhì) 堿度 提高 L/G 增加洗滌塔內(nèi)的除塵效果,液氣比 對(duì)脫硫效率的影響,,脫硫效率 (%),75,70,L/G, 加侖/1000 實(shí)際立方英尺,,,,石灰石負(fù)荷 2 g/L 石灰石負(fù)荷 5 g/L 石灰石負(fù)荷

15、 8 g/L,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,80,85,90,95,100,80,90,100,110,120,130,140,150,液氣比 (L/G)影響概要,脫硫效率 提高 L/G 提高脫硫效率 吸收劑利用率 L/G 通常對(duì)吸收劑利用率的影響很小 亞硫酸鹽氧化 提高 L/G 傾向于提高氧化，使氧氣充分溶于漿液中,液氣比 (L/G)影響概要(續(xù)),結(jié)垢可能 L/G 通常對(duì)結(jié)垢可能影響很小 固體性質(zhì) 在某些系統(tǒng)中, 提高 L/G 可增大晶體破壞，影響脫水特性,影響性能的典型吸收塔模塊設(shè)計(jì)問(wèn)題,噴嘴布置不能提供好的漿液噴淋覆蓋 氣體進(jìn)出口方位導(dǎo)致氣體分布不均,噴淋空塔中的噴淋覆蓋

16、,密集的噴淋覆蓋對(duì)性能很重要:,,,差的噴淋覆蓋,好的噴淋覆蓋,36 個(gè)噴嘴,72 個(gè)噴嘴,氣體分布不均例子,鍋爐負(fù)荷對(duì)洗滌塔的影響,低負(fù)荷 維持一定 L/G所需的運(yùn)行循環(huán)泵少 如果進(jìn)入的水保持一定，由于蒸發(fā)減少，水平衡會(huì)成問(wèn)題,鍋爐負(fù)荷對(duì)洗滌塔的影響,高負(fù)荷 進(jìn)口 SO2 負(fù)荷加大, 更難達(dá)到設(shè)計(jì)性能 (脫硫率、石膏品質(zhì)、吸收劑利用率) 強(qiáng)制氧化工藝中氧的不足可能使亞硫酸鹽閉塞石灰石溶解 大的煙氣量可增加通過(guò)除霧器的液滴夾帶,特別是除霧器臟的時(shí)候,鍋爐負(fù)荷對(duì)洗滌塔的影響,增高鍋爐負(fù)荷 會(huì)使除塵異常，增加進(jìn)入洗滌塔的飛灰量 石灰石給料響應(yīng)是關(guān)鍵 不能足夠快的給入石灰石導(dǎo)致pH降低及脫硫率降低

17、增加給料量時(shí)可能會(huì)過(guò)多給入石灰石 可能會(huì)引發(fā)亞硫酸根閉塞或氟化鋁閉塞石灰石的溶解 可能須投運(yùn)附加的循環(huán)泵以維持 L/G,鍋爐負(fù)荷對(duì)洗滌塔的影響(續(xù)),降低鍋爐負(fù)荷 石灰石給料響應(yīng)是關(guān)鍵 過(guò)多給入石灰石的傾向 石灰石利用率及石膏品質(zhì)可能變差，直至過(guò)多的石灰石被消耗 可能使部分循環(huán)泵退出運(yùn)行,工藝水的有效利用,控制目標(biāo): 限制補(bǔ)充水用量 防止不必要的排放 防止廢水處理系統(tǒng)過(guò)大的負(fù)擔(dān) 限制溶解物質(zhì)（氯離子濃度） 生產(chǎn)墻板石膏所必須 控制洗滌塔漿液密度,影響工藝水利用的因素,鍋爐負(fù)荷 降低負(fù)荷減少了蒸發(fā)，因?yàn)橐幚頍煔獾臄?shù)量降低 降低負(fù)荷減少了隨固體離開(kāi)的水量，因?yàn)橄到y(tǒng)的排污或排漿降低 泵及攪拌機(jī)的密封水一般不變 沖洗水一般不變 所以在低負(fù)荷時(shí), 原設(shè)定水補(bǔ)充量會(huì)引起漿液密度降低及槽液位升高,調(diào)整工藝水用量,短時(shí)用水 調(diào)整用于設(shè)備/區(qū)域沖洗的新鮮水 暫停不用的泵、攪拌機(jī)的密封水 盡量少切換流程或備用泵以減少?zèng)_洗.,,Over!,