第二章 石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺原理及系统
烟气脱硫工艺原理
一、基本原理
石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺采用石灰石作脱硫吸收剂，通过向吸收塔内喷入吸收剂浆液，使之与烟气充分接触、
混合，并对烟气进行洗涤，烟气从吸收塔下侧进入，与吸收浆液逆流接触，在塔内CaCO3与SO2、H2O进行反应，生成
CaSO3 ·1/2H2O和CO2↑；对落入吸收塔浆浆池的CaSO3 ·
1/2H2O和鼓入的氧化空气O2、H2O再进行氧化反应，得到脱硫副产品二水石膏。从而达到脱除SO2的目的。吸收塔排出的石膏浆液经脱水装置脱水后回收。其工艺示意图如图1
211所示。
图1211 石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺示意图
这两个过程的化学反应方程式如下：
2CaCO3+H2O+2SO2—→2CaSO3 ·1/2H2O+2CO2↑
（1211）
2CaSO3 ·1/2H2O+O2+3H2O—→2CaSO4 ·2H2O
（1212）
二、原理分析
该工艺是采用吸收法来净化烟气的，它包含着物理和化学两个过程。烟气中的SO2在收塔内从气相进入液相循环浆液的过程为物理吸收过程，该过程可用薄膜理论解释，分为如下几个阶段：气态反应物从气相内部迁移到相界面→气态反应物在相界面上从气相进入液相→反应组分从相界面迁移到液相内部→进入液相的反应组分与液相组分发生反应→已溶解的反应物的迁移和由反应引起的浓度梯度产生的反应物的迁移。
整个反应过程主要由气态和液态的扩散及伴随的化学反应完成的，液态中发生的化学反应可加快物质交换速度。
1.第一阶段———二氧化硫的吸收
二氧化硫的吸收过程包括物理吸收和化学反应两个过程。二氧化硫被吸入水后发生如下反应：
（1213）
该式表示溶液成分与pH值之间的关系。在pH值为7.2
时，生成SO32-和HSO3-的混合物；在pH值为5以下时，只
存在HSO3-；在pH值为4.5以下时，SO2和水的混合物比例增大，SO2达到物理溶解平衡。
吸收塔内浆液的pH值基本在5～6之间，其中溶解的SO2主要以HSO3-的形式存在，为了更有效地捕集SO2，必须在式（1213）中消耗一相反应物，以保持产生的浓度梯度。所以，一方面通过加入氧气（O2）使 HSO3-氧化反应生成SO32-；另一方面，通过加入石灰石消耗H+。
2.第二阶段———硫酸盐的形成
二氧化硫吸收到溶液中生成亚硫酸盐（HSO3-）。一方面维持SO2的物质交换所需的浓度梯度；另一方面引入空气，
将HSO3-氧化成 HSO4，并很快分解成SO42-，这样就保持
SO2溶解时所需要的浓度梯度。化学反应式如下：
（1214）
由于释放额外的亚硫酸盐离子（SO42-），使pH值趋于下降。实验证明在有充足的氧化剂的条件下，任何可能少量存在的亚硫酸根离子都能直接转化成硫酸根。
（1215）
以固态形式存在的亚硫酸钙晶体，会由于在这一工艺阶段中出现的SO32-浓度降低而再进入溶液，而且还会进一步反应
形成硫酸盐。
图1212是亚硫酸盐的氧化与pH值的关系，pH值对亚硫酸根的氧化反应有很大影响，在pH值4.5～4.7点达到最高。除此以外，还有诸如温度和溶液中的杂质（锰、铁、镁等催化激活金属）也起了一定的作用。这些微量的金属主要是通过吸收剂和烟气进入洗涤悬浮液中的。
图1212 亚硫酸盐HSO3—的氧化率与pH值的关系曲线
形成硫酸盐后，俘获二氧化硫（SO2）的反应进入最终阶段，即生成固态盐类结晶，并从溶液中析出。石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺采用石灰石溶液，生成的物质是硫酸钙，从溶
液中析出成为石膏CaSO4 ·2H2O。
（1216）
3.第三阶段———石膏的结晶
石膏结晶是最终工艺阶段，对于整个工业过程是非常重要的，对最终产品的质量产生决定性的影响。为生产可用的产品，必须对石膏的结晶过程进行有效的控制，使石膏结晶能够生成大量易于脱水的石膏颗粒。在可能的条件下，石膏晶体最好形成粗颗粒和棱形结构，因为层状尤其是针状晶体有结成块的趋势，并形成毡状结构，非常难脱水。因此，工艺必须满足以下条件：已形成的石膏在现有晶体上长大，形成极少的新晶体。影响石膏结晶的参数主要是溶液的相对过饱和度σ，晶体的增长还受到晶体生长的时间、机械力、pH值变化等的影响。
石膏的相对过饱和度σ的定义表达式：
σ=（C-C*）/C*
（1217）
式中：C为溶液中浓度；C*为相应的饱和浓度。
在σ等于0的情况下，分子的聚集与离失平衡，晶体的增长和晶种的生长为0；在σ小于0的情况下，晶体进入溶液直到达到饱和为止；而在σ大于0的情况下，现有的晶体大体上继续长大，而且晶束（小分子团）的聚集会形成新晶种。整个工艺过程必须看成在晶体或偶然形成的晶束上，单个分子的聚集和损失之间的动态平衡。图1213可以看出晶种生长速率、晶体增长速率与相对过饱和度σ的定性界限关系。在饱和的情况下，分子的聚集和离失平衡，因此晶体增长和晶种生长为零。
在相对过饱和度较低时，晶种生长速率可忽略，因为浓度比率还不足以使这些主要位于界面区的分子进入新形成晶束中（亚稳平衡），而是在现有晶体结构中牢固地结合，在这种情况下，现有晶体进一步增长而生成石膏。
晶体的增长多少受到机械应力的限制，晶束通过在溶液中的流动从现有晶体中分离出来（二次析晶）。搅拌悬浮液增加这种摩擦损失，使晶粒大小的分布向颗粒较小的方向转移。
达到一定的相对过饱和度时，晶种生长速率突然迅速加快，因此产生许多新颗粒（均匀晶种）。然而尽管增长速率高，这些颗粒还是比较小。在相对过饱和度较高时趋向于生成针状
图1213 晶种生长速率和晶体增长速率与
过饱和度σ的关系
或层状晶体，因为新形成的石膏会聚集在尖端，例如角上和边部，这些部位特别有利于物质的迁移。
4.结晶时间
晶体结晶的大小与结晶时间成正比，时间越长晶体越大。若有足够的时间，能形成大小为100μm及其以上的石膏晶体，这种石膏具有非常好的脱水性能。
5.晶体表面积对晶体结晶的影响
在悬浮液中固体含量的增加会加大晶体的总表面积，这有利于晶体增长速率，导致相对饱和度的减小，因此也减小了晶种的生长速率，这反过来也会促进晶体的长大。因而初始时可得到较大的结晶体，但这种现象若不加以控制，则会生成细粉状的石膏结晶体，造成悬浮液的二次晶种的生成，进而影响结晶体的长大。
6.pH值对晶体结晶的影响
通过pH值的变化来改变的氧化速率有可能直接影响石膏的相对过饱和度。如图11 3 2所示，在pH值为4.5时，亚硫酸盐的氧化作用最强。这说明与亚硫酸盐离子相比，亚硫酸盐的氧化性更好。在pH值较小时，氧化率的减少可以解释
为HSO3-浓度的降低。
根据以上分析可以看出，在亚稳平衡区域中，相对过饱和度为最大值时，物质转化较快，同时生成较大的晶体。保持这些条件对脱硫装置的运行非常重要。在相对过饱和度较高时，晶种生长支配结晶过程，形成沉淀和结垢。对于石膏来说，即使在相对过饱和度较低的情况下也会达到这个限度，并且石膏沉淀物因其硬度和低溶性很难去除。
7.以石灰石作吸收剂的化学反应过程
在石灰石作吸收剂的石灰石湿法烟气脱硫技术中，向吸收悬浮液中加入石灰石浆液，石灰石的主要成分CaCO3溶于水
的反应如式（1218）～（12110），这一反应过程
一方面产生氢离子，另一方面得到了作为最终固态物石膏所需的阳性钙离子。
同时，也可能发生与水和二氧化碳的可溶性反应：
（1219）
（12110）
在这一反应过程中，反应式（1218）起主要作用，新产生的HCO3-离子与碳酸平衡。
（12111）
这个反应的结果消耗了SO2吸收过程中的氢离子，达到维持吸收悬浮液pH值的作用。
来自SO2吸收反应[见反应式（1213）]的亚硫酸
氢和反应式（1218）～式（12110）中的石灰石溶
解反应，生成的碳酸氢，继续发生反应生成亚硫酸盐，也是生成CO2的一种反应，这个反应由pH值决定其平衡。
（12112）
在实际中，有一小部分半水硫酸钙固体沉淀。8.石灰石的溶解及反应关系
石灰石的溶解，由反应动力学和参加反应的物质，从石灰石粒子进/出的迁移过程中进行的。当pH值在5～7之间时，这两种反应过程一样重要，但是在pH值较低时，扩散速度限制了整个过程，而在碱性范围内，颗粒表面的反应速度是起主要作用的。
溶解速率大部分取决于参加反应物的浓度，而且pH值较低（即H+离子较多）有利于溶解。当pH值在4～6之间时，溶解速率按近似线性的形式加快（其他参数大部分保持恒定）。直至pH=6为止，此时的速度比pH=4时快5倍。因为提高了SO2的俘获量，所以要尽可能保持较高的pH值。在给定的石灰石规格和不变的工艺条件下只能提高石灰石的浓度。对此，须有一个上限，由于悬浮液中CaCO3含量高，在最终产物和废水中的CaCO3含量也都会增高。这一方面意味着增加了吸收剂的消耗，另一方面降低了石膏的质量。
因为小颗粒具有相当大的比表面积，所以原则上还有溶解速率对颗粒大小的依赖关系。在实际中希望获得尽可能狭窄的
粒度范围，因为最终溶解时间是由粗颗粒部分决定的。溶液的强烈搅拌加快了物质从颗粒表面出入的转换，因而加快了石灰石的溶解速度。
三、相关概念
1.钙硫比（Ca/S）
在额定运行状态下，所消耗的钙离子与硫酸根离子的摩尔数之比。
2.气—液分布
指气体与液体在吸收塔中的相互混合情况，适当的分布对保证和提高SO2去除率非常重要，不良的气—液分布不仅缩短有效停留时间，而且降低有效的传质面积。
3.吸收塔中的停留时间
指液体与烟气在吸收塔中的接触时间。一般地，增加停留时间可提高SO2的去除率。如果SO2传质速率为一常数，停留时间与SO2的去除率成正比。但由于烟气和液体构成的变化，这种关系不是线性的。
4.吸收塔浆液池中的停留时间
CaSO4 ·2H2O在吸收塔浆液池中结晶和沉淀的停留时间。5.旋流器
利用离心力原理将浆液分离成浓度不同的两种浆液，它由入口、溢流口、底流口和旋流腔室等部分组成。
第二节 烟气系统组成及原理
脱硫烟气系统为锅炉风烟系统的延伸部分，主要由烟气进口挡板门（原烟气挡板门）、出口挡板门（净烟气挡板门）、旁路挡板门、增压风机、吸收塔、GGH（气—气换热器，也称为烟气换热器）、烟道及相应的辅助系统组成，详见图1221。
图1221 脱硫烟气系统图
脱硫烟气系统原理是从锅炉引风机后烟道引出的烟气，通过增压风机升压，烟气换热器降温后，进入吸收塔，在吸收塔内与雾状石灰石浆液逆流接触，将烟气脱硫净化，经除雾器除去水雾后，又经GGH升温至大于75℃，再进入净烟道经烟囱排放。
脱硫系统在引风机出口与烟囱之间的烟道上设置旁路挡板门，当FGD装置运行时，烟道旁路挡板门关闭，FGD装置进出口挡板门打开，烟气通过增压风机的吸力作用引入FGD系统。在FGD装置故障和停运时，旁路挡板门打开，FGD装置
进出口挡板门关闭，烟气由旁路挡板经烟道直接进入烟囱，排向大气，从而保证锅炉机组的安全稳定运行。
FGD装置原烟气挡板、净烟气挡板及旁路挡板一般采用双百叶挡板并设置密封空气系统。旁路挡板具有快开功能，快开时间要小于10s，挡板的调整时间在正常情况下为75s，在事故情况下约为3～10s。
一、增压风机的布置方式
脱硫增压风机的布置方式通常有四种，每一种各有其优缺
点，详见图1222。
图1222 增压风机的四种布置方式
（a）布置方式A；（b）布置方式B；（c）布置方式C；（d）布置方式D
（1）布置方式A应用较广，将增压风机布置在原烟道与
GGH之间。
优点：
1）该位置烟气温度在露点之上，不用考虑防腐问题，对增压风机的材料要求低。
2）吸收塔内为正压运行，对提高除雾器的除雾效果有利。3）对检修工艺要求低。
4）维护费用低。
5）烟气泄漏容易监视。缺点：
1）此位置的烟气温度较高，风机的能耗较高。
2）由于压力大，原烟气向净烟气的泄漏较大，FGD脱硫效率受一定影响。如果系统设置GGH，尽量使其泄漏量小。
（2）布置方式B，增压风机布置在GGH与吸收塔之间，该位置的烟气温度被降低，烟气体积减小，降低了风机的功率消耗，但需考虑风机的腐蚀问题。
（3）为了降低能耗，同时考虑可靠性，有时还采用布置方式C和布置方式D，增压风机布置在吸收塔出口的净烟气烟道上，吸收塔内为负压运行，其特点如下：
1）环境空气会泄漏进吸收塔，能提高亚硫酸钙的自然氧化率。
2）由于空气泄漏进烟气系统，增加了吸收塔出口烟气量，
增加了风机能耗。
3）空气泄漏率难以检测。
4）风机运行处于烟气露点以下，材料的选择必须考虑防腐问题。
（4）除了布置方式A，其他布置方式下的增压风机均需采取防腐措施，通常风机的壳体采用衬胶方式，叶片和转子采用
特殊防腐材料，比如Euzonit、Inconel625、2.4836高镍合金
等，这将大大增加设备投资和运行费用。
综上所述，建议采用布置方式A。
二、无旁路烟气系统
无旁路烟气系统的流程为：从锅炉引风机后的总烟道上引出的烟气直接进入吸收塔，在吸收塔内SO2与三层喷淋浆液进行反应而被脱硫，脱硫后的洁净烟气通过两级人字形除雾器除去夹带的液滴后，从顶部离开吸收塔，直接排入烟囱，在吸收塔进出口设有CEMS及温度、压力测点，如图1223所示。
由于FGD系统不设烟气旁路，其运行直接关系到机组的安全，FGD系统停运则机组也必须停运，锅炉从点火开始，所有烟气直接进入吸收塔进行处理，这使烟气系统在设计等方面与常规的FGD系统有较大的不同。其主要特点有以下几个方面：
（1）取消了FGD增压风机，采用锅炉引风机，即增压风机与引风机合二为一。
图1223 无旁路FGD烟气系统流程图
（2）取消了烟气再热器，采用了湿烟囱排放。
（3）在进口烟道上没有设置事故喷水装置及热回收装置（如低温省煤器等），但为防止吸收塔入口浆液的结垢，在底部设置了一排冲洗水。
这些设计使FGD烟气系统流程大大简化，同时减少了因GGH故障而导致系统停运的事故，从而使FGD系统的可靠性和可用率大为提高。
三、设置GGH的烟气系统
从脱硫塔出来的净烟气，温度一般在45～55℃之间，为湿饱和状态，低于酸露点。如果直接排放会带来两种不利后果：①烟气抬升的扩散能力低，可能在烟囱附近形成水雾，污染环境；②由于烟气温度在露点以下，会有酸性液滴从烟气中
凝结出来，即所谓的“下酸雨”，既污染环境，又对设备造成低温腐蚀。因此，在烟气脱硫系统中，通常在脱硫塔后设置烟气再热器（即烟气换热器），利用锅炉来的原烟气，将净烟气至少加热至80℃以上，然后再排入大气，以避免低温湿烟气腐蚀管道和烟囱内壁，同时提高烟囱排出烟气的抬升高度，以利于污染物扩散，避免排烟降落液滴，以增加烟气的扩散能力和避免低温腐蚀。很多国家都规定了烟囱出口的最低排烟温度：我国规定，烟气系统宜装设烟气换热器，设计工况下脱硫后烟囱入口的烟气温度应达到80℃以上排放；德国规定，烟囱入口的烟气温度不得低于72℃；英国规定的排烟温度是不得低于80℃；日本则要求将烟气加热到90～110℃。
烟气换热器的热平衡图如图1224所示。
图1224 烟气换热器的热平衡图
烟气换热器并不会减少烟气中的SO3造成的腐蚀问题，因为吸收塔出来的烟气中SO3呈雾滴状，换热器反而使烟气中的SO3雾滴汽化，烟气中气态SO3浓度提高，致使烟气酸露点随之升高，造成酸腐蚀。因此，换热器的作用主要是降低吸收塔入口烟温，提高排烟温度，以利于烟气抬升和污染物的输运扩散。
烟气换热器的热媒主要有原烟气、高温水、水蒸气或电能。由于烟气流量很大，所以即使将烟气温度提高几度，所消耗的能量也是相当大的。因此，在通常情况下，烟气换热器只
用原烟气作热媒，而不使用二次能源，尤其对于大型机组。根据经验，只用原烟气很难将净烟气加热至85℃以上，在一定程度上削弱了烟气再热器的实际效果。烟气换热系统提高了出口烟气温度，在较大程度上保护了其后管道和烟囱免受腐蚀，但烟气换热器本身却面临严重的腐蚀问题，大大增加了制造成本与维护费用，而且烟气换热器（简称GGH）也是造成FGD故障停机的主要设备之一。
四、烟道预洗涤系统
无论是采用启动吸收塔还是预洗涤塔，都需要设置一个独
立的吸收塔，不仅投资大，而且占地也大，运行操作不方便。为此某脱硫公司设计了吸收塔前的烟道预洗涤装置，并在1000MW机组无旁路FGD系统中成功应用。
根据吸收塔前原烟气烟道接口标高的不同，该烟道预洗涤装置位置选取分为下述两种情况。
1.垂直烟道预洗涤装置
该种情况指两台引风机出口烟道汇合后低位水平接出，引接到吸收塔附近后再垂直上升，引接到吸收塔入口。此时，可以在吸收塔入口前的原烟气烟道垂直上升段设置烟气预洗涤装置。
该垂直上升段烟道增加用材厚度（烟道壁板厚度8mm），从而提高结构强度，锅炉投油启动阶段产生最大的烟气量在该段的流速应小于5m/s；另外，该段烟道横截面应适当加大，以克服增加内部喷淋件产生的阻力。在垂直上升直段烟道上部
横截面均匀布置预洗涤喷淋层，喷淋管外接预洗涤液供给管路，烟道内底部弯头部分增加设置多个导流板，起到烟气导流及洗涤格栅的功能，另外，该弯头底部设置洗涤液收集及排放箱体，该箱体与烟道高度为一体化结构，并保证全密封，该箱体同时起到防止任何液体倒灌至引风机的作用。预洗涤装置还需要在附近的地坪下设置预洗涤液收集地坑（配套设置搅拌器及地坑泵），该地坑可为混凝土结构，并通过地坑将预洗涤液打入到洗涤液缓冲箱（配套设置搅拌器、液位计等必要设施），该缓冲箱设有预洗涤液循环泵及预洗涤液外排泵，预洗涤液循环泵起到向烟道预洗涤喷淋层供洗涤液的作用，预洗涤液外排泵起到外排预洗涤液的作用，可以根据具体情况考虑，将两类泵功能合并，单台泵的出力需结合最佳经济运行方式选取。其完整工艺系统流程如图1225所示。
图1225 垂直烟气预洗涤装置流程
1—预洗涤烟道段；2—预洗涤喷淋层；3—烟道集水槽；4—导流板；5—底流管；6—预洗涤液集水地坑；7—搅拌器；
8—地坑泵；9—预洗涤液缓冲箱；10—搅拌器；11—预洗涤液循环泵；12—预洗涤液外排泵
图1225是某1000MW机组无旁路FGD烟道预洗涤
系统的具体设计，该FGD增压风机与引风机合并，不设置
GGH，吸收塔直径为19mm，总高为43.85m，设4层喷淋层，
2级屋脊式除雾器，在设计SO2浓度为3900mg/m3（标准状
态，干基，6%O2）下[对应Sar（wt）为1.8%]，脱硫效率
不低于95%。烟气预洗涤用于锅炉投油启动阶段预洗涤原烟气中超量的烟尘及油污，以保证FGD系统安全经济运行，事故情况下还作为降低吸收塔入口烟气温度、粉尘浓度和油污的
一种应急手段。预洗涤液地坑尺寸：4000mm×4000mm×
4000mm，预洗涤液缓冲箱尺寸为φ9×10m，有效容积为636m3，采用玻璃鳞防腐，配1台离心式预洗涤循环泵，扬程
为550kPa，体积流量为400m3/h；1台离心式预洗涤液外排
泵，扬程为250kPa，体积流量为30m3/h。
2.水平烟气预洗涤装置
该种情况指两台引风机出口烟道汇合后垂直地坪上升接出，从高位水平引接至吸收塔入口。此时，可以在吸收塔入口前的原烟气水平烟道直段处设置烟气预处理装置。
该水平段烟道同样增加用材厚度（烟道壁板厚度为8mm），从而提高结构强度，锅炉投油启动阶段产生最大的烟气量在该段的流速应小于5m/s，另外，该段烟道横截面应适当加大，以克服增加内部喷淋件产生的阻力；在该水平段烟道上横向均匀设置几排预洗涤液喷淋管，喷淋管外接预洗涤液供给管路，在喷淋管范围内根据需要设置两排斜管格栅，起到烟气洗涤格栅的功能；在吸收塔入口前段设置洗涤液收集及排放
箱体，该箱体与烟道设计为一体化结构，并保证全密封，该箱体同时起到防止任何液体倒灌至引风机及吸收塔的作用。该预洗涤装置无需再设置任何地坑，可以通过管道将烟道自身的水封箱排液口与预洗涤液缓冲箱连接，此时，预洗涤液缓冲箱需要保持工作液位作“水封”。其完整工艺系统流程如图12
2 6所示。
当锅炉启动前（FGD其余系统已处于运行阶段或热备用状态），先将预洗涤液缓冲箱及预洗涤液收集地坑注水至工作液位，将地坑泵切入自动运行（投入地坑液位控制），并将预洗涤液外排泵切入自动运行（根据预洗涤液密度变化控制），然后，开启预洗涤液循环泵向装置的喷淋层供液。运行稳定后，允许锅炉投油启动，在烟气预洗涤过程中，预洗涤液稳定向预洗涤喷淋层供液，烟气被有效除尘、除油，洗涤液通过地坑收集后再通过地坑泵打入到预洗涤液缓冲箱（或直接被收集到缓冲箱中），洗涤液外排泵在监视到洗涤液密度达到一定值时开启，同时，工艺水阀门打开，以保持预洗涤缓冲箱的工作液位。
锅炉投油结束后，关闭预洗涤喷淋装置（关闭预洗涤液循环泵及管道阀门，并冲洗管道及设备），继续开启预洗涤液外排功能，直到预洗涤液缓冲箱中洗涤液密度到达设置低值。外排的预洗涤液可根据电厂实际需要，外排至脱硫废水处理系统、煤场沉灰池、脱硫石膏皮带等位置。
FGD系统正常运行后仍需将预洗涤液缓冲箱保持在工作液位，预洗涤浆液缓冲泵处于热备状态，以便用于高温烟气的降温喷淋系统。
图1226 水平烟道预洗涤装置流程
1—预洗涤烟道段；2—预洗涤喷淋层；3—烟道集水槽；4—棒格栅；5—底流管；6—预洗涤液缓冲箱；7—搅拌器；8—预洗涤液循环泵；9—预洗涤液外排泵
CT—121FGD鼓泡塔中在进塔之前的垂直烟道上就设有烟气喷淋冷却区域，某电厂600MW机组FGD布置有2层喷淋层和1层吸收塔紧急喷水装置，喷淋浆液来自吸收塔浆液，由3台烟气冷却泵（2用1备）通过一母管越过鼓泡塔顶后再分开2路进入，喷淋后的浆液由4根φ1000衬胶管流回吸收塔内。
烟道预洗涤装置具有如下突出特点：
（1）流程简单，启停方便，简单改动就可以达到对原烟气除尘和除油的效果。
（2）充分利用了现有常规设施，费用低，能耗低，对FGD系统无任何不良影响。
（3）可以有效地降低烟气中所含的粉尘和油污，从而使得FGD系统利用率更高，对整个系统的稳定运行、全时段有效脱硫和生成石膏的品质保证有积极作用。因而对无旁路FGD系统值得借鉴。
第三节 吸收塔系统组成及原理
一、系统组成
吸收塔系统是FGD系统的核心部分，其主要作用是吸收烟气中的SO2并产生石膏晶体。吸收塔有多种类型，主要有填料塔、液柱塔、鼓泡塔及喷淋塔等。电厂中常用的是喷淋塔，其流程为：来自GGH的烟气自吸收塔侧面进入塔内，烟气从下往上流经吸收塔时，与来自吸收塔循环泵喷淋的浆液接触反应，浆液含有10%～20%左右的固体颗粒，主要是由石灰石、石膏及水中的其他惰性固体物质组成。浆液将烟气冷却到约50℃，同时吸收烟气中的SO2，与石灰石发生反应生成
亚硫酸钙（CaSO3 ·1/2H2O）。反应产物收集在吸收塔底部，
由氧化风机鼓入的空气氧化成石膏（CaSO4 ·2H2O），并再次被循环泵循环至喷淋层。吸收塔内浆液被机械搅拌器或脉冲悬浮泵搅拌，使石膏晶体悬浮。
吸收塔系统的主要组成部分是：循环泵及喷淋层、氧化空气系统、浆液搅拌系统、除雾器及其冲洗水系统等，如图1
231所示。
二、系统原理
烟气从吸收塔下侧进入，与吸收浆液逆流接触，洗涤烟气
中的SO2、SO3、HCl和HF等，在塔内进行吸收反应，对落
入吸收塔浆池的反应物再进行氧化反应，得到脱硫副产品二水石膏。
在添加新鲜石灰石浆液的情况下，石灰石、副产物和水等混合物形成的浆液从吸收塔浆池经循环浆液泵打至喷淋层，由喷嘴雾化成细小的液滴，自上而下落下，形成雾柱。在液滴落回吸收塔浆池的过程中，实现了对烟气中的二氧化硫、三氧化硫、氯化氢和氟化氢等酸性组分的吸收过程。烟气从吸收塔下部进入，逐渐上升，而浆液雾化的液滴从上而下落下，整个吸收过程称为逆流吸收。经吸收剂洗涤脱硫后的清洁烟气，通过除雾器除去雾滴后进入烟气换热器升温侧。
被吸收的SO2与浆液中的石灰石反应生成亚硫酸盐（Na2SO3），进入塔底部的氧化池，浆液池中设有空气分配管和搅拌器，浆液中的CaSO3在外加空气的强烈氧化和搅拌作用下，由氧化空气氧化生成硫酸盐，转化成CaSO4 ·2H2O（二水石膏），便是石膏过饱和溶液的结晶。为了有利于CaSO3的转化，氧化池内浆液的pH值保持在5左右。
为充分、迅速氧化吸收塔浆池内的CaSO3 ·1/2H2O，设置氧化空气系统，向吸收塔供应适量的空气。氧化风机运行方式为一运一备。
在吸收塔去除SO2期间，利用来自循环浆液的水将烟气冷却至饱和温度。消耗的水量由工艺水补充。为优化吸收塔的水利用，这部分补充水被用来清洗吸收塔顶部的除雾器。
吸收塔浆池中浆液的停留时间应能保证可形成优良的石膏晶体，从吸收塔中抽出的浆液被送至石膏旋流器。
吸收塔浆液循环系统一般由3台或4台循环浆泵和对应的喷淋系统组成，按单元制设计。循环浆泵入口设有排空管路，当循环浆泵停运时，排空门自动打开，排空管路中的浆液，防止沉淀结垢。
在吸收塔顶部设排空阀门。当FGD停运时，排空阀门打开，使塔内外压力相同。当FGD投运时，排空阀门关闭，保证系统在设计压力下运行。该排空门的作用是：
（1）在调试及FGD系统检修时打开，可排除漏进的烟气，
图
统
系
塔
收
吸
1
3
2
1
图
统
系
碎
破
石
灰
石
1
4
2
1
图
有通气、通风、通光的作用。
（2）FCD系统停运时，避免烟气在系统内冷凝而产生腐蚀。
1.石膏浆液排出系统
吸收塔排出浆液由二水石膏（CaSO4 ·2H2O）、盐类混合
物（MgSO4，CaCl2）、石灰石（CaCO3）、氟化钙（CaF2）和
灰粒组成。
石膏浆液由石膏浆排出泵送入石膏旋流器，旋流器溢流分离出浆液中较细的固体颗粒（细石膏颗粒、未溶解的石灰石和飞灰等）浆液返回吸收塔。浓缩的大石膏颗粒浆液（浓度为50%）从旋流器的下流口排出。
当吸收塔浆液含固量低于一定密度时，石膏排出泵出口返回调节阀开大，使石膏浆液流入石膏溢流浆液箱，再泵回到吸收塔浆池。当吸收塔浆液含固量高于一定密度时，石膏排出泵出口返回调节阀关闭，石膏浆液进入石膏旋流器，底流排放至真空皮带机进一步脱水，溢流部分进入石膏溢流浆液箱，再泵回到吸收塔。
石膏浆排出泵出口管路上设有密度计，在线检测石膏浆液的石膏结晶程度。设pH计在线检测塔内石灰石供浆量与烟气含硫量是否匹配。
在吸收塔需要排空检修时，浆池内的浆液通过石膏浆排出泵及切换阀排入事故浆罐。
2.氧化系统
该系统由罗茨氧化风机、管路、喷水减温器、温度、压力测量仪表、冲洗水等组成。氧化风先由1根碳钢管引至塔前最高液位以上3m标高处，根据底层搅拌器的数量，分成对应路数，由玻璃钢管或防腐管下引，在搅拌器高度处，平行进入吸收塔，塔内玻璃钢管与氧化喷枪相连，空气进入浆液，随即被搅拌器搅拌成细小的气沫，与氧化池浆液充分接触。每套FGD一般设2台氧化风机，一运一备。
在有存放条件的地方，石膏浆液经脱水至50%含固率后随锅炉灰渣水一起直接抛至灰场，可以不设氧化系统。据调查，若将石膏继续脱水成含水率小于10%的石膏粉外卖，其投资要在25年后才能收回，且对燃煤含硫量、FGD系统运行时间等有很高的要求，实际上是收不回成本的。因此，取消脱硫系统内的氧化风机，在理论上是可行的。脱硫渣连同灰水排向灰场时，其物系主要处于未反应的CaCO3、生成的CaSO3及酸性水（溶有SO2）、灰渣等形成的均匀混合状态。由于是
封闭式排放，物系中溶入的SO2向大气逸散的可能性不大。同时，在灰场储存过程中，未反应的CaCO3继续同酸性水中
的SO2反应，形成CaSO3，这些CaSO3在灰场被大气所氧化，
形成稳定的CaSO4。另外，由于烟气的自然氧化率一般小于15%，属抑制氧化方式，可以防止吸收塔内结垢，保证系统的安全运行。实践证明，FGD系统运行时停运氧化风机，未发现有不良影响。不设巨型氧化风机系统，能大大减少基建投资、氧化风机的运行和维修费用，简化了系统，提高了FGD系统运行的安全性。
第四节 石灰石破碎系统
一、系统组成
一般设2套石灰石破碎系统，由卸料斗、振动给料机、除铁器、立轴破碎机、斗式提升机、埋刮板输送机和石灰石料仓、布袋除尘器等组成，如图1241所示。
二、工艺流程
汽车将一定粒径（粒度＜50mm）的石灰石运输进厂，经电厂汽车衡计量后，卸入石灰石堆放场地，储料一般可供FGD使用3～7天。根据FGD运行需求量，由斗车将石灰石运至破碎系统的地下受料斗，通过受料斗底部的振动给料机，经除铁器除铁后，将石料送入环锤式破碎机，经一级破碎后的石料（粒度＜10mm）通过螺旋给料机送入斗式提升机，斗提机将石料送到石灰石储仓，存料可供FGD使用2～3天。石灰石储仓下口设2台封闭式称重皮带给料机，将石料给入湿磨机入口。石料储仓上设布袋除尘器，防止石料卸下时粉尘飞扬，除尘器排气标准是粉尘含量小于50mg/Nm3。
第五节 湿式石灰石浆液制备系统
一、系统组成
所谓湿式石灰石浆液制备系统是指采用湿式球磨机，将一定比例的石灰石和过滤水加入湿磨内的滚筒里，直接磨制出合格的石灰石浆液，浆液的细度为P80＜23μm，浓度为25%。
一般设置2套石灰石浆液制备系统，主要设备包括称重给料机、湿式球磨机、石灰石浆液循环箱、搅拌器，再循环泵、石灰石浆液旋流器、调节阀及相应的辅助设备组成；其工艺流程示意图如图1251所示。
图1251 湿式石灰石制浆系统工艺流程示意图
二、工艺流程
来自石灰石仓预破碎的石灰石（颗粒尺度≤10mm）通过称重式给料机，给入湿式球磨机，并根据给料量的大小加入合适比例真空皮带过滤水。
在湿式球磨机的磨制作用下，石灰石和水被磨制成含固量
为50%石灰石浆液，进入一级再循环箱，经一级再循环泵送至一级旋流器进行分离，底流浓缩部分石灰石粒径较大，含固量为61%，再返回磨机，同新加入的石灰石一起重新磨制；溢流部分含固量为35.6%，一路进入二级再循环箱，另一路通过调节阀返回一级再循环箱，用以调节二级再循环箱液位。
二级再循环箱的石灰石浆液通过二级再循环泵送至二级旋流器进行分离，底流部分含固量为55%，返回磨机重新磨制；溢流部分含固量为26%的合格石灰石浆液，进入石灰石浆液箱，并通过再循环调节阀控制进入石灰石浆液箱的流量。
浆液系统必须设有水冲洗系统，在浆液系统设备停运时，为不使存留浆液沉淀板结，必须用水冲洗干净。
第六节 干式石灰石浆液制备系统
一、系统组成
干式石灰石浆液制备系统的石灰石粉制备一般与FGD不在同一个区域，通过外购或异地加工获取。
该系统一般包括石灰石粉罐装车、上料管、干粉仓、除尘器、石灰石给粉机、粉仓振打装置、石灰石浆液箱、顶进式搅拌器、供浆泵、密度计、调节门等；其示意图如图12
6 1所示。
图1261 干式石灰石浆液制备系统示意图
该系统完成石灰石粉的储备、合格石灰石浆液调配功能。
二、工艺流程
装载石灰石粉的罐装车加压后，石灰石粉由压缩空气吹送，经卸料管从粉仓顶部进入，扬起的粉尘经除尘器过滤达标后排向大气。粉仓振打装置用以定期振打粉仓底部锥形下料部位，防止粉板结。振打装置可以自配空压机，也可以从系统中引接一路压缩空气。
给料机根据石灰石浆液密度计的在线测量信号自动调节给料量，石灰石浆液罐的液位通过调整过滤水调节阀的开度来控制。
顶进式搅拌器为连续运行方式，不断地搅拌石灰石浆液罐的浆液，防止沉淀。
第七节 石灰石供浆系统
一、系统组成
石灰石浆液供给系统是向吸收塔供给适量的石灰石浆液，浆液量由烟气中SO2总量决定。该系统由石灰石浆液输送泵、石灰石浆液箱、中继箱、密度计、调节门等组成，如图12
7 1所示。
二、工艺流程
把石灰石磨制成浓度为27%的石灰石浆液作为吸收剂，送入石灰石浆液箱，再经石灰石浆液泵送入吸收塔。
石灰石浆液泵一般每台FGD配备2台独立的泵。在吸收塔距离石灰石浆液箱较远时，在吸收塔附近可设石灰石浆液中继箱，再通过二级供浆泵向吸收塔供浆，这样可保证供浆的可靠性。
在供浆管道上装有密度计，用以检测石灰石浆液密度，作为磨机一级再循环箱过滤水调节阀的主调量信号，来调节石灰石浆液的浓度。
石灰石浆液箱设有1台顶进式搅拌器，保证浆液的浓度均匀。
第八节 石膏脱水系统
一、概述
从吸收塔排除的石膏浆液要经过去除水分才能达到商业利用价值，所以，必须设置石膏脱水系统。
石膏脱水系统由初级旋流器浓缩脱水（一级脱水）和真空皮带脱水（二级脱水）两级组成。
石膏浆液排除泵将吸收塔内浓度约为12%石膏浆液送至高效旋流分离器，浓缩至浓度约50%的石膏浆液，再经过真空皮带脱水机进一步脱水，形成含水10%的二水石膏，用汽车运至石膏炒制车间或直接销售。
脱水石膏的品质要求：
（1）含水率：小于10%。
（2）石膏纯度：90%～95%。
（3）石膏结晶颗粒：粗粒状（避免针形和薄片状）。
（4）平均颗粒粒径：60%通过32μm。（5）Cl含量：小于0.01%。
（6）重金属含量低。
（7）易脱水。
二、一级石膏浆液脱水系统
一级石膏浆液脱水系统也称为初级旋流分离系统，如图1281所示。石膏浆排出泵出口管道上设有石膏浆液密度计，当排出的浆液密度低于1138kg/m3时，通过再循环调节门返回石膏溢流浆液箱，由石膏溢流浆液泵送回吸收塔。当排出的浆液密度高于1138kg/m3时，进入石膏浆液供浆集箱，由出口支管平均分配到对应的旋流器，进行粗细浆液分离，浓缩的大石膏颗粒浆液从旋流器的底流口排出，含固量为50%，先汇流入石膏旋流站底流浆液箱，由下部的石膏浆分配阀将浆液切换至＃1或＃2真空皮带机进行二级脱水。溢流分离出浆液中较细的固体颗粒（细石膏颗粒、未溶解的石灰石和飞灰等），含固量约3.38%，溢流部分汇入石膏旋流站溢流浆液箱，再流入石膏溢流浆液箱，泵回到吸收塔浆池。
三、二级石膏浆液脱水系统
二级石膏浆液脱水系统也称为真空皮带脱水系统，如图1282所示。石膏浆液借助给料分配系统均匀分布在真空皮带机上，浆液通过皮带机滤带上的横向沟槽，透过滤布流向滤带中央的排液孔，汇集在真空室内并输送出去。真空室借助柔性真空密封软管与滤液汇流管相联结。一台水环式真空泵与真空室相接，并使真空室形成要求的负压。一定量的空气和滤液一起被带入真空室，并从真空室向真空泵方向供送。在滤液汇流管之后，真空泵的上游装有气水分离器，使滤液和带入的空气分离。分离出的滤液借助重力通过管道流入过滤水地坑，滤出的空气则通过真空泵排至大气。在真空泵内汇集的水被送至滤布冲洗水箱。滤布携带石膏通过真空室，其运动速度将随供浆量的变化来调整，使滤饼的厚度基本保持恒定。
各种工艺用水和滤液最终回到过滤水地坑内，通过过滤水地坑泵送至制浆系统或吸收塔。
皮带机滤饼的卸料方法是将皮带机的滤布传送到主动皮带轮的滤布上，借助卸料辊使滤饼离开滤布。由于滤饼卸料辊的接触弧度很小，因而使滤饼与滤布分离，并被输送到卸料溜槽，再由溜槽送至石膏堆料间。
统
系
浆
供
石
灰
石
1
7
2
1
图
图1281 一级石膏浆液脱水系统
皮带机分别设有滤布和滤饼冲洗水系统，以清除黏结在上面的石膏。
石膏脱水系统的性能要求：
（1）高脱水效率：水分小于10%。（2）高防腐性能。
（3）低工艺水耗量。
（4）停运和投运的可能性（部分负荷运行）。（5）低检修维护性能。
（6）滤带的寿命长。（7）真空泵效率高。
第九节 工艺水及工业水系统
工艺水及工业水系统为FGD公用，水源为循环水排水和工业水，与机组统一考虑，在机组引接。
两台 300MW机组的 FGD循环水排水平均耗量为
125m3/h，工业水平均耗量为27m3/h。
一、工艺水系统
工艺水系统负责提供FGD足够的水量，补充系统运行期间水的散失，以保证FGD系统的正常功能，工艺水系统如图1291所示。工艺水通常采用循环水排水作为水源，在循环水供水压力满足不了要求时，切换至工业水供水。一般设置3台或2台工艺水泵（二用一备或一用一备）、1个工艺水箱。工艺水主要用水如下：
（1）系统的补充用水，主要有：除雾器冲洗水、磨机补充水、石灰石浆液箱的补充水、磨机一级再循环箱补充水。
（2）不定期地对一些管路进行冲洗，水量不定。主要有：吸收塔循环泵冲洗水、吸收塔供浆管冲洗水、吸收塔pH计冲洗水、石膏浆液排出泵冲洗水、事故储罐冲洗水、烟气换热器
的高压、低压冲洗水、石灰石浆液泵冲洗水、磨机一级再循环泵冲洗水、磨机二级再循环泵冲洗水、石膏溢流浆液泵冲洗水、石膏溢流浆液箱冲洗水、浆液管道冲洗水。
（3）各类水泵及浆液泵的密封水。
二、工业水系统
工业水水源取自机组补充水，经过滤处理后，注入工业水箱，其系统图如图12 9 2所示。工业水系统一般设置两台清水泵（一用一备），一个工业水箱。
工业水主要用途如下：湿式球磨机油冷却器用水、湿式球磨机轴承冷却用水、真空皮带系统冲洗用水、各转动机械的冷却及密封用水。
第十节 事故浆液系统
事故浆液系统由事故浆罐、事故浆罐输送泵、吸收塔地坑、石灰石破碎间地坑、石灰石磨制间地坑、地坑泵以及浆液收集地沟组成，如图12101所示。
事故浆罐用于FGD长期停运、事故和短期检修情况下，储备脱硫系统所有的浆液。浆液由石膏排出泵、地坑泵打到事故浆罐。
在FGD启动前，由事故浆罐输送泵将事故浆罐储存的浆液送回吸收塔。
在FGD正常运行时，事故浆罐为排空状态，搅拌器停止搅拌。当排入的浆液液位达到一定高度时，搅拌器自动启动。
事故浆罐搅拌器可以为顶进式，也可以是侧进式。地坑搅拌器为顶进式。
地坑系统用于收集排放的、泄漏的浆液、水等。在FGD运行时，用泵打到吸收塔；事故浆罐搅拌器运行时，用泵打到事故浆池。
统
系
水
脱
液
浆
膏
石
级
二
2
8
2
1
图
统
系
水
艺
工
1
9
2
1
图
统
系
水
业
工
2
9
2
1
图
图12101 事故浆液系统
第十一节 压缩空气及辅助蒸汽系统
压缩空气及辅助蒸汽系统为FGD公用，与机组用量统一考虑，在机组引接。
一、压缩空气系统
一般情况下，脱硫系统仪表用压缩空气和GGH吹灰用压缩空气来自电厂的仪用压缩空气系统，检修用压缩空气来自电厂的杂用压缩空气系统。脱硫系统其他设备用气及配套工程用气由自备空压机供气。仪用压缩空气系统如图12111所示。
二、辅助蒸汽系统
辅助蒸汽系统用于GGH吹灰、烟道挡板门密封空气加热及管道伴热，其系统图如图12112所示。一般取自机组
辅助蒸汽或锅炉再热蒸汽冷段。
在GGH吹灰器前、烟道挡板门密封空气加热器前设置压力调节门，保持设备需要的压力范围。
图12112 辅助蒸汽系统
第十二节 集控系统
一、概述
一般几台FGD及辅助系统设置一个控制室，采用集中控制方式，配备一套仪表和控制系统。整个装置的监控一般通过分散式控制系统（DCS）来实现，也可以由PLC实现。
现场设备及工艺流程中设置必备的检测仪表、执行机构（气动门、电动门）等。所有电机由 DCS通过开关柜实现控制。
DCS系统对于主系统（FGD装置）和二级系统（PLC）配备充足的数据通道。
FGD装置的自动化以DCS分散控制系统为主，取消常规的控制盘台、光字牌及仪表。操作台设有旁路挡板门等重要设备紧急操作按钮。通过打印机打印记录。
所有断路器及电动机的控制均纳入DCS系统控制，所有电气报警及电气元件状态信号均在CRT屏上显示。装设必要的电量变送器，重要电气量送入DCS系统进行处理。
二、分散控制系统DCS
DCS英文全称为 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM，
中文全称为分散型控制系统。DCS可以解释为，在模拟量回路控制较多的工艺流程中，尽量将控制所造成的危险性分散，将控制和显示功能集中的一种自动化高技术产品。
DCS一般由五部分组成：①控制器；②I/O板；③操作员站、工程师站；④通信网络；⑤图形及编程软件。
控制系统采用分散控制系统DCS，共设1套，机柜按机组、公用系统、废水处理分组。DCS机柜、操作员站及工程师站等布置在电控楼相应房间内。
DCS实现监视和集中控制，具备完善的闭环控制回路及顺序控制功能。数据采集系统具备工艺流程状态显示、操作过程显示、实时数据显示、趋势显示、报警、历史数据存储检索、定期报表、性能计算等功能。脱硫DCS预留与全厂 MIS及机组DCS的接口。
DCS机柜、操作员站和工程师站，采用两路交流220V、50Hz的单相电源供电。一路来自不间断电源（UPS）；另一路来自保安段电源。
图
置
配
S
C
D
型
典
1
2
1
2
1
图
三、自动化水平
具有完善的闭环控制回路及顺序控制功能组等，控制对象包括FGD装置的吸收塔、烟气系统、GGH、一次脱水、二次脱水、工业水系统、工艺水系统、吸收剂、浆液制备、氧化风机、污水处理以及FGD系统的电气设备等。系统正常运行及启停在运行人员少量干预下均可自动完成。运行人员在集中控制室通过CRT、键盘和鼠标对系统进行监视和控制操作。除操作台的旁路挡板门的个别紧急操作按钮外，控制室不设其他常规表盘。
在配置石膏炒制控制设备时，因系统运行相对独立，在炒制车间设就地控制室，单独对炒制设备进行控制。
四、自动化功能
1.数据采集系统
脱硫集中控制室设置若干个操作员站，一般FGD、公用系统、废水处理至少各设1台，满足运行人员对FGD系统运行监控需要。
数据采集系统具备工艺流程状态显示、操作过程显示、实时数据显示、趋势显示、报警、历史数据存储检索、定期报表、性能计算等功能。
2.主要闭环调节回路（CCS）
（1）增压风机入口压力控制。为保证锅炉的安全稳定运行，通过调节静叶增压风机导向叶片的开度或动叶增压风机动叶的开度，对烟气压力进行控制，保持增压风机入口压力的稳定。为了获得更好的动态特性，可引入锅炉负荷和引风机状态信号作为辅助信号。在FGD烟气系统投入过程中，需手动协调控制烟气旁路挡板门及增压风机导向叶片的开度，保证增压风机入口压力稳定；在旁路挡板门关闭到一定程度后，压力控制闭环投入，关闭旁路挡板门。
（2）石灰石浆液浓度控制。石灰石浆液制备控制系统必须保证连续向吸收塔供应浓度合适的足够浆液。设定恒定石灰石供应量，并按比例调节供水量，通过石灰石浆液密度测量的反馈信号修正进水量进行细调。
（3）脱硫塔pH值及塔出口SO2浓度控制。测量净烟气、原烟气中SO2浓度、烟气温度、压力和烟气量，通过这些测量计算进入吸收塔中SO2总量和SO2脱除效率。根据SO2总量、浆液的总流量和密度来计算并控制加入到吸收塔中的固态石灰石量，通过改变石灰石浆液流量调节阀的开度来实现石灰石量的调节，而吸收塔排出浆液的pH值作为SO2吸收过程的校正值参与调节。
（4）吸收塔液位控制。吸收塔石灰石浆液供应量、石膏浆排出量及烟气进入量等因素的变化造成吸收塔的液位波动。根据测量的液位值，调节除雾器冲洗时间间隔，实现液位的稳定。也有通过调节进入吸收塔的工艺水量来调节液位的方式。
（5）石膏浆排出量控制。根据吸收塔石灰石浆液供应量，并用排出石膏浆液的密度值进行修正，以此改变三通阀开关方向，调节浆液排至石膏浆罐和返回吸收塔之间的时间比，控制石膏排出量。
3.主要顺序控制（SCS）功能组
主要顺序控制（SCS）功能组包括脱硫系统启动、停止顺序控制、除雾器清洗、石灰石制浆系统顺序控制、石膏脱水系统顺序控制等。
FGD系统的联锁保护主要有：
（1）FGD装置的保护动作条件包括FGD进口温度异常、进口压力异常、出口压力异常、增压风机故障、换热器故障、
循环浆泵投入数量不足等。
（2）来自机组的FGD保护条件包括锅炉状态（MFT、火焰、吹扫等）、油燃烧器投入状况、煤燃烧器投入状况、电除尘电场投入状况等。
（3）为保证测量可靠，重要的保护用过程信号、状态等采用三取二测量方式。FGD保护动作时自动快速开启旁路挡板门，切除FGD。控制室设手动按钮，在紧急状态时强制动作旁路挡板门，保证锅炉安全运行。
（4）完善的联锁功能，如备用设备启停联锁、箱罐液位联锁、管道设备冲洗联锁等，使控制系统能对运行工况变化自动及时作出反应，保证系统稳定运行。
4.仪表
（1）烟气分析仪：测量原烟气成分中的SO2、O2以及净烟气中的SO2、O2、NOx、CO含量及烟尘浓度等。采用多组分气体分析仪，测量信号进入DCS并在FGD控制室进行监测和控制。分析仪的操作全自动化，即包括校正程序、冷凝液排放等全自动控制，具有压力、温度补偿功能等。
（2）密度计：用于测量石灰石浆液和石膏浆液的密度，一般有γ射线密度计和超声波悬浮颗粒浓度计两种测量仪表。γ射线密度计具有使用寿命长的优点，但必须采取一定的劳动防护措施和保卫措施。
（3）pH计：用来测量吸收塔排出石膏浆液的pH值。
（4）FGD还需要其他常规仪表，如流量计、压力变送器、压力表、热电阻、料位计等。
5.气源和电源
（1）气源：仪用气源主要用于气动执行机构及阀门驱动装置等，对于少量需要吹扫气源的设备，可在就地设置小型空压机或直接引接一路仪用气源。
（2）电源：
1）UPS电源。设有交流220V UPS电源，切换时间不大
于5ms，向DCS及热工仪表等提供电源，保证在交流电源中断时能连续向系统供电半小时。
2）交流380V电源：当烟气旁路挡板驱动为电动时，该电源取自相应脱硫保安段，确保不因FGD故障影响锅炉安全运行。
6.通信部分
脱硫岛内设置行政通信电话、生产调度电话和广播呼叫通信系统三种通信方式。通信系统与全厂统一考虑。
行政通信电话要具有市话直拨功能；生产调度电话由电厂内程控调度交换机引出，通过电厂内程控交换机拨分机号就可与厂内各部门进行联系；广播呼叫通信系统是在脱硫控制室内设置1台扩音器，在电控楼、吸收剂制备车间、石膏炒制车间和石膏脱水综合楼内设置扬声器，生产过程中可直接用喊话的形式对全体员工下达通知和生产任务。
第十三节 供电系统
一、概述
电气系统主要由6kV系统、380V系统、直流系统、UPS、备用电源组成。根据脱硫系统相对独立以及工艺设备布置较为集中的特点，在脱硫区设专用配电控制楼。根据已运行FGD用电负荷统计，不含石膏炒制，厂用电率为1.1%
～1.5%。
6kV配电装置采用单母线分段接线，两段母线间设置联络断路器；通过联络断路器可实现两段母线间的自动投、切（如因保护故障，则不进行自动切换）。
380V/220V动力中心（PC），由两台低压厂用工作变供电，互为备用；各工艺系统按功能分设电动机控制中心，如脱硫装置 MCC、暖通 MCC、照明及公用 MCC等。备用电源自对应机组事故保安专用电源供电。
脱硫装置设一段保安 MCC，两路工作电源，一路接脱硫工作PC，另一路接主厂房的380V/220V事故保安段备用回路。保安电源的负荷有吸收塔浆液搅拌器、工艺水泵、控制系统。
直流系统供电有两种方式：一种是由机组直流系统引接；另一种是脱硫装置内设蓄电池供电。
交流不停电电源（UPS）：设置一套220V单相20kVA
UPS系统，直流电源取自脱硫装置内220V直流系统或机组直流系统。正常情况下，由交流电源经整流器、逆变器供电。交流电源失电后，由直流系统经逆变器供电。当逆变器故障时，可经静态开关切换交流电源供电。
所有电源回路的断路器及电动机的控制均通过DCS系统控制，所有电气报警及电气元件状态信号均在CRT屏上监视，6kV电动机设置就地事故跳闸按钮。
FGD装置内设置闭合的接地网，并与厂主接地网有可靠连接。
二、6kV供电
根据脱硫装置用电负荷的重要性，其设备负荷等级为Ⅱ类，要求双电源供电，自动或手动切换。
对于新建机组，高厂变的容量要考虑进FGD供电负荷，脱硫系统6kV电源分别引自对应机组厂用母线甲段和乙段，并且互为备用，自动切换。
对于脱硫改造机组，FGD供电要根据具体情况选择方案，脱硫系统供电电源的引接可有以下三种方案：
方案一：从对应机组发电机出口分别引接一台脱硫变压器，作为脱硫系统的两回供电电源，并且互为备用。
方案二：加装一台专用脱硫高压变压器，其高压电源引自高压母线备用间隔，低压侧引至脱硫系统作为工作电源，备用电源由厂高备变提供，手动切换。
方案三：将机组厂高变增容，同时，6kV厂用母线段增容，脱硫系统电源分别引自厂用母线段，并且互为备用。
以上三个电源引接方案比较见表12131。表12131 电源引接方案比较表
从技术上分析，以上三个电源接入方案均能满足脱硫系
统运行的要求。第一方案两套系统可分别独立运行，供电可靠，运行灵活，操作简便；但当脱硫变故障时将会引起机组停机，当一台机组停运或大修时，脱硫系统将失去备用电源，故可考虑从厂高备变再引一回备用电源，手动切换。根据电厂运行情况，上述故障几率是很小的。第二方案电源取自上网系统，电源点较远，增加了电能的转换、传输损耗，占用高压配电间隔，且有短时中断供电的可能。第三方案厂用电系统改造复杂，联锁较多，易出现误操作，较适合于新建机组。
从经济上分析，第一方案和第二方案投资较低，经济合理，第三方案对于改造机组工程量大，投资较高，但适合于新建机组。
第十四节 废水处理系统
一、概述
FGD在运行中要产生一定量的废水，该废水中含有重金属、氟化物等对人体及环境有污染的成分，不能直接排放，必须进行处理。根据政府环保规定，要求处理后的废水水质须达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）第一类污染物最高允许排放浓度标准限值和第二类污染物最高允许排放浓度一级标准限值。
目前废水处理设备成套已实现国产化。
二、脱硫废水的处理与处置
1.脱硫废水的来源
燃煤烟气中含有少量从原煤中带来的F-和Cl-，进入脱硫吸收塔后被洗涤下来进入浆液。F-与浆液中的铝联合作用，会对脱硫吸收剂石灰石的溶解造成屏蔽影响，致使石灰石溶解性减弱，脱硫率降低。同时Cl-浓度过高对吸收塔系统和结构也有影响，因此石灰石—石膏湿法烟气脱硫通过排出废水达到控制Cl-浓度、减小F-离子浓度的目的。
2.废水产生量
从废水的来源不难看出，废水的水量应保证循环浆液中的Cl-、F-浓度不至于影响脱硫系统的正常运行，废水量主要通过氯离子平衡计算得出，如图12141所示。
图12141 氯离子平衡示意图
QPCP10-3+QF（Cm-Cn）10-6=QWCW10-3+QgCg
式中：QP为工业水量（m3/h）；QF为烟气流量[m3/h（O2 6%，干态，标态）]；QW为废水流量（m3/h）；Qg为石膏产
量（无游离水）（kg/h）；CP为工业水中氯离子浓度（mg/L）；
Cm为吸收塔进口烟气中氯离子浓度（mg/m3）；Cn为吸收塔出口烟气中氯离子浓度，计算时可取0（mg/m3）；CW为废水中氯离子浓度（mg/L）；Cg为石膏中氯离子质量百分
数（%）。
QP、QF、Qg可以从工程原始资料或脱硫工艺计算得出，
关键是各点氯离子浓度的选取，废水一般从石膏水力旋流器溢流水引出，此时废水中Cl-浓度与浆液系统中相同，约为
20000～30000mg/L；石膏中Cl-含量一般为0.01%（以无游
离水石膏作为基准），烟气中带走Cl-浓度计算时可取0，而烟气中带入的Cl-浓度和工业水中的Cl-浓度为工程原始条件，由此可以估算出废水的排放量。
3.废水的品质
烟气脱硫废水的水质，与原煤成分、吸收剂（石灰石）、工业水水质和工艺系统的设计等因素有关。脱硫废水的主要问
题是pH值（约4～6），悬浮物（含固量约0.6%～1%）和重
金属含量超标。
4.脱硫废水的处理及处置
目前国内针对石灰石—石膏湿法烟气脱硫产生的废水，采用2种处置方式：
（1）排入灰水系统。由于电厂除灰系统为水力除灰，灰浆液碱度偏高，脱硫废水偏酸性，对灰水有中和作用，其流量相对灰浆量而言极少，因而脱硫废水（含固量约为0.6%～1%）直接送到灰场（或电厂水力除灰系统）。
（2）设置一套废水处理装置，处理后的废水达标排放。废水处理工艺分为废水处理和污泥浓缩两大部分，其中废水处理又分为中和、凝聚、絮凝、澄清、浓缩、pH值调节几个工
序，如图12142所示。
图12142 FGD废水处理系统流程
1）中和：采用CaO加水消解后生成的Ca（OH）2作为中和剂，几乎可以使除汞以外的所有重金属离子共沉除去。石灰浆液在调节pH的同时，还有其他作用：①脱氟反应；②脱砷反应；③沉淀部分重金属。金属氢氧化物的形成条件和存在状
态与pH有直接关系，见表12141。
表12141 废水中主要重金属离子浓度
① 排放标准摘自GB8979—88污水综合排放标准。② 单一金属离子存在时达到排放标准的pH值。
与pH值的关系
当废水中含有多种金属离子时，由于共沉作用，某些在高pH值下沉淀的重金属离子能被在低pH值下生成的金属氢氧化物吸附而共沉。另外，某些金属氢氧化物为两性化合物，如
Fe、Zn、Al、Cr等，当溶液pH值继续升高时，已生成的沉
淀可能会因生成羟基化合物而溶解，通常废水处理的pH值控制在9左右。
2）添加硫化剂：金属硫化物的溶度积比其氢氧化物的溶度积更小，对于在上一工序中未完全沉淀的金属离子，尤其是汞离子，添加硫化剂加以去除。金属离子对硫的亲和力顺序
为：Hg→Ag→As→Bi→Cu→Pb→Cd→Sn→Zn→Co→Ni→Fe→Mn。
硫化剂可采用有机硫化物、硫化钠、硫化氢或硫化亚铁等。国内电厂（脱硫废水所采用的硫化剂都为有机硫化物
（TMT15）。
3）混凝：在脱硫废水的处理中，可以采用两种絮凝剂：一种为铁盐，如FeCl或FeClSO4等，直接加入到经有机硫处理后的水箱中，去除过剩硫化物；另一种为高分子絮凝剂，直接加入到澄清池的进水管上，提高混凝效果。
4）澄清分离：加药（絮凝剂）后的废水进入澄清池进行浓缩分离，浓缩后的污泥一部分进入后续的板框压滤机进行脱水，一部分回流至中和/絮凝池，提高中和/絮凝池中的固体物含量，从而加速絮凝过程。澄清池溢流水进入处理后水箱，用稀盐酸调节pH值后达标排放。
5）压滤脱水：澄清池底部的浓缩污泥进入板框压滤机进行脱水，含水率降为45%，然后装车外运。过滤水进入过滤水箱，由过滤水泵送回中和/絮凝箱继续进行处理。
5.有关控制说明
（1）在脱硫系统中，必须控制浆液中的含量，减少浆液中的F-含量。由脱硫系统的Cl-平衡可计算出脱硫系统废水的产生量。
（2）脱硫废水主要是悬浮物、pH值、氟、砷及多种重金属，多数污染物为我国严格限制排放的第一类污染物，按规定必须在车间进行处理达标后排放。
（3）Ca（OH）2不仅具有中和作用，还具有脱砷、脱氟和沉淀部分重金属的功能，应控制其pH值在9左右。
第十五节 脱硫石膏综合利用及石膏炒制工艺
一、脱硫石膏特点
烟气脱硫石膏作为石膏的一类，其主要成分和天然石膏一样，都是二水硫酸钙晶体（CaSO4 ·2H2O）。其物理化学性质和天然石膏具有共同的规律，但作为一种工业副产石膏，它具有再生石膏的一些特性，和天然石膏有一定的差异。
从电厂经过洗涤和滤水处理后的烟气脱硫石膏是含有10%左右游离水的潮湿、松散的细小颗粒，大小较为均匀，分布带很窄，颗粒主要集中在30～60μm之间。脱硫正常时其产出的烟气脱硫石膏颜色近乎灰白色，当除尘器运行不稳定时，带进较多的飞灰等杂质时，颜色发灰，纯度在90%～95%之间，含碱量低，有害杂质较少，具体成分见表12151。
表12151
脱硫石膏和天然石膏、磷石膏化学成分对比
从以上比较可以看出烟气脱硫石膏是一种可利用的石膏资源，且品质、细度均优于天然石膏，应合理利用，而不应作为废物处置。
二、脱硫石膏的应用
按脱硫副产物石膏的处置方式划分，一般有抛弃和回收利用两种方法，脱硫石膏处置方式的选择主要取决于市场对脱硫石膏的需求、脱硫石膏的质量以及是否有足够的堆放场地等因素。美国多采用抛弃方式，抛弃量约占86%，主要弃置于灰场或回填旧矿坑；日本和德国多采用回收利用方式，主要用作水泥缓凝剂和建筑材料等，石膏的利用率达90%以上。目前，我国以利用为主。
石膏可分为生石膏和熟石膏两种，其用途及市场用量各有不同。脱硫石膏为二水硫酸钙晶体（CaSO4 ·2H2O），称为生石膏，主要用于粉煤灰夹气砌块砖的添料等，其用途较少，用量受到限制。生石膏经过炒制变成半水硫酸钙（CaSO4·1/2H2O），称为熟石膏。熟石膏用途较广，比如水泥生产、石膏装饰板、隔断墙、工艺品等。所以，只有生石膏加工成熟石膏，才能得到广泛的应用。
建筑石膏质量要求执行《建筑石膏》（GB9776—2008）
标准，其强度要求见表12152。
表12152
强度要求
细度，以0.2mm方孔筛余百分数计，不大于5.0%为优等品，不大于10.0%为一级品，不大于15.0%为合格品。
凝结时间：初凝时间≥6min；终凝时间≥30min。
三、脱硫二水石膏炒制原理
脱硫石膏为二水石膏，对其加热（又称煅烧或炒制）使其失去游离水和结晶水，根据加热条件不同，脱水石膏的结构和特性也不同。如果二水石膏在液体中或在蒸汽压力下脱水，则形成α半水石膏（也称高强石膏）；若在常压的干燥条件下脱水，则形成β半水石膏（也称建筑石膏）。脱硫石膏一般为建筑石膏，即β型半水石膏。二水石膏在加热脱水过程中，会产生多种变体，当在干燥条件下加热，主要发生以下相变反应：
（1）在120～140℃，小于1Pa压力的干燥条件下：CaSO4 ·2H2O—→β CaSO4 ·1/2H2O+3/2H2O（2）在170～190℃，小于1Pa压力的干燥条件下：CaSO4 ·1/2H2O—→Ⅲ CaSO4+1/2H2O
四、脱硫石膏炒制煅烧工艺选择
%
脱硫石膏的主要成分均为二水石膏，要使其成为有实用价值的建筑材料，必须使其脱除部分结晶水，制成β半水石膏，该过程称为石膏的煅烧。目前工业生产中用于煅烧石膏的传统设备有：
1.回转窑
以高温烟气为热源，气流和物料逆流直接接触换热。该法是最传统的煅烧方式，其优点是操作弹性大，易于控制；缺点是投资大、热效率低、环境差。
2.炒锅
以高温烟气为热源，气流与物料间接换热。其优点是操作易于控制；缺点是投资大、热效率低、能耗高、环境差。
3.沸腾煅烧炉
该工艺借鉴了中型水泥厂（100～200kt/a）生产中冷却设备，高温气流与物料直接接触换热。其优点是传热效率高；缺点是设备体积较大、投资相对较高。
4、气流煅烧
该工艺是以高温烟气为热源，在干燥管内烟气与物料直接接触换热使二水石膏变成半水石膏。该法的优点是投资省；缺点是操作不够稳定。
五、典型石膏炒制工艺——锤式烘干机+气流干燥管+成品稳定器工艺
目前，国内外应用较为广泛的石膏炒制工艺为组合型，即锤式烘干机+气流干燥管+成品稳定器工艺，工艺流程如图1 2151所示。该工艺具有如下特点：
（1）设备占地面积小、单台生产能力大。（2）流程简单、主设备不易损坏。
（3）操作简便，自动化程度高。（4）换热效果好、能耗低。
（5）产品质量稳定。
（6）投资省、生产费用低。
图12151 锤式烘干机+气流干燥管+成品稳定器工艺流程图