高清PDF带书签《火电厂烟气脱硫装置运行检修岗位培训教材》
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HUODIANCHANG YANQI TUOLIU ZHUANGZHI YUNXING JIANXIU
GANGWEI PEIXUN JIAOCAI
火电厂烟气脱硫装置运行检修
岗位培训教材
本书编委会
中国电力出版社
CHENA ELECTKIC POWER PRESS
前言
我国是世界上最大的煤炭生产和消耗国，在能源结陶上，原煤占能原消费总量的70%，是世界上少数几个以煤为主要能源的国蒙之一。煤炭消费可分为工业用煤和生活用煤两个部分，工业用煤主要集中在电力、建材、相铁和化工行业，其中电力行业是我国用煤大户。2009年我国电力工业发电消耗标煤量15,6亿万t,S0排放总量948万t,提前完成“十一五”1000万t的目标。随着我国国民经济的快速发及，“十二五”期间电力工业的首要任务依然是发展，作为主要电源供应的燃煤发电机组仍将逐年增加，由此排放的SO:量也将逐年增加，电力工业控制SO:排放的任务依然严峻。
就当前的技术水平和现实能力而言，烟气脱硫是降低电站锅炉SO:排放最有效的技术手段，也是目前世界上应用最广泛的一种SO,排放控制技术，而且烟气脱硫装置布置在锅炉尼部，对锅炉系统没有显薯的影响，既可用于新装机组，也可用于现有机组的脱硫改造。因此，烟气脱硫技术已发及成了世界上应用最广、商业化规模最大的二氧化硫控制技术。
烟气脱硫始于20世纪30年代的涩法实验，最早的工业脱硫装置是英国伦敦电力公司的石灰石洗涤法和加拿大Cominco公司的氨洗涤法，在长期的发展和工业实践中，世界各国开发出了200余种采用不同脱硫剂或利用不同脱除机理的技术和工艺，在我国有应用业绩的脱硫工艺也有十多种，如石灰石一石膏法、烟气循环流化床法、旋转喷雾半干法、磷铵肥法、电子束脱硫氨法、脉冲电晕法、炉内喷钙法、双碱法、亚硫酸铵法、简易石灰石法、海水脱硫法等。
实践证明：石灰石/石灰一石膏湿法烟气脱硫技术是目前世界上脱硫技术最成熟、应用业绩最多、运行状况较为稳定的工艺，日本、德国、美国等国家90%以上的脱硫装置均采用该工艺，中国也不例外。截至2009年底，我国火电厂烟气脱硫装机容量达到4,61亿kW,占总装机容量的70,7%，其中约有92%的脱硫机组采用石灰石/石灰一石膏湿法。
随着大量石灰石/石灰一石膏湿法烟气脱硫装置的运行，脱硫装置已成为火电厂除锅炉、汽轮机和发电机外的又一主要设备，其运行与管理水平的高低直接影响到电站的经济性与安全性。目前部分脱硫装置故障率较高，而大多数电厂运行人员对烟气脱硫装置的组成、特点与运行规律，以及在解决影响脱硫装置安全稳定运行的结垢、堵塞和腐蚀问题等方面技能和经验还比较欠缺。
针对上述现状，中国电力企业联合会组织有关单位结合石灰石一石膏湿法脱硫工程实践编制了本书内容，并对石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置做了详细介绍，主要内容可归纳为四个部分，第一部分（第一、二章）阐述了石灰石一石膏湿法烟气脱硫理论及工艺流程；详细介绍了各子系统及主要设备，包括烟气系统中的增压风机、烟气换热器(GGH);SO,吸收系统的循环泵、除雾器；石膏脱水系统中的旋流器、脱水机等。第二部分（第三、四章）介绍了石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置的运行与维护，并详细介绍了烟气脱硫装置运行参数的检测与控制方法。第三部分（第五、六章)介绍了石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置的检修及相关性能参数的测试实验方法，包括脱硫效率、石灰石耗量和电耗等的测量方法。第四部分（第七章）详细介绍了石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置常见运行问题及处理，特别针对脱硫效率低、脱硫系统入口参数变化大等现象进行了详细的原因分析。
书中不足之处，敬请各位专家和读者批评指正。
编者
2011年11月
随着大量石灰石/石灰一石膏湿法烟气脱硫装置的运行，脱硫装置已成为火电厂除锅炉、汽轮机和发电机外的又一主要设备，其运行与管理水平的高低直接影响到电站的经济性与安全性。目前部分脱硫装置故障率较高，而大多数电厂运行人员对烟气脱硫装置的组成、特点与运行规律，以及在解决影响脱硫装置安全稳定运行的结垢、堵塞和腐蚀问题等方面技能和经验还比较欠缺。
针对上述现状，中国电力企业联合会组织有关单位结合石灰石一石膏湿法脱硫工程实践编制了本书内容，并对石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置做了详细介绍，主要内容可归纳为四个部分，第一部分（第一、二章）阐述了石灰石一石膏湿法烟气脱硫理论及工艺流程；详细介绍了各子系统及主要设备，包括烟气系统中的增压风机、烟气换热器(GGH);SO,吸收系统的循环泵、除雾器；石膏脱水系统中的旋流器、脱水机等。第二部分（第三、四章）介绍了石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置的运行与维护，并详细介绍了烟气脱硫装置运行参数的检测与控制方法。第三部分（第五、六章)介绍了石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置的检修及相关性能参数的测试实验方法，包括脱硫效率、石灰石耗量和电耗等的测量方法。第四部分（第七章）详细介绍了石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置常见运行问题及处理，特别针对脱硫效率低、脱硫系统入口参数变化大等现象进行了详细的原因分析。
书中不足之处，敬请各位专家和读者批评指正。
编者
2011年11月
目录
前言
第一章石灰石一石膏湿法炯气脱硫理论基础1
第一节石灰石一石膏湿法烟气脱硫原理1
第二节吸收剂石灰石特性6
第三节石灰石活性14
第四节影响石灰石一石膏湿法烟气脱疏效率的主要因素22
第二章炯气脱硫装置及主要设备31
第一节脱硫工艺流程31
第二节烟气系统及设备33
第三节吸收塔系统及设备63
第四节石灰石浆液制备系统及主要设备91
第五节石膏脱水系统及主要设备103
第六节脱硫废水处理系统及主要设备111
第七节控制系统及主要设备118
第入节其他系统及主要设备119
第三章炯气脱硫装置运行与维护124
第一节脱硫装置启动与停运124
第二节脱硫装置可靠性与运行调整137
第三节脱硫装置运行中设备的防腐防垢145
第四节脱硫设备检查和维护150
第五节脱硫副产品的质量控制与利用158
第四章烟气脱硫装置运行参数的检测与控制164
第一节脱硫装置运行参数检测164
第二节脱硫装置顺序控制、保护及连锁173
第三节脱硫装置摸拟量闭环控制179
第五章炯气脱硫装置检修184
前言
第一章石灰石一石膏湿法炯气脱硫理论基础1
第一节石灰石一石膏湿法烟气脱硫原理1
第二节吸收剂石灰石特性6
第三节石灰石活性14
第四节影响石灰石一石膏湿法烟气脱疏效率的主要因素22
第二章炯气脱硫装置及主要设备31
第一节脱硫工艺流程31
第二节烟气系统及设备33
第三节吸收塔系统及设备63
第四节石灰石浆液制备系统及主要设备91
第五节石膏脱水系统及主要设备103
第六节脱硫废水处理系统及主要设备111
第七节控制系统及主要设备118
第入节其他系统及主要设备119
第三章炯气脱硫装置运行与维护124
第一节脱硫装置启动与停运124
第二节脱硫装置可靠性与运行调整137
第三节脱硫装置运行中设备的防腐防垢145
第四节脱硫设备检查和维护150
第五节脱硫副产品的质量控制与利用158
第四章烟气脱硫装置运行参数的检测与控制164
第一节脱硫装置运行参数检测164
第二节脱硫装置顺序控制、保护及连锁173
第三节脱硫装置摸拟量闭环控制179
第五章炯气脱硫装置检修184
第一节检修基本概念与基本原则184
第二节脱硫装置的检修管理185
第三节检修工艺及质量要求189
第六章烟气脱硫装置的性能试验205
第一节概述205
第二节性能试验准备208
第三节脱疏率测量211
第四节石灰石消耗量测量215
第五节咆耗等测量218
第六节除雾器液滴含量测量221
第七节石膏品质及其他化学分析223
第八节其他项目测量225
第七章烟气脱硫装置运行常见故障及处理233
第一节脱硫装置主要设备常见故障233
第二节脱硫装置运行调整中常见问题分析267
参考文献280
第二节脱硫装置的检修管理185
第三节检修工艺及质量要求189
第六章烟气脱硫装置的性能试验205
第一节概述205
第二节性能试验准备208
第三节脱疏率测量211
第四节石灰石消耗量测量215
第五节咆耗等测量218
第六节除雾器液滴含量测量221
第七节石膏品质及其他化学分析223
第八节其他项目测量225
第七章烟气脱硫装置运行常见故障及处理233
第一节脱硫装置主要设备常见故障233
第二节脱硫装置运行调整中常见问题分析267
参考文献280
第一章
石灰石一石膏湿法烟气脱硫理沦基础
第一节石灰石一石膏湿法烟气脱硫原理
一、脱硫主要化学反应
用石灰石浆液吸收SO,的反应主要发生在吸收塔内，由于进行的化学反应多且非常复杂，至今仍不完全清楚全部反应的细节。一般认为该反应过程由$O,的吸收、石灰石的溶解、亚硫酸盐的氧化和石膏结品等一系列物理化学过程组成。
（略）
为确保最有效地吸收SO,,液相中至少必须去掉一种反应产物，以保证平衡继续向右移动，从而使SO,继续不断地进人溶液。为达此目的，一方面加入吸收剂CCO,浆液，以消耗氢离子，另一方面通过加入氧气使SO房、HSO离子氧化生成硫酸盐。
2.石灰石的溶解和中和反应
研究表明，在脱硫过程中，石灰石需先溶于水后才能与SQ,反应，而不能以固态的小，比热小。
(4)不腐蚀或腐蚀性小，以战少设备投资及维护费用，
(5)来源丰富，容易得到，价格便宜
(6)副产品便于处理及操作不易产生二次污染，
完全满足上述要求的吸收剂是很难选择到的，只能根据实际情况，权衡多方面因素有所侧重地选择。目前国内外烟气脱硫中采用最多的是分布广泛、储量丰富、可以就地取材、价廉的石灰石以及由石灰石焙烧得到的石灰。在脱硫系统装置应用初期，大部分采用石灰作吸收剂，这是因为石灰更易与SO:反应，有较高的反应活性，能获得较高的脱硫效率。但石灰比石灰石贵得多，而且需要石灰消化设备，生石灰吸水性强，储存比石灰石困难得多，随着石灰石洗涤工艺技术的开发和发展，特别是就地强制氧化工艺的出现，用
石灰石作吸收剂的脱硫系统已成为电厂首选脱硫工艺，供应商通常只要用户没有特殊要求，或由于当地条件的原因，也是首先推荐石灰石脱疏系统工艺
在石灰石一石膏脱硫系统工艺中，石灰石的品质是重要的工艺指标之一，因为石灰石的品质影响脱硫效率、石灰石耗用量、石膏副产品的质量和对设备的磨损。石灰石的品位随产地不同有相当大的差别，用于湿法脱硫系统以及用来生产石灰的石灰石主要成分是碳酸钙，石灰石中还含有一些杂质，这些杂质会影响石灰或石灰石基脱硫系统的性能和可靠性。
纯碳酸钙为白色品体或粉末，分子量100.09，溶于酸而放出二氧化碳，极难溶于水，在以CO2饱和的水中溶解而成碳酸氢钙，加热至825℃左右分解为CO和CO2。
二、石灰石成分及要求
(一)石灰石化学成分
石灰石是以自然形态存在的碳酸钙所组成的沉积岩，在组成地壳的物质中，就丰度而言，石灰石仅次于硅酸盐岩石居第二位，几乎在世界各地都能找到，由于碳酸钙随着时间的变迁发生重结品，依重结品过程进行的条件可生成品体分散度不一的岩石，具有微品或粗晶结构，如大理石是粗品结构，白垩是最细散晶体结构。形成时间越久，石灰石越致密而坚硬，形成时间越短，结构越松软，因此，石灰石的化学成分、矿物组成及物理性质变动极大。我国多数石灰石矿的大致成分含量范围是：Ca0,45%53%;Mg0,0.1%
2.5%,Al:O,0.2%2.5%,Fc0.,0.1%2.0%,Si02,0.2%10%,烧失量，36%~43%。日本的石灰石来源于太平洋中部的珊瑚堆积物，它们经大洋板块漂移搬运至日本列岛，因此日本的石灰石有别于亚洲大陆、欧洲或美洲的石灰石，混入来自我国内地的泥沙较少，从而形成了纯度很高的石灰石矿床图1-6是脱硫系统中所用的一种石灰石石灰石主要由方解石组成，常混有白云石砂和黏土矿等杂质，因所含杂质不同而呈灰色、灰白色、灰黑色、浅黄色、褐色或浅红色等
石灰石一石膏湿法烟气脱硫理沦基础
第一节石灰石一石膏湿法烟气脱硫原理
一、脱硫主要化学反应
用石灰石浆液吸收SO,的反应主要发生在吸收塔内，由于进行的化学反应多且非常复杂，至今仍不完全清楚全部反应的细节。一般认为该反应过程由$O,的吸收、石灰石的溶解、亚硫酸盐的氧化和石膏结品等一系列物理化学过程组成。
（略）
为确保最有效地吸收SO,,液相中至少必须去掉一种反应产物，以保证平衡继续向右移动，从而使SO,继续不断地进人溶液。为达此目的，一方面加入吸收剂CCO,浆液，以消耗氢离子，另一方面通过加入氧气使SO房、HSO离子氧化生成硫酸盐。
2.石灰石的溶解和中和反应
研究表明，在脱硫过程中，石灰石需先溶于水后才能与SQ,反应，而不能以固态的小，比热小。
(4)不腐蚀或腐蚀性小，以战少设备投资及维护费用，
(5)来源丰富，容易得到，价格便宜
(6)副产品便于处理及操作不易产生二次污染，
完全满足上述要求的吸收剂是很难选择到的，只能根据实际情况，权衡多方面因素有所侧重地选择。目前国内外烟气脱硫中采用最多的是分布广泛、储量丰富、可以就地取材、价廉的石灰石以及由石灰石焙烧得到的石灰。在脱硫系统装置应用初期，大部分采用石灰作吸收剂，这是因为石灰更易与SO:反应，有较高的反应活性，能获得较高的脱硫效率。但石灰比石灰石贵得多，而且需要石灰消化设备，生石灰吸水性强，储存比石灰石困难得多，随着石灰石洗涤工艺技术的开发和发展，特别是就地强制氧化工艺的出现，用
石灰石作吸收剂的脱硫系统已成为电厂首选脱硫工艺，供应商通常只要用户没有特殊要求，或由于当地条件的原因，也是首先推荐石灰石脱疏系统工艺
在石灰石一石膏脱硫系统工艺中，石灰石的品质是重要的工艺指标之一，因为石灰石的品质影响脱硫效率、石灰石耗用量、石膏副产品的质量和对设备的磨损。石灰石的品位随产地不同有相当大的差别，用于湿法脱硫系统以及用来生产石灰的石灰石主要成分是碳酸钙，石灰石中还含有一些杂质，这些杂质会影响石灰或石灰石基脱硫系统的性能和可靠性。
纯碳酸钙为白色品体或粉末，分子量100.09，溶于酸而放出二氧化碳，极难溶于水，在以CO2饱和的水中溶解而成碳酸氢钙，加热至825℃左右分解为CO和CO2。
二、石灰石成分及要求
(一)石灰石化学成分
石灰石是以自然形态存在的碳酸钙所组成的沉积岩，在组成地壳的物质中，就丰度而言，石灰石仅次于硅酸盐岩石居第二位，几乎在世界各地都能找到，由于碳酸钙随着时间的变迁发生重结品，依重结品过程进行的条件可生成品体分散度不一的岩石，具有微品或粗晶结构，如大理石是粗品结构，白垩是最细散晶体结构。形成时间越久，石灰石越致密而坚硬，形成时间越短，结构越松软，因此，石灰石的化学成分、矿物组成及物理性质变动极大。我国多数石灰石矿的大致成分含量范围是：Ca0,45%53%;Mg0,0.1%
2.5%,Al:O,0.2%2.5%,Fc0.,0.1%2.0%,Si02,0.2%10%,烧失量，36%~43%。日本的石灰石来源于太平洋中部的珊瑚堆积物，它们经大洋板块漂移搬运至日本列岛，因此日本的石灰石有别于亚洲大陆、欧洲或美洲的石灰石，混入来自我国内地的泥沙较少，从而形成了纯度很高的石灰石矿床图1-6是脱硫系统中所用的一种石灰石石灰石主要由方解石组成，常混有白云石砂和黏土矿等杂质，因所含杂质不同而呈灰色、灰白色、灰黑色、浅黄色、褐色或浅红色等
（略）
在有些脱硫系统设计中，将氧化空气喷人浆液池的底部。在这种情况下，往往在吸收塔循环泵的人口加入新鲜石灰石浆液，此时，将循环泵人口到喷嘴之间的管道、泵体空间视为中和区。
避免将新鲜石灰石加人氧化区，不仅可防止过多的CCO,进人脱水系统从而带人石膏副产品中，影响石膏纯度和石灰石的利用率，而且有利于HSO,”氧化。因为当存在过量CaCO,时，浆液pH值升高，有助于CaSO,·2H,O的形成，溶解氧要氧化CaSO·合H:0是很困难的，除非有足够多的H使其重新溶解成HS0。再则，补充的新鲜石灰石浆液直接进人吸收区有利浆液吸收SO,,避免浆液pH值过快下降。吸收区内高气一
液接触表面积，也有利于提高石灰石的溶解速度。
通过前面的讨论可知，除了S0:的吸收和溶解几乎只在吸收区发生外，吸收区、氧化区和中和区都会程度不一地发生氧化、中和反应和结品所出。由于浆液的一次吸收循环周期大致是数分钟，而浆液在吸收区的停留时间仅4s左右，因此大部化学反应发生在浆液池内。另外，在喷淋层之后的除雾器、烟道、GGH等也会发生部分反应。
第二节 吸收剂石灰石特性
一、概述
锅炉排烟中的SO:是一种酸性气体，脱硫系统中需用一种碱性物质来中和排烟中的SO,,从理论上说，只要能中和SO,、反应速度有实际利用价值的碱或酸性低于H,SO,的弱碱盐都可以作为脱除SO,的吸收剂，吸收剂的性能从根本上决定了SO,吸收操作的效率，因而对吸收剂有一定的要求。吸收剂一般可按下列原则进行选择：
(1)吸收能力高。要求对SO,具有较高的吸收能力，以提高吸收速率，诚少吸收剂的用量，诚少设备体积和降低能耗。
(2)选择性能好。要求对SO,吸收具有良好的选择性能，对其他组分不吸收或吸收能力很低，确保对SO,具有较高的吸收能力，
(3)挥发性低，无毒，不易燃烧，化学稳定性好，凝固点低，不发泡，易再生，黏度（略）
避免将新鲜石灰石加人氧化区，不仅可防止过多的CCO,进人脱水系统从而带人石膏副产品中，影响石膏纯度和石灰石的利用率，而且有利于HSO,”氧化。因为当存在过量CaCO,时，浆液pH值升高，有助于CaSO,·2H,O的形成，溶解氧要氧化CaSO·合H:0是很困难的，除非有足够多的H使其重新溶解成HS0。再则，补充的新鲜石灰石浆液直接进人吸收区有利浆液吸收SO,,避免浆液pH值过快下降。吸收区内高气一
液接触表面积，也有利于提高石灰石的溶解速度。
通过前面的讨论可知，除了S0:的吸收和溶解几乎只在吸收区发生外，吸收区、氧化区和中和区都会程度不一地发生氧化、中和反应和结品所出。由于浆液的一次吸收循环周期大致是数分钟，而浆液在吸收区的停留时间仅4s左右，因此大部化学反应发生在浆液池内。另外，在喷淋层之后的除雾器、烟道、GGH等也会发生部分反应。
第二节 吸收剂石灰石特性
一、概述
锅炉排烟中的SO:是一种酸性气体，脱硫系统中需用一种碱性物质来中和排烟中的SO,,从理论上说，只要能中和SO,、反应速度有实际利用价值的碱或酸性低于H,SO,的弱碱盐都可以作为脱除SO,的吸收剂，吸收剂的性能从根本上决定了SO,吸收操作的效率，因而对吸收剂有一定的要求。吸收剂一般可按下列原则进行选择：
(1)吸收能力高。要求对SO,具有较高的吸收能力，以提高吸收速率，诚少吸收剂的用量，诚少设备体积和降低能耗。
(2)选择性能好。要求对SO,吸收具有良好的选择性能，对其他组分不吸收或吸收能力很低，确保对SO,具有较高的吸收能力，
(3)挥发性低，无毒，不易燃烧，化学稳定性好，凝固点低，不发泡，易再生，黏度（略）