第三篇 脱硫与脱硝设备
第一章 脱硫设备
本章介绍FGD系统主要设备的技术、选型和材料方面的问题。石灰石湿法烟气脱硫主要设备有吸收塔、增压风机、烟气再热器、烟气挡板门、烟道膨胀节及烟道、循环浆泵、除雾器及其冲洗系统、喷嘴及喷淋层、管道及阀门、搅拌器、湿式球磨机、氧化风机、石膏脱水设备、仪表、废水处理系统设备等。
第一节 吸收塔
吸收塔是燃煤烟气湿法脱硫装置的核心设备，烟气的洗涤、二氧化硫的吸收、副产物亚硫酸钙的氧化均在塔内进行。根据气液接触的不同，可把常用的吸收塔分为喷淋塔、鼓泡塔、液柱塔、填料塔、动力波塔、双回路吸收塔等几种形式。
各种类型的吸收塔的技术特性比较见表3111，其中喷淋塔结构简单、运行维护方便，脱硫效率高、工程业绩多、技术成熟，是脱硫工艺的主流塔型。
一、喷淋塔
喷淋塔在塔内布置几层喷淋层，吸收剂由循环泵输送至喷淋层，通过喷嘴雾化成液滴，液滴与烟气充分接触，洗涤烟气中的二氧化硫，完成传质过程，净化烟气，是目前脱硫装置中应用最多的塔型。一般在塔内布置三层以上的喷淋层，每层间距1.5～2m，喷嘴形式、压力直接影响浆液雾化粒径，理论上讲，雾化粒径越细，气液接触表面积越大，传质效果越好，也有利于液滴在烟气中悬浮，延长气液有效接触时间，对提高脱硫效率有积极作用。液滴在塔内停留时间与雾化粒径、喷嘴出口速率、烟气流向、烟气流速等有关。
表3111
几种常用的吸收塔的技术特性比较
1.德国FBE公司喷淋塔
2.鲁奇·能捷斯·比晓夫公司喷淋塔
德国FBE公司喷淋塔的其主要特点如下：
德国鲁奇·能捷斯·比晓夫公司喷淋塔，具有如下技术特点：
（1）无填料喷淋空塔。吸收塔采用单循环喷雾空塔，无内部填料，表面平滑，内部采用强制氧化，降低塔内结垢堵塞倾向。
（2）浆液停留时间长。浆池足够大，一般浆液停留时
间5min。
（1）采用池分离器技术将吸收塔反应池分为pH值不同的两部分，可以在单回路系统内获得双回路系统的效果，分别为氧化和结晶过程提供最佳反应条件，从而提高石膏质量并得到最佳的氧化空气利用效率，也有助于进一步提高脱硫效率。
（3）搅拌悬浮强制氧化专利技术。搅拌器分上下两层布置，上层为氧化搅拌器，与氧化空气喷枪结合使用，使浆液中的固体物质与氧化空气接触，加强浆液的氧化反应，这是FBE公司的专利技术；下层为悬浮搅拌器，使浆液中的固体物质保持在悬浮状态，避免浆液沉淀。这种氧化方式的设置可以提高系统氧化效果、降低氧化风机的压头，从而降低投资和系统电耗，并且在长期停运时，上下搅拌器均可停运。
（2）采用脉冲悬浮系统避免在吸收塔内安装易磨损腐蚀、搅拌不够均匀的机械搅拌部件。该系统具有节省能耗、搅拌均匀、在长时间停运后重新投运时可使吸收塔浆液快速悬浮、停车时无需运行脉冲悬浮泵等优点。
（3）喷淋层喷嘴布置进行了优化，从而增加了传质表面积、降低压降、降低循环液体用量。
（4）独立的循环泵设置，每个喷淋层配一台循环泵。①流量、扬程准确，确保喷嘴的雾化效果和传质反映；②可以增加系统运行的灵活性，在低负荷和低二氧化硫浓度时可停运部分泵，降低运行成本；③循环泵的叶轮备用少，高扬程泵叶轮可以经过切割处理后换到低扬程泵继续使用。
除雾器采用特殊的屋脊型除雾器布置方式，由此可以降低气体压降、改善气流分布、便于安装及维护、节约冲洗水量。
3.美国B&；W公司喷淋塔
美国B&；W公司喷淋塔模型有如下特点：
（1）可适应多种吸收剂：在已投运的FGD装置中采用了
各种吸收剂，包括石灰石、石灰、镁石、废苏打溶液。
（2）可适应多种燃料烟气：已为燃煤、油、垃圾、奥里油以及含硫量达8%的石油焦的机组提供了FGD装置。
（3）适用于高硫煤：其处理原烟气中二氧化硫含量最高达
13252mg/m3 （标态）。
（4）脱硫效率高：一般大于95%。
（5）燃煤锅炉烟气的除尘效率高，达到80%。（6）负荷适应性好，对负荷变化反应快。
（7）B&；W公司专利技术交叉喷淋可减少吸收塔的高度。（8）采用B&；W公司专利技术———托盘。采用托盘具有以
下优势：①气流均布，烟气由吸收塔入口进入，形成一个涡流区，烟气由下至上通过合金托盘后流速降低，并均匀通过吸收塔喷淋区；②提高脱硫效率，由于托盘可保持一定高度液膜，当气体通过时，气液强烈接触，可以起到吸收气体中部分污染成分的作用，从而有效降低液气比，提高了吸收剂的利用率，降低了循环浆液泵的流量和功耗；③检修维护方便，设置合金托盘后，塔内部件检修时不需搭建临时检修平台，运行维护人员站在合金托盘上就可对塔内部件进行维护和更换。
4.川崎喷淋塔
川崎喷淋塔及新型吸收塔采用先进的逆流喷淋塔。烟气由一侧进气口进入吸收塔的上升区，在吸收塔内部设有烟气隔板，烟气在上升区与雾状浆液逆流接触，处理后的烟气在吸收塔顶部翻转向下，从位于吸收塔烟气入口同一水平位置的烟气出口排至除雾器。逆流喷淋塔具有以下特点：
（1）吸收塔的构造为内部设隔板、排烟气顶部反转，出口内包藏型的简洁吸收塔。
（2）采用螺旋状喷嘴，所喷出的三重环状液膜气液接触效率高，能达到高效吸收性能和高除尘性能。
（3）通过调整烟气流速到最佳值和布置合理的导向叶片，达到降低阻力、节能的效果。
（4）吸收塔出口部具有除水滴的作用可降低除雾器负荷，确保除雾器出口水滴达标。
（5）出口除雾器的布置高度低，便于运行维护、检修、保养。
（6）吸收塔内部只布置喷嘴，构造简单且没有结垢堵塞。（7）通过控制泵运行台数可以针对负荷的变化达到经济
运行。
（8）低压喷嘴所需泵动力小，为节能型。
（9）单个喷嘴的喷雾量大，需要布置的数量少。
喷嘴材质为陶瓷，耐腐蚀、耐磨损，具有30年以上使用寿命的吸收塔塔体材料为碳钢内衬玻璃鳞片。吸收塔烟气入口段为耐腐蚀、耐高温合金。
吸收塔内上流区烟气流速达到4.1m/s，下流区烟气流速为10m/s，一般在上流区配有3组喷淋层，每组喷淋层由带连接的母管制浆液分布管道和喷嘴组成。喷淋组件及喷嘴的布置设计成均匀覆盖吸收塔上流区的横截面。喷淋系统采用单元制设计，每个喷淋层配一台与之相连接的吸收塔浆液循环泵。
每台吸收塔配3台浆液循环泵，运行的浆液循环泵数量根据锅炉负荷的变化和对吸收浆液流量的要求来确定，在达到吸收效率要求的前提下，可选择最经济的泵运行模式，以节省能耗。
吸收了二氧化硫的再循环浆液落入吸收塔反应池。吸收塔反应池装有6台搅拌机。氧化风机将氧化空气鼓入反应池，氧化空气分布系统采用喷管式，氧化空气补分布管注入到搅拌机
桨叶的压力侧，补搅拌机产生的压力和剪切力分散为细小的气泡并均布于浆液中，一部分 HSO3-在吸收塔喷淋区被烟气中的氧气氧化，其余部分的 HSO3-在反应池中被氧化空气完全氧化。
吸收剂（石灰石）浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的浆液在吸收塔内循环。
吸收塔排放泵连续地把吸收浆液从吸收塔送到石膏脱水系统，通过排浆控制阀控制排出浆液流量，维持循环浆液浓度大
约为25%（质量比）。
脱硫后的烟气通过除雾器来减少携带的水滴，除雾器出口的水滴含量不大于75mg/m3（标态）。两级除雾器安装在吸收塔的出口烟道上，除雾器由聚丙烯材料制作，型式为Z型，两级除雾器均用工艺水冲洗。冲洗过程通过程序控制自动完成。
吸收塔入口烟道侧板和底板装有工艺水冲洗系统，冲洗按自动周期进行。冲洗的目的是为了避免喷嘴喷出的石膏浆液带入入口烟道后干燥黏结。
在吸收塔入口烟道装有事故冷却系统，事故冷却水由工艺水泵提供，当吸收塔入口烟道由于吸收塔上游设备意外事故造成温度过高而旁路挡板未及时打开或所有的吸收塔循环泵切除时本系统启动。
二、鼓泡塔
鼓泡塔原理就是烟气通过多个管道分散后直接导入吸收塔的浆液池中，一定压力的烟气冲击浆液，产生大量气泡，气液混合接触，在混合和翻腾的过程中烟气中的二氧化硫被浆液吸收，经吸收后的气泡汇聚排出吸收塔，该塔结构复杂，塔的高度相对较低，但吸收塔本体占地大，阻力大。
该技术是由日本千代田公司开发第一代烟气脱硫工艺CT 101工艺，它以含铁催化剂的稀硫酸作为吸收剂，副产物为石膏。1976年，在CT101基础上，千代田公司又开发了第二代烟气脱硫系统CT121，这项技术将二氧化硫的吸收、氧化、中和、结晶和除尘等几个工艺过程合并在一个吸收塔内完成，这个吸收塔反应器即是此工艺的核心，称为喷射式鼓泡反应器。
鼓泡塔改变了CT101工艺吸收塔的方式，使吸收剂成为连续相而吸收质成为分散相，从而大大降低了传质阻力，加快了反应速度，增大了设备的处理能力，整个装置系统简单，占地面积小，投资省，运转费用低。
在石灰（石灰石）脱硫工艺中，为提高效率并防止结垢，液气比越来越大，吸收液在塔外的循环量越来越多，造成投资和运行费用的增加。千代田公司早年研究、开发JBR（鼓泡塔）脱硫技术是将烟气通过气体分布装置JBR内吸收液形成气泡层进行脱硫反应，如图3111所示的JBR有两个区：喷射鼓泡区与反应区。烟气被气体所分散，该装置的开口在液面下100～400mm处。这种气体分散方法使表观气体流速达到数千m3/（m2·h），是通常鼓泡塔气速的10倍。该装置产生一喷射鼓泡层，其中液体被气流搅拌，而气泡则被液体运动所细分。在这一层中，由于气液界面大，液体作涡流运动，效率高。在喷射鼓泡层内气相停留时间短（0.5～1.5s），液相在JBR内的停留时间则长达1～4h。
在反应区（包含液相主要部分），由于空气鼓泡与机械搅拌（有的JBR反应器安装有机械装置）使空气与液体充分混合。由于有悬浮的石膏晶种和足够的停留时间，可使石膏晶粒长至需要大小。
图3111所示为喷射鼓泡区与反应区的液体流动情
况，气泡在喷射鼓泡区引起的液体环流代替了泵（通常石灰/石灰石法用泵使液体在塔外循环）的作用。
图3111 鼓泡区与反应区的液体流动
图31 1 2是气体喷射装置，气体由出气口以5～20m/s的速度水平喷射至液体中时，在出气口水平附近形成气体喷射泡，然后由于浮力作用而曲折向上。气泡被急剧分散，形成喷射鼓泡层。在喷射鼓泡层中，气体塔藏量与侵入深度及释放气速有关，浸入越浅或释放气速越快，气体塔藏量越高。
液体深度为100～400mm时，气体塔藏量为0.5～0.7，在这
些条件下，气泡直径相当于3～20mm的球。
图3112 气体喷射装置
鼓泡塔的实际应用表明它有以下几个显著特点：
（1）工况适应性强。当入口烟气量和烟气中S02含量发生变化时，鼓泡塔除了可通过调节浆液pH值外，还可调节液位高度即喷射管的浸没深度来满足脱硫效率。液位可控，以适应不同的煤种，同时也能较好地适应机组负荷的变化。
（2）副产物品质好。生成的石膏晶体颗粒大，平均粒径可达70μm，易于脱水，石膏的品质较好。
（3）附带除尘效果好。烟气在液体中鼓泡时有类似水膜除尘的效果，因此鼓泡塔对烟气除尘的效果更好。试验论证明，对大于2μm的粉尘可除去99%，对0.6～1μm的粉尘除尘效果明显下降，对0.6μm以下的粉尘则没有效果。
（4）无需喷淋层和循环泵、占地大。鼓泡塔省略了浆液循环泵和喷淋层，将氧化区和脱硫反应区整合在一起，且将除雾器布置在出口烟道，使塔的高度降低，但鼓泡塔的单塔的直径
大（台山电厂为φ23m×17.8m），占地面积较大。
（5）鼓泡塔内部结构较复杂，安装难度和维护量大。
（6）系统阻力大、能耗高。由于结构复杂且烟气要通过浆
液层，使系统阻力增大，增压风机的功率也比喷淋塔的大，尽管省去了循环泵，但设有烟气冷却泵，若要提高烟气脱硫效率，必须提高塔内的鼓泡区液面高度，而增加1mm的液面高度就意味着增加1mm石膏浆液的烟气压降。因此JBR系统总的电耗要比喷淋塔大。
（7）需要预喷淋降温装置。鼓泡塔内部烟气的喷射管采用PVC管，上升管和氧化空气管、隔板及冲洗水管等均为玻璃钢FRP材料，对温度要求高，要求进入鼓泡塔的烟气不能超过65℃，在进入吸收塔之前烟气进行降温，使烟气系统复杂化；如采用合金，则价格昂贵。
（8）浆液携带量大，对除雾器设计要求高。鼓泡塔出口烟气携带的液滴含量高，对尾部烟道、GGH的运行不利、国内部分电厂运行中频现除雾器堵塞情况。当采用湿烟囱排放时，有时会出现较为严重的“石膏雨”。
三、液柱塔
液柱塔烟气洗涤技术采用浓浆洗涤工艺，同一规格的循环泵及备用泵采用母管制，输送至喷淋系统，通过分配支管与塔内喷浆管相连，喷淋层的浆液喷嘴向上喷射[浆液浓度30%（wt%）]，通过顺流、逆流双向洗涤脱除烟气中的二氧化硫。液柱塔原理示意图如图3113所示。
图3113 液柱塔原理示意图
液柱的形成和脱硫的机理。液柱塔的浆液从喷嘴喷出后上升的过程中及从液柱顶端向下回落的过程中，可与烟气重复接触2次，通过液气的这种高效率接触达到脱硫。此外，因到达液柱顶端的浆液其上升速度和下降速度均为零，在此处形成高密度的液滴层，液气之间可充分接触而达到高效脱硫。液柱塔的高效脱硫性能是靠上述两次重复接触和液柱顶端形成的高密度区域来实现的。
液柱塔的液柱高度和脱硫效率的关系。液柱塔的所有循环均由同一根喷浆母管相连接，泵的运行台数可按照锅炉负荷进行追踪控制。泵的运行台数发生变化时液柱高度也会发生变化。
四、动力波吸收塔
原烟气从进气管进入动力波烟气洗涤塔，如图3114所示。烟气从进气管由上而下与逆流喷嘴向上喷的洗涤液发生碰撞形成高涡流的泡沫层。在气液接触的过程中烟气中大部分的二氧化硫与洗涤浆液或碱性浆液反应生成亚硫酸盐，在塔底氧化浆池中鼓入空气氧化成硫酸盐，同时烟气由布置在进气管与塔壁之间的除雾系统除雾后排放。该技术隶属于美国原孟山都环境化学公司。
五、双回路吸收塔
双回路吸收塔（DLWS）的特点是有两个独立的反应罐和
下回路浆液浓度至12%～15%（质量比）。上回路循环浆液的浓度也需要控制，通常为8%～12%（质量比）。
由此可以看出，DLWS较之前面讨论的单循环吸收塔结构和设备要复杂些，所需测量和控制设备也要多些，操作要繁琐些。
DLWS通过优化两个不同的浆液循环回路的化学反应过程可以获得一些特有的优点。通过分析上、下循环回路的主要化学反应可以看出其特有的优点。
下循环回路主要化学反应为
SO2+CaCO3+12 O2+2H2O—→CaSO4 ·2H2O+CO2 CaSO3 · 12 H2O+12 O2+32 H2O—→CaSO4 ·2H2O
SO2+CaSO3·12H2O+12H2O—→Ca（HSO3）2
上述反应生成的Ca（HSO3）2使下循环浆液具有相当强的缓冲性能，使得浆液的pH值不会因为烟气中SO2浓度的变化而发生太大的波动，大致为4～5。这使得下回路具有以下特点：
图3114 动力波吸收塔
形成两个循环回路，这两个循环回路在不同的pH值下运行，其工艺流程如图3115所示。
（1）下回路的低pH值有助于石灰石溶解，使浆液中的石灰石得以充分利用，从而减少了石灰石耗用量，提高了石膏质量，可使Ca/S仅略高于1.0。下回路的低pH值使得来自上回路的CaSO3 ·1/2H2O的溶解度增大，可以使亚硫酸盐几乎全部就地氧化；而且有助于提高氧化空气利用率，降低氧化风机容量，下循环浆液脱水后可获得高纯度的石膏副产品。
（2）烟气中的HCl、HF大部分在下回路中被脱除，上循环浆液中Cl-的浓度仅相当于下循环浆液的1/10，因此对于吸收塔不同部位可以采用不同的防腐材料。
通过上述分析，可以看到下循环回路的主要功能和特点是：冷却烟气，吸收部分SO2，脱除大部分 HCl、HF，充分溶解上回路溢流液中带入的CaSO3，强制氧化充分，可获得高纯度石膏产品。
上循环回路的主要功能是获取脱硫效率，上循环浆液固体物中过量CaSO3多达20%及以上，pH值为6左右。上循环回路主要化学反应式为：
SO2+CaCO3+12 H2O—→CaSO3 · 12 H2O+CO2
SO2+2CaCO3+32 H2O—→CaSO3 · 12 H2O+Ca（HCO3 ）2
图3115 双回路吸收塔工艺流程
上述反应中生成的Ca（HCO3）2以及过量的石灰石的存在，使上循环浆液具有很高的缓冲容量，使得上回路浆液pH值可自动调节在6.0左右。浆液的高pH值以及高缓冲容量使得可以在低液气比情况下，即使吸收塔入口烟气流量或SO2浓度发生较大变化，也能保持稳定和较高的SO2脱除效率。
下循环浆液来自作为吸收塔塔体基础的下回路反应罐，下循环浆液经下回路循环泵送至位于吸收塔较低处的下循环喷淋母管中，进入吸收塔的烟气被喷出的下循环浆液冷却至饱和温度，经预洗涤后的烟气向上提升，经碗形集液斗上的导流叶片进入上循环回路的吸收区，上吸收区通常布置有2～3个喷淋层，为了提高脱硫效率也有的在上吸收区布置填料床。来自另一个单独的上吸收区加料吸收塔槽的上循环浆液经上循环泵送至上吸收区，洗涤烟气后经集液斗流回加料槽，构成上循环回路。加料槽的溢流浆液流入下回路反应罐中。石灰石浆液可以单独加入加料槽中，也可以同时引入下回路反应罐中。下回路反应罐中的浆液经吸收塔出浆泵送至脱水系统，经水力旋流器、真空皮带过滤机脱水的到高质量的石膏副产物。经水力旋流器分离出来的部分浓浆和溢流稀浆返回下回路反应罐，调节
表3112列出了DLWS上、下循环浆液的组成和特性，通过对比可以清楚地看到上、下循环回路的工作特点。表3112 DLWS上、下循环浆液组成和特性
续表
① 添加有DBA，浓度1470mg/L，上下循环回路均采取了强制氧化。② 与负荷有关。
③ 与石灰石纯度有关。
DLWS的主要缺点是：较之单循环 WLFGD要多一个加料槽、集液斗和导流叶片以及相应的机械、测量和控制设备；上、下循环回路会互相影响，需协调运行才能获得满意的结果，增加了操作的复杂性。
第二节 增压风机
增压风机是用于克服FGD装置的烟气阻力，将原烟气引
入脱硫系统，并稳定锅炉引风机出口压力的重要设备。它的运行特点是低压头、大流量、低转速。在加装脱硫的情况下，锅炉送、引风机无法克服FGD的烟气阻力，所以锅炉加装脱硫装置时，必须设置增压风机。
增压风机一般有离心式、静叶可调轴流式、动叶可调轴流式三种形式。
一、离心风机
1.优点
（1）在设计工况下，风机效率最高。（2）叶片形式多样，抗磨性能好。
2.缺点
（1）叶片直径较大，占地面积大。（2）负荷调节性能差。
（3）运行值偏离设计点时效率下降快。（4）检修不方便。
二、静叶可调轴流风机
静叶可调轴流风机由进气箱、进口调节门、导叶环机壳、扩压器和转子组成。电动机通过挠性联轴器直接传动风机主轴。主轴有两种支撑方式：两端各有一个轴承座形式和整体式轴承箱的悬臂形式。叶轮与主轴用高强度螺栓联结。前种轴承形式叶轮检修拆装后，需要重新调中心。静叶可调轴流风机系统如图3121所示，其外形图如图3122所示。
图3121 静叶可调轴流风机系统
该风机在运行中进口导叶依靠调节执行器进行调节，从而达到调节风压、风量的目的。
静叶可调轴流风机受其特性限制，风机效率一般小于87%，适用压力系数和效率在离心风机和动叶可调轴流风机之间。
根据图3123调节机理图可以分析出，当入口调节阀关小时，风机入口气体的压强也降低，响应的气体密度就变小，其风机性能曲线也发生响应的改变，于是节流后的工作点由D1移至D2点上。该形式风机适用于压力较大的风动力环境。
2.优点
（1）负荷调节性能比离心好，比动调差，介于两者之间。（2）调节系统采用电动或气动执行机构，可靠性高，系统
简单，维护方便。
3.缺点
效率相对较低。
三、动叶可调轴流风机
动叶可调轴流风机如图3124所示，动叶可调即是叶片角度在风机运行中可依靠液压调节机构进行调节，改变风机风压、风量。动叶可调轴流风机由进气箱、带导叶机壳、扩压器和转子组成；电动机通过中间轴传动风机主轴；机壳具有水平中分面，便于安装和检修；转子由叶轮、轴承箱、中间轴、液压调节机构等组成。该形式风机适用于中低压的风动力环境。动叶可调轴流风机调节机理如图3125所示。
图3122 静叶可调轴流风机外形
图3123 静叶可调轴流风机调节机理
图3124 动叶可调轴流风机系统
2.优点
调节性能好，能很好地适应变负荷工况运行。
3.缺点
（1）耐磨性差。
（2）液压调节系统复杂，维护难度大，费用高。
（3）初投资高。
四、静、动叶可调轴流风机比较
一般湿法脱硫工程采用轴流风机，离心风机较少采用，下面就静调、动调两种轴流风机进行比较。
1.可靠性
图3125 动叶可调轴流风机调节机理
静调和动调轴流风机可靠性指标均为99%，但由于动调、静调各自的结构、性能特点，在高温含尘烟气的工作条件下，动调叶片磨损的潜在风险较静调高。
2.投资
静叶可调轴流风机比较便宜，大约是动叶可调价格的70%～80%，由于其转速低，基础施工费略低。
3.维护费
风机的维护费用主要考虑的是叶片的更换。动调风机的叶片是靠堆焊和喷涂耐磨材料来提高磨损寿命的，其寿命较静调短，且叶片更换费用高。另外，液压系统易出现漏油、卡涩，现场维修量大。
4.运行费
运行费主要是指由于风机的功耗产生的费用。由于动调风机调节特性好，在30%～100%BMCR工况下，保持较高的效率，所以其运行费用较静调风机一般低10%左右。
综上所述，风机的选型要根据具体机组情况综合考虑。当机组为调频机组时，且送、引风机为变频或动调时，宜选用动叶可调轴流风机；当机组带基本负荷，或送、引风机为离心风机或静调时，宜选用静叶可调轴流风机。
第三节 烟气换热器
吸收塔出口烟气温度在50℃左右，目前有加热排放和不加热排放两种方式。加热可提高烟气的抬升高度，有利于污染物的扩散并避免降雨及减少白烟。我国《火力发电厂烟气脱硫
设计技术规程》DL/T5196—2004中规定：“烟气系统宜装设
烟气换热器，设计工况下脱硫后烟囱和烟道有完善的防腐和排水措施并经技术经济比较合理时，也可不设烟气热器”。
一、脱硫系统净烟气再加热的方法
1.气—气换热器（GGH）
气—气换热器有回转式GGH和管式GGH两种型式，它利用脱硫系统上游的热烟气加热下游的净烟气，其原理与锅炉的空气预热器完全相同，是目前大型FGD装置中应用最为普遍的换热器类型。它有双重功能，即原烟气冷却和净烟气再加热功能，原烟气经GGH降低烟气温度后，进入吸收塔，有利于进行化学反应，同时放出热量，这部分热量用来加热在换热器另一侧的净化烟气，以提高FGD装置的出口烟气温度，这样一个放热和吸热过程是通过同一个热交换器完成的。
回转式气—气换热器工作原理如图3131所示。回转式烟气换热器在300MW以上和部分200MW容量锅炉的烟气脱硫中获得广泛应用。回转式换热器不是靠传导作用传热的，而是通过回转的热结构在原烟气区吸热，转至净烟气区放热来实现热量传递的，结构上比较紧凑，烟气处理量大，但漏气量大，过去一般在10%以上，有的达到30%左右；随着技术的发展，不断改进的烟气换热器漏气量逐渐减少，有的漏气量已降至1%以下，使得回转式烟气再热器的优势更为突出。回转式GGH的初投资和运行维护费用都很高，且有腐蚀、堵塞、泄漏等问题，国外早期的脱硫系统上应用较多，但目前应用较少；而国内早期脱硫系统中都装设有回转式GGH，近几年的新建机组安装较少。
管式换热器通常用在200MW以下容量的机组锅炉烟气脱硫中，其工作原理如图3131所示，原烟气通过管壁的热传导作用加热净烟气，无烟气泄漏，但传热系数较小，烟气处理量小，易发生低温腐蚀、堵灰和磨损等问题，所以应用很少。
2.水—气换热器
水—气换热器简称 MGGH，又称为分体水媒式换热器，是无泄漏型换热器。由两组分开布置的热交换器组成：热烟气
图3131 回转式气—气换热器工作原理
室和净烟气室，在热烟气室热烟气将部分热量传给循环水，在净烟气室净烟气再将热量吸收。通常将吸收塔上游侧的热交换器称作降温换热器，将下游侧的换热器中做再加热器，在这两组换热器间通过泵送传热液体来实现热量的传递。在日本基本上采用这种形式，我国重庆珞璜电厂的脱硫系统也采用此种加热器。
3.汽—气加热器
汽—气加热器即用热蒸汽加热净烟气，此种加热器属于非蓄热式间接加热工艺，这一工艺流程是在管内流动的低压蒸汽将热量传给管外流动的烟气，蒸汽流量根据净烟气加热后的温度来调节。其特点是设计和运行简单，初投资小，在场地受限时可用，但能耗大，运行费用高，也易出现因腐蚀、管子附沉积物而影响换热效果的问题。
4.热管换热器
热管换热器是一种新型高效传热元件，其传热原理如图3 132所示，工质在密闭的热管内部，在热流体端吸热汽化，至冷流体端气体工质放热变成液体，同时热时通过管壁传导给管外的冷流体。热管式换热器还可采用分离式结构，如图3133所示，采用分离式结构易于合理布置加热段和冷却段，有利于实现换热器的大型化，同时，冷热流体间可绝对分隔，完全无泄漏。由热管组成的换热器传热效率高，面积小，结构紧凑，烟气流动阻力小，热媒循环过程不需外加动力，无烟气泄漏，是一种很有发展前途的新型换热器；但与其他类型换热器一样，面临低温腐蚀和积灰堵塞问题。热管换热器目前还没有在脱硫工程上获得广泛的应用。
5.旁路再热
烟气部分脱硫时，未脱硫原热烟气与脱硫系统净烟气混合排放，混合后的烟气温度取决于旁路烟气量和烟气相对温度。假设烟气完全混合，烟气总量中约1%的旁路烟气可以提高吸收塔出口烟气温度0.9℃。烟气再热的程度受到净烟气中液滴量的影响，净烟气中存在水分越多，混合烟气温度越低，因为大部分热量被用于蒸发这些液滴。旁路再热系统设计简单，安装和运行费用低廉，一个主要的缺陷是旁路中未处理的原烟气降低了脱硫系统总的脱硫效率，因此只适用于脱硫效率要求不高（＜80%）的机组。在美国，当所需平均脱硫效率在70%左右时大多用烟气旁路再热。此外，旁路再热导致烟气混合区域非常严重的腐蚀，需很好地进行防腐处理和定期维护。我国
图3132 热管传热原理
图3134 回转式换热器结构
图3135 烟气换热器传热元件
图3133 分体式热管换热器传热原理
太原第一热电厂水平流脱硫系统、珞璜电厂二期就用烟气旁路再热。随着环保要求的提高，目前国内已很少使用。
6.其他
换热元件由两种不同形状的薄钢板制成，一片钢板上是波纹的，另一片上则带有波纹和槽口，波纹与槽口间成30°夹角。带波纹的换热片及带有波纹和槽口的换热片交替层叠。波纹间交叉成60°。槽口、转子轴和烟气流平行布置，使元件板之间保持适当的距离。使烟气流经GGH时形成较大的紊流。
在美国等国家有用加热后的热空气或用天然气、油燃烧后与净烟气混合排放的应用，目前此类应用已很少，因为无论是用汽或燃料，运行成本都很高。
二、回转式换热器
制作换热元件的钢板首先被加工成形，再渡上搪瓷，为方便运输和吊装将它们装入元件盒。这些换热元件都可以反向使用，每个角上的支撑板条部都有吊装孔。
回转式换热器结构示意图如图3134所示，由受热面转子和固定的外壳组成，外壳的顶部和底部把转子的通流部分分隔为两部分，使转子的一边通过未处理热烟气，另一侧以逆流通过脱硫后的净烟气。每当转子转过一圈就完成一个热交换循环。在每一循环中，当换热元件在未处理热烟气侧时，从烟气流中吸取热量，当转到脱硫后净烟气侧时，再把热量放出传给烟气。回转式烟气再热器GGH的传热元件由波纹板组成，波纹板由厚度0.5～1.25mm的钢板制成，并在表面镀工业搪瓷以防止腐蚀。由于回转式烟气再热器GGH的转动部分与固定部分之间总是存在着一定的间隙，同时由于两侧烟气之间有压差，未处理烟气就会通过这些间隙漏入净烟气侧，采用烟气密封措施，即用净烟气作为密封气体，升压后充当隔离气体，在制造和安装较好的情况下，泄漏量可保证在0.5%～2%。在烟气脱硫系统中广泛采用该种换热器作为烟气换热器。
2.转子
连在圆形钢制中心筒上的考顿钢板构成转子的基本框架，如图3136所示。转子的中心盘与中心筒连为一体，从中心筒延伸到转子外缘的径向隔板分为多个扇区。这些扇区又被分割板和二次径向隔板分割，与垂直于它们的环向隔板加强转子，并支撑换热元件盒，元件盒的支撑钢板被焊接到环向隔板的底部。
1.换热元件
换热元件（见图3135）都布置在同一层，运行时有“冷端”和“热端”之分。这些换热元件都由碳钢板加工而成并在表面加镀搪瓷。GGH“冷端”是未处理烟气出口和处理烟气入口，由于吸收塔出口烟气湿度较高，而温度较低，所以更容易被腐蚀。
图3136 回转式GGH—48仓转子
沿着径向隔板的顶边、底边和外部垂直边上钻孔，以便安装密封片，这同样也适用于二次隔板和径向密封板。
9.转子导向轴承
顶部导向轴承位于轴套内，轴套落在转子驱动轴的轴肩上，通过紧锁盘与驱动轴固定。轴承和部分轴套在轴承箱内。
转子由20～30个周围平直的扇区构成，每个扇形隔仓包含若干个换热元件盒。
3.转子外壳
轴承凳板由两个焊接在轴承箱两侧的外伸支架焊接构成，用来将轴承箱定位并固定到顶部结构上。焊接在顶梁上的调整螺钉可用来定位转子。
转子外壳包围转子并构成再热器的一部分，由预加工的钢板制成，内部渡有玻璃鳞片。GGH外壳组装成八面体结构，其端部由端柱和顶、底部结构的管撑支撑。端柱能够满足GGH外壳的不同位移。
轴承采用油脂润滑，润滑油牌号与支持轴承所用的相同。轴承箱上设有注油孔和油位计。
10.转子密封
转子外壳支撑顶部和底部过度烟道的外侧，这些烟道连接在顶部和底部的基板上。
4.端柱
转子密封的主要作用是在正常负荷下，使烟气泄漏量最小。密封板最初安装时在冷态下设定，这样，当 FGD在100%负荷下运行时，转子密封片就会刚好离开密封表面。运行中，转子的膨胀填补了密封片顶部与密封板之间的间隙。
端柱由低碳钢板加工而成，内镀玻璃鳞片。端柱支撑含转子导向轴承的顶部结构。每个端柱都支撑着一个轴向密封板，该板为端柱的一部分并支撑着转子外壳。端柱与底部结构的末端相连，并通过连接到底梁端部的铰链将整个载荷直接传递到底梁和再热器的支撑钢梁上。
对于底部扇形板，运行时转子与密封表面有间隙，扇形板应尽量靠近转子设定，将密封间隙减到最小。由扇形板形成的径向密封路径与这些密封板的边缘与轴向密封板垂直，在处理烟气和未处理烟气间形成一完整的密封路径。
通过其中一个端柱将清洗风管道连接到轴向密封板底部。5.顶部结构
顶部结构是一个连接到两个端柱并形成外壳一部分的复合碳钢结构。端柱之间的两个平行构件在底部由被称为扇形支板的平板连接。
此外，GGH还采用净烟气隔离措施，利用低泄漏风机抽取加热后的净烟气，经加压后再回流到GGH，使净、原烟气两股气流分开。该系统也用于在进入处理烟气侧之前清扫转子中的未处理烟气。隔离烟气通过沿着顶部扇形板中心线上的一系列孔进入，清扫烟气通过底部扇形板一侧的一系列孔进
入GGH。
构成顶部烟道连接第四个面的两块预加工成形板与底部和顶部加强板连接，形成箱形结构。
11.径向密封
顶部结构上装有顶部扇形密封板，顶部扇形密封板在焊到扇形支板前，悬吊在调节点位置。顶部结构由加强筋固定，长方形的烟道位于顶部结构的端部。此箱形结构将扇支板和扇形板间的空间连接起来，形成烟气低泄漏系统的一部分。
径向密封的作用是将未处理烟气到处理烟气的泄漏率降到最低。
顶部结构与烟气低泄漏系统的接触部分已经预留了腐蚀裕量，与烟气接触部分进行玻璃鳞片防腐处理。
径向密封直接连接在径向隔板和二次径向隔板的顶部和底部边上。这些密封片是由δ=2mm的耐弱酸不锈钢加工而成，紧靠顶部和底部扇形板。这些密封片有调节用的开槽，用M12的防腐螺栓、不锈钢方形压板和特氟龙垫片固定在径向隔板工作面上。
6.底部结构
12.轴向密封
底部结构由两根碳钢梁组成，支撑着承受转子重量的底部轴承凳板。底部结构还支撑着端柱、底部扇形板、扇形支板和连接在GGH下侧的烟道。
底梁的所有荷载通过其两端传递到支持钢架上。
轴向密封条和径向密封条一起，用于减小转子和密封板之间的间隙，从而形成未处理烟气侧到处理烟气侧的分隔。轴向密封板安装在径向隔板和二次径向隔板的垂直外缘，其冷态设置应保证转子受载时轴向密封条和轴向密封板之间保持最小的密封间隙。
过渡烟道位于GGH的处理烟气侧和未处理烟气侧，在转子两端导入和导出烟气流。过渡烟道都是碳钢制成，内表面进行玻璃鳞片防腐。过渡烟道直接连接在转子外壳基板和顶部结构上，在膨胀节处截止。
密封板的材料要求与径向密封相同。13.环向密封
7.转子驱动装置
转子通过减速箱由电机驱动，驱动装置直接与转子驱动轴相连。驱动装置通过减速箱可提供两种驱动方式，即主电机驱动和备用电机驱动。两个电机都与初级斜齿轮箱的安装法兰相连。
环向密封条安装在转子中心轴和转子外缘的顶部和底部，其主要作用是阻止转子外侧的未处理烟气到处理烟气的旁路气流。环向密封还降低了轴向密封条两侧的压力差，有利于轴向密封。
在转子底部外缘，由6mm厚的碳钢制造的单根环向密封条焊接在转子外壳基板上，与转子底部外缘构成密封对。在冷态安装时需考虑转子和转子外壳间的径向膨胀差。密封条进行玻璃鳞片防腐。
初级斜齿轮箱通过挠性联轴器与一级蜗轮蜗杆减速箱相连。一级蜗轮蜗杆减速箱直接安在转子轴上的二级蜗轮蜗杆减速箱上。二级蜗轮蜗杆减速箱通过锁紧盘固定在转子轴上。减速箱采用油脂润滑。
14.中心筒密封
中心筒密封的主要功能是防止烟气漏到大气中。
电机通过安装在GGH附近的就地控制柜进行变频启动和控制，减少启动电流，也用于吹灰冲洗时电机低速运行。
中心筒密封为带密封空气系统的双密封布置。两端各有一套这样的装置，固定在扇形板上并与中心筒形成密封对。
8.转子支撑轴承
15.密封风系统
转子自由对中，其重量由支持轴承支撑，轴承箱装在底梁上，轴承承受了全部的转动荷载。轴承采用油脂润滑，设有注油孔和油位计。
由于烟气具有腐蚀性，所以，不能通过转子中心筒密封和吹灰器墙箱泄漏到大气中。为防止烟气泄漏，采用加压密封空气系统，在GGH投运之前就投入使用。在转子中心轴顶部和
底部都加密封空气，提高了内部中心筒密封的作用。吹灰器配有独立的密封风机，防止烟气泄漏到大气中。
16.隔离和清扫烟气系统
隔离烟气系统可在穿越转子冷端的两股对流烟气之间形成一道屏障，称为隔离风。第二股处理烟气用来在未处理烟气侧的底部扇形板以上的转子隔仓转入处理烟气侧之前，对它们进行清扫，称为清扫风。隔离风和清扫风是通过低泄漏风机从热的净烟道抽取净烟气加压形成的。隔离烟气通过顶部结构进入到顶部扇形支板和扇形板间的空间内，然后通过沿顶部扇形板中心线上的一系列孔进入到转子隔仓内。在原烟气侧底部扇形板边上开一些孔，隔离风通过管道进入底部扇形支板和底部扇形板间的空隙。当原烟气进入到净烟气侧时，清扫风将热的净烟气通过转子向上吹，清扫未处理烟气侧的转子。
管组成，热管的布置形式可以是错列呈三角形的排列，也可以是顺列呈正方形的排列。在矩形壳体内部的中央有一块管板（中孔板）把壳体分成两部分，形成高温流体（原烟气）和低温流体（净烟气）的通道。当高低温流体同时在各自的通道中流过时，热管就将高温流体（原烟气）的热量传给低温流体（净烟气），实现了两种流体的热交换，使原烟气的温度降低，达到去吸收塔的温度，净烟气的温度升高满足排放的要求。在换热器中，热管数量的多少取决于换热量的大小，为提高换热系数，在热管上缠绕翅片，这样可使所需的热管数目大减少。
1.结构特点
17.吹灰系统
（1）中间管板的密封。热管式换热器中孔板是分隔原烟气与净烟气的隔板，不使原烟气与净烟气串流，其密封性要求较高。设计时采用密封圈和锥面线密封对原烟气与净烟气加以双重密封。为了确保热管在运行中热膨胀及振动引起的密封破坏，保证中孔板的严格密封，在每根热管的顶部（或底部）用弹簧对热管进行压紧（或拉紧）。
对GGH换热元件进行有效清洁是非常重要的，否则会发生堵灰现象。因此，必须设置吹灰系统。回转式换热器的吹灰采用压缩空气、高压水冲洗和低压水冲洗三种方式，这三种方式在同一吹枪上实现。在换热器正常工作时，压缩空气吹灰每班运行一次，当吹灰后换热器压降仍高于设定值时，则启动高压冲洗水系统，采用压力高达80bar的高压水进行在线冲洗，由此采用双重吹灰方式来保证吹灰效果。换热器停运检修时使用低压冲洗水冲洗换热器。
（2）热管的热膨胀。热管式换热器中每根热管只有一个固定点，该固定点在中孔板处，其两端均可自由膨胀。
2.管排布置与清灰方式
压缩空气吹灰时，GGH的正常转速为1.5r/min，在高压或低压水冲洗时的转速为0.5r/min。
虽然采用了双重吹灰方式，但由于回转式换热器存在低温段容易堵灰问题，因此采用蒸汽吹灰的形式正在被采用。
考虑到整个脱硫系统中烟气的含尘量较高，在设备中，为提高传热效率，热管采用错排形式，但管外缠绕的翅片采用了大螺距、低翅高形式。考虑清灰，设备内按一定间距布置了若干组吹灰管束，并且配备激波或声波吹灰器接口。同时，在换热器的冷、热流体通道中，每隔4～6排管排就留出人行通道，必要时可采取人工进人彻底清灰，也利于设备的内部维护。设备底部和中部均留有排污口和排液口，方便清灰处理和及时排污。
当燃用高硫煤时，烟气的酸露点较高。在这种情况下，采用蒸汽吹灰对传热元件及隔栏不利，吹灰蒸汽所带入的水分会加剧酸露对换热管的腐蚀。如果吹灰器行程机构卡涩，蒸汽对局部的冲击也影响元件寿命。同时在检修时，冲洗水也会将凝结在元件上的酸露稀释成稀酸，从而加剧腐蚀。
3.烟气流速
选择合适的烟气流动速度，达到自清灰性能。一般说来，能使热管具有自清灰性能的风速范围是8～12m/s。热管式换热器中，在满足烟气阻力降的要求下，烟气流速控制在9～10m/s之间，说明该设备在正常运行时，能达到自清灰的作用。
虽然蒸汽吹灰有以上不利情况，但由于蒸汽的压力高、温度高、冲击力强，相对压缩空气而言有更好的吹灰效果。压缩空气虽然水汽含量很低，但温度较低，冲击力与蒸汽相比也较低，对积灰的清除效果不好。此外，由于吹灰蒸汽耗量较大（约3t/h），而压缩空气系统难以承受，因此吹灰介质采用蒸汽比采用压缩空气合适，经实践证明，效果良好。
4.防腐处理
在烟气脱硫技术中，除干法外，其他脱硫方法均要解决装置的腐蚀与防护问题。在热管式换热器中同样也存在腐蚀问题，可以采取以下措施：
三、热管式烟气换热器
热管式换热器是利用热管技术设计制造的，热管是一种具有极高导热性能的元件，它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变等优点；故由热管组成的换热器具有传热效率高、液体阻力损失小、烟气不泄漏、没有附加动力消耗、运行及维护费用低等优点。
换热器中的热管一般由管壳和内部工作液体（工质）组成。钢制、密闭管壳内抽成真空，工质是经特殊处理的液体，如图3132所示。热管受热侧吸收高温液体热量，通过热管壁传给管内工质，工质吸热后沸腾和蒸发，转变为蒸汽。蒸汽在压差的作用下上升至放热侧，受管外低温流体的冷却，蒸汽冷凝并向外放出汽化潜热，低温液体获得热量，冷凝液靠重力回到受热侧。如此周而复始，高温液体热量便传给低温流体，加热低温流体。热管式换热器应用在脱硫上的有整体式热管换热器和分离式热管换热器两种。
（1）合理控制热管壁温。根据热管的特点，通过调整冷、热侧的传热面积比，使热管工作在“允许腐蚀区域”。国内外的试验证明，腐蚀速度并不是简单地随着温度的降低而增加，其关系如图313 7所示。从图中可以看出，在酸露点处的腐蚀程度并不高，最高腐蚀点出现在接近酸露点处；然后随着温度的继续降低，腐蚀程度也迅速下降，直至最低腐蚀点；再继续降低温度，腐蚀程度又会增加。这说明，在酸露点以下存在着一个腐蚀速度很小的区域———“允许腐蚀区域”。如果受热面工作在这个区域内，就可以把腐蚀降低到最小。这样可以通过调整热管冷热侧的传热面积比，使热管工作在“允许腐蚀区域”。
（2）选用合适的管材。换热器中热管元件采用耐腐蚀ND钢管。目前，ND钢管是专门用于耐硫酸低温露点腐蚀的材料，可以降低腐蚀速率，延长使用时间。
（一）整体式热管换热器
整体式热管换热器有一个矩形的外壳，内部由许多单根热
（3）采用烧镀搪瓷（搪玻璃）或镀陶瓷技术。在热管的外表面采用烧镀搪瓷或陶瓷的技术来防止其低温露点的腐蚀。搪瓷传热元件是在普通碳钢（翅片管）外涂一层耐酸搪瓷。由于搪瓷层很薄，一般厚度为0.2mm，与碳钢结合紧密，对传热效
图3137 腐蚀速度曲线
热段分离开来，用蒸汽上升管和冷凝液下降管将它们连接，组成了具有热管传热效应的又一结构形式。当管束内部形成一定的真空度后，热流体通过受热段（原烟气换热器）时，受热段管束内的工质吸收热量后汽化，产生的蒸汽汇集受热段上部的上联箱内，经蒸汽上升管输送到冷流体通过的放热段（净烟气换热器）的管束内，受管外冷流体的作用，蒸汽冷凝放出的凝结潜热将管外的冷流体（净烟气）加热，蒸汽冷凝后的液体汇集放热段下部的下联箱内，在位差的作用下，通过冷凝液下降管回到受热段管束内继续蒸发。如此往复循环进行，从而完成热量由受热段到放热段的输送。分离式热管GGH具有以下特点：
果影响很小，搪瓷管的传热系数大于等于48.38W/（m2·℃），与碳钢管相比，相对降低率小于7.14%；且搪瓷表面光滑，不易结垢和积灰，又耐磨损、抗腐蚀；投资费用较选用耐酸不锈钢有明显的降低。采用烧镀搪瓷的技术对热侧的换热面进行了处理，在正常操作状态下，热管式换热器中热管元件能有效地保证连续工作。
（1）装置的原烟气侧和净烟气侧可视现场情况而分开布置，可实现远距离传热。这给工艺设计带来了较大的灵活性，也给装置的大型化、热能的综合利用以及热能利用系统的优化创造了良好的条件。
（2）工作介质的循环是依靠冷凝液的位差和重力作用，不需要外加动力，无机械运行部件，增加了设备的可靠性，可减少运行费用。
（4）壳体的防腐处理。在换热器壳体内，原烟气、净烟气通道均采取措施，可以采用内衬鳞片衬里。该技术目前已成为烟气脱硫防腐的首选技术，在美国和日本普遍使用，我国现运行的引进装置中均采用此技术。鳞片衬里具有抗渗性好，施工难度小，易修补，物理失效少等优点。
（3）原烟气侧和净烟气侧彼此独立，易于实现流体分隔、密封。
（4）受热段与放热段管束可根据冷、热流体的性能及工艺要求，选择不同的结构参数和材质，从而可有效地解决设备的露点腐蚀和积灰问题。
5.整体式热管换热器的类型
根据热管换热器的特点，热管式换热器可以有多种布置形式：
（5）根据工艺要求，可以将流体顺、逆流混合布置，以适应较宽的温度范围。
（1）立式热管换热器。原烟气、净烟气分别在换热器的下部烟道和上部烟道，采用逆流布置，实现冷、热流体的热交换。
（6）系统换热元件由多片热管管束组成，各片之间相互独立，因此，其中一片甚至几片损坏或失效不会影响整个系统的安全运行。
四、水—气换热器
（2）斜置式热管换热器。原烟气、净烟气分别在换热器的左下部烟道和右上部烟道，采用逆流布置，实现冷、热流体的热交换。这里，热管采取倾斜放置，这种布置形式更有利于清灰处理。
（二）分离式热管换热器
原烟气、净烟气分别采用两个独立的箱体，每台壳体内均装有若干片由翅片管和上、下联箱组焊而成的彼此独立的热管
管束，如图3138所示。
水—气换热器又称为分体水媒式换热器，简称 MGGH，是无泄漏型换热器。水—气换热器由两组分开布置的热交换器组成，通常将吸收塔上游侧的热交换器称为降温换热器，将下游侧的换热器中做再加热器，在这两组换热器间通过泵送传热液体来实现热量的传递，所以说，这是一种无泄漏的GGH。其主要设备由烟气降温侧换热器、烟气升温侧换热器、循环水泵、辅助蒸汽加热器及疏水箱、热媒膨胀罐（定压装置）、补水系统、加药系统及吹灰系统等组成。其工作原理如图31 39所示，未处理热烟气先进入降温侧换热器，将热量传递给热媒水，热媒水通过强制循环将热量传递给脱硫后净烟气。因管内是热媒水，管外是烟气，管内流体的传热系数远高于管外流体，为了强化传热，目前广泛采用高频焊接翅片管，这种翅片管与管子的焊着率高，焊缝强度高，可大批量生产，由于能够强化传热，从而有效地减小设备体积，降低流动阻力。
降温侧换热器和升温侧再热器都会遇到酸腐蚀问题，国外公司有些采取在换热管表面镀防腐材料，有些采用特殊的塑料作为换热管材料。如换热器材料为CRIA、09CrCuSb钢，翅
片材料为S-TEN。
换热器的积灰吹扫是保障换热器安全、长期稳定运行的重要因素，一般采用蒸汽吹扫与高压水冲洗相结合的方式。压缩空气因温度和吹扫强度较低而不用作吹灰介质，声波吹灰因为缺乏在这种换热器上的使用经验也使用较少。
图3138 分离式热管换热器换热原理
一般吹灰用蒸汽的参数为1.0MPa，温度为250℃。蒸汽吹灰每值一次，换热器每年水冲洗一次。静电除尘器出口的烟气含尘量一般要求不高于300mg/Nm3。
受热段和放热段相对应的各片管束通过蒸汽上升管和冷凝液下降管连接，构成各自独立的封闭系统。这里，受热段与放
当吹灰器的吹灰效果不理想时，可每2h蒸汽吹灰一次，约
较差。
结合目前国内冶金工艺和换热器生产厂的现状，如果国内的生产厂在制造水媒式换热器时也如国外公司一样，采用外镀防腐材料的钢管或特殊的塑料管，换热器的初投资会很高。目前的办法是采用我国自行研制的耐低温腐蚀钢，但相比较而言寿命较低。
回转式换热器是换热效率相对较高的换热器，与水煤式换热器相比，机械结构较为复杂，有一定的泄漏，检修工作量相对较大，容易在低温段发生堵灰。但是基于其换热特点，这种换热器体积小，运行电耗低，防腐问题容易解决，金属利用率高，随着烟气流量负荷的增加，在占地面积和初投资上有一定的优势。
表3131
两种形式的换热器比较
（以300MW机组的FGD为例）
图3139 水—气换热器工作原理
每两个月停运水冲洗一次。这种运行效果基于以下两个因素：
（1）在目前我国的火力发电厂中，蒸汽吹灰器的运行效果均不甚理想。
（2）根据要求，进入换热器的烟气的含尘量一般应不高于213mg/Nm3，实际情况是静电除尘器除尘效果有时不甚理想，运行不稳定。因此进入脱硫系统的烟气的含尘量经常高于此值，甚至超过400mg/Nm3，由此造成换热器翅片管上积灰较为严重，在结酸露的情况下易形成结垢，极大地影响了吹灰效果。
当燃用煤种为高硫煤时，烟气的酸露点较高。在这种情况下，采用蒸汽吹灰对换热翅片管不利，吹灰蒸汽所带入的水分会加剧酸露对换热管的腐蚀。如果吹灰器行程机构卡涩，蒸汽对局部换热管束的冲击也影响管束的寿命。同时在检修时冲洗水也会将凝结在翅片管上的酸露稀释成稀酸，从而加剧对管束的腐蚀。
虽然蒸汽吹灰有以上不利情况，但由于蒸汽的压力高、温度高、冲击力强，相对压缩空气而言有更好的吹灰效果。而声波吹灰器在国内火力发电厂的使用业绩较少，对干灰的效果较好，对湿灰的清除效果缺乏验证，电厂方面对采用声波吹灰器也有顾虑。因此吹灰介质采用蒸汽比采用压缩空气合适。
基于以上情况，电厂方面认为在目前情况下，比较实用的吹灰方式仍为蒸汽吹灰。但是，需要着重强调的是，为保证吹灰器的吹灰效果，延长换热翅片管的使用寿命，一定要确保静电除尘器的除尘效率，确保进入脱硫系统的烟气的含尘量在合理的范围内。这样，蒸汽吹灰器的吹灰效果应能满足设备正常运行的要求，同时也能减少吹灰次数和停运冲洗的次数，从而实现设备较高的可用率。
水媒式换热器主要特点是运行费用较少、无泄漏、初投资较高、占地空间较大、换热工质需要辅助动力（水泵）进行强制循环。
五、比较分析
由于分体热管式换热器在国内缺乏在脱硫系统中的安装和使用业绩，因此在本节中主要对水媒式和回转式换热器进行比
较选型，见表3131。
水媒式换热器无泄漏，在解决了换热管束防腐的情况下，检修工作量低而且简便，但是，占地面积较大，金属有效利用率低。因此，随着烟气流量负荷的加大，这种换热器的价格会上升较多，外形尺寸的增加也较大。由于水煤式换热器是管壳式换热器，相对于蓄热式的回转换热器，其负荷适应性相对
续表
第四节 烟气挡板门
通常FGD系统内的烟气挡板门有三种类型：闸板式、单百叶窗式和双百叶窗式。由于对隔离挡板和烟气流量控制挡板有不同的运行要求，使用挡板为类型也不同，对隔离后的系统有检修人身安全要求的挡板，需要安装闸板门或双百叶窗挡板门（或称为零泄漏挡板）；允许有少量烟气泄漏时，可以选择闸板门或者单百叶窗挡板门；要求旁路烟道上的隔离挡板具有快速打开的功能，需要采用单百叶窗挡板门；控制烟气流量则要采用双百叶窗式挡板门。
一、闸板式挡板门
闸板式挡板门简称为闸板门，如图3141所示，是具有一个叶片的隔离挡板门，当闸板从烟道内完全抽出时，烟道全开，当闸板完全落入烟道时，烟道被关闭，这是一种零泄漏的挡板门，检修人员在其下游侧工作时，能保障人身安全。
图3141 闸板式挡板门
闸板顺着挡板门框架的内侧插入到周围有空气密封的密封室内。喷入密封室的空气压力要大于烟气侧压力，以防止烟气漏入密封空气室。挡板框架内侧的挡板槽内装有密封薄片，以减少空气的用量，当闸板提升起来时，密封片紧靠在一起。
挡板在烟道中的提升和落下，最常用的方法是在挡板上部两端装有固定的链条，用一个链条驱动装置来提升挡板。根据挡板的尺寸和质量，一般用2～4根链条。另一种提升方式是用齿轮驱动机构沿挡板两侧的齿条提升挡板。
闸板门也可以采用气动/液压驱动方式，但实际很少采用，因为要求的驱动力较大，需要很大的气压或液压缸。
二、百叶窗式挡板门
百叶窗挡板门有单百叶窗挡板门和双百叶窗挡板两种类型，百叶窗挡板门有多个叶片，通过旋转叶片来开闭烟道，叶片始终处于烟道中。不同的百叶窗挡板门有不同数量的叶片，其宽度和旋转方向也可能不同，一般由本体、一系列平行的叶片、轴密封、驱动机构和控制部分构成。
单百叶窗式挡板门也叫蝶形门，像一个大的蝶形阀。这种挡板门的叶片通常是圆的，绕直径旋转。大多数的情况下，旋转轴是水平布置的，这样轴封不会受到烟道底部的冷凝液和沉积物的损害，在FGD系统中，这种挡板门常常用在密封空气风道、GGH或吸收塔排气烟道中，大型烟道中不采用这种挡板。
百叶窗挡板门的叶片通过外部联运机构连接在一起，多数情况下由一个电机来驱动联动机构，带动所有的叶片旋转。有的采用气动驱动装置，其优点是能快速开闭，停电时也能操作挡板门。有的将百叶窗挡板门的叶片分成2～3组，分别由2～3个执行机构驱动，其目的是在FGD系统启动、关闭挡板门时最大限度地降低对炉膛压力的影响；在需要快速开启时，降低所有叶片不能开启的风险。
百叶窗挡板门的每个叶片的边缘都设计有密封条，在挡板门关闭时起叶片之间相互密封作用。门框的密封（也吊侧面密封）布置在叶片两端的门框边缘上，侧面密封是防止烟气从叶片两端泄漏。
百叶窗挡板门也可以按相邻叶片的相对旋转方向来分类。相邻叶片反向旋转的挡板具有较宽范围的线性控制特征，适合用作旁路加热挡板门来控制流量，平行挡板门密封性能较好，适合于用作截止门。虽然平行叶片单百叶窗挡板门的隔离特性不如周围带密封的闸板门好，不能保证下游的人身安全，但是其动作速度比闸板门快得多，因此在要求FGD旁路挡板能够迅速动作，且少量漏风是允许的情况下，旁路烟道中常常采用平行叶片单百叶窗挡板门（见图3142）。
图3142 单百叶窗挡板门外形图
有时，在同一位置需要一个反向叶片挡板门和一个平行叶
片挡板门，在这种情况下可以把两个门串联起来，上游侧的平行叶片挡板门起隔离作用，下游侧反向挡板门用来控制流量，在要求没有漏风的情况下，可以采用两个平行叶片单百叶窗挡板门串联的办法。在两挡板门之间鼓入密封空气，这种布置可以由两个完全独立的百叶窗挡板门组成，每个挡板门有各自独立的框架，也可以由装在一个门框上的两组百叶窗挡板组成，这就是双百叶窗板门（见图3143）。
因此风机必须设计有足够容量的压头。
采用双百叶窗板门可以进一步提高密封性能，除了每层挡板上配备密封元件外，在两层挡板门中间还通入密封空气，当双百叶窗挡板门关闭时，两层挡板门中间通入的密封空气，能阻止烟气由挡板门一侧泄漏到另一侧。
挡板密封空气系统包括密封风机、密封风加热器、检测仪表、调节设备及其管路等。一般每套FGD配两台密封风机，2×100%容量，一台运行一台备用。入口、出口挡板门的密封空气和旁路挡板门的密封空气不同时运行，不同挡板密封风的切换通过装在挡板门上的阀门来实现，该门与挡板门为机械联锁。挡板门结构图如图3144所示。
密封空气压力维持比烟气最高压力至少高500～700Pa，因此风机必须设计有足够容量的压头。
图3143 同一门框的双百叶窗
密封空气压力维持比烟气最高压力至少高500～700Pa，
挡板门外形图
图3144 挡板门结构图
挡板应能承受各种工况下烟气温度、压力及所有运行条件下工作介质可能产生的腐蚀，根据烟气特性选择挡板各个部件（包括挡板框架、叶片、轴密封片及螺栓连接件等）的材料，采取相应的防腐措施，满足防腐要求。
挡板关闭时，边缘密封体要盖住配合的叶片。
挡板应尽可能按水平主轴布置，挡板框架的安装应是法兰螺栓连接。要特别注意框架、轴和支座的设计，以便防止灰尘进入和由于高温而引起的变形或老化。
挡板门为双密封挡板，要求具有100%的气密性，并且不能有变形或泄漏。
所有挡板从烟道内侧和外侧都要容易接近，在每个挡板和其驱动装置附近设置平台，以便检修与维护挡板所有部件。全部挡板应采用可拆卸保温结构，并且应避免产生热不均匀现象。
烟气挡板应能够在最大的压差下操作，并且关闭严密，不会有变形或卡涩现象，而且挡板在全开和全闭位置与锁紧装置匹配，烟道挡板的结构设计和布置要使挡板内的积灰减至最小。
挡板布置为水平轴，一般采用轴衬型无润滑轴承，带摩擦系数低与抗腐蚀力强的高温衬套。
挡板叶片为翼面型结构，外部无肋板或撑条。每个百叶型挡板上都有安装密封体，不会成为烟气流中尘埃聚集的地方，其设计要做到能允许叶片与轴的膨胀与收缩。挡板叶片留有磨损腐蚀裕量不小于1.5mm。
叶片边缘密封体是金属的，并用螺栓固定到叶片边缘上，
轴或挡板运行的所有支撑均为自润滑型，在轴的末端应有指示挡板位置的明显标示，并配有联锁限位开关。挡板轴的材料要耐腐蚀，能够传递全部的操作扭矩，而不超过剪切屈服应力的33%，操作装置的失速扭矩不得超过剪切屈服应力的45%。内部轴连接件要比外部轴连接件强度好，全部紧固件与
销轴都要耐腐蚀，挡板叶片轴组件设计时，不仅考虑到最大允许应力，而且要限定最大差压下的挠度，要考虑挡板叶片与挡板轴之间，以及叶片轴组件与框架之间的胀差，要避免采用中间支撑。
驱动装置与风门的连接方式为直联式，直接生根在风门本体上。
三、典型600MW机组脱硫烟气挡板门技术参数
典型600MW机组脱硫烟气挡板门技术参数见表3141。
表3141
典型600MW机组脱硫烟气挡板门技术参数
注 1.旁路及出口挡板门的叶片为全包，材料1.4529。
2.包材厚δ=1.5mm。
第五节 烟道及烟道膨胀节
膨胀节一般由波纹管、端节、法兰、运输拉杆及其他零件组成。通过波纹管的柔性变形来吸收烟道热膨胀引起的轴向位移、少量的横向、角向位移，并有消音减振和提高烟道使用寿命的作用，其外形图如图3151所示。
脱硫烟道膨胀节根据其材料可分为金属波纹管膨胀节和非金属膨胀节。由于金属膨胀节价格远高于非金属膨胀节，所以一般采用非金属膨胀节。
一、金属膨胀节
金属波纹管膨胀节按波纹管的位移型式，可分为轴向型、横向型、角向型及压力平衡型波纹管式。
膨胀节由多层材料组成，净烟道处的膨胀节要考虑防腐要求，波纹节应全部是合金材料，至少是耐酸耐热镍基合金钢，烟道膨胀节必须保温。原烟道膨胀节的波纹节可采用316L金属型，以降低造价。保护板是防止灰尘沉积在膨胀节波节处。
膨胀节能承受系统最大设计正压/负压再加上10MPa裕量的压力。
接触湿烟气并位于水平烟道段的膨胀节应通过膨胀节框架排水，排水孔最小为Dn150，并且位于水平烟道段的中心线上。排水配件应能满足运行环境要求，由FRP、合金材料制做（至少是镍基合金钢），排水应返回到FGD区域的排水坑。
图3151 烟道膨胀节外形图
烟道上的膨胀节采用焊接或螺栓法兰连接，布置应能确保膨胀节可以更换。法兰连接膨胀节框架应有同样的螺孔间距，
间距不超过100mm。
膨胀节框架将以相同半径波节连续布置，不允许使用铸模波节膨胀节。框架深度最小是200mm，而且最小要留80mm的裕量以便于拆换膨胀节。
膨胀节及与烟道的密封应有100%气密性。膨胀节的外法兰应密封焊在烟道上，要注意不锈钢与普通钢的焊接（即使提
供了内衬），以便将腐蚀减至最小。
二、非金属膨胀节
非金属膨胀节是用非金属高强密封复合材料、高温隔热材料等经特殊工艺制作而成。
目前，脱硫净、原烟道膨胀节主要采用非金属膨胀节，由于对防腐要求不同，其结构及波纹节材料不同。
1.原烟道非金属膨胀节
原烟气温度在露点之上，不会结露；所以不需考虑Cl-腐蚀问题，对材质耐腐性能要求低，其结构如图3152所示。
图3152 原烟道非金属膨胀节结构图
1—蒙皮；2—隔热被；3—压紧螺栓；4—压板；
5—框架；6—挡板；7—不锈钢丝网
作为吸收膨胀量的蒙皮一般由氟橡胶布、聚四氟乙烯、玻璃纤维布、玻璃纤维包布制作而成。沿气流方向有导流板，导流板与蒙皮之间填充保温材料。框架与烟道连接一般采用焊接。
该形式的膨胀节具有100%的气密性。2.净烟道非金属道膨胀节
脱硫净烟气中带有一定的水分，含有Cl-等极具腐蚀性的离子；所以，对接触烟气的部分必须考虑到耐腐蚀问题，其结
构如图3153所示。
图3153 净烟道非金属膨胀节结构图
1—压紧螺栓；2—蒙皮、隔热被；3—压板；4—连接法兰
蒙皮除考虑吸收膨胀量外，还必须考虑耐腐蚀问题。
一般由氟橡胶布、聚四氟乙烯、玻璃纤维布、耐腐蚀复合材料制作而成。耐腐蚀复合材料直接接触烟气，为防腐特殊材料。
净烟道非金属道膨胀节一般采用直接法兰连接，用螺栓、
螺母和垫圈把蒙皮紧固在烟道框架上，不允许使用双头螺栓。中间不设隔热层。为防止下部缝隙漏水，除设置合理的连接螺栓孔距外，必须用金属压板压紧缝隙。
第六节 循环浆泵
在FGD系统中，循环浆泵采用大型离心泵，从吸收塔反应罐抽出浆液、供给雾化喷嘴，形成浆液循环吸收烟气中的有害气体，其外观如图31 6 1所示。离心泵也用来输送其他浆液，其中包括石灰/石灰石吸收浆液、反应罐排出浆液、旋流器分离出来的浆液、真空过滤机滤液和各种废浆液和废水。电厂脱硫系统浆液的磨损性和腐蚀性对循环浆泵的运行提出了很高要求。
图3161 循环浆泵外观
一、循环浆泵特点
循环浆泵泵具有如下特点：
（1）泵头防腐耐磨。由于泵送的浆体含有10%～20%写的石灰石、石膏和灰粒，pH值为4～6的腐蚀性介质，所以对泵的要求非常苛刻，选用的材料要求耐磨耐腐蚀，并且至少适应高达2%的Cl-浓度。理论上，氯化物的含量可能达到8%，某些情况下会更高些。如此高含量的氯化物在pH值较低的介质环境中会导致金属合金的严重腐蚀和点蚀。当要求取消或极少量引入填料水时，这种情况会进一步恶化。当要求减少或取消填料水时，必须采用可靠的机械密封，这又要求泵厂家必须为这种密封提供相应的安装使用条件，如稳定的压力、流动条件以及最小的轴偏差和振动。
（2）低压头、大流量。目前的制造能力下，循环浆泵的流
量已达到10000m3/h、扬程16～30m，还要适应停机及非高峰
供电情况下的非正常运行要求。泵的水力性能必须充分有效，其流量—扬程特性必须适应并联运行。尽管泵的进口压力较
高，通常为98～147Pa（10～15mH2O），可以充分地满足泵必
需气蚀裕量的要求，但是为保证石灰石浆液完全被氧化成硫酸盐，还必须考虑到部分空气或氧气可能引入到循环泵内，当夹杂在浆体中的空气超过300（体积百分比）时，就会降低泵的流量—扬程性能。在室温下饱含空气的水，其有效汽化压力高于正常水的汽化压力，所以会影响泵的气蚀裕量。
有时从吸收塔壁面上结垢落下来的石膏碎片会严重地损坏泵的衬里或者堵塞泵的吸入管路，干扰泵内浆体的流动，并降低装置汽蚀余量。
（3）性能可靠、连续运行。泵必须经久耐用，能在规定的工况条件下每天2h连续运转，并能至少连续无故障运行24000h。轴和轴承组件的尺寸必须足够大，以适应工况变化的要求，并能有效防护、防止浆体或其他杂质侵入。因为在目前采用的泵送系统中，很少有备用泵；所以，在循环泵选型时，
可靠性是关键因素。另外，考虑到泵需要维修，泵的结构设计必须保证易于拆卸和重新装配。
二、常见类型
根据防腐工艺不同，循环浆泵分为衬胶泵和防腐金属泵两种。
1.衬胶泵
（1）结构。图31 6 2所示为典型的衬胶泵结构。单级、悬臂、端吸离心式，双泵壳带橡胶衬里，垂直中开的球铁泵壳，由螺栓将其左右两半连接，同时也将管路与进、出口连接。在进出口处采用调节伸缩式接头，以减轻管路供给泵进出口的压力。采用后拆式结构，可以在不拆卸进出口管道的前提下完成对叶轮、轴封、轴承等零部件的检修与更换。
收塔内壁剥落的结垢碎片及其他异物容易划破橡胶叶轮，而采用金属护板则是防止在气蚀状态下对橡胶的破坏。金属材料的优越性是可以通过叶轮和前护板几何形状的改变进行泵水力效率的最优化设计。通常，尽量采用较大直径的叶轮，目的是使泵的转速最低，从而提高磨损寿命，降低由气蚀而引起的损坏。金属叶轮的材料采用双相不锈钢（CD4MCU）或高铬马氏体白口铸铁（A49）。后者的铬含量为27%～28%，材料的化学成分中含有2%的碳，其作用是提高对于pH值大于3，氯化物含量大于或等于7.5%的浆体的耐腐蚀性。耐磨性与金属材料的硬度有关，而耐腐蚀性则取决于冶炼手段。双相不锈钢可以适用于pH值范围较宽、氯化物含量不同的杂质，其热处理后的最大硬度可达325～340BHN，而 A49的硬度可达450～600BHN，这主要取决于含碳量和热处理。
实际中往往优先选用白口铸铁，因为其成本低于双相不锈钢，且耐磨性能远优于双相不锈钢，近期的研究已经在提高白口铸铁的耐蚀性方面取得了很大进展。添加少量其他合金元素或增加铬含量，并采用最新热处理技术可大大提高白口铸铁的耐腐蚀性能。
（4）无冲洗机械密封。较先进的循环泵都采用浆体机械密封，运行中不需要冲洗水。目前国际上这种浆体密封由德国博格曼、英国约翰克兰、AES等著名的密封公司提供，其结构上无一例外地采用整体集装式，动静环采用整体碳化硅，该密封采用较大的密封腔，以使石灰石浆体充分冲洗并冷却碳化硅密封面。主要结构件采用低碳或超低碳不锈钢，所有辅助密封均采用TEFLON材料。目前，密封平均寿命为20000h或更多些。密封零部件或轴套的冶金技术十分重要，因为pH值较低和含有氯化物等很容易导致腐蚀。
（5）轴承组件。循环泵采用重型轴和轴承组件，并安装于筒式托架中。采用圆柱滚子轴承以承受水力径向力和叶轮的重量，双列圆锥滚子轴承用于承受水力推力。根据轴承的尺寸和寿命要求，以最大程度地减少因热不均匀而引起的轴偏移来布置这些轴承，以求最佳设计效果。通常，循环泵轴承的设计寿
图3162 衬胶泵结构
命为100000h。
1—托架；2—叶轮拆卸环；3—轴套；4—后护板；5—护套密封垫；
6—前护套；7—吸入盖；8—接合板；9—机械密封；
2.防腐金属泵
10—叶轮；11—泵体；12—后护套；13—泵盖；
14—前护板；15—进口密封垫
防腐金属泵的结构与普通泥浆泵相同，只是介质接触部分的选材不同。一般洗材为：泵壳材质 2605N，叶轮材质Cr30A，机械密封动/静环材料为SiC，颈套、轴承套采用全合金，轴为45号钢。一般情况下，防腐金属泵造价比衬胶泵高
（2）橡胶衬里。橡胶是FGD用泵的理想材料，因为它具有良好的耐磨、耐腐蚀性，还能有效地减轻水力冲击引起的噪声。橡胶衬里泵在西方已经成为FGD装置中的首选泵，并逐渐成为工业标准。在已建FGD装置中，大多数采用橡胶衬里泵。每一半泵壳均衬有易于更换的、内装螺栓的组合式橡胶衬里。良好的设计使全部衬里达到100%的坚固程度，使衬里在泵体内出现真空时而不凹陷。橡胶衬里式泵比金属内衬式便宜、轻便，因此可以降低成本，且在维修时易于搬运。FGD工艺浆液中的各种化学物质对橡胶一般不起作用，而金属衬里和所有的金属泵当处理的氯化物超过2%和酸度pH低于2（70℃时）时，就会受到严重的腐蚀。
10%～30%。
三、调速器及电动机
每台吸收塔的循环浆泵流量相同、压头不同。为达到此要求，一般采取改变叶轮大小方式，也可在泵头相同情况下，通过调速器改变转速方式实现。通过改变叶轮大小来改变压头，泵体及叶轮的互换性问题得不到解决，因此作为易损部分的叶轮等备品量大。由于调速器不易损坏，即使故障也容易修复，因此，目前每台吸收塔的循环浆泵均设计成相同的，通过选择不同的调速器改变传递转速，从而达到产生不同压头的要求。这样，每套FGD循环浆泵只备1套备品就能满足运行维护要求。循环浆泵的驱动电动机为6kV高压电动机。
（3）金属叶轮和前护板。叶轮通过螺纹与轴连接，螺纹方向与泵转向相反，从而使其在运转时始终紧固在轴上，这一上紧力形成了一种压力，从叶轮经轴套传到轴承端盖上。对于叶轮直径大于660mm（26in）的泵，若已知所产生的扭矩大小，较好的办法是装置“拆卸环”。这种“拆卸环”是一种可以调节的装置，它可以用来释放上述压力，便于叶轮的拆卸。
第七节 除雾器及其冲洗系统
目前，叶轮和前护板大多数采用金属材料制成，原因是吸
除雾器主要用来去除脱硫后湿烟气中的细小液滴，以保护下游设备免遭腐蚀和结垢。
一、除雾器结构类型
除雾器布置在吸收塔出口处，通常由两段组成，模块结构，可以方便地从吸收塔顶部吊出。在浆液过饱和的情况下，可在除雾器上产生坚硬的石膏结晶物。除雾器可将标准状态下烟气中的液滴含量降到50mg/m3以下。最好将第二级垂直布置，第一级和第二级除雾器之间要保持一定距离，以便对除雾器进行检查和必要的清理。除雾器的设计应使烟气流速在5.0～5.5m/s左右，以保证较大液滴的分离效率。除雾器采用聚丙烯和聚丙烯/云母制成，设计最高运行温度
（2）屋顶式除雾器。屋顶式除雾器安装在吸收塔内顶部，用于垂直气流的气液分离。在吸收塔内部，需要一层支撑梁。屋脊型除雾器的设计有多种类型，图3172所示是一个屋脊型（人字形）除雾器，其在吸收塔内的布置如图317 3所示。烟气穿过除雾器后向上进入净烟气烟道，除雾器第一级可除去较大的液滴，第二级则除去剩余的较小液滴，操作中需要定时对除雾器进行冲洗。
为80℃。
图3171所示为除雾器叶片的结构形式，根据设计形状，除雾器可分为平式除雾器和屋顶式除雾器。
图3171 除雾器叶片结构形式
（1）平式除雾器。平式除雾器安装在吸收塔顶部，用于垂直气流的气液分离。在吸收塔内部需要两层支撑梁，每层除雾器各自带有冲洗系统。
优点：结构简单、造价低。
缺点：临界携带速度较屋顶式除雾器低（一般为5.5m/s）；安装时需要两层支撑梁，增加了吸收塔的高度；冲洗效果不如屋顶式除雾器。
图3172 屋顶式除雾器
（a）Ⅰ型；（b）Ⅱ型；（c）Ⅲ型
图3173 除雾器在吸收塔内的布置
优点：吸收塔内部除雾器支撑梁由两层减少到一层；结构紧凑、高度较低，比平式除雾器低1.5～2.0m；冲洗效果更好，不易发生叶片堵塞；临界速度为7.2m/s，为减小吸收塔
直径提供了可能性；冲洗系统整合进除雾器本体；安装方便、高效低阻、负荷适应性大、造价低。屋顶式除雾器在FGD中得到广泛应用。
（3）安装位置。根据安装位置的不同，除雾器又可分为垂直气流除雾器和水平气流除雾器。垂直气流除雾器安装在吸收塔喷淋层上部，从而增加了吸收塔的设计高度；水平气流除雾器安装在净烟道，安装、布置方便。
喷嘴喷出的空心圆锥的锥底直径是一个很重要的参数，是喷嘴布置的重要数据。对于大流量的喷嘴，锥底直径一般取距喷嘴中心1m高度的截面圆的直径，但当喷嘴较密时，相对流量较小些，空心锥的高度相对减小些。
（4）技术要求。要具备高除雾效率（尤其对细小雾滴）；流动阻力要小；低沾污性能；具有低硬结垢性能；高化学防腐性能；易清洗等。
2.喷淋液滴的索特尔平均直径概念
二、除雾器冲洗系统
喷淋塔的脱硫效率主要取决于液滴大小和数量以及塔内烟气流速。液滴的大小和数量又取决于喷淋浆液的总流量和喷嘴的特性。喷嘴雾化特性主要包括喷嘴压力—流量—平均粒径的关系、喷嘴雾化均匀性、雾化粒径分布特性等。烟气吸收的喷
为维持除雾器系统的正常运行，常设有冲洗水系统，定期用清水对除雾器进行冲洗，以清除表面的固体物质。
嘴特性常用索特尔平均直径（SauterMeanDiameter，简称
*对第一级采用双面冲洗，第二级为单面冲洗。每层冲洗管路上一般有6个气动门，按顺序逐个开启冲洗除雾器的6个区域，3层全部冲洗一遍为1个周期。冲洗喷嘴为实心锥喷嘴，由聚丙烯材料制成，扩散角为120°，每个喷嘴流量为
SMD）来表示喷淋液滴的大小，SMD的含义是：对于一个实际的液滴群，假想一个粒度均匀的液滴群，此假想液滴群与实际液滴群的总体积和总表面积相同，那么，假想液滴群的液滴直径就是实际液滴群的SMD。在 FGD应用中，液滴群的
63L/min，一般每层100～120个。
SMD通常在1500～3000μm范围内。液滴越细，单位体积循
FGD运行时主要控制的参数是除雾器的冲洗间隔。除雾器的冲洗水既要保证两层除雾器的清洁、不堵塞，又要保证吸收塔内液位的稳定。烟气通过吸收塔时会从浆液中带走大量的水分，因此需通过冲洗水来补充。烟气量改变时，相应的补充水量也需要改变。冲洗后的水通过与烟气流动方向成一夹角的沟槽送回吸收塔中，避免烟气流将它重新带走。
环浆液产生的洗涤效果就越好。但是，由于限于喷嘴的特性和吸收塔所具有的流体状况，在实际工况下并非液滴越小越好，细液滴易被烟气带离吸收区。FGD洗涤器有一最佳液滴直径，在一个典型烟气流速为3～4m/s的逆流喷淋塔中，直径小于500μm的液滴会被烟气夹带进入除雾器，如果烟气夹带的液滴过多，将给除雾器下游侧的设备带来不利的影响。过分追求细小液滴需要较高的压力，能耗增大。通常在FGD应用中，直径小于500μm的液滴数量不应超过总量的5%。
冲洗间隔由烟气量和液位实时计算得到，从而可以根据具体情况随时调整除雾器的冲洗频率。实际运行表明，采用这一控制方法，可以很好地控制吸收塔内的液位，并保证除雾器的清洁。
正常情况下，第一级除雾器迎气流侧每小时冲洗2次，每次持续1min，而背气流侧每小时冲洗1/2次，每次持续1min；第二级除雾器迎气流侧每小时冲洗1次，每次持续1min，背气流侧无需定期冲洗，只在启停机时冲洗。整个冲洗过程和时间通过程序控制并根据需要调整，每个冲洗控制门的开启时间间隔是变化的。
电厂应要求喷嘴供应商提供其所供应喷嘴的雾化粒径分布数据，以便掌握所选喷嘴的特性。需要指出的是，喷嘴生产厂提供的喷嘴雾化粒径分布数据是在实验室条件下用室温水测得的，只能作为近似参考值。而且有多种表示平均粒径方法，除了体积表面积平均直径外还有算术平均直径、表面积平均直径、体积平均直径、体积中位直径、粒数中位直径、蒸发平均直径等，对同一个液滴群，用不同的直径表示方法差别很大。
第八节 喷嘴及喷淋层
一、喷嘴
1.喷嘴的功能及其特征参数
在工作压力相同时，通常较小口径的喷嘴产生的液滴较细。但是喷嘴口径必须足以让垢片这类碎块通过而不至于发生堵塞。喷嘴布置的间距应合理，要使喷嘴喷出的锥形水雾相互搭接，不留空隙。否则烟气可能未接触到液滴就从这些空隙中“溜走”。调整喷嘴布置密度和喷淋层数，可获得不同的喷雾重叠度。重叠度越高，脱硫效率也就越高，但阻力也会增加。一般喷雾重叠度为200%～300%。对喷嘴布置的另一要求是不冲刷塔壁、喷淋母管和支撑件。
一般用于烟气脱硫的喷嘴有两种，一种是中空锥离心喷嘴，另一种是螺旋锥喷嘴，两种形式的喷嘴都是形成空心圆锥形的液膜（实心锥喷嘴在国内有采用，但很个别）。中空锥离心喷嘴形成一层液膜，而螺旋锥喷嘴能形成三层液膜。
对于石灰或石灰石湿法FGD喷淋空塔，喷嘴的典型设计特性是工作压力（表压）为50～200kPa，喷嘴出口流速约为
喷嘴形成的液膜随着直径的增大将与其他喷嘴形成的液膜相互碰撞，形成细小的液滴在重力的作用下落下，由于气体向上移动，液滴的下落过程要慢得多，这样从液滴开始下落到滴到浆池液面的时间将大大延长，有利于SO2充分地溶进液滴。由于液滴中还含有石灰石，溶进的SO2与水反应形成亚硫酸，亚硫酸与石灰石颗粒反应将减少液滴中的SO2的含量，促使其继续吸收更多的SO2，湿法脱硫能得到95%以上的脱硫效率主要在此过程中完成。喷嘴形成的颗粒越小，越有利于增加烟气与液滴的接触面积、有利于加快传质的过程；但是太细小的液滴将容易被带出吸收塔。理想的液滴一般在500～1000μm。
10m/s，每个喷嘴的流量为36～80m3/h，雾化角为90°。采用
这种规格的喷嘴，喷嘴的典型分布密度是吸收塔截面每平方米
布置0.7～1个喷嘴。
通过一个全规模喷淋塔的试验证实了喷雾有效覆盖范围的重要性以及喷嘴大小的影响。在该试验中，最初喷淋塔设计为每个喷淋层装有25个口径为130mm的喷嘴，每个喷嘴流量是
31.5L/s（126.4m3/h），该塔的脱硫效率大约仅80%。后来改
为每层布置口径为50mm的喷嘴60～84个，每个喷嘴的流量
为12.6L/s（45.4m3/h），喷嘴压力大致相同。此外，在喷淋
另外，喷嘴的密度对允许的烟气流速有一定的影响，在保证同样的脱硫效率的条件下，较高的喷嘴密度可以允许较高一些的流速。
塔的入口区加装了多孔塔盘以改善烟气分布。经过这些改进后，该塔的脱硫效率提高到96%以上。分析认为，脱硫效率的提高主要归因于喷雾有效覆盖范围的提高以及采用较小口径的喷嘴使得液滴的平均直径显著地减小。
喷嘴选型主要是考虑喷射角度和流量两个参数。脱硫上应用的中空锥喷嘴和螺旋锥喷嘴都有90°和120°这两种角度。
在湿法FGD工艺中，一般采用压力式雾化喷嘴。喷嘴结构、工作压力和流量影响喷出液滴的大小。对同一喷嘴，工作
压力和流量越大，即喷嘴喷出的平均速度越高，液滴的平均粒径越小。不同设计结构的喷嘴喷出的立体状的水雾分布形态是不相同的，不同的喷雾形态将影响不同大小液滴的数量。
3.常用的浆液喷嘴
螺旋型喷嘴可以在很低的压力下提供很强的吸收效率，所以这种喷嘴推出后迅速得到脱硫系统的认可，典型操作压力在0.05～0.1MPa。但也有资料指出，这种喷嘴停用时易结垢。
（1）空心锥切线型（Hollow ConeTangential）。采用这种
设计的喷嘴，循环吸收浆液从切线方向进入喷嘴的涡旋腔内，然后从与入口方向成直角的喷孔喷出，产生的水雾形状为中空锥形，可以产生较宽的水雾外缘，在相同流量和压力下可以形成较小的液滴允许自由通过的最大颗粒尺寸大约是喷孔尺寸的
在螺旋型喷嘴中还有一种大通道螺旋型喷嘴，这种喷嘴是通过增大螺旋体之间的距离设计出来的，允许通过的固体颗粒直径与喷孔直径相同，最大可达38mm。
二、喷淋层
80%～100%，喷嘴无内部分离部件，其外形如图3181
（a）所示。
FGD装置一般都采用喷淋塔技术，最主要设备包括吸收塔和几层喷淋层。喷淋层又可以称为液体分布器，它是由喷淋管和喷嘴组成，浆液通过喷淋管的分配作用到达均匀分布的每个喷嘴，由喷嘴喷出，与逆向流动的烟气充分接触，SO2等污染气体的吸收即在此完成。
1.喷嘴的布置
喷嘴的布置，首先需要知道喷嘴密度，喷嘴的密度每个公司都不全一样，甚至同一公司不同的设计人员取值也有差别。另外，喷嘴布置要满足相邻喷嘴喷出的液膜能相互重叠，不让烟气短路。
喷嘴布置的方法有两种，一种是同心圆布置，另外一种是矩阵式布置，如图3182和图3183所示。不同的脱硫公司有自己的习惯，从奥地利能源公司引进的技术一般采用同心圆布置，而从德国斯坦米勒公司引进的技术一般采用矩阵式布置。从应用情况来看，大多数脱硫公司采用矩阵式布置，矩阵式布置从主管和支管的设计以及支撑梁的布置都方便一些，但即使是矩阵式布置，由于吸收塔的截面是圆形的，所以要求离塔壁最近的一圈或两圈喷嘴同样是圆形布置，其他位置的喷嘴尽量采用矩阵式布置。
图3181 应用于FGD的几种常用喷嘴
（a）空心锥切线型；（b）实心锥切线型；（c）实心锥型；（d）螺旋型
（2）双空心锥切线型（Doule Hollow ConeTangential）。
这种喷嘴是在空心锥切线型喷嘴的腔体上设计两个喷孔，一个喷孔向上，另一个喷孔向下，喷嘴允许通过的颗粒最大尺寸为
喷孔直径的80%～100%。我国重庆电厂21号/22号FGD喷
淋塔就是采用这种类型的喷嘴，喷嘴材质为SiC。
（3）实心锥切线型（FullConeTangential）。这种喷嘴的
设计思想与空心锥切线型喷嘴近似，所不同的是在涡旋腔封闭端的顶部使部分液体转向喷入喷雾区域的中央，产生的水雾形态为全充满锥形，其外形如图3181（b）所示。这种喷嘴允许通过颗粒的尺寸为喷孔直径的80%～100%，产生的液滴平均粒径比相同尺寸的空心锥形喷嘴的大30%～50%，而且液滴粒度范围相当宽。
图3182 同心圆布置方法
（4）实心锥型（FullCone Tangential）。这种喷嘴通过内
部的叶片使浆液形成旋流，然后以入口的轴线为轴从喷孔喷出，产生的水雾形态为全充满锥形。根据不同的设计，这种喷嘴允许通过的最大颗粒直径为喷孔直径的25%～100%不等。在同等条件下，这种喷嘴雾化粒径相当于相同尺寸的空心锥切
线型喷嘴的60%～70%，其外形如图3181（c）所示。
（5）螺旋型（SpiralTangential），又称为猪尾巴型。在这
种喷嘴设计中，随着连续变小的螺旋线体，浆液水柱体被剪切除一部分，形成在一个空心锥水雾中还有1～2个同轴的锥形水雾，所以称为实心锥形水雾，或用剪切力使水柱沿螺旋线体旋转成空心锥形水雾形，其外形如图3181（d）所示。这种喷嘴设计无分离部件，自由畅通直径等于喷孔直径的30%～100%，在同等条件下这种喷嘴的平均粒径相当于相同尺寸的空心锥切线型喷嘴的50%～60%。
图3183 矩阵式布置方法
同心圆方法布置喷嘴的位置比较简单，但是这种方法把难题留给了喷淋管管道的走向布置和钢梁布置，并且由于支管以及支管上的小管参差不齐，给加工制作带来很大难度。这种方法只要确定同心圆的间距以及同一个圆两喷嘴的弧长，就很容易布置出如图3182所示的形状，该图使用90°螺旋锥喷
表3181
某项目管径确定
嘴，吸收塔直径12511mm，喷嘴个数为80。
喷嘴布置首先要考虑喷嘴的种类、喷射的角度以及喷嘴的密度。螺旋锥喷嘴的价格一般较高，脱硫公司在使用这种喷嘴时，应尽量节省喷嘴的个数，以降低成本；而采用中空锥喷嘴时，其价格相当于螺旋锥的1/3，所以可以布置得密一些。
另外喷嘴喷出的浆液液膜与支撑梁和塔壁接触，必须要考虑喷嘴中心与塔壁和支撑梁的间距，喷嘴的布置要求不能冲刷到壁板或钢梁。从分析比较不同公司的技术来看，周围喷嘴离塔壁的距离一般都要控制，否则会产生对塔壁的冲刷，修补很麻烦。该尺寸与喷嘴的密度有关，如果喷嘴的密度越大，喷嘴离塔壁和大梁的间距越小。
尽管90°喷嘴和120°喷嘴都在脱硫中使用，但为了减小冲刷现象，最外圈一般都布置90°螺旋锥喷嘴。
2.喷淋盘母管和支管管径的确定以及走向布置
由于浆液是通过喷淋管输送到每个喷嘴的，浆液中含有石灰石、石膏等颗粒，为了防止浆液在流动过程中产生沉淀，要确保喷淋管的母管和支管浆液的流速。对于该流速，不同的公司有不同的要求，流速太低，会产生沉淀，流速太高，会导致管道的磨损。选择管径时尽量在这个范围以内，有些时候考虑强度的需要，需要增大管径，这样会降低流速，对于大一些管径，流速应该选择在此范围内的高值，小一些的管径，流速可以小一些。
对于直径较大的塔，一般采用双母管方式。因为大塔每层输入的浆液流量大，采用单母管，母管的管径大，工作载荷较大，这就要求支撑点处的母管的强度达到很高。而采用双管，载荷降了一半，有利于支撑的设计。
喷淋管管道走向布置和管径确定是相互交叉同时完成的。下面以一段支管为例介绍支管管径的确定方法，如图318 4所示。总流量为5200m3/h，喷嘴个数为88，喷嘴流量为59.9m3/h管径的确定见表3181。依此类推，可以确定整个一层喷淋盘管道的走向和段管道的直径，最后形成如图3185所示的布置图。
图3185 某项目喷淋盘母管和支管管径的布置
3.喷淋装置支撑的设计
在直径较大时，建议采用双母管结构。
许多用户在采购喷淋管时，需考虑管道沿程阻力有多大。根据测算，以一个12m直径的塔为例，从喷淋管入口开始到最远端的喷嘴，经过分段的计算，其总沿程阻力为10kPa（喷嘴的工作压力除外）。
喷淋管是非标设计，在支撑方式上尤其明显。支撑方式有许多种，不同的公司有自己的特点，STEINMULLER公司一般采用单梁支撑方式，梁的截面是矩形的，母管穿过梁的腹板，设计结构非常紧凑。这种支撑方式的特点是除了周围的支撑点用于支撑支管配端部以外，喷淋管绝大部分的重力由一点或两点支撑在母管位置上，中间的支撑点少。对于直径较大的塔来说，建议最好不用这种单梁支撑方式，直径较大时，母管除了两端支撑外，最好增加母管中间的支撑点。当塔径不大时，可采用单梁方式以减少对断面的占用。其他的支撑方式可以增加母管的支撑点，也可增加支管的支撑点，或是同时增加母管和支管上的支撑点。
4.喷淋层管道壁厚的选择
喷淋层作为一个整体支撑在吸收塔塔壁和钢梁上，喷淋管在工作和检修状态下，都承受着一定的载荷，这些载荷将作用在整个喷淋管上。工作状态下有浆液载荷、喷嘴重力以及喷淋管的自重力。检修载荷包括喷淋管的自重力、人在支管上移动载荷以及检修时单位面积承担的重力。喷淋管壁厚的设计将满足在两种工作状态的载荷，通过应力分析计算得出各个位置的弯矩和剪力，从而确定不同位置管道的管径，有的时候，允许不同位置的相同管径选择不同壁厚。
图3184 某项目支管管径确定及布置
对于喷淋管壁厚，至今还有一些脱硫公司对不同管径指定壁厚，这不仅不尊重科学，而且造成很大的资源浪费。对喷淋
管的担心，可以通过适当增加安全系数来解决。没有通过计算而指定的壁厚，是没有意义的。
5.喷淋层布置设计
喷淋层的设计主要包括喷嘴的布置、管径的确定、管道走向和钢梁布置、管道应力分析计算等内容。喷嘴的布置有同心圆法和矩阵法两种，一般要求最外圆的喷嘴角度为90°，并且对塔壁与喷嘴间距选择适当的距离，确保不冲刷大梁和吸收塔内侧壁板。另外对于较大直径的吸收塔建议在母管上增加支撑点。喷淋关的壁厚，不能盲目指定，需要通过整体的应力分析得到，或直接委托制造商做相关计算。
第九节 管道
FGD系统中的管道用来输送浆液、澄清液、除雾器冲洗水、各种疏水、工艺水、消防水、化学添加剂溶液以及空气等介质。输送空气的管道有两类：氧化空气管道、仪用和杂用空气管道。FGD工艺水、消防水、仪用和杂用空气管道的设计与电厂同类管道并无特别之处，所以本节不讨论这类管道。表3191列出了FGD系统输送的典型流体、流体的工作条件和浆液浓度，这是FCD系统管道设计必须考虑的主要因素。表3191 管道系统输送的典型工艺流体
① 侵蚀程度和结垢性：0—小或没有；1—轻微；2—中等；3—
严重。
② 对金属和合金钢管道而言。
一、类型
FGD系统中的管道可以有几种分类方式：按接触介质分类，按容器内外的管道分类和根据管道材质分类。
FCD系统中的多数管道是吸收塔或者烟道的外部管道，这类管道仅内表面与FGD工艺流体接触，对管道的外表面没有特殊要求。还有一类管道的内表面接触输送的流体，外侧暴露于工艺环境中，例如吸收塔内的喷淋管、反应罐内的氧化空气管，烟道内的冲洗水管和事故放水管等。因此，容器内部管道的设计必须考虑两种工作环境。
FGD系统管道根据材料分类，常用的管道如下：（l）碳钢管（无衬层，包括镀锌钢管）。
（2）容器外部使用的橡胶内衬碳钢管，内部使用的内外衬
覆橡胶（RLRC）碳钢管。
（3）玻璃钢管（FRP）。
（4）高密度聚乙烯（EHDPE）挤压成型热塑塑料管。（5）耐腐蚀合金钢管（包括不锈钢、镍基合金钢和钛合金
钢）。
按接触介质分类，则可将FGD系统管道简单地分为浆液管、化学试剂管道、工业水管和空气管道。
二、设计中应考虑的问题
（一）工艺上应考虑的问题
表3191从磨损性、腐蚀性和结垢性三方面给出了FGD工艺流体的侵蚀性。磨损性定性地说明了流体引起磨耗的程度。清水，如除雾器冲洗水和化学添加剂，不具磨损性。同样的，如果颗粒物分离效率很高，浓缩器或者旋流器分离出来的稀浆液磨损性也很小。但当稀浆液的台固量达到10%左右时，在流速较高的部位，如旋液分离腔稀浆液出口管道处仍会表现出严重的磨损性，特别在采用金属材料时。浆液的磨损性随颗粒物含量和颗粒物硬度的提高而增加，吸收剂浆液和浓缩器/旋流器浓浆液的磨损性一般比吸收塔循环浆液大，但当吸收塔循环浆液浓度超过15%，尤其达到25%及以上时，其磨损性通常强于浓度为30%的石灰石浆液。腐蚀性是指对金属材料的化学侵蚀程度，不针对非金属管道。表3191提到的结垢性是指管道内固体物的附着和沉积程度。腐蚀性和结垢程度对管道的设计影响很大。
管道的工艺设计指管道的尺寸和布置，如果选择耐腐蚀合金管道。还要确定合金材料能耐受的最高氯离子含量。吸收剂类型和制备质量（指研磨细度）也影响管道设计和材料选择。
（二）机械方面应考虑的问题
电厂其他管道系统应考虑的主要机械问题也适用于FGD工艺管道。由于FGD系统大多数管道需输送不同浓度的浆液，因此浆管设计必须保证在最大和最小流速时都能保持浆液处于悬浮状态，并使冲刷磨损降低到最低。
管道系统设计须考虑采用合适的支架来承受所有的动、静负荷。FGD系统中通常有很长的管道，输送的浆液密度高、动能大，发生水锤现象造成设备损坏的可能性很大。当突然关闭或开启管道阀门时，管路中的流速就会急剧变化，由于液体的惯性作用，必然会引起管中液体压强的上升或下降，伴随而来的有液体的锤击声音，所以称为水锤现象。流体的密度越大、速度越高、截止阀前的管道越长，水锤压强就越大。水锤压强有时是非常大的，可能引起管道爆裂；水锤引起的压强降低，管内形成真空，有可能使管道扁缩而损坏。国内FGD系统发生过由于循环泵入口浆管较长，又被沉淀物堵塞了大部分流道，泵启动后，当沉淀物被泵抽吸疏通后，泵入口流速突然猛增，使泵体和泵入口管道发生了剧烈振动，导致泵入口管道的混凝土支撑基础破裂。水锤现象的发生对管道是十分有害的，设计中必须设法减弱它的作用。减弱水锤现象的几种常用方法是：缓慢关闭阀门；缩短管道长度，避免淤积沉淀物；在管道上装设缓冲罐或安全阀。
在管道的设计中还应考虑不同热膨胀引起的位移和应力，特别应注意吸收塔外管道与贯穿吸收塔管道之间的相对位移。要注意FRP管和挤压成型的热塑塑料管的热膨胀系数比金属管大得多，在采用这些材料进行管道系统设计时，要特别注意热膨胀的影响。
（三）其他应考虑的问题
在设计FGD系统管道时还必须考虑的其他问题：流体的流动状态对浆液造成的影响；管道的尺寸；避免管道内局部流速剧增；管道的清洁；管道的埋设和防冻。
1.选择流体的流动状态来减轻磨蚀
表3192 罐体溢流管和排空管标准尺寸
FGD系统工艺管道输送的各种浆液都具有一定的磨蚀性，因此减小这种磨蚀是FGD管道设计的一个重要问题。对于非金属管道，磨损是通过单纯的机械冲刷磨耗来影响其使用寿命的。对于金属管道，磨蚀是机械磨损和化学腐蚀协同作用的结果，金属管道的磨蚀表现不单单是这两种作用结果的简单叠加，这种协同作用加速了合金的磨损和腐蚀。为了方便叙述，将单纯的机械冲刷磨耗称为磨损，将同时存在化学腐蚀的磨损称为磨蚀。
浆液的磨损性是浆液中固体颗粒物的动能、颗粒物相对于被磨损材料的硬度、颗粒物撞击角度和撞击频率的函数。在管道中，颗粒物撞击角度较小，可以近似地视为常数。在其他影响因素相同的情况下，颗粒物撞击频率正比于单位质量或单位体积浆液中的颗粒物质量。因此，可以用下式表示磨损性，即
Abr=k×ρ×dp3×v2×cs
式中：Abr为磨损性，无量纲；k为比例常数；ρ为单个颗粒的密度；dp为颗粒直径；v为流体流速；cs为浆液浓度（颗粒质量/单位浆液质量）。
① 罐体容积为1h内可排空的情况。
溢流管内径的确定应符合以下经验公式：
式中表明，磨损性与颗牲密度、颗粒物直径的立方、流速的平方和浆液浓度成正比。从这个公式可以看出，限制管道内浆液流速、采用细磨的吸收剂以及在可能的情况下采用浓度较低的浆液是降低浆液磨损性的重要措施。例如，某吸收剂磨制系统出现故障，磨制出的吸收剂颗粒较粗，使不锈钢喷嘴的寿命缩短了90%，管道的使用寿命也有类似程度的降低。
D=32.8×q2V/5 v=0.057×D1/2
溢流流速应低于0.8m/s。
（3）罐体排空管尺寸的确定。罐体排空管的标准尺寸见表3192中罐体排空管内径，即
D=109×Dt×T-1/2 ×H1/4
FGD系统浆液中固体颗粒物的密度很接近，大约2.3～3.0g/cm3，因此保持浆液颗粒物悬浮所要求的流速也很相近。提高流体流速会加剧磨损，流速降得太低也会增加磨损性。多数运行良好的FGD系统浆液中的颗粒直径小于200μm。
式中：Dt为罐体直径，m；T为排空时间，min；H为液位，
m；v为流速，m/s。
FGD系统管道内的流速一般设计为1.5～2.4m/s，浆液保持非均匀流动。但泵入口和出口的设计流速范围一般分别为
罐体排空管内径不应小于2.5in。对各种容量的吸收塔排空管的标准尺寸可取8in。
（2.0±1.0）m/s、（2.5±1.0）m/s，最大流速用于吸收塔的
大型管道中。在流量变化的情况下，最大流速一般不应超过3.5m/s，从防止浆液沉淀的角度来说，石灰石浆液最低流速
为0.9m/s，石膏浆液为0.8m/s。
（4）不同材料管道对流量和压损影响的相对比较。图3 191～图3193从三个方面相比较了不同材料管道对流量和压损的影响。图3191，在恒定流速下比较不同材质、不同直径管道的相对体积流量；图3192示出了在湍流和恒定压损情况下，不同材质、不同直径管道的相对体积流量；图3193显示了在湍流和恒定体积流量下，不同材质、不同直径管道的相对压损。
如果流速降低到非均匀流动的临界过渡流速以下，接近于从紊流运动到层流运动的过渡流动状态，此时发生跳跃流动，颗粒沉淀到管道底部，又弹跳起来，这种情况会使磨损加剧。当颗粒物脱离悬浮液状态，在管道的底部被流体拖着滚动，此时为滑动流动。滑动层的流动会造成严重磨损。
不论流速多高，大于200μm的颗粒一般不能维持均匀流动。非均匀流动是容易达到的最好的流动状态。大颗粒的跳跃和滑动层流动是难以避免的，但危害性特大。
2.管道尺寸
（1）泵输送浆液管道内径的确定。上面已给出了FCD系统管道浆液流速的一般设计范围，根据物料平衡可以计算出浆液流量，管道内径D（mm）则根据流体的流量和流速，由下式确定，即
式中：qV为流体的体积流量，m3/h；v为流体的平均流速，
m/s。
（2）溢流管尺寸的确定。罐体溢流管和排空管标准尺寸见
图3191 恒定流速下FGD不同材质管道的
表3192。
相对体积流量
免管道直径突然减小，应当采用弯曲半径大的管件。
4.管道清洗
保持管道内的清洁对系统的可靠性特别重要。在系统初次启动前，在设备大修和事故停运后，应检查所有的管道以及与管道相连的设备内是否留有杂物。这些杂物可以损坏泵、阀门和管道或堵塞管道。管道的入口应安装滤网以防止外来杂物、垢块或橡胶破损块进入管道中。
如果由于流体之间的混合、流体温度的下降或蒸发使浆液变成过饱和状态，则会引起管道结垢，即使很少的结垢都会增加流动阻力。
结垢最容易附着在衬胶、碳钢和合金钢管上，玻璃钢管不太容易结垢。最不容易结垢的是挤压成型的热塑性塑料管，如
EHDPE管。
图3192 在湍流和恒定压损情况下FGD
不同材质管道的相对体积流量
如果在停运期间浆管内有淤积的浆液，当泥浆沉淀和沉淀物板结后，会极大地增加结垢和堵塞的危险。在运行中，应该关闭的阀门未关到位或阀门内漏，浆液漏入阀门下游侧的管道或设备中，也是造成堵塞常见的原因。FGD系统所有的浆液管道一般主张设计水冲洗装置，如果能在停运后排空管内的浆液，也可以不采用水冲洗措施，输送稀浆液的泵和管道就更无冲洗的必要。
对于FGD系统中很长的浆液管道，如排到废弃浆池的来回管道，国外有些FGD系统配备有清管器。设计清管装置时需要安装发射装置和接收装置，并且清管器出A口管道不应有急转弯和变径。清管器是插入管道中不断向前推进、机械清除管道内表面结垢和沉积物的装置。最简单的清管器像一个大的橡胶锥形体。清管器用水力方式压入管道，或者由一个轻导向金属块用绳索拉入管道。
碳钢和合金管可以采用带有刷子和刮泥器的硬清管器。玻璃钢（FRP）和挤压塑料管只能采用软清管器。橡胶衬里管不能采用清管器。
5.管道的埋设
图3193 在湍流和恒定体积流量情况下
同材质管道的相对压损
从图3191～图3193可以看出，衬胶钢管的输送能力比不衬胶碳钢管小得多，原因是衬胶减小了管道的内径。因此，在设计时，衬胶管道应选用比不衬腔碳钢管道较大的公称尺寸。
高密度聚乙烯（Extra High DensityPolyethlene，简写
FGD系统中有些管道埋在地下。地下金属管道需要进行外部防腐处理，特别是在有可能遇到FGD工艺液和含盐地表水的地方，至少应当采取隔离措施或者涂覆聚乙烯保护层。虽然在电厂环境中对埋管进行阴极保护是困难的，但是如果可行，也应当采用阴极保护。难以采取阴极保护的原因是管道靠近其他系统的地下设备以及电厂接地系统的杂散大电场。地下耐腐蚀合金钢管也要求有类似的外防护，特别是如果有可能遇到含盐地表水时。
EHDPE，一种可挤压成型的热塑性塑料）管的管壁必须有足够的强度，才能承受浆液压力。对于这种管道的尺寸，要根据管道直径和标准尺寸比（SDR）来确定。图3191、
图3192给出了两种标准尺寸比（SDR）的EHDPE管的
标准流量和压降参数。
非金属管道，如玻璃钢（FRP）和高密度聚乙烯管，埋管时不需要进行外防腐保护，但应采取措施防止回填时石头等物撞击非金属管道，还必须考虑地基塌陷的可能性和防范措施。在安装过程中应按照制造厂的设计和安装说明书施工。
在FGD应用中，应当采用标准尺寸比小于或等于9.3的EHDPE管，以避免长期的蠕变损坏。在使用高密度聚乙烯管或者类似的热塑性塑料管时，需要选用较大的管道公称尺寸。
EHDPE管比水轻，可浮于水面，因此如果它经过或者进入水池中应有固定措施。
6.防冻
另外，各种直径的玻璃钢（FRP）管的输送能力都比碳钢管大，因此可以选用小尺寸的玻璃钢管。
图3191～图3193中的合金钢管指不锈钢、镍基合金和钛。过去用碳钢管来计算合金钢的流量和压降。然而，为了节约资金，现在常常选用薄壁管。在管道公称尺寸相同的情况下，还可以增加内径。
由于天气寒冷，曾出现浆液管道冻结使整个FGD系统长时间不能运行的案例。FGD管道在正常运行中不会冻结，但是在很冷的天气里，短时停运时发生过管道冻结。对于在启动过程和停运工况下可能冻结的FGD工艺管道，应考虑防冻措施。是否采用防冻保护取决于电厂所在地理位置和管道所处的环境。
三、材料选择
3.避免管道局部流速剧增
对碳钢、橡胶衬覆碳钢管、玻璃钢（FRP）管、高密度聚乙烯管、不锈钢和镍基合金管以及钛管应用时应考虑的问题，
有些管接头和管道的配置会引起浆液流速局部加速，流速局部加速引起的磨损是管道损坏最常见的现象；所以尤其应避
分别汇总在表3193～表3198中。
表3193
碳 钢 管
表3195
玻璃钢管
表3194
橡胶衬覆碳钢管
表3196
高密度聚乙烯管
续表
表3197
奥氏体不锈钢和镍基合金管
表3198
钛管
四、应用建议
（1）在美国，吸收塔的外部管道首选乙烯基酯树脂玻璃鳞片增强的玻璃钢管。而在我国，FGD浆管大部分选用橡胶内衬碳管。吸收塔内的喷淋管多选用FRP管，这种设计FRP喷淋管需要支撑横梁。仅有个别脱硫公司的喷淋母管采用内外衬橡胶碳钢管，喷淋支管采用FRP管，喷淋母管无需支撑横梁。石灰石浆液磨制系统和废水处理系统的一些管路也有采用
FRP管的。
吸收塔体内的氧化空气管可以采用FRP管，但是，如果是固定管网式氧化装置，则最好采用耐腐蚀金属管。吸收塔体外的氧化空气管道可以采用碳钢管，由于温度和压力较高不宜
采用FRP管。
（2）玻璃钢（FRP）浆管与浆液接触的壁面必须有耐磨层。
（3）如果设计上能够确保在两次维修期间FRP管不会发生机械损坏，目前多建议吸收塔喷淋层采用内外都有耐磨层的玻璃钢（FRP）管。否则，建议采用合金钢或者内外衬覆橡胶的碳钢管。
（4）浆液流速必须足以维持浆液均匀流动或者非均匀流动，但是不应高到引起严重的高流速磨蚀。对于大多数材料来说不应高于3.7m/s。流速高于3.7m/s的管道以及某些部位的弯头和异径管接头建议采用耐磨蚀金属。紧靠调节阀和节流孔板下游侧的浆管最易磨穿，在这一部位装一短节陶瓷管可以较好地解决管道磨穿问题。
水力旋流分离器的旋流腔、底流和溢流管采用聚氨酯树脂内衬管，耐磨效果非常理想。美国有资料指出，到灰场或湿排废弃石膏浆池的长距离地下浆管采用高密度聚乙烯厚壁管可能具有吸引力。国内投运最早的某电厂，一期2套FGD装置采用316L不锈钢管将废浆液输送至6km外的灰场作废弃处理，管道敷设在地沟或地面，焊接连接。废弃浆液的设计浓度为20%，实际运行时的浓度大约为10%～15%，管外径为216mm（JIS标准），根据输送浆液的压力，将整个管线从泵出口到灰场浆液出口分成高、中、低压3个区域，壁厚分别为6mm、5mm、4mm，已运行十余年，未发生事故和检修工作。
第十节 阀门
根据阀门的主要用途，FGD系统应用的主要阀门是隔离阀（或称截断阔）、调节阀、止回阀、减压阀和安全阀等，而应用最多的是前两种阀门，所以本节仅介绍这两种阀门在FGD系统的应用。在FGD各种管道系统中都布置有隔离阀，隔离阀用以控制管路中介质的通过或截断，将管路系统、泵、罐、仪器和调节阀隔离开来，以便确定运行范围、改变运行方式或进行设备维修。调节阀用来调节管路中的介质流量和压力，使工艺参数稳定在所希望的范围内。在磨损严重的浆液管路系统中应尽可能避免节流，在有些情况下，可以采用调速泵和开关阀运行，或其他的运行方式，而不用调节阀，避免阀门磨损。
FGD系统中隔离阀和调节阀的选型和设计在很大程度上取决于流体的特性。FCD系统工艺流体的特性已列于表31
9 1中。
一、阀门类型
FGD中所用阀门的种类很多，电厂所用的普通阀门都可以用在FGD系统清水管路中（工艺水管路和除雾器冲洗水管路）。然而，对于具有腐蚀、磨损和结垢性的流体需要用专门的阀门。由于一种类型的阀门通常很难满足隔离和调节流量的
要求，所以常常需要采用不同类型的阀门串联起来以满足要求。FGD系统中通常使用的闸门有以下四种：①闸阀；②隔膜阀；③蝶型阀；④柱阀和球阀。
下面仅限于讨论上述四种阀门。
1.闸阀
图3110 1所示的是闸阀的一种类型，又称为插板阀，它采用薄合金阀片，可以穿透阀体中的沉积固体物。填料密封插板阀是美国第一代FGD系统中采用的典型的工艺水插板阀。阀体内衬橡胶，阀片座入橡胶的阀座内，阀杆采取填料密封以防泄露。如果阀片上的沉积物被带入填料中，填料很容易被损坏。如果填料盖压紧程度不适当，介质很容易从阀杆周围泄露出来。另外，阀座阀上的固体沉积物常常阻碍阀片紧密地插入阀座中，从而导致阀门内漏。
现在，美国FGD系统采用的多数插板阀是如图3110 1（b）所示的无填料型插板阀。这种阀门在开启状态时阀片完全从浆液中抽出，阀内衬胶的两部分用刚性环夹紧形成无泄露的密封。当阀门关闭时，阀片把阀体内整个圆周的内衬橡胶结合面分开。这种设计，在阀门关闭和打开时泄漏很小，而且避免了固体沉积物使阀片关闭不严密。美国现有的插板阀的直
图31101 插板阀
径为76～100mm。
（a）插板阀；（b）无填料插板阀
我国引进的FGD系统有在旋流器站的每个旋流器入口、旋流器滥流浆液管路上安装这种无填料插板阀，其他浆液管道上不采用闸阀。国产通用闸阀无法保证关闭严密不发生内漏，因为管道和阀体底部总是会有残留浆液形成的固体沉淀物。国产闸阀限用于清洁液、空气或蒸汽管道上，而且多用作手动操作阀。
2.隔膜阀
隔膜阀是通过弹性衬板的叠台来关断流体的。这种类型的
阀门有图31102（a）、（b）、（c）所示的双膜夹叠阀、屋
脊式隔膜阀和中心节流阀。阀门的驱动有手动、电动、气动或者水力等方式。
图31102 隔膜阀
（a）双膜夹叠阀；（b）屋脊式隔膜阀；（c）中心节流阀
与闸阀、蝶阀相比，这些阀门的使用尺寸很有限。双膜夹叠阀和屋脊式隔膜阀的直径最大到406mm，中心节流阀的最大直径到203mm。在FGD系统中，隔膜阀多用于清洁水、废水处理系统加药流量调节；用于小口径浆管中，如测量仪和排空管路上的隔离阀。
3.蝶阀
球阀，顾名思义，具有球形阀芯，阀芯上的流道常见的有两种：V形缺口和圆孔通道，如图31104（b）所示。转动球心，V形缺口起到节流和剪切的作用，适用于纤维、纸浆、泥浆等含有颗粒物介质的流量调节。因此，V形球阀在FGD管道系统中最常用来调节浆液流量。带有圆孔流道的球芯、转动球体可起调节和切断作用，常用于双位式调节。
如图31103所示，蝶阀的阀芯是由阀杆带动旋转的阀盘，通过旋转阀盘来改变阀门开度。阀体衬有可更换的橡胶衬套，阀杆穿过橡腔衬套与阀盘连接，橡胶衬套也就成了阀杆的密封件。蝶阀结构简单、外形尺寸小，流体阻力和开闭力矩较小，开闭速度快且方便。管内有少量沉积物不影响阀门的开闭，低压下有良好的密封性。因此，蝶阀是FGD系统应用最多的一种阀门，大量用作各种浆液管道的隔离阀，也用于需频繁自动开闭的冲洗水管和排空管中。蝶阀可电动、气动或手动操作。蝶阀还可以作调节阀用，但不能用来调节带有大量固体颗粒物的浆液流量。由于阀盘始终处于浆液流体中，用阀盘来节流，不仅阀盘易磨损，而且会很快磨穿其下游侧的橡胶衬管，特别在流速较高的管路中，阀门接近关闭时更是如此。因此，蝶阀在大多数浆液管道上最好作关断阀使用。
图31104 柱阀和球阀
（a）柱阀；（b）球阀
为了防止柱阀和球阀阀芯周围泄漏，阀体和球芯应有精密配合。用于浆液调节的球阀阀芯应优先选用精密陶瓷。柱阀和
球阀的直径从50～203mm。
二、设计中应考虑的问题
图31103 蝶阀
（一）工艺上应考虑的问题
由于阀盘始终处于具有腐蚀性的浆液中，阀杆也可能接触腐蚀液，因此阀盘和阀杆应采用不锈钢或等级更高的合金，SUS316是可供选择的等级最低的合金材质。根据FGD系统长期使用的经验，阀体的衬胶采用乙烯丙烯二烯橡胶（Ethyl-
阀门选择时应考虑的主要工艺问题是：阀门的用途（隔离、调节流量或者两者兼有）；流体特性（磨损性、腐蚀性、结垢特性或是清水）和操作频率程度。
1.阀门的适用范围
enePropyleneDiene MetlhyleneRubber，简写为EPDMR，一
种乙丙橡胶），使用效果较好。
现有蝶型阀的直径从50mm到1m以上。4.柱阀和球阀
柱阀和球阀在设计上很相似，区别主要在阀芯上。柱阀的阀芯是锥形，阀芯上有矩形流道，如图31104（a）所示。
表31101给出了在各种使用条件下四种阀门适合隔离和流量调节的程度。有些阀门给出了一个适合程度范围，这取决于特定的使用条件和阀门的材质。例如，蝶阀适合用于吸收塔循环管路中隔离浓度为10%～30%、具有中等磨损性的浆液，但不太适合作吸收剂磨制过程中，浓度为30%～60%、粒径较粗、高磨损性半成品浆液管路中的隔离阀。
表31101
四种阀门适合隔离和流量调节的程度
插板阀在全开状态下对流体没有任何阻力，适合用于隔离FGD系统中的各种流体，但不能用作流量调节。
达到饱和状态，固体物含量又低（缺少结晶晶核），随着温度的下降，很可能形成硫酸钙过饱和溶液而产生结垢。
三种隔膜阀在全开状态下对流体都有一定的阻力。除中心节流阀外，其他隔膜阀能够关闭严密，即使有夹带的固体物，也适合用作隔离阀。然而，因为关闭力必须始终维持大于流体的压力，所以比插板阀的适用等级低。如果夹紧力失去，例如压缩空气压力变低，就可能造成阀门内漏。
阀门对结垢性流体的适用性主要职决于阀门的密封方法。如果阀门的结垢影响阀门关闭时的严密性，那么该阀门就不适合用作隔离阀。碟型阀和柱阀、球阀容易发生这种问题，如果在阀体和内部可动部件之间结垢，阀门可能在需要时无法打开和关闭。
由表31101可见，隔膜阀作隔离阀和流量调节阀用时的适用性变化很大。通常在FGD系统中，普通的隔膜阀不用作流量调节阀，因为阀门节流后的高流速会冲刷磨损阀门弹性膜；然而，隔膜阀很适合作为清水和有轻微磨损性浆液的流量调节阀。中心节流阀过去专门用来节流磨损性浆液，但不能用于隔离。这种阀的节流圈在阀门关闭过程中向中间收缩，最小节流孔径时的最小流量约为最大流量的20%。当同时需要调节流量和隔离时，必须为中心节流阀串联一个合适的隔离阀。
3.操作频繁程度
操作频率程度指阀门是否经常开、关。在FGD系统中阀门的操作频繁程度相差很大。例如，吸收塔循环泵的隔离阀可能1个月甚至更长时间处于关闭或者打开状态而不进行操作；与此相反，除雾器冲洗水阀每小时要开关几次。又例如，吸收剂浆液流量调节阀，阀门的开关位置常常改变，甚至每分钟都在变化。动作频繁的阀门减少了结垢和沉积物引起故障的可能性，但是容易磨损。
蝶阀和柱阀、球阀可以用作隔离阀和调节阀，这取决流体的特性。这两种阀门对于清水、具有磨损性和腐蚀性的流体具有很高的适用性。但是，由于受最大直径限制，柱阀、球阀作隔离阀仅用于小口径管道上，在吸收塔循环浆管回路则多采用蝶阀。由于FGD浆液压力较低，蝶阀的价格相对便宜。除非有特殊要求外，FGD浆管隔离阀都可以采用蝶阀。
插板阀不能用在需要频繁动作的地方。插板在密封面之间的进出运动是磨损的基本原因。如果阀门频繁动作，开关期间少量的泄露都会给维修带来麻烦；因此，插板阀常常用在不常动作的场合。其中包括泵隔离和罐体排空。
在FGD系统中，对于浆液浓度或流速较高、调节精度要求高的管路最好采用陶瓷阀芯的球阀。在一些自流管路上，即流速较低的地方，也可以采用蝶阀调节流量。
2.流体特性
隔膜阀非常适合动作频繁的场合，但也可以用在通常为开或关的场合。这种阀所用的弹性衬里是主要磨损件，动作次数可达数千次。隔膜阀常常用在除雾器冲洗管路上，因为其具有较长的反复动作寿命、弹性膜价廉，易于更换。但有一个问题需要注意，当这种阀门经常处于常闭状态、很少动作时，弹性衬片长时处于拉伸状态，容易撕裂。因此，罐体的排空阀和类似的通常处于关闭状态的阀门不宜采用夹紧阀。
表31101所列四种阀门适用性等级对应的FGD系统四种流体是：清水、磨损性流体、腐蚀性流体和结垢性流体。通常，所有的阀门都能很好地用于清水，即使一般带填料的闸阀也具有令人满意的性能。
蝶阀和柱阀、球阀很适合频繁操作。然而，如果长时间处于关闭状态（特别是在结垢性流体中），阀芯可能被卡死，难以动作。吸收塔循环泵入口蝶阀应尽量靠近罐体安装，当该阀门长时间处于关闭位置时，要确保靠近阀门的浆液始终处于流动状态，不会发生局部沉淀，否则，堆积的沉积物可能使阀门无法开启。
这些阀门对磨损性流体的适用性与流体的磨损性和阀门的设计有关。阀门内部件、流向突然改变的地方和高流速区的磨损程度与流体的固体物含量成正比。当吸收塔反应罐浆液浓度控制在10%～15%时，系统中磨损性最强的流体为吸收剂浆液；但当反应罐浆液浓度控制在20%～30%时，磨损性最强的流体为吸收塔循环浆液，由于吸收塔循环浆液同时具有较强的腐蚀性，所以对金属阀门表现出一定的磨蚀性（严格讲是流体腐蚀性）。插板阀这类能够完全打开的阀门最适合用作磨损性流体中的隔离阀。FGD系统在吸收塔循环管路中（浆液浓度20%～30%）采用衬胶蝶阀也取得了很好的运行效果。蝶阀出现的故障往往并不表现在磨损上，大多数故障原因是衬胶破损、变形或沉淀物卡涩阀芯。
（二）机械方面应考虑的问题
在确定FGD系统所用阀门类型时，电厂工程师应确定阀门执行机构的类型，检查设计选定的阀门的最大流速。
1.最大流速
通过阀门的最大流速应当与确定管道尺寸时所采用的速度范围相同；因此阀门的尺寸通常与其连接的管道的尺寸相匹配，而不采用异径管过渡。然而，有时也用较小的阀门来达到较高的流速，对于流量调节阀就常有这种情况，用较小的阀门可以获得较为正确的流量调节特性。
2.阀门执行器的类型
阀门对腐蚀性流体的适用性取决于流体的化学特性。如果输送的腐蚀性流体是化学添加剂，则无填料插板阀就不适用；因为打开和关闭时，这些阀门会发生泄漏。然而，如果腐蚀性是由高氯离子含量引起的，如浓缩器的溢流管路，那么可以采用无填料插板阀。在不能有泄露的化学添加剂管道和其他腐蚀性流体管道，隔膜阀、蝶阀和柱阀、球阀适合作隔离阀和流量调节阀。
阀门可以采用手动、电动、气动或者液压驱动。选择何种方式取决于阀门的设计、操作的频繁程度、要求的操作时间、需要驱动力的大小以及用户和供货商的喜好。
四种阀门都可以采用手动操作，但手动方式限于阀门不经常动作和可以等待操作人员到达后再操纵的情况，例如，罐体和管道的排空阀、控制阀前后的隔离阀和旁路阀以及仪表的维修隔离阀。即使不常操作的阀门，有些类型的阀门和大型阀门可能也不能手动操作，例如，大型插板阀和蝶阀很难手动开、关阀门。关闭一个305mm的插板阀，即使采用齿轮减速器来减小驱动力，也要多花5min。
对于FGD系统，人们做了许多工作来防止产生结垢。然而，一些FGD工艺流体在输送过程中，在一定的条件下仍可能出现结垢。例如，硫酸钙的溶解度随流体温度的降低而降低，在旋流分离器的溢流液通过较长的管路排至废水池的过程中、在石膏浆液堆放池澄清液经过长距离回收管道送回FGD系统的过程中，特别在冬天，由于这两种工艺液中的硫酸钙已
对不容易接近、需要远程操作和实现联锁控制的阀门，常采用电动驱动器。电动驱动器可以是电磁式或电动机驱动。电磁驱动器只能用于诸如浆管自动排空和冲洗这类小阀门，其难
以提供足够的动力来操纵大型阀门。对于大阀门一般采用电动或气动驱动器，当操纵阀门所需要的驱动力超过气动驱动器或者压缩空气所能提供的力量时，特别适合采用电动机驱动器。
FGD系统中大多数自动阀采用气动驱动器，气动阀中尤以气动蝶阀应用最多，公称通径在50～1000mm以上，气动阀开闭快，易与泵的自动启/停、事故停运实现逻辑控制。气动驱动器与电动驱动器相比，气动驱动器价格低，且相对易于维护。像除雾器冲洗水阀这种频繁动作的阀门常采用气动阀或电磁阀，气动驱动器也常用在不常动作的阀门上，如泵的隔离阀和管道排空和冲洗阀。
液压驱动器一般只限于特大型循环泵入口隔离插板阀上。这些阀门的直径可能在1m以上，气动驱动器可能无法提供需要的驱动力。液压驱动系统造价通常低于电动机驱动器，且结构简单。尽管这些阀门不常动作，但是它们通常是泵自动启/停逻辑控制的一部分，需远方控制开和关。如果设备中有3～5个以上这样的大阀门，通常采用中央液压系统；如果少于3个阀，可能每个阀门用一个液压系统更经济。
（三）其他应考虑的问题
在阀门的选择上应当考虑的另外一些主要问题是动作的频繁程度、耐磨损性、维护和检修以及更换的难易程度。对于频繁动作的阀门，如除雾器冲洗水阀，应选择便于运行人员检查阀门动作情况、维修人员易于靠近和更换易损件的阀门；对于频繁动作又易磨损的调节阀，如吸收剂浆液流量调节阀、石膏浆液旋液器底流调节阀等，阀门的耐磨性至关重要，一个耐磨性优良的调节阀，日常几乎无需检修。调节阀是控制工艺参数的重要器件，需定时检查和校验，因此安装位置应便于观察，有便于检修和校验的通道和场地。
有些阀门和阀门驱动装置很大又重（如吸收塔循环泵隔离阀），在这些地方必须留有临时起吊的通道和空间。
三、材料选择
FGD系统所用阀门的材料取决于阀门接触流体的性质。吸收剂浆液管道、吸收塔循环管道和浓缩器/旋流器浓浆液管道的阀门多数采用橡胶衬里来防磨损和腐蚀。
插板阀的阀板通常采用不锈钢制作，也可以用耐腐蚀镍基合金。在有的插板阀设计中，基于阀板在工作状态时易于更换，采用耐腐蚀等级较低的材料，定期更换比用昂贵的耐腐蚀材料合算。
隔膜阀的弹性衬里是橡胶或者其他材料。在特殊使用条件下，应考虑采用最好的材料。在磨损性环境中，隔离阀的阀体通常为橡胶衬里，国内有长期成功使用采用乙烯丙烯二烯橡胶衬覆阀体的经验。蝶阀的阀盘可以用不锈钢和其他防腐合金钢制作，或者采用橡胶和其他的防腐耐磨材料衬覆。阀杆通常不遭受磨损，可以采用不锈钢或者防腐合金钢。如前所述，在磨损性严重的环境中，蝶阀不适合作调节阀，即使是不锈钢和耐腐合金钢制作的阀盘也不适合。
防化学腐蚀是化学添加剂管道、废水处理加药管路主要考虑的问题，因此不锈钢或者非金属材料制作的柱阀/球阀适合用于这些管路上。
前面已提到，FGD浆液调节阀在调节过程中，流道的改变使阀内流体的流向发生变化，流速高于与其连接的管道内的流速，阀芯处于严重磨损的工作环境中，再加之浆液的腐蚀性，因此最好采用精密陶瓷阀芯。在某些流速、流量较低的浆管上也可以选用耐磨耐腐蚀的合金材料。阀体和阀杆都应采用耐腐蚀不锈钢。
四、选择推荐意见
（1）在不经常操作，具有磨损和结垢的环境下，采用无填料插板阀作为隔离阀较好。
（2）在需要调节流量和动作频繁的场合应根据流体特性选择隔膜阀、蝶阀和柱阀、球阀。
（3）如果采用调节阀来控制磨蚀性强的浆渣的流量，应优先选用陶瓷阀芯的球阀。如果调节流量大，没有合适的调节阀可供选择，可以采用开关阀和变速泵，或者其他的方式来调节流量。
（4）在浆液中采用蝶阀时，蝶盘转轴应当水平安装，蝶盘底应当向下游方向旋转，这样可以避免阀盘上游侧管道底部的沉积物卡死阀盘。
第十一节 搅拌器
搅拌器是用来搅拌浆液、防止浆液沉淀的搅拌设备。吸收塔搅拌器还有将氧化空气破碎成气沫与浆液充分混合的作用，使亚硫酸钙向硫酸钙的氧化过程进行得更快、更充分。
一、类型
1.搅拌器分类
脱硫搅拌器根据安装位置不同，分为顶进式搅拌器和侧进
式搅拌器，如图31111和图31112所示。
顶进式搅拌器采用浆罐、地坑顶部安装方式，比如石灰石浆罐、过滤水地坑等。侧进式搅拌器采用浆罐外壁安装方式，比如吸收塔、事故浆罐。双循环湿法脱硫系统的吸收塔浆池则使用了顶进式和侧进式搅拌器，如图31113。
脉冲搅拌系统是吸收塔浆液搅拌的另一种形式，脉冲悬浮装置是由脉冲悬浮泵和脉冲悬浮管组成，用脉冲悬浮浆泵从罐体中抽出浆液，经布置在罐中的脉冲悬浮管喷向罐底，以达到搅拌浆液的作用，其原理图可参见图31114。这种搅拌装置的优点是浆液中无机械转动部件，不存在螺旋桨出现故障时需停机排浆检修的问题。另外，只要罐体中有浆液，螺旋桨搅拌器就不能长时间（一般不超过4h）停运。但如采用脉冲悬浮装置，在FGD系统7d停机时间内可以停运脉冲悬浮泵，再次启动搅拌泵10min后可将已沉淀的浆液重新搅动起来，因此可以降低FGD备用时的电耗。其缺点是造价高于螺旋桨搅拌器。
图31111 顶进式搅拌器
2.搅拌器叶轮类型
螺旋桨搅拌器叶轮主要分为两类：径流型和轴流型。图31115所示叶轮为径流、轴流。脱硫系统中所用搅拌器叶轮可以是轴流[见图31115（a）]、径流[见图3 1 11 5（b）]。一般情况，轴流叶轮能使固体颗粒很好地维持在悬浮状态，而径流叶轮有利于气液更好的混合。轴流水翼叶轮[见图31115（c）]像一个有倾斜叶片的普通叶轮，但是其叶片是弯曲的并具有变截面，这种设计效果较好，在产生相同轴向流量的情况下能够降低电耗。侧装搅拌器通常使用的叶轮很像船用螺旋桨[见图31115（d）]。高可靠性轴流水翼叶轮[见图31115（e）]是一种改进型顶装搅拌器，其优点是采用了较宽的叶片，能够产生较大的搅拌流量。
图31112 侧进式搅拌器
图31115 几种搅拌器叶轮
（a）轴流斜叶片叶轮；（b）径流直叶片叶轮；（c）轴流水翼叶轮；
（d）轴流螺旋桨型叶轮；（e）高可靠性轴流水翼形叶轮
二、设计上应考虑的问题
（一）工艺方面考虑的因素
影响搅拌器设计的三个重要工艺问题是浆液特性、需要的搅拌程度、是否要进行副产品强制氧化生成石膏。
1.浆液特性
对于大型箱罐，特别是顶进式搅拌器，多数是根据实际使用情况来设计。影响搅拌器设计的因素有浆液密度、黏度和固体物含量等浆液特性。颗粒物尺寸和密度也是一个重要的影响因素，因为外形大和质量重的颗粒比小而轻的颗粒难以维持悬浮状态。这些因素影响叶轮的设计、搅拌器的数量和布置位置以及电机的大小。
2.要求的搅拌程度
图31113 双循环吸收塔顶进式和侧进式搅拌器
搅拌程度主要分为三种：部分悬浮、完全悬浮、均匀悬浮三种。在多数脱硫系统中，搅拌器设计成完全悬浮，地坑搅拌器通常设计成部分悬浮。为了维持固体颗粒悬浮，罐中每一点流速必须大于固体颗粒的沉降速度。即使要求完全悬浮，多数搅拌器允许罐底面积2%～3%被固体颗粒覆盖。搅拌装置应保持泵的入口处不发生沉淀，避免由于入口压力不足而产生气蚀，造成泵的衬里和叶轮损坏。
3.强制氧化
图31114 脉冲悬浮搅拌系统
当采用强制氧化时，吸收塔浆池搅拌器必须能使气体分散在悬浮液中。在其他工业中，气体是在没有固体悬浮物的液体中扩散，所以一般采用径流叶轮。然而，在脱硫系统中，在维持固体颗粒物悬浮的同时，还要保证空气泡的扩散，所以采用轴流叶轮。
不同的脱硫装置供货商设计的氧化空气系统可能不同。采用顶进式搅拌器时，在搅拌器叶轮下方布置氧化空气管网，氧化空气通过管网上的小孔均匀分布于吸收塔浆池中，如图3 1111所示。当采用侧进式搅拌器时，氧化空气可以通过布置在吸收塔浆池内的管网均匀分布到浆液中，也可以将氧化空气喷枪布置在搅拌器叶轮正前方或正下方，通过搅拌器产生的强烈湍流使气泡破碎后均匀地分布到浆液中，如图3111 2所示，促使空气中的氧气溶解在浆液中。
（二）机械方面考虑的因素
搅拌器是一种较为复杂的机械设备，由轴、叶片、机械密封、变速箱、电机组成。
1.叶轮
搅拌器叶轮的作用是将驱动电机的能量转化为浆液的流动和湍动。影响叶轮性能的三个重要设计因素有叶轮直径、叶轮转速（圆周速度）和叶轮几何形状。
图31116 搅拌器驱动机构中的活动轴套轴
侧装搅拌器必须克服较大的弯曲力，因为它不能采用轴套设计。图31117是一种典型的侧进式搅拌器轴承配置图。
（1）叶轮直径。按照上述的关系，在转速一定时，增加叶轮直径会显著地增加搅拌产生的流量和电耗。脱硫系统中用的搅拌器的叶轮直径随搅拌器的型式不同而不同，吸收塔浆池中常用的是侧装搅拌器，叶轮直径一般从0.46～1m，石灰石浆液储存罐、吸收塔浆池、石膏浆液旋流器溢流箱和底液储存罐所用的顶装搅拌器的叶轮直径通常为1.5～3m及以上。地坑中安装的顶装搅拌器的叶轮通常为0.3～1.5m。当箱罐直径较大，一个顶进式搅拌器不能满足搅拌要求时，可以考虑采用几个小叶轮顶进式搅拌器。
（2）叶轮速度。叶轮转速和叶轮直径决定着叶轮的圆周速度，叶轮的最大允许圆周速度取决于叶轮的材料，但是一般的范围为2.5～6.5m/s。对于顶进式搅拌器，其对应的叶轮转速
为15～30r/min，对于侧进式搅拌器为190～280r/min。叶轮的
图31117 侧进式搅拌器轴承
圆周速度越高，磨蚀越严重，浆液密度越大，叶轮的磨蚀也越严重。因此，高密度浆液，如石灰石浆液罐和石膏浆液罐中的搅拌器应当运行在上述范围的低速区，浆液密度较低的滤液箱、石膏旋流器溢流箱和吸收塔浆池搅拌器可以运行在高速区。
3.轴密封
2.搅拌器轴和驱动机构
顶装搅拌器安装在箱罐或地坑的顶部，不需要对轴进行密封。对于侧进式搅拌器，必须要有防止工艺浆液泄漏的密封装置来防止轴承损坏。可以采用带密封水的填料密封或者机械密封。多数脱硫系统采用机械密封，以减少工艺水的消耗量。
搅拌器的运行方式与离心泵相似，但是效率要低得多，而且轴很长。轴、轴承和传动机构必须能够承受作用在叶轮上的力。脱硫系统所用的搅拌器通常采用齿轮减速器，但地坑所用的顶进式搅拌器也有用皮带传动的。
搅拌器轴必须具有足够的刚度来克服其承受的扭力和弯曲力。扭力是由叶轮在流体中的旋转引起的；弯曲力是由于每个叶片的受力不同而引起的，采用侧装搅拌器时，轴悬臂端叶轮的重力也会产生弯曲力。轴的设计还必须考虑轴和叶轮的临界速度，旋转装置的临界速度是达到该装置的横向固有振动频率时的旋转速度。当旋转装置达到临界速度时，机械设备会产生强烈的振动。临界速度主要受轴的长度和直径、轴承间距、轴的材料、轴和叶轮的重量等因素的影响。大多数情况下，搅拌器转速应当比临界速度低50%。
侧装搅拌器制造商提供的机械密封一般为单密封或者双密封结构。在脱硫系统使用中，单密封结构一般足够了。图3 1118为一个典型的侧进式搅拌器单密封结构。密封面通常由碳化硅制作，接触浆液的金属部件由合金钢C-276或者类似的防腐不锈钢制作。对于侧装搅拌器来说，要能够在不排浆液的情况下进行密封装置的维修。通常是把轴抽出一小段，通过密封轴环堵住轴与法兰之间的间隙。采用这种设计，除内轴和叶轮外，其他部件可以在箱罐不排浆液的情况下更换。
三、材料选择
对于顶装和侧装搅拌器来说，叶轮叶片通常采用的材料是碳钢衬胶，所用衬胶有天然橡胶和氯化丁基橡胶。对于双燃料系统，脱硫系统的浆液可能受到油的污染，不能采用天然橡胶，铅硫化氯丁（二烯）橡胶要优于氯化丁基橡胶。
搅拌器驱动机构的作用有两个：减速以及支撑轴和叶轮。驱动机构是搅拌器总造价最高的部件，它传递着最大的应力，所以也是常出问题的地方。虽然可以通过加大驱动机构的尺寸来延长其使用寿命，但这样会降低效率。因此，必须在电耗和维修等费用之间进行最佳选择。
搅拌器轴和叶轮橡胶衬覆的金属材料通常是碳钢。在有些情况下采用高强度低合金钢较为合适，特别是对于侧进式搅拌器，较重的悬臂叶轮对轴会产生很大的弯曲应力。
连接叶轮轴和齿轮驱动机构的联轴器起传递两者之间的运动和力的作用。在顶进式搅拌器中，可以采用衬套设计来实现，如图3111 6所示。由于两个轴只在联轴器处接触，叶轮轴的弯曲力传递不到驱动机构。
侧进式搅拌器轴和叶轮可以采用碳钢衬胶或者合金钢。就防腐蚀来说，这些部件的材料选择通常与容器选择的合金钢一致；但由于叶轮叶片的圆周速度大，还应重视叶片的耐磨性。在合金钢叶轮材料选择时，合金的防腐和耐磨性都是必须予以重视的问题。
图31118 侧进式搅拌器叶轮轴的机械密封
侧进式搅拌器的轴会产生扭弯疲劳，低碳奥氏体合金钢抗扭弯疲劳能力较低，不适合于这种轴，必须采用双相不锈钢或沉淀硬化不锈钢。
采用非冲洗单向作用的机械密封系统，密封圈由SiC制成，O形圈由氟橡胶制成，接触浆液部分为1.4529不锈钢材料制成，有机械密封关断装置。
四、相关问题
图31119 采用轴流顶装搅拌器和
1.备用搅拌器的设置
扰流板的罐体中的流场
顶装搅拌器一般不安装备用搅拌器。如果罐体很大，一个搅拌器的出力不能满足搅拌要求，则可考虑安装几个搅拌器，一个作为备用。顶部搅拌器的可靠性相对较高，除搅拌器轴和叶轮外，其他部件可以在箱罐不排空的情况下进行更换。多数搅拌器都只能将在短时维修期间产生的沉淀重新搅拌起来，脉冲悬浮泵则可在停运7d后仍能将沉淀物重新搅动起来，因此在FGD冷备用期间，脉冲悬浮泵可以长时停运，具有明显节电效果。
侧装搅拌器布置的径向角度和水平角度通常由搅拌器供货商根据使用条件来确定。角度的选择对于浆液中固体颗粒均匀分布、防止固体物堆积具有决定性的作用。如果搅拌器沿容器相互垂直的直径线安装，搅拌器之间和容器壁附近的浆液就搅
拌不到，会出现沉淀结垢，沉淀区如图311110（a）所
侧装搅拌器的出力比顶部搅拌器小，一般吸收塔浆池需安装3个以上。如果采用了密封轴环，除内轴和叶轮外，其他部件都可以在不排浆液的情况下更换。当3个搅拌器中的1个短时间停运时只有很少的沉淀，停运的搅拌器恢复运行后可以把这些沉淀物重新搅拌起来。因此，对于侧装搅拌器来说，通常不安装备用搅拌器。
2.扰流板
扰流板是安装在箱罐壁上的垂直窄平板，通常的安装方法是在箱罐的圆周均匀安装4个扰流板。扰流板用来减小罐中流动场产生的旋涡，如图31119所示。装有顶装搅拌器的罐中需要扰流板来维持搅拌器受力的稳定。没有扰流板，在搅拌器以上罐的中心会形成涡流，这种涡流可以使叶轮的受力波动较大和受力不平衡，严重时甚至损坏搅拌器。另外，如果不装扰流板，形成的旋涡很容易造成流体外溢，还影响液位的测定。采用侧装搅拌器的箱罐中一般不用扰流板，因为它产生的流场很少产生涡流。
当在罐中心线上安装一个顶装搅拌器时，扰流板的宽度一般为罐直径的1/12，每90°安装一个。在浆液罐中，扰流板一般离开罐壁一定的距离，等于其宽度的1/2，以防止颗粒物沉积在扰流板上。
3.搅拌器方向
如果采用单个顶装搅拌器，应当安装在罐的中心线上。如果安装一个以上的搅拌器，搅拌空间应当均匀分配，使得每个搅拌器搅拌相同体积的流体，流场之间不产生干扰。搅拌器的间距取决于叶轮和罐体的几何形状等因素。
图311110 侧进式搅拌器安装角度对罐
中浆液流场的影响
（a）β=0°，沉淀结垢；（b）β＞βyh，中心沉淀结垢；
（c）β=βyh，无沉淀结垢
示。一个搅拌器停止运行时，高浓度的浆液可能进入泵中，造成泵的损坏。如果搅拌器的角度不进行优化设计，可能会造成浆液绕着中心旋转，在中心区域产生沉淀，如图311110（b）所示。如果一个搅拌器停止运行，通常浆液仍然保持旋转和中心区域出现沉淀。只有在搅拌器通过优化布置后，才能保证容器中没有固体颗粒的沉淀，如图311110（c）所示。
第十二节 氧化系统设备
一、罗茨风机
脱硫氧化风机一般都用罗茨风机，但由于罗茨风机的噪声大、维修率过高，因此，也有采用多级离心鼓风机来替代罗茨风机。
近年的试验研究和使用结果表明，三个侧装搅拌器安装在吸收塔浆池的1/4圆周上时，性能比搅拌器之间间隔为120°的均匀分布好。对于所有侧装搅拌器，最佳方向是向下倾一定的角度，轴中心线在罐的外部相交，如图311111所示。试验发现，循环泵可以安装在搅拌器组对面的180°～210°范围内，这样，搅拌器、吸收塔循环泵和出浆泵的布置相互不发生干扰。
1.工作原理
氧化风机的核心部分是罗茨鼓风机，为容积式风机，输送的风量与转速成正比，出口的压力接近l00kPa左右，其运行的原理与齿轮泵接近。机壳内有两个特殊形状的转子，转子与机壳的缝隙很小，转子可自由旋转而无过多气体泄漏。为了减小风机的振动、噪声以及气体的脉动，一般要求叶轮采用三叶式，叶轮每转动一次由两个叶轮进行三次吸气、排气。由于需要叶轮转速相同而且转向相反，在机壳一侧有一套齿轮系统。罗茨鼓风机原理图如图31121、图31122所示，罗茨风机实物图如图31123所示。
罗茨鼓风机应用在脱硫的吸收塔上，它的输出压力一般都能满足，但单台的输出量有限。特别是对于烟气量较大，而且含硫量高的电厂需要空气量大，如果多台并联使用将大大提高造价，因而改用多级离心通风机。
图311111 在吸收塔浆池一侧布置
侧装搅拌器的方法
氧化风机电机和鼓风机本体共同安装在一个钢结构的机座上，之间通过皮带或联轴器传动。在鼓风机的出入口都装有消音器，另外还有各种仪表等保护装置。
图31121 罗茨鼓风机原理图
2.风机附属保护设计
为了改善并维护鼓风机的正常运行，除在进出口安装消音器降低噪声以外，有必要设计以下几种附属系统监督并保护设备正常运行。
（1）为防止压缩后空气温度过高而使塔内氧化喷口处浆液结垢堵塞，在空气进入浆池前的氧化风母管上设有工艺水喷水减温，使氧化风温在70℃以下。
图31122 罗茨风机工作原理图
（2）风机出口处安装一个安全阀，安全阀的设定压力根据鼓风机的机型来选择，一般在出厂前已经设定好。另外根据需要，还配一个放空阀，用于风机无压启动。
（3）鼓风机入口处安装一个压力开关（差压开关），一般设计定值为3800Pa，将差压接到DCS系统，在显示屏上显示防尘罩的阻力。当差压超过设定值时，DCS报警。建议不要将该信号设计成联锁停机，只要根据使用情况定期清理一下过滤棉即可。
（4）鼓风机出口处还安装一个压力变送器和就地压力显示。当出口压力超过工艺设计定值时，要求风机保护停机。另外出口还安装有Pt电阻测温元件，确保出空气口温度过高时停机。
（5）风机和电机轴承安装有测温元件，温度高时报警。3.氧化风机布置
氧化风机一般1用1备或2运1备，图31124所示是氧化风机的典型布置设计。
图31123 罗茨风机
图31124 氧化风机的布置示意图
4.风机的常见问题及处理
（1）风机的防尘罩易堵灰。风机对安装环境要求较高，须在无尘的环境下使用。因为入风口的风量较大，空气中携带的粉尘被吸附在入口的过滤棉上。环境粉尘含量大，将降低风机正常运行的时间，增加维护工作量。某项目的氧化风机房位于输煤栈桥下方，热工设计又将风机入口差压设计成联锁停机，造成氧化风机频繁跳闸。后来修改保护模式，改成报警，另外增加清洗入口过滤棉的次数来解决这个问题。
（2）风机本体及轴承过热。一般要求轴承箱的温度在运行时不能超过90℃。首先要求鼓风机要有冷却设计，经过正反两方面的经验证明，该设计必须投入使用。
（3）电机两端轴承过热。一般电机的轴承设计测温元件，并且设计有过热跳机联锁保护。某项目某段时间也曾受该问题困扰，后来解开电机轴承，发现轴承两侧的挡油环安装反了，初装时的润滑油出现泄漏，导致轴承发热。因此对于重要设备，有必要再检查安装是否正常。另外有可能是电机通风不好，为了解决这个问题，通常在距离电机的风扇侧附近隔音罩上开孔，增加风机从外界吸入的风量。
（4）气动放空阀易漏气和破裂。气动放空阀的作用是让鼓风机空载启动，用于保护电机。不是每个项目都使用，说明该放空阀的配置是可选项。有些项目主动放空阀经常出现破裂现象，实践中通过增大放空阀型号、改变橡胶材料可以杜绝这类问题。
（5）出口压力变送器压力变化摆动幅度大，测量精度低。这是由于风机出口空气脉动流动引起的，建议变送器采用分体式，将大大改善这种情况。
二、强制氧化和自然氧化工艺
在湿法石灰石—石膏脱硫工艺中有强制氧化和自然氧化之分，被浆液吸收的SO2有少部分在吸收区内被烟气中的氧气氧化，这种氧化称为自然氧化。强制氧化是向塔体的氧化区内喷入空气，促使可溶性亚硫酸盐氧化成硫酸盐，控制结垢，最终生成石膏。
强制氧化工艺不论是在脱硫效率还是在系统运行的可靠性等方面均比自然氧化工艺更优越，两种氧化方式的比较见表
3 112 1。
强制氧化和自然氧化产物的颗粒粒径分布如图3112 5所示。强制氧化工艺的固体产物97%以上为石膏，颗粒的名义直径为32μm；自然氧化工艺的固体产物为一混合物，主要
是亚硫酸氢钙（含少量CaSO3 ·1/2H2O）、10%以下的石膏，
颗粒的名义直径为2.1μm。由于强制氧化工艺的脱硫产物石膏有较大的晶体，沉淀速率快，脱水容易，一般经旋液分离和离心分离（或过滤）二级处理能得到含水率为10%以下的固体
产物。对自然氧化工艺的脱硫产物，因为其晶体小、沉淀速率慢、脱水困难，需要用增稠器和离心分离器（或过滤器）二级处理，最终产物仍含有40%～50%的水。该产物的处理方式主要是填埋，由于含水率高，干后易造成粉尘污染，需要用飞灰和生石灰（CaO）固化处理，处理费用较大。目前，强制氧化工艺已成为主流。
表31121 强制氧化和自然氧化的比较
图31125 强制氧化和自然氧化产物的颗粒粒径分布的比较
三、两种强制氧化方法比较
1.固定式空气喷射器（FAS）
FAS是在氧化区底部的断面上均布若干根氧化空气母管，母管上有众多分支管，喷气喷嘴均布于整个断面上（3.5个/m2左右），通过固定管网将氧化空气分散鼓入氧化区。它有3种布置方式，其中2种是将搅拌器布置在管网上方，如图
31 126（a）、（b）所示，而更合理、应用更多的是将搅拌器（或泵）布置在管网的下方，如图31126（c）所示。
吸收塔循环泵的压头、减少能耗和节省输浆管道。图31 12 6（c）所示布置方式是将罐体液位加深，罐体的上部为氧化区，管网固定在支撑梁上，梁以下为中和区，侧面斜插式搅拌器或搅拌泵承担悬浮浆液的作用，目前应用较多。
图31126（a）、（b）所示布置方式的特点是罐体液
位低（5～6m），因此，吸收塔较低，总高10～20m，降低了
图31126 FAS装置的3种布置方式
2.搅拌器和空气喷枪组合式（ALS）
流量下降。
ALS强制氧化装置及结构如图31127所示。氧化搅拌器产生的高速液流使鼓入的氧化空气分裂成细小的气泡，并散布至氧化区的各处。由于ALS产生的气泡较小，由搅拌产生的水平运动的液流增加了气泡的滞留时间，因此，ALS较之FAS，降低了对浸没深度的依赖性。
对FAS和ALS强制氧化方法作了几方面的比较，对于高硫、带基本负荷的烟气脱硫装置，选择FAS是最经济的方案；可调容量范围较宽时，为有效降低能耗，ALS比较适合。
表31122 FAS、ALS的性能比较
四、脉冲悬浮技术简介
图31127 ALS布置方式和结构图
由于ALS喷气管口径较FAS大得多，其氧化空气流量可无限调低而不用担心喷气管被堵。为保证 ALS的传质性能，氧化空气流量和搅拌器的分散性能应匹配。若氧化空气流量太大且超过液流分散能力时，会导致大量气泡涌出，出现泛气现象，严重时搅拌器叶片吸入侧也汇集大量气泡，使得叶片输送
脉冲悬浮技术是利用吸收塔外部的脉冲悬浮泵提供浆液脉冲能量。塔内不安装搅拌器，而是采用几根带有朝向吸收塔底的喷嘴的管子，脉冲悬浮装置模型及塔内实物图如图31 128所示。在运行或是停机后重新投运时，通过脉冲悬浮泵将液体从吸收塔反应池上部抽出，经管路重新输送回反应池内。当液体从喷嘴中冲出时就产生了脉冲，依靠该脉冲作用可以搅拌起塔底固体物，进而防止产生沉淀，示意图如图31
12 9所示。
图31128 脉冲悬浮装置模型及塔内实物图
图31129 搅拌脉冲悬浮系统示意图
脉冲悬浮系统的优点为：
（1）吸收塔反应池内没有机械搅拌器或其他的转动部件。（2）塔底不会产生沉淀。
（3）所需能量显著低于机械搅拌器，脱硫装置停运期间无需运行，搅拌效果可以调节。
（4）提高了脱硫装置的可用率和操作安全性，可以在吸收塔正常运行期间更换或维修脉冲悬浮泵，无需中断脱硫过程或是排空吸收塔。
（5）加入反应池内的新鲜石灰石可以得到连续而均匀的混合，进而有利于降低吸收剂化学计量比。
然后再落入吸收剂和其他钢球上。在石灰石球磨机中，靠撞击和碾压把吸收剂由大颗粒磨成小颗粒。同时磨制过程中，石灰石球磨机连续不断地把未消化的CaO颗粒外面的Ca（OH）2包裹层磨掉，促进了消化反应进行。在球磨机中，石灰和水混合，促进了消化反应。石灰石中不发生消化反应的物质也被磨制成小颗粒与石灰浆一起排出。球磨机出口有一套反向旋转的螺旋片，在其旋转的过程中把钢球推回球磨机，在出口有一个带有小孔的圆柱形筛网，吸收剂浆液通过小孔排放到球磨机浆液箱中，而钢球和大颗粒杂物留在球磨机中。没有磨碎的石头、杂物和钢球碎片通过出口螺旋片，经斜槽，而不通过筛网，排往废弃物漏斗中。
第十三节 球磨机
石灰石磨制一般采用球磨机，有卧式或者立式球磨机两种。
一、卧式球磨机
脱硫系统石灰石浆液的制备主要选择卧式球磨机，卧式球磨机浆液制备系统如图31131所示。装有钢球的滚筒旋转速度为15～20r/min。吸收剂和水从滚筒的一端进入，碾磨后的浆液从另一端排出。在滚筒旋转的过程中，钢球被提起，
卧式球磨机要制备粒度均匀的浆液需要许多辅助设备，其中皮带称重给料机用来计量加入球磨机的干态吸收剂量，球磨机将碾磨后的浆液排入装有搅拌器的浆液罐中。在闭路石灰石浆液制备系统中，球磨机浆液罐中的石灰石浆液被输送到旋流器，旋流器将分离粗颗粒和细颗粒。旋流器分离出来的稀浆被直接输送到吸收剂浆液罐中，底流浓浆则返回到球磨机的入口进一步碾磨。当制备了足够的吸收剂浆液后，称重给料机停运，球磨机驱动离合器分离，球磨机停运。球磨机停运后，旋流器分离出来的稀浆和浓浆均进入球磨机浆液罐中。
图31131 卧式球磨机浆液制备系统
在启动球磨机之前，应向球磨机中装入不同尺寸的钢球，直径为19～75mm。石灰石球磨机的装球量通常为40%～50%，石灰消化球磨机的装球量要少一些。在运行期间，
由于钢球的磨损，直径逐渐变小，所以要定期向球磨机中加入大直径的钢球，以维持钢球尺寸分配合理。通常，在出力相同时，如果球磨机电动机的电流降低，则应补加钢球。球
磨机内钢球的装载量与钢球直径、钢球重量及磨制的煤粉粗细有关。
球磨机的工作原理为电动机通过减速机、大小牙轮传动装置带动球磨机筒体旋转，物料从进料口通过空心轴颈进入球磨机，当筒体旋转时，钢衬波浪瓦将钢球提到一定高度，然后沿抛物线轨迹落下。物料在筒体中一方面受到钢球对它的撞击，另一方面也受到钢球对它的挤压和研磨，磨制好的粉料从出料口排出。
湿式球磨机系统如图31132所示，其工作过程为：电动机通过离合器与球磨机齿轮之间连接，驱动球磨机旋转。润滑系统包括低压润滑系统和高压润滑系统。低压润滑油系统通过低压油泵向球磨机两端的齿轮箱喷淋润滑油，对传动齿轮进行润滑和降温。高压润滑系统通过高压油泵向球磨机两端轴承供油，在两个轴承处将球磨机轴顶起。来自球磨机轴承的油返回油箱，油箱中设有加热器，用以提高油温、降低黏度，从而保证其具有良好的流动性。低压润滑系统设有水冷却系统，降低低压润滑油的温度，防止球磨机齿轮和轴承等转动部件温度过高。
下面以φ2400×7.5mm球磨机为例为说明它的结构特点，球磨机本体结构如图31133所示。
图31132 湿式球磨机系统
图31133 卧式球磨机本体结构
有效内径：2.3m；有效长度：6.8m；
生产能力：21～23t/h；
球磨机转速：20.4r/min；
研磨体最大装载量：28t；
电耗低，比卧式球磨机节能30%～40%，噪声低，控制简单。卧式球磨机可以碾磨直径高达50mm的颗粒，而立式球磨机只能碾磨相对较小的颗粒，石灰石必须预先被碎到直径小于6mm的颗粒。如果购买不到规定尺寸的吸收剂，则必须在球磨机前安装一个破碎机。
传动比：5∶1；
主轴承润滑方式：中强制润滑。
球磨机的基本组成部分有球磨机本体、主轴承、传动齿轮、减速液机、润滑系统等。
二、立式球磨机
图31134中的立式球磨机比卧式球磨机轻得多，因为它的外壳是静止的，内部的螺旋搅拌器以28～85r/min的转速旋转，直径较大的球磨机以较低的转速运行。螺旋搅拌器的旋转将球磨机中心的钢球从底部提升到顶部，然后缓慢地从外壳的周围落入球磨机的底部。螺杆从顶部插入球磨机中，螺杆在磨制介质中的部分无支撑轴承。
立式球磨机也称为塔式磨或者搅拌球磨机，提供一种相对较新的磨制方式。这种球磨机的主要优点是设计简单、基础制作简单、易安装、可节省安装时间50%～70%，占地较少，
石灰石或者生石灰从球磨机的顶部加入，溢流口也靠近球磨机顶部。球磨机循环泵的设计应使球磨机内部浆液向上的流
图31134 立式球磨机系统
速为最佳值，从而能将细颗粒带离球磨机，而大颗粒留在球磨机中。球磨机顶部的分离器把球磨机顶部浆液中粗颗粒分离出来，带有粗颗粒的浆液通过球磨机循环泵返回到球磨机的底部。用来磨制石灰石的立式球磨机通常采用旋流器，它类似于闭路循环卧式球磨机系统中的旋流器。立式球磨机的消化系统不需要旋流器，但是需要球磨机循环泵和分离器。
立式球磨机产生的热和噪声较小，消耗能量较低。磨制同样细度的石灰石浆液，立式球磨机（包括破碎系统）耗能是卧式球磨机的70%；磨制得越细，立式球磨机节能越多。
通过合理地设计和选择材料可以降低球磨机内部的磨损。球磨机内表面上有几个竖直的保护条，磨制介质和石灰石堆积在其表面，可起到防磨作用，保护条的使用寿命通常为螺旋体防磨部件的一半。
轴向向下运动、沿径向向外运动，在达到锥体段沿器壁向下运动，并由底流口排出，这样就形成了外旋涡流场；密度小的组分向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内旋涡，然后由溢流口排出，这样就达到了两相分离的目的。旋流器的各个部件分别起不同的作用。进料口起导流作用，减弱因流向改变而产生的紊流扰动；圆柱体部分的主要作用就是使切向进口处的流体能够到达相对比较均匀的流场，在这一区域，大小颗粒受离心力不同而由外向内分散在不同的轨道，为后期的离心分离提供条件，圆柱段本身的分离作用并不明显；锥体部分为主分离区，浆液受渐缩的器壁的影响，逐渐形成内、外旋流，在强制离心沉降的作用下，大小颗粒之间发生分离；溢流口和底流口分别将溢流和底流顺利导出，并防止两者之间的掺混，溢流管还要向旋流器内部插入一定的深度，防止进入旋流器顶部的固体颗粒直接从溢流管排出而降低分离效率。
立式球磨机采用的钢球比卧式球磨机的小，其球径最大为25mm，钢球的磨损率为卧式球磨机的1/2。与采用卧式球磨机的情况相同，当驱动电动机电流降低时，则需要加入钢球。
三、两种磨机比较
干式制粉系统一般选用立式旋转磨，湿式制粉系统一般采用卧式球磨机。这两种磨粉机均可生产出超细石灰石粉，325目过筛95%，并且运行平稳、能耗低、噪声小、占地面积小、维修方便。
第十四节 石膏脱水系统主要设备
石膏脱水系统主要由石膏水力旋流器、脱水机、真空泵、石膏输送机、滤液箱、废水箱及石膏库等组成。
一、水力旋流器
水力旋流器的结构原理如图31141所示，它主要由圆柱体、锥体、溢流口、底流口和进料口组成。溢流口在圆柱体的上端与顶盖连接，进料口在圆柱体上部沿侧面切向进入圆柱腔内。混合物料沿切向进入旋流器时，在圆柱腔内产生高速旋转流场，混合物中密度大的组分在旋转流场的作用下同时沿
图31141 水力旋流器的原理示意
烟气脱硫装置石膏旋流站一般由几个完全相同的旋流器（旋流子）组成，通过调整旋流器的运行数量使旋流器达到最佳运行性能。各旋流器的入口连接到一个公用的圆柱体分配器上，其上安装有压力表，可以通过压力表读数调整工作状态及判断运行参数。分配器把石膏浆液平均分配到每个旋流子，使之具有相同的压力和流量。每个旋流器入口安装一个隔离阀，以便在不影响其他旋流器正常运行的情况下切断某个旋流器进行维修。所有旋流子的底流汇集在一个底流箱中，根据需要去脱水或返回吸收塔；所有旋流子的溢流也汇集在上部的一个溢流箱中，溢流根据需要去往废水处理或返回吸收塔。图33 142是某石膏水力旋流器现场图片。
图31142 石膏水力旋流器
石膏旋流器的材质一直受到关注，带压浆液在旋流器内作强烈的旋转运动时，剧烈的冲刷将导致器壁严重磨损，此外，由于脱硫石膏浆液呈弱酸性（pH=5.0～6.0），将导致器壁的酸性腐蚀。器壁的磨蚀不仅会缩短设备使用寿命，而且会因关键部位的尺寸变化影响分离效率，导致溢流及底流流量发生改变。因此，旋流器的材质应综合考虑防腐、耐磨两个方面。目前普遍采用的石膏旋流器的防腐耐磨材料有碳钢衬胶、聚氨酯两种。两者均具有优良的耐化学腐蚀及耐磨损性能，其中橡胶内衬可以制成可更换的活套橡胶内衬，更加便于使用。一些工程中，从旋流子溢流到溢流箱的管路采周橡胶软管。由于旋流器内流场、压力场的分布极不均匀，各部件所受的磨损程度也不一致，磨损最严重的部位通常发生在湍流流动最为剧烈的部位———底流口，其次是进料口。因此，这两个部件可以选用更耐磨的碳化硅或合金材料，以便从整体上提高设备的使用寿命。
图31143 脱水机的内部结构
（a）真空筒式过渡机；（b）离心式脱水机
要较高的调节费用，真空式过滤器由于可连续工作，所以其调节费用相对较低。真空带式过滤机对石膏浆浓度的变化比真空筒式较为敏感。要选用合适的脱水设备，还要考虑石膏颗粒的形状、大小、粒度分布等。使用石灰石作为吸收剂，石膏颗粒的大小主要在40～60μm。若以消石灰为吸收剂，石膏颗粒相对小些。在使用离心式旋流浓缩器的系统中，石膏颗粒较大，因为较小的颗粒随着浓缩器上部的清液又回到吸收塔中。
石膏形状对脱水机的选择也很重要。对于针状、棒状或片状的石膏，适用离心式脱水机，效果优于真空过滤机；对于长方体、立方体形的石膏，各种脱水机效果相同。石膏的颗粒形状及粒度分布决定不同脱水装置的脱水效果。
使用离心式脱水机，所得石膏含水量可达6%～8%；使用真空式脱水机，所得石膏含水量为8%～12%。
二、脱水机
（一）脱水机分类
脱水设备按原理可分为离心式脱水机和真空式过滤机两类。离心式脱水机是利用石膏颗粒和水密度的不同，在旋转过程中，利用离心力使石膏浆脱水，其设备类型主要有筒式和螺旋式脱水机两种。真空式过滤机是利用真空泵产生的负压，强制将水与石膏分离，其设备类型主要有真空筒式和真空带式两种。图33143中给出了两种脱水设备的内部结构。国外1984年以前的所有脱硫装置均采用离心式脱水机。1984年以后，真空筒式或带式过滤机也投入了商业运行。采用这些设备进行石膏脱水，均能满足对石膏品质，如含水量、可溶物含量等的要求。
为除去石膏中的可溶性成分（特别是氯离子），使其含量满足标准的要求，在脱水过程中，需用清水冲洗石膏。真空带式过滤机的耗水量最少，因为一部分冲洗废液又回到系统中。离心式脱水机的废液中含有较多的固态物，因而是浑浊的。相反，真空式过滤机的废液是清的。脱水机的性能和特点比较分
别见表31141和表31142。
表31141
烟气脱硫装置的脱水机性能对比
不同类型脱水设备有不同的特点。近年来，单个筒式离心脱水机的出力已由0.85t/h提高到3.5t/h，真空筒式或带式过滤机的出力大约为1t/（m2 ·h），螺旋式脱水机的出力可达
20t/h。
为了保证系统工作的协调性，间歇工作的离心式脱水机需
表31142
烟气脱硫装置的脱水机特点比较
二级脱水机的选用要考虑脱水石膏的用途及其相应的品质要求，同时要比较各种脱水机的性能及初始投资、运行维护费等。综合各种因素，真空皮带过滤机有脱水效率高、处理量大、投资和运行费用低等优点，目前国内所有的湿式石灰石—石膏烟气脱硫装置，均采用水平真空皮带过滤机进行石膏的二级脱水处理。
（二）水平真空皮带脱水机
1.工作原理
水平真空皮带脱水机如图31144所示，卧式真空皮带脱水机是利用真空力把水和其他液体从浆液中分离出来。采用真空泵透过滤布抽出石膏浆液中的液体，固体颗粒留在滤布上形成滤饼。经过一级旋流脱水后的石膏浆液进入脱水机的进料箱，浆液被均匀分布到移动滤布和排水皮带区域。
滤饼在排水皮带上方移动，通过重力和真空进行脱水，真
图31144 水平真空皮带脱水机示意图
空是排水皮带下侧的真空罐产生的。滤饼沿脱水机的长度方向行进时，由滤饼冲洗管从上方进行冲洗。当滤饼移动到真空罐的端部时，石膏浆液已经变成粉末状，滤布从脱水皮带上分离，继续行进到下一个排放转轮，滤饼与滤布分开，石膏粉末借助一个挡板被刮下，排放到下料口，落入石膏粉仓或石膏库。在皮带返回到脱水机上面之前，有一系列喷嘴把它冲洗干净。
槽，通过此槽把过滤液排走。真空室的外侧黏有密封条。这些密封条用高防水、摩擦小的材料制成，可以更换，有效地降低能耗，延长寿命。
（4）台式支架。这种支架使用一种高密度聚乙烯盘直接安装在输送皮带的下面。在带和盘之间有一层水可减少摩擦，让输送皮带自由的移动。
在真空泵的作用下，通过滤布、皮带的滤液和部分环境空气进入真空箱，用真空泵抽至气液分离器，空气和滤液在罐内分离，空气通过消声器排到大气，滤液排入过滤水池。滤布冲洗水一般用工艺水作为补充水，由滤布冲洗水泵送到脱水机，用于滤布和皮带冲洗。从滤布冲洗管、皮带润滑系统排出的水被收集在滤液池，当液位低时由滤布冲洗水补充到正常液位，再由滤饼冲洗泵送回脱水机进行滤饼冲洗。
（5）滤布。过滤设备使用多种滤布，从粗糙型的单层滤布，到不漏水的、不同尺寸的针刺滤布。滤布材料通常包括聚丙烯、聚乙烯、尼龙和涤纶（聚酯纤维）。
（6）滤布张紧系统。滤布张紧系统由张紧轮、张紧滚动轴承等组成，利用重力作用对滤布张紧。
2.真空皮带脱水机的构成
（7）喂料装置。对于质量大、快速沉淀的泥浆，一般选用鱼尾状喂料器。特别是对于煤泥，V形槽过流喂料器更加适合，类似的喂料槽用来淋洗分配浆料。
（1）结构支架。结构支架是由标准的滚动轴承和耐压金属型材组成。各种材料（不锈钢、玻璃钢等）和处理工艺（喷漆或其他防腐措施）的选择取决于设备的运行环境。大规模的过滤设备在现场安装，小规模的过滤设备在车间组装完成，以节省安装时间。
（8）滤饼排料。多种使用情况下，滤饼排料是自然产生的。当处理非常稀薄的或非常有黏性的煤泥时，排料槽确保完整的物料排除，以尽可能减少清洗滤布的需要。
此外，还有许多附属设备，包括真空泵及汽水分离罐、滤布纠偏装置、滤布/滤饼及皮带冲洗水系统、石膏滤饼厚度监测仪、皮带机变频电动机及控制装置等。图31145是现场真空皮带脱水机照片。
（2）输送皮带。输送皮带支撑滤布，同时还提供干燥凹槽和过滤抽吸的干燥孔。输送皮带有一块自由的中央区域，这种技术的开发使得输送皮带寿命延长，并可以处理高温和腐蚀性强的溶液，如磷酸盐半水磷石膏的过滤。连续性的柔性裙边把输送皮带的两个边缘黏合起来。通过裙边支撑滤布，为浆料喷入和淋洗用水形成一个有效的小坝。输送皮带和滤布黏结可以在现场或工厂完成。
三、真空泵
（3）真空室。真空室用不锈钢、玻璃钢、高密度聚乙烯制造，真空室干燥孔位于输送皮带中央，在水平的方向有一狭长
真空泵是真空脱水系统中非常重要的设备，其性能的好坏直接关系到脱水石膏中水分含量的多少。常用的真空泵形式主要有水环式真空泵、罗茨真空泵、旋片式真空泵等。目前电厂真空脱水系统中采用的都为水环式真空泵。图31146给出了某烟气脱硫装置水环式真空泵的现场实物。水环式真空泵主要由叶轮、泵壳、吸气口、排气口、压气管和进气管组成，
图31145 水平真空皮带脱水机
大，因而产生真空；随着叶轮的旋转，气体进入左月牙形部分，此空间逐渐缩小，气体逐渐受到压缩，便由排气孔沿排气管进入水箱，再由放气管放出。废水和空气一起被排到水箱。
四、石膏输送机及石膏库
图31146 水环式真空泵
目前烟气脱硫装置石膏处理方式主要有两种：一是抛弃法；二是石膏仓库或筒仓储存，回收利用。石膏可用于水泥生产、制作石膏板、用做建筑石膏；与粉煤灰、石灰混合做成烟灰材料等。对采用石膏仓库储存的，经脱水后的石膏直接落在石膏仓库内，或经过转运皮带输送至石膏仓库，在仓库内利用抓斗或铲车转运到装车料斗，装车外运，采用石膏仓库储存，投资少，操作简单，维护方便。对采用石膏筒仓储存的，经脱水后的石膏直接落在石膏筒仓内，或经过皮带输送至石膏筒仓，筒仓底部设有石膏卸料装置和插板门，卸出的石膏直接落在卡车上，经卡车外运。采用石膏筒仓储存，初期投资大，设备的维护较仓库复杂，但地面清洁。
石膏转运皮带输送机由运输皮带、托辊、电动机、驱动电动机、卸犁器等组成，图31148是石膏转运皮带运输机照片。图31149是石膏库和石膏仓照片，石膏仓内设卸压锥体和石膏下料装置（清扫臂及电动机）。
图31147 水环式真空泵结构示意
如图31147所示。叶轮为一个星状偏心叶轮，安装在圆筒形的工作室内。水环式真空泵的工作原理：启动前在工作室内注入一定量的水作为工作液体，当原动机带动叶轮旋转时，在离心力作用下将水甩出，形成一个紧贴工作室内壁的封闭旋转水环。被抽吸的气体沿吸气管进入水环与叶轮之间的右空间，形成月牙形部分，由于叶轮的旋转，这个空间容积由小逐渐增
图31148 石膏转运皮带输送机
图31149 石膏库和石膏仓
气成分（SO2、CO、O2、NOx、CO2等）、烟尘浓度和浆液
第十五节 检测仪表
在石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置的运行中，需要检测与控制的参数，除了温度与压力外，还包括浆液流量、液位、烟
pH值、浆液浓度等物性参数。典型的石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置主要测点布置示意图如图31151所示。本节不再讲述常规温度检测仪表，压力与流量的检测也主要介绍其在脱硫装置中应用的特点。
图31151 典型的石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置主要测点布置示意图
P—压力计；ΔP—压差计；T—温度计；pH—pH值计；D—浓度计（密度计）；F—流量计；L—液位计（物位）；
H—石膏层厚度测量计；A—烟气成分（O2、SO2、CO、NOx粉尘）测量计
一、压力（压差）检测
压力的表示方法有三种：绝对压力pa，表压力p，负压或真空度ph。绝对压力为物体所受的实际压力；表压力是指一般压力仪表所测得的压力，为绝对压力与大气压力之差；真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，也称为负压。其
关系如图31152所示。
在国际单位制中压力的单位是帕斯卡，简称帕，用符号Pa表示。在工程上还在一定程度上使用工程大气压、巴、毫米汞柱、毫米水柱等，表31151为各单位的换算关系。
工业上常用的压力检测，根据敏感元件和转换原理的不同可分为以下几种。
图31152 真空度
表31151
压力单位的换算关系
（1）液柱式压力检测。根据流体静力学的原理，把被测压力转换成液柱高度，一般采用充有水或水银等液体的玻璃 U形管或单管进行测量。具有直观、可靠、准确度较高等优点，常用于较低压力、负压或压差的检测，也是科学和实验研究中常用的压力检测工具。
（2）弹性式压力检测。根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移进行测量，弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变形的大小与被测压力成正比关系，如图31 153所示。工业上常用的弹性元件有膜片（平薄膜与波纹薄膜）、波纹管和弹簧管（单圈与多圈）等。利用膜片作为弹性元件的压力表需要与转换环节联合使用，将压力转换成电信号，如膜盒式差压变送器、电容式压力变送器等；而以波纹管和弹簧管作为弹性元件的压力表可直接显示数据。
图31154 应变式压力传感器的原理
1—外壳；2—弹性筒；3—膜片 r1、r2—压敏电阻
图31155 压阻式压力传感器结构示意图
（4）活塞式压力检测。其检测原理如图31156所示。根据液压机械液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量来进行测量。活塞式压力计的测量精度较高，允许误差可以小到0.05%～0.02%，普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行检定。测量腐蚀性、黏度大或易结晶的介质压力时，如吸收塔液位或输送石灰石、石膏浆液管道上的压力，均必须在取压装置上安装隔离罐，使罐内和导压管内充满隔离液，利用隔离罐中的隔离液将被测介质与压力检测元件隔离开来，必要时可采用加热保温措施。
图31153 弹性式压力检测仪表
（3）电气式压力检测。利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量，如电阻、电荷量等。工业常用的有应变式压力传感器和压阻式压力传感器。应变式压力传感器的敏感元件为应变片，是由金属导体或者半导体材料制成的电阻体。应变片基于应变效应工作，当它受到外力作用产生形变时，其阻值也将发生相应的变化。在应变片的测压范围内，其电阻值的相对变化量与应变系数成正比，即与被测压力之间具有良好的线性关系。应变片粘贴在弹性元件上，当弹性元件受压变形时带动应变片也发生变形，其电阻值发生变化，通过电桥输出测量信号。应变式压力传感器原理如图31154所示。
应变片r1、r2的静态特性相同，r1轴向粘贴，r2径向粘贴。当膜片受到外力作用时，弹性筒轴向受压，r1产生轴向应变，阻值变小，而r2受到轴向压缩，引起径向拉伸，阻值变大。测量电桥中，r1和r2一增一减，电桥输出电压U1。
图31156 活塞式（带隔离罐取压装置）压力检测原理
1—被测介质；2—隔离液；3—隔离罐
压阻式压力传感器是根据电阻压阻效应原理制造的，其压力敏感元件就是在半导体材料的基片上利用集成电路工艺制成的扩散电阻。当受到外力作用时，扩散电阻的阻值由于电阻率的变化而改变，扩散电阻一般也要依附于弹性元件才能正常工作。压阻式传感器结构示意图如图31155所示，压敏电阻材料为单晶硅片。单晶硅具有纯度高、稳定性好、功耗小、滞后和蠕变小等特点。
二、流量检测
脱硫装置中的物料均通过管道输送，流量检测方法有以下几种：
（1）体积流量检测。分为容积法（直接法）和速度法（间接法）。容积法是在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体的固定容积来计算流量。该方
法受流体流动状态的影响较小，适合于高黏度、低雷诺数的流体，此类流量检测仪表主要有椭圆齿轮流量计、刮板流量计等。速度法是先测量出管道内的流体平均流速，再乘以管道的横截面积来计算流体的体积流量。目前工业上采用的此类检测仪表主要有节流式流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计、超声波流量计等。
科里奥利力式质量流量计应用最多的是双弯管型的，其结构示意图如图31158所示。一根金属U形管与被测管道由连通器相接，流体按箭头方向分别通过两路弯管。在A、B、C三点各有一组压电换能器，在A点外加交流电产生交变力，使两个U形管彼此一开一合地振动，在位于进口侧的B点和位于出口侧的C点分别检测两管的振动幅度。根据出口侧相位超前于进口侧的规律，C点输出的交变电信号超前于B点某一相位差，此相位差的大小与质量流量成正比。将该相位差进一步转换为直流4～20mA的标准信号，就构成了质量流量变送器。
（2）质量流量检测。质量流量的测量方法也分为直接法与间接法。直接法质量流量计利用检测元件直接测量流体的质量流量，最典型的是科里奥利力式质量流量计。间接法利用两个检测元件（或仪表）分别检测出两个参数，通过运算，间接得到流量。较常见的是利用容积式流量计或者流速式体积流量计检测流体的体积流量，再配以密度计检测流体的密度，将体积流量与密度相乘后即为质量流量。也有基于热力学的原理，建立温度、压力与流体密度间的数学关系，根据连续检测流体的温度与压力计算出流体密度，再将体积流量与密度相乘后得到质量流量。
2.电磁流量计
电磁流量计适用测量封闭管道中导电液体或浆液的体积流量，如各种酸、碱、盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒的液体（泥浆、矿浆及污水等），被测流体的导电率不能小于水的导电率，但不能检测气体、蒸汽和非导电液体。在石灰石湿法烟气脱硫装置中，电磁流量计被用于石灰石、石膏浆液体积流量的检测，与密度计联合使用能够检测质量流量。
图31158 双弯管型科里奥利力式质量流量计
科里奥利力式质量流量计无需由测量介质的密度和体积流量等参数进行换算，并且基本不受流体黏度、密度、电导率、温度、压力及流场变化的影响，适用于测量浆液、沥青、重油、渣油等高黏度流体以及高压气体，测量准确、可靠，流量计可灵活安装在管道的任何部位。
三、液位检测
工业生产中测量液位的仪表种类很多，按工作原理主要有以下几种类型：
（1）直读式液位仪表。主要有玻璃管液位计、玻璃板液位计等，它们的结构最简单也最常见，但只能就地指示。用于直接观察液位，但耐压范围有限。
图31157 电磁流量计检测原理图
电磁流量计检测原理如图31157所示，其测量原理基于法拉第电磁感应原理：导电液体在磁场中以垂直方向流动而切割磁力线时，就会在管道两侧与液体直接接触的电极中产生感应电动势，其感应电动势Ex的大小与磁场的强度、流体的流速和流体垂直切割磁力线的有效长度成正比，即
（2）差压式液位仪表。利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理，当被测介质的密度ρ已知时，就可以把液位测量问题转化为差压测量问题。差压式液位计是一种最常用的液位检测仪表。如果被测介质具有腐蚀性，差压变送器的正、负压室与取压管之间需要安装隔离容器，防止腐蚀性介质直接与变送器接触，其测量原理如图31159所示。
Ex=kBDv
式中：k为仪表常数；B为磁感应强度；v为测量管道截面内的平均流速；D为测量管道截面的内径。
体积流量qV计算式可写为
qV=πDEx/4Bk
由于电磁流量计无可动部件与突出于管道内部的部件，因而压力损失很小。导电性液体的流动感应出的电压与体积流量成正比，且不受液体的温度、压力、密度、黏度等参数的影响。
3.科里奥利力式质量流量计
图31159 差压式液位测量原理
该类型的质量流量计是直接式质量流量检测方法中最为成熟的，通过检测科里奥利力来直接测出介质的质量流量。科里奥利力式质量流量计是利用处于一旋转系中的流体在直线运动时，产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理制成的一种直接测量质量流量的新型仪表。
隔离液应不与被测介质、管件及仪表起化学反应。隔离容器的安装位置应尽量靠近测点，以减少测量管路与腐蚀性介质的接触，为减少隔离液的消耗，仪表应尽量靠近隔离容器。隔离容器和测量管路安装在室外时，应选用凝固点低于当地气
温的隔离液，否则应有伴热措施。
（3）浮力式液位仪表。这类液位仪表有利用浮子高度随液位变化而改变的恒浮力原理制成的浮子式液位计；利用液体对浸沉于液体中的浮子（或称沉筒）的浮力随液位高度而变化的变浮力原理工作的浮筒式液位计等。浮筒式液位计在工业上较为常用，是依据阿基米德定律设计的，其测量原理如图31
15 10所示。
图311511 各种气体相对于空气的热导率
图311510 浮筒式液位计测量原理
当浮筒沉浸于液体中时，浮筒将受到向下的重力、向上的浮力和弹簧弹力的作用，当这三个力达到平衡时，浮筒就静止在某一位置。当液位发生变化时，浮筒所受浮力相应改变，将失去平衡，从而引起弹力变化，即弹簧的伸缩，直至达到新的平衡。弹簧伸缩所产生的位移经变换后输出与液位相对应的电信号。
图311512 红外线气体成分检测的基本原理
1—红外线光源；2—反射镜；3—滤波室或滤光镜；4—参比室；
5—工作室；6—红外探测器；7—薄膜电容
（4）电气式液位仪表。根据物理学的原理，液位（或料位）的变化可以转化为某些电量的变化，如电阻、电容、电磁场等的变化，通过测出这些电量的变化来测量液位，如电容式液位计等。
另外，还有核辐射式液位计.利用放射源产生的核辐射线穿过一定厚度的被测物料时，射线的投射强度将随物料厚度的增加而呈指数规律衰减的原理来检测液位的仪表。目前应用较多的是γ射线。这类仪表有利用超声波在不同相界面之间的反射原理来检测的声学式液位仪表、利用液位对光波的反射原理工作的光学式液位仪表等。
四、烟气成分检测
一般每套脱硫装置进、出口烟道上各安装一套烟气成分连续监测排放系统，实时检测烟气中的SO2、CO、NOx烟尘等。脱硫装置出口烟气分析仪兼有控制与环保监测的功能。
红外线光源发出红外光，经过反射镜，两路红外光分别经过参比室和工作室。参比室中充满不吸收红外线的N2，而待测气体经工作室通过。如果待测气体中不含待测组分，红外线穿过参比室和工作室时均未被吸收，进入红外探测器A、B两个检测气室的能量相等，两个气室气体密度相同，中间隔膜也不会弯曲，因此平行板电容量不发生变化。相反，如果待测气体中含有待测组分，红外线穿过工作室时，相应波长的红外线被吸收，进入红外探测器B检测气室的能量降低（被吸收的能量大小与待测气体的浓度有关），B气室气体压力降低，薄膜电容中的动片向右偏移，致使薄膜电容的容量产生变化，因变化量与混合气体中被测组分的浓度有关，因此，电容的变化量就直接反映了被测气体的浓度。
（1）热导式气体成分检测。热导式气体成分检测是根据混合气体中待测组分的热导率与其他组分的热导率有明显差异的事实，当被测气体的待测组分含量变化时，将引起热导率的变化，各种气体相对于空气的热导率如图311511所示。
各种气体相对于空气的热导率变化，通过热导池转换成电热丝电阻值的变化，从而间接得知待测组分的含量，是一种应用较广的物理式气体成分分析仪器。
由于不同气体会对不同波长的红外线产生不同的吸收作用，如CO和CO2都会对4～5μm波长范围内的红外线有非常相近的吸收光谱，所以两种气体的相互干扰就非常明显。为了消除背景气体的影响，可以在检测和参比两条光路上各加装一个滤波室，滤波室中充满背景气体，当红外光进入参比室和工作室之前，背景气体特征波长的红外线被完全吸收，使作用于两个检测气室的红外线能量之差只与被测组分的浓度有关。
（3）烟尘浓度检测。工业上应用的烟气含尘浓度在线检测的方法有浊度法和射线法。
（2）红外式烟气成分检测。红外气体成分检测是根据气体对红外线的吸收特性来检测混合气体中某一组分的含量。凡是不对称双原子或者多原子气体分子，都会吸收某些波长范围内的红外线，随着气体浓度的增加，被吸收的红外线能量越多。红外线气体成分检测仪表较多地用于CO、CO2、CH3、NH4、SO2、NOx等气体的检测。红外线气体成分检测的基本原理如
目前工业上采用的浊度计主要基于光电方法。采用光电方法检测浊度分为透射法和散射法。常用的浊度计多基于光散射原理制成。
图311512所示。
透射法是用一束光通过一定厚度的待测介质，测量待测介质中悬浮颗粒对入射光吸收和散射所引起的透射光强度的衰减量来确定被测介质的含尘浓度，即浊度。
散射法是利用测量穿过待测介质的入射光束被待测介质中的悬浮颗粒散射所产生的散射光的强度来实现的，如图31
15 13所示。
图311513 散射式浊度计测量原理
光源发出的光，经聚光镜聚光后以一定的角度射向被测介质，测定因颗粒产生的散射光，并经光电池转换成电压信号输出。随被测液体中颗粒的增加，散射光增强，光电池输出增加，当被测介质不含固体颗粒时，光电池的输出为零。因此，只要测量光电池的输出电压就可以测定烟尘的浓度。但由于颗粒间对可见光的遮挡，因此这种方法不适合于颗粒浓度较大的烟尘测量。核辐射射线法检测烟道烟气中固体粉尘颗粒浓度可以克服上述光电法的不足。
五、浆液pH值检测
吸收塔浆液的pH值是脱硫装置运行中最主要的检测与控制参数之一，是浆池内石灰石反应活性与钙硫摩尔比的综合反应。根据系统管道的不同布置，pH值计可以布置在吸收塔浆液再循环泵出口管道上，也可以布置在吸收塔浆液排出管道上。pH值计也被称为酸碱度计，通过连续检测水溶液中氢离子的浓度来确定水溶液的酸碱度。
pH值定义为水溶液中氢离子的活度的负对数，即
pH=-lg[H+]
化学上定义水的pH值为7，pH值小于7呈酸性，pH值大于7呈碱性。
直接测量溶液中的氢离子是有困难的，所以通常采用由氢离子浓度引起的电极电位变化的方法来测量pH值。根据电极理论，电极电位与离子浓度的对数呈线性关系，因此，测量被测水溶液pH值的问题，就转化为测量电池电动势的问题。pH值计构造示意如图311514所示。
比电极（甘汞电极），二者组成原电池。参比电极的电动势是稳定且精确的，与被测介质中的氢离子浓度无关。玻璃电极是pH值计的测量电极，其上可产生正比于被测介质pH值的毫伏电动势，原电池电动势的大小仅取决于介质的pH值，因此，通过测量电池电动势，即可计算出氢离子的浓度，从而实现了溶液pH值的检测。经对数转换为pH值，由仪表显示出来。
如果将参比电极与测量电极封装在一起就构成了复合电极，因其具有结构简单、维护量小、使用寿命长的特点，在各种工业领域中的应用十分广泛。
pH值计在使用过程中，需要保持电极的清洁，并定期用稀盐酸清洗，且每次清洗后或长期停用后均需要重新校准。测量时须保持被测溶液温度稳定并进行温度补偿。
六、石灰石、石膏浆液密度（浓度）检测
为了得到并控制送入脱硫塔石灰石浆液的浓度及浆液的质量流量，或得到并控制石膏浆液中固态物质的浓度及浆液排出量，需要实时检测石灰石、石膏浆液的浓度。由于浆液中固态物质的含量最高可达30%左右，无法采用常规的检测方法，因此，目前工业上有采用基于核辐射射线原理的浓度计，如图
311515所示。
图311515 核辐射射线原理的浓度计
由核放射源发射的核辐射射线（通常为γ射线）穿过管道中的介质，其中一部分被介质散射和吸收，其余部分射线被安装在管道另一侧的探测器所接收，介质吸收的射线量与被测介质的密度呈指数吸收规律，即射线的投射强度将随介质中固体物质的浓度的增加而呈指数规律衰减。射线强度的变化规律可表示为
I=I0e-μD
式中：I0为进入被测对象之前的射线强度；μ为被测介质的吸收系数；D为被测介质的浓度；I为穿过被测对象后的射线强度。
在已知核辐射源射出的射线强度和介质的吸收系数的情况下，只要通过射线接收器检测出透过介质后的射线强度，就可以检测出流经管道的浆液浓度。
射线法检测的浓度计为非接触在线测量，可测定石灰石浆液、石膏浆液、泥浆、砂浆、水煤浆等混合液体的质量百分比浓度或体积百分比浓度，也可检测烟气中的粉尘浓度。核射线能够直接穿透钢板等介质，使用时几乎不受温度、压力、浓度、电磁场等因素的影响。但由于射线对人体有害，因此对射线的剂量应严加控制，且需要严格的安全防护措施。
七、工业电视监视系统
图311514 pH值计构造示意
pH值计的电极包括一支测量电极（玻璃电极）和一支参
烟气脱硫装置一般均设置必要的工业电视监视系统，对脱硫过程起到很好的辅助控制作用，主要的监测点有：①真空皮带脱水机；②石灰石或石灰石粉卸料机；③湿式球磨机；④石膏卸料机；⑤烟囱出口等。